第一篇：環境生物學課程綜述論文污染物生物效應檢測

污染物生物效應檢測微核試驗研究實例綜述

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微核試驗

微核(micronucleus，簡稱MCN)，是真核生物細胞中的一種異常結構，是染色體畸變在間期細胞中的一種表現形式。一般認為，微核是由有絲分裂后期喪失著絲粒的染色體片斷產生的。在細胞有絲分裂時，受到有害理化因子的損傷，染色體發生斷裂，在下一次分裂后期，喪失著絲粒的染色體片斷行動滯后，不能進入子細胞的主核，形成滯留在核外的微小染色質塊，即微核。

微核的形成是細胞受遺傳毒物作用后的一種遺傳學終點，以觀察細胞中微核的形成來檢測遺傳毒物，稱為微核試驗。微核試驗是以動植物為材料，利用細胞生物學方法觀察其出現的微核率(micronucleus frequency,MNF)來表示材料受遺傳損傷程度的一種檢測遺傳毒物的方法。

微核試驗研究

1、應用微核試驗和單細胞凝膠電泳技術來檢測農藥對青蛙蝌蚪及成體的遺傳毒性

微核試驗和單細胞凝膠電泳試驗技術-彗星試驗(Comet assay)在檢測化學物質的遺傳毒性方面具有諸多優點, 廣泛地應用于遺傳毒理學研究。陳軍建等建立了規范化的青蛙蝌蚪紅細胞微核試驗,而有關青蛙體細胞彗星試驗目前國內尚未見報。本文在研究了它們對蝌蚪紅細胞微核率影響的基礎上, 并嘗試建立青蛙紅細胞的彗星試驗, 來研究它們對青蛙成體DNA 損傷情況, 為評價這兩種新型殺蟲劑對農田生態系統的影響及其合理安全使用提供科學的依據。在微核試驗中細胞要經過兩個細胞周期, 有損傷DNA 等的修復過程, 而且只有在DNA 雙鏈完全斷裂的情況下,不能完全修復的染色體斷裂片才形成微核。

2、蠶豆根尖微核試驗在環境致突變物檢測中的應用

蠶豆根尖微核試驗在對水體污染物、空氣污染物、農藥、重金屬、化妝品、工業化學品等的致突變性檢測方面,得到了較廣泛的應用,為環境污染的治理和行政管理部門的決策、立法提供了有益的參考.主要體現在以下幾個方面:

（1）檢測水體的致突變性蠶豆根尖微核試驗主要應用于檢測水體的致突變性.陳光榮等在國內首次進行了利用蠶豆根尖微核試驗直接檢測淡水湖泊水質污染的研究,結果表明:不同采樣點水樣處理的蠶豆根尖細胞產生的微核率差異顯著,這不僅說明了各采樣點污染程度不同,也說明了利用蠶豆根尖細胞微核技術監測淡水湖泊的污染,其結果是十分靈敏可靠的.在此研究的基礎上引污染指數(PI值)的概念,根據測試水樣微核率與陰性對照微核率的比率,確定污染指數,再根據污染指數的大小來劃分水質污染的程度,把微核率與污染程度聯系起來.王英彥等的研究進一步指出:蠶豆根尖細胞微核指標對河系水體污染的動態變化和污水處理工程技術的效率,具有較好的指示作用,與有機綜合指標的關系是各有特定的指示功能,互相參照評估更有環境學意義.在自然水體監測方面開展了較多的研究,李雅軒等的研究結果表明污染指數與相對有絲分裂指數具有明顯的負相關性,因此,以微核為指標分析水體的污染狀況,應該結合相對有絲分裂指數進行綜合分析,以得出準確的結論.蠶豆根尖微核試驗還可用于排污口廢水的致突變性篩選和指示污水處理效果.另外,該法還可用于飲用水、磁處理水等致突變性的檢測。

（2）監測空氣污染物的致突變性王光學等利用蠶豆根尖微核技術對木質人造板材釋放氣體的遺傳毒24 mg/m3和3.71 mg/m3兩個水平上,蠶豆根尖細胞微核率與甲醛氣體的濃度有良好的正相關,甲醛氣體可以通過液相的吸收產生高濃度的蓄積,從而導致浸泡其中的根尖

細胞發生DNA損傷.儀慧蘭、孟紫強對太原地區SO2污染誘發的蠶豆根尖細胞微核進行檢測,并用SO2熏氣試驗,研究其對蠶豆的遺傳毒理效應.結果表明:一定濃度范圍內(0.108-14.00 mg/m3),蠶豆根尖微核細胞數與SO2濃度間呈正相關,用蠶豆根尖細胞研究的結果與動物細胞實驗結果相似,說明SO2誘發蠶豆根尖細胞遺傳損傷能夠反映同等條件下動物細胞的損傷情況,SO2誘發遺傳物質損傷在動物細胞和植物細胞中具有一致性,應用蠶豆根尖細胞微核試驗可對大氣SO2污染進行生物監測.（3）檢測重金屬的致突變性段昌群等研究了重金屬Pb2+、Cd2+、Hg2+、Zn2+、Mn2+對蠶豆根尖細胞微核率的影響,發現這幾種重金屬對蠶豆根尖細胞遺傳學毒性順序為Hg2+>Cd2+>Pb2+>Zn2+>Mn2+.毛學文利用蠶豆根尖細胞微核試驗檢測汞的誘變效應,結果表明:一定濃度范圍內(25~100 mg/L),蠶豆根尖的微核率隨著汞濃度的升高而增加,汞溶液濃度與微核率之間呈明顯的劑量效應關系。辛曉蕓等研究了醋酸鉛誘發蠶豆根尖細胞微核的效應,結果表明:醋酸鉛溶液可誘發蠶豆根尖細胞微核率顯著升高,且高濃度短時間作用和低濃度長時間作用具有等效性,對植物具有遺傳損傷效應,說明利用蠶豆根尖細胞微核技術檢測環境鉛污染是可行的。

（4）檢測其它的環境致突變物葉亞新應用蠶豆根尖微核技術對家用化學品(洗潔精、洗發水、洗面奶)進行誘變性試驗,發現3種家用化學品均能誘發蠶豆根尖細胞微核率增高,顯示3種家用化學品均具有一定程度的誘變活性.唐慶國等應用蠶豆根尖微核技術檢測了11種化妝品的致突變性,結果顯示其中5種化妝品的蠶豆根尖微核率明顯高于對照組。因此蠶豆根尖微核技術作為一種快速、有效地檢測化妝品致突變性的方法,值得推廣。

3、蚯蚓血細胞微核試驗對汞·鎘遺傳毒性的研究

蚯蚓作為土壤生態系統中許多動物的食物來源，在食物鏈中起著污染物傳遞作用。重金屬可以在其體內蓄積，從而給環境帶來遺傳隱患。國際上公認微核法是致癌危險性及其他遺傳危害的短期測試的有效方法，主要用于遺傳毒理學細胞水平的檢測，檢測對象也多集中在脊椎動物和植物。有關重金屬污染對無脊椎動物細胞微核的影響研究則較為少見。

目前汞、鎘污染物對于生物危害的檢測主要集中在生物外觀的變化或內部酶活性的變化研究，有關蚯蚓在污染土壤中遺傳毒理危害的相關研究未見報道。因此，筆者運用濾紙試驗法初步探討了汞、鎘單一污染對蚯蝴血細胞微核的影響，以期為土壤或水中重金屬污染提供一種新的生物學檢測方法。

Hg單一污染對蚯蚓血細胞微核的影響結果表明，在一定的濃度范圍內，Hg對蚯蚓微核的產生具有明顯的影響，并且隨濃度的增加而增加，當用高濃度的處理后微核率開始下降。同時可以發現濃度過高處理后微核率甚至低于對照組，說明太高的Hg處理可能會干擾微核的產生。Cd單一污染對蚯蚓血細胞微核的影響表明Cd單一污染達到一定濃度時亦對蚯蚓血細胞的微核產生明顯的影響。

微核率隨處理濃度的增加先上升后下降，但上升速率比下降慢。由于單一污染在毒物濃度達到一定程度以后，蚯蚓血細胞中的微核率均隨著濃度的增加而呈下降趨勢。因此，若利用蚯蚓來檢測環境污染物的致突變性．須在一個適當的毒物濃度范圍內進行方可有效。

4、魚血微核試驗評價長江江蘇段水污染遺傳毒性

實驗結果表明魚吸收了水中致突變物質后，其外周血有核紅細胞微核率會明顯升高，可以用魚的紅細胞微核率指示水污染狀況，評價水體致突變性污染。與未受污染的魚對比，受

污染魚血紅細胞的微核率顯著增加，通過計算微核的數量，可快速監測環境污染的嚴重程度。魚外周血紅細胞微核試驗作為一種生物監測手段，在檢測污染水體中各種污染物的“三致”作用時，檢測其對生物的綜合效應，與理化監測相比，能更直接、客觀地反映出水體污染對環境安全和人體健康的影響與危害。

5、微核試驗在水污染監測中的應用

陳軍建等用青蛙蝌蚪監測城鎮污水在16 d生活污水暴露實驗中,蝌蚪細胞的微核率在第2天就呈現出統計上的顯著增加,并隨暴露時間延長而升高,第12天達到最大值。在不同濃度混合污水處理實驗中,蝌蚪紅細胞微核率呈明顯的劑量依賴性增加,認為青蛙蝌蚪紅細胞微核試驗(FTMT)是一種簡便、靈敏、可行的污水誘變活性監測系統。

綜述

微核技術的應用越來越廣泛，重要性也很突出，但也有它的局限性。任何一種遺傳毒理學篩檢測試系統都有一定的假陰性率和假陽性率，不能準確地鑒別出遺傳和非遺傳毒物。因為一種誘變試驗只能反映1—2種遺傳毒性作用終點。這樣，在篩檢化學物的誘變性時，應當進行一系列的試驗，即至少選擇分別能檢出5類遺傳毒性作用終點(DNA損傷與修復、DNA斷裂、基因突變、DNA重組和染色體結構異常)的一組試驗，即采用組合試驗的方法，而不是僅僅用單個試驗。

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第二篇：生物專業英語 課程論文

干細胞的初探與展望

材料與化工學院生物工程系

【摘要】干細胞是一類具有自我更新和多向分化潛能的細胞群體。近年來干細胞的應用幾乎涉及到所有生命科學和生物醫學領域。本文概述了干細胞的生物學特性，并綜述了干細胞的可塑性、分離培養及其在基礎研究及臨床上的應用的研究進展。最后，展望了今后研究的方向。

【關鍵詞】干細胞；生物學特性；可塑性；分離培養；應用

干細胞（stem cells）是一類具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細胞群體，即這些細胞可以通過細胞分裂維持自身細胞群的大小，同時又可以進一步分化成為各種不同的組織細胞，從而醫學界稱之為“萬用細胞”。1981年英國的Evans和Kaufman用延緩著床的胚泡首次成功地分離了小鼠胚胎干細胞,從而在全球掀起了有關干細胞的研究熱潮。1997年2月英國蘇格蘭羅斯林研究所威爾穆特博士等成功克隆出“多利”綿羊，1998年11月,美國Thomson和Gearhart分別用不同的方法獲得人胚胎干細胞及胚胎生殖細胞,此后,干細胞的研究便進入了一個全新的時代。1999年，有關干細胞的研究被Science評為1999十大科學進展之首。2000年12月干細胞研究再次被《科學》雜志評為該世界十大科學成就之一。下面就近幾年來干細胞的研究進展綜述如下。

1.干細胞的生物學特性

根據干細胞的發育階段，可將其分為胚胎干細胞（Embryonic Stem Cell,ES）和成體干細胞（Adult Stem Cell，AS）。胚胎干細胞即具有分化為機體任何一種組織器官潛能的細胞,包括胚胎干細胞、胚胎生殖細胞（Embryonic Germ Cell，EG）。成體干細胞即具有自我更新能力,但通常只能分化為相應組織器官組成的“專業”細胞,它是存在于成熟個體各種組織器官中的干細胞,包括神經干細胞（Neural Stem Ce11，NSC）、血液干細胞（Hematopoietic Stem Cell，HSC）、骨髓間充質干細胞（Mesenchymal Stem Cell，MSC）、表皮干細胞（EPidexmis Stem Cell）、肝干細胞（Hepatic Stem Cell）等。

1.1胚胎干細胞的生物學特性

胚胎干細胞最早是直接從小鼠早期胚胎分離建系的,它們具有其自身的生物學特性。與其他細胞系相比較, 胚胎干細胞的特點在于:（1）具有不斷增殖分化的能力，所以，在體外培養條件下可以建立穩定的干細胞系，并保持高度未分化狀態和發育潛能性。1999年Soiter等利用這個特性將ES/EBs及其分化細胞作為有關藥物的針對篩選系統,進行藥物毒性檢測實驗。（2）具有高度的發育潛能和分化潛能。體內外可分化出外、中、內三個胚層的分化細胞，可以誘導分化為成體細胞內各種類型的組織細胞。胚胎干細胞含有正常二倍染色體，具有種系傳遞功能,能廣泛參與宿主胚胎各組織器官的生長發育,并形成包括生殖系在內的合體后代生殖細胞。（3）能進行體外培養擴增,還可以對其進行遺傳操作選擇, 如導入異源基因、報告基因或標志基因，誘導某個基因突變等。擴增、遺傳操作及凍存均不喪失其多能性。凍存的細胞可在需要時隨時解凍,繼續培養不失其原有特性。

1.2成體干細胞的生物學特征

干細胞在分化為特化細胞之前常產生一種或幾種祖細胞，然后由祖細胞分化產生特化細胞。與胚胎干細胞相比較，成體干細胞有以下幾個特點：(1)成體干細胞體積小，細胞器稀少，RNA含量較低，在增殖過程中處于相對靜止狀態，在組織結構中位置相對固定。(2)成體干細胞數量很少，其基本功能是參與組織更新，創傷修復及維持機體內環境穩定。研究結果表明，即使在含量豐富的骨髓中，每10，000～15，000個骨髓細胞中只有一個造血干細胞［1］，人和動物皮膚中的干細胞含量僅為7%～8％［2］。(3)成體干細胞常處于一個有干細胞細胞基質，對干細胞的增殖和分化起調控作用的各種信號分子的特定微環境或稱生物位（nich）中，干細胞是自我復制還是分化為功能細胞取決于所在的微環境和自身的功能狀態。

(4)成體干細胞沒有確定的來源。有科學家推測，成體干細胞是胚胎發育過程中保存下來的未分化的細胞［1］，這揭示成體干細胞與胚胎干細胞可能會有更多的相似性與同源性。

2.干細胞的可塑性

干細胞的可塑性主要是指成體干細胞的可塑性。人們把成體干細胞具有分化為其他類型組織細胞的能力的這種現象稱為干細胞的可塑性（plasticity），橫向分化（transdifferentiation）或轉決定（transdetermination）［3］。

1995年，Pereira等證明，小鼠骨髓細胞在體外培養后具有向骨、軟骨和肺基質轉化的能力。1999年,Bjornson等將胚胎和成年小鼠神經干細胞,以及在體外克隆的神經干細胞移植給亞致死劑量照射的小本論鼠,結果證明神經干細胞可轉化為造血細胞。同年Jackson等用 Hoechst333422-lowSP純化的小鼠造血干細胞進一步證明它可遷移到肌肉損傷部位,在參與肌肉再生的同時也參與血管的再生。2002年Vescovi 等報道神經干細胞除有向神經元、星形細胞與少突膠質細胞分化能力以外,還可分化為造血細胞譜系。

肝干細胞也是干細胞可塑性的主要可靠證據之一。2000年Alison等和Lagasse等分別報道HSC可在體內分化成肝細胞。2001年Shen等在骨髓移植的試驗中發現,肝臟干細胞能表達供體造血細胞的遺傳標志。

這一系列的證據表明干細胞存在可塑性。然而，近幾年來，部分研究學者對干細胞的可塑性提出了不同的看法:(1)細胞自發融合導致“可塑性”。英國科學家2002年,Ying等的研究結果表明, 胚胎干細胞在體外與神經或HSC共同培養時,能自發地發生神經或HSC與胚胎干細胞之間的融合,誘導NSC或HSC“橫向分化”為胚胎樣干細胞,然后展現出胚胎干細胞的表型特征與相應功能。同年美國科學家Terada等用充分的證據證明,骨髓細胞的多向分化是因為與胚胎干細胞融合所致,而不是骨髓細胞直接橫向分化的結果。這兩者的研究結果都表明，是由于發生了細胞融合，使所謂的成年組織干細胞具有了“可塑性”潛能。(2)成體干細胞的橫向分化是成體組織中余存的胚胎原始干細胞所致。2002年Jiang等的研究結果證實,在成體組織中余存著一種數量稀少的胚胎樣原始干細胞,表達胚胎干細胞的標志如Oct-

4、Rex-1及SSEA-1,體外培養條件也類似于胚胎干細胞,所謂的成體組織干細胞的“可塑性”很可能是這些細胞所為。(3)2002年，在Science和Nature上連續刊發的幾篇文章指出，成體干細胞可塑性可能是實驗設計不嚴謹，判斷錯誤所致，認為所謂的成體干細胞可塑性缺乏科學依據。

3.干細胞的分離培養

由于干細胞的數目很少，因此需要在體外對干細胞進行非分化性增殖。干細胞的分離培養的理論基礎是其生物學特征，包括形態和結構特征及其生物學表型。干細胞的分離培養實驗主要是建立在老鼠的實驗上，早在二十世紀七八十年代就已從小鼠中分離出胚胎干細胞并在體外進行培養成功。近年來，國內在這方面的研究也取得了一定的進展，主要是在神經干細胞等成體干細胞的研究上。2002年陳雷等［4］應用無血清培養技術從胎鼠脊髓分離到的神經系統的干細胞具有不斷分裂增殖的能力, 可被神經干細胞特異性抗體所標記, 并在血清條件下分裂為神經系統多種細胞。2004年馮玉萍等［5］用胰酶消化加機械吹打分離大鼠大腦皮質及皮質下組織,之后用懸浮培養法、有限稀釋法獲得來源于同一細胞的亞細胞系克隆;2005年肖美玲等［6］用同樣的方法分離新生昆明種小鼠(出生24 h 內)的大腦組織，利用無血清培養基懸浮培養細胞,獲得具有自我增殖能力的細胞克隆,兩者經用免疫細胞化學法鑒定為神經干細胞。

雖然老鼠的干細胞體外培養實驗已經取得了可喜的進展，但人的干細胞的體外培養直到1995年,Thomson等從恒河猴的囊胚中分離,建立了第一個靈長類動物的胚胎干細胞株后，才獲得成功并得到迅速的發展。1998年,Thomson和Gearhart分別用胚胎干細胞和胚胎生殖細胞建立了人的胚胎干細胞系,在體細胞與生殖細胞間架起了橋梁,為研究胚胎干細胞的發育,在體外培養人體細胞和組織,利用ES細胞治療疾病提供了廣闊的發展前景。在報道分離了人的胚胎干細胞這一重大成果后不久,美國Advance Cell Technology(ACT, Worcester, M)的研究者宣稱,他們通過使人的皮膚細胞和牛的卵細胞雜交,培育出了人的胚胎干細胞。所用的方法與克隆實驗中采用的方法相似,基本上是對人的細胞重新編程并使其回到它最初的原始狀態。該發現可能導致許多新方法的產生,如通過移植和細胞治療來醫治疾病。2002年李巍等［7］采用無血清培養技術, 成功地分離培養了人胚胎大腦皮層神經干細胞，且能被誘導分化成神經元和神經膠質細胞。經傳12代后仍具干細胞特性。2004年王共先等［8］以器官捐獻者的正常前列腺為研究對象,利用免疫磁珠細胞成功從前列腺基底細胞中分離前列腺干細胞。同年汪泱等［9］和羅樹偉等［10］均成功分離培養了人胚腦神經干細胞，并進行進一步的檢測和研究。

4.干細胞的應用

胚胎干細胞是細胞的源頭,具有多能或全能性,并能夠無限分化,能夠制造機體需要的全部細胞,因此在醫學和生物學上具有巨大潛力,應用前景廣闊。但它存在著移植免疫排斥的限制和倫理學方面的困擾, 而成體干細胞只能在體外有限擴增,多系分化效力低,通過體外的擴增培養雖能夠提高轉化效率, 然而體外轉化是否會引起干細胞遺傳特性的改變尚不清楚。但這類干細胞存在于宿主體內,可直接從患者自身獲得,故無移植免疫排斥的限制也無倫理學方面的困擾,因此胚胎干細胞和成體干細胞的研究對生命科學領域而言,都具有極重要的意義。

4.1為發育生物學研究提供良好的體外模型系統哺乳動物胚胎體積較小，而且在子宮內進行發育，因此很難在動物體內連續動態地研究其早期胚胎發育、細胞組織分化及基因表達調控，而來源于胚胎的胚胎干細胞具有發育全能性、可操作性及無限擴增的特性，因此胚胎干細胞提供了在細胞和分子水平上研究個體發育過程中極早期事件的良好材料和方法。隨著分子生物學的發展，通過比較胚胎干細胞不同發育階段的干細胞和分化細胞的基因轉錄和表達，可確定胚胎發育及細胞分化的分子機制、發現新基因。結合基因打靶技術，可發現不同基因在生命活動中的功能等。

4.2在醫學上的應用理論上講，干細胞可以用于臨床細胞移植治療各種疾病和構建人工組織或器官，其最適合的疾病主要是組織壞死性疾病如缺血引起的心肌壞死、腫瘤，退行

性病變如帕金森綜合征，自體免疫性疾病如胰島素依賴型糖尿病等。應用干細胞治療疾病較傳統方法具有很多優點：低毒性或無毒性，一次藥有效；不需要完全了解疾病發病的確切機理；不存在傳播疾病的風險：還可能應用自身干細胞移植，避免產生免疫排斥反應。

1999年Horwitz等［11］用骨髓間充質干細胞（BMSC）治療遺傳性骨缺陷病，并取得了一定效果。2004年9月，意大利一名5歲、患有地中海貧血癥的男孩盧卡，科學家通過從其弟弟的胎盤血中提取干細胞移植到盧卡身上，使其戰勝病魔，完全治愈。

4.3生產克隆動物的高效材料胚胎干細胞是動物克隆的優良核供體。胚胎干細胞可以無限傳代和增殖而不失去其基因型和表現型,以其作為核供體進行核移植后在短期內可獲得大量基因型和表現型完全相同的個體。胚胎干細胞與胚胎嵌合生產克隆動物可解決哺乳動物遠緣雜交的困難問題。另外,由于體細胞克隆動物存在成功率低、早衰、易缺陷易突變等問題，且多是致命的,使胚胎干細胞的克隆研究仍十分重要。1999年Wakayaama等［12］用長期傳代的小鼠胚胎干細胞克隆出31只小鼠，14只存活，存活率比體細胞克隆高。

5.問題與展望

近年來,隨著生物細胞實驗技術及分子生物學的發展,干細胞研究領域取得了突破性進展,某些方面已有初步的臨床應用。但是目前干細胞的研究尚處于初期階段，許多理論問題亟待解決：（1）干細胞的許多機制還沒完全清楚，比如在干細胞可塑性機理的研究上還存在著分歧。如何使干細胞在體外大量擴增,并誘導其分化是干細胞在醫學臨床上應用的關鍵。

（2）干細胞如何到達不同的靶目標，并分化為正確的細胞類型及正確的細胞數量、比例以及在正確的位置與正確的靶組織建立正確的聯系而無任何錯誤連接等。（3）干細胞移植的安全性問題:胚胎干細胞移植時會發生不適宜的分化,產生免疫排斥作用，但成體干細胞則沒有這個問題，其主要的機理還沒完全明白，因此干細胞在臨床應用前需要進行全面的評估。

相信隨著細胞分子生物學技術的應用,不久的將來干細胞許多相關機制將被逐漸闡明，人類將有可能人為地控制影響干細胞分化的各項因素，但我們也應該清楚的認識到，仍有許多懸而未決的問題，干細胞的臨床應用還有很長的路要走。干細胞用于治療許多疑難癥狀在動物實驗已經取得了可喜的成就，如果經人體臨床試驗成功，其潛在的效益將溢現出來，造福人類。

目前，我國在干細胞研究上相對落后，國家已經重視干細胞的研究，將干細胞的研究列入973項目，并成立了干細胞研究所，加強干細胞的基礎知識與臨床應用方面的研究，這將使我國在此領域的理論和實踐應用上得到更大的發展，在世界上占有一席之地。

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Chen Fan

Materials and Chemical Engineering College of Engineering

Abstract ：Stem cells are non-specialized cells which have the ability of self-renewal and multiple differentiation potential.The application of stem cells has nearly involved in all the research field on life sciences and biomedicine in recent years.This article summarizes the biological characteristic of stem cells, and reviews the latest progress in the study on stem cell’s plasticity, isolation, culture in vitro, and its extensive application in basic research and clinical application.The prospects of stem cells are also discussed.Key words：stem

vitro;application cells;biological characteristic;plasticity;isolation;culture in

第三篇：生物安全課程論文

關于生物安全科學性與社會性的討論

摘要：本文通過對生物行業主要技術（包括轉基因技術、克隆技術）、現象（包括外來入侵現象）的闡釋和安全性評估，在肯定其科學研究價值的基礎上，對其可能給社會生態環境帶來的風險作出預測，同時闡明構建生物安全法律體系的重要性。

關鍵詞：生物安全；轉基因；克隆；外來入侵種

近年來 ,隨著現代生物技術特別是基因工程技術的興起和迅速發展,生物安全問題逐漸成為全球社會普遍關注的熱點。生物安全是指在科學研究、開發、生產和應用中造成對人類健康、生存環境和社會生活有害的影響；在一個特定的時空范圍內,由于自然或人類活動引起的外來物種遷入,并由此對當地其他物種和生態系統造成改變和危害；人為造成環境的劇烈變化而對生物的多樣性產生有害的影響。凡此種種均屬于“生物安全”的范疇[1]。隨著生物技術的迅猛發展,在給人類帶來利益的同時 ,也存在著誤用和濫用的風險,給人類健康、倫理道德等社會領域帶來生態風險。本文僅以轉基因技術，克隆技術及外來入侵現象三方面所涉及的生物安全問題闡釋生物安全的科學性與社會性。

1.轉基因生物的應用概況與安全性

1.1轉基因生物的發展歷程

1983 年,世界第一例轉基因作物——煙草問世；1986年，首批轉基因作物——抗蟲和抗除草劑棉花進入田間試驗。1993 年，第一例轉基因作物——延熟番茄獲得美國農業部批準進入商業化生產種植；1994 年，第一個轉基因植物產品——延熟番茄獲得美國食品與藥物管理局批準進入市場。之后,轉基因作物的研究和應用得到了迅猛發展，可以說分子農業的時代已經到來[2]。

1.2關于轉基因生物的安全性爭論

毫無疑問，生物工程技術將取代傳統工藝和技術，為農業、醫藥、食品、環保、輕工業等部門帶來無限商機，成為21 世紀的支柱產業之一。但是重組 DNA 也可能帶來一些潛在的、目前還難以預測的危險。

1.2.1轉基因生物的環境安全性

由于可以使動物、植物、微生物甚至人的基因進行相互轉移, 轉基因生物已經突破了傳統的界、門概念，實現了在自然狀態下無法實現的基因轉移和基因突變, 具有普通物種不具備的優勢特征, 若釋放到環境, 會破壞原有的自然生態平衡, 改變物種間的競爭關系，并可能導致對其他動植物的傷害和長期生態平衡的打破。一些實驗和事實已經部分證明了這種擔憂,其中加拿大的超級雜草事件、墨西哥玉米基因污染事件、美國斑蝶事件和中國轉Bt棉事件是國際上關于轉基因作物污染爭論中最具影響力的四大事件[3]。另外,在轉基因生物的研究和利用中,遺傳穩定性是一個非常重要的問題。而轉基

因生物當代或后代中常出現一些變異,主要表現為轉基因沉默和染色體變異。一旦這種不穩定性大規模出現并傳播起來, 也不亞于一場災難。但由于目前技術上的局限和轉基因生物出現的時間不夠長等原因,人類確實還無法對轉基因技術的安全性作出確實可靠的評價,只能說基因工程在動植物上的應用具有風險性。但基因產業作為朝陽產業，盲目地禁止或阻止轉基因生物的研究是不可取的。只有通過對其潛在威脅進行研究,在現有的技術能力和條件下加以控制, 最大化地保證轉基因生物的安全性, 使之為人類的生活造福,才是正確的對待方法[3,4]。

1.2.2轉基因食品的安全性

轉基因食品就是用轉基因生物生產和加工的食品,它可以是活體的,也可以是非活體的。轉基因植物由于采用遺傳工程操作的特殊手段,可能存在無法預測的其他性狀的改變,從而帶來某些轉基因植物食品的安全性問題。在自然條件下存在著許多過敏源 ,在基因工程中如果將控制過敏源產生的基因轉入新的植物中,將會對過敏人群造成不利的影響[5],如為了改變大豆的營養,人們曾經將巴西豆的基因轉入大豆，而有些人對巴西豆蛋白過敏。1996年,Nordlee等報道,轉基因大豆含有巴西豆的過敏源,可以引起部分人群發生過敏反應,該產品投放市場的計劃因此終止[6]。

1.2.3轉基因食品對一些社會倫理觀念及道德規范造成的危害

人們對于轉基因食品在倫理方面的主要擔憂包括:將人類基因轉入食用動物是不合適的；用含人類基因的生物體作為動物飼料是對人類的一種不尊重；將轉基因動物器官移植給人體受到了倫理學上的異議,有人認為這對于人類和動物都是不仁道的；將動物基因轉入食用植物可能會引起一些素食者的特別關注；將某些宗教團體禁止食用的動物基因轉入他們通常食用的動物中可能會觸怒這些宗教團體等[7,8]。

總之,對轉基因生物的安全性應當科學的認知。科學技術的發展是不可逆轉的，以轉基因技術為代表的現代生物技術具有不可估量的社會價值，應以辯證的眼光正確對待。

2.克隆技術的應用概況與安全性

2.1克隆技術的發展歷程

“克隆”一詞,是“clone”的譯音，其含義簡單地說就是無性繁殖，指的是生物用體細胞進行無性生殖。1996年3月英國科學家維爾穆特和坎貝爾領導的科研小組利用克隆技術“克隆”出了“多莉”羊。克隆羊的誕生,證明了動物細胞和植物細胞一樣具有全能性。這一成果被譽為 20世紀最偉大、最有價值的科技突破之一。2001年11月25日位于美國馬薩諸塞州伍斯特的先進細胞公司序宣布 ,該公司利用克隆技術獲得了含有6個細胞的人類早期胚胎[9]。

2.2關于克隆技術的安全性爭論

克隆技術在選種育種、醫學、免疫學、人類壽命、挽救瀕危珍稀生物等方面有著不菲的價值。然而,克隆技術的負面效應也是非常明顯的。首先，通過有性生殖所得到的個體，其生命力強于無性生殖的后代，通過克隆技術產生的個體生存能力必然會下降 ,這對進化是十分不利的。其次，克隆人是對性倫理、家庭倫理、社會倫理的認識 ,對文明社會幾千年形成的一套家庭、血緣等倫理道德觀造成致命的沖擊，同時，在法律上責任的認定也會變得模糊不清[9]。另外，動物克隆技術本身也還存在許多問題。如“多莉”是在克隆出 227 頭羊中誕生的唯一健康的動物。可是 ,2002 年1 月6 日蘇格蘭愛丁堡羅斯林研究所的科學家發現了5歲半的“多莉”患有嚴重的關節炎,科學家推測這一疾病過早出現在“多莉”身上,很可能是克隆時造成的基因缺失[10]。

3.外來生物入侵及對生態安全的影響

3.1外來生物入侵概況

我國對外來人侵植物種類的調查始于20世紀90年代中期。調查發現，我國外來雜草有108種，隸屬23科、76屬，其中被認為是全國性或是地區性的有15種。中國科學院植物所、動物所開展了外來植物 的調查、編目，發現我國至少有300種入侵植物。雖然到目前為止，國內尚沒有外來入侵動物種類的系統報道，但諸如美國白蛾松突圓蚧、濕地松粉蚧、稻水象甲、班潛蠅、松材線蟲、蔗扁蛾、蘋果綿蚜、葡萄根瘤蚜、二斑葉螨、馬鈴薯甲蟲、桔小實蠅、白蟻、紅脂大小蠹等均屬于外來有害生物，給農林業發展帶來了數以百億計的經濟損失[11]。

3.2外來入侵種的安全性問題

3.2.1外來入侵種對本地生態系統影響

在自然界長期的進化過程中，生物與生物之間相互制約、相互協調，將各自的種群限制在一定的棲境和數量，形成了穩定的生態平衡系統。當一種生物傳入一新的棲境后，如果脫離了人為控制逸為野生，在適宜的氣候、土壤、水分及傳播條件下，極易大肆擴散蔓延，形成大面積單優群落，破壞本地動植物相，危及本地瀕危動植物的生存，造成生物多樣性的喪失。外來入侵種影響生態系統的機理及其帶來的生態學影響有：競爭、占據本地物種生態位，使本地種失去生存空間[12]；與當地種競爭食物或直接殺死當地物種，影響本地物種生存；分泌釋放化學物質，抑制其他物種生長；通過形成大面積單優群落，降低物種多樣性，使依賴于當地物種多樣物種生存的其他物種沒有適宜的棲息環境；大量利用本地土壤水分，不利于水土保持；影響遺傳多樣性[13]。

值得注意的是，與人類對環境的破壞不同，外來入侵物種對環境的破壞及對生態系統的威脅是長期的、持久的。當人類停止對某一環境的污染后，該環境會很快 開始并逐漸恢復，而當一種外來物種停止傳入一個生態系統后，已傳入的該物種個體并不會自動消失，而大多會利用其逃脫了原有的天敵控制的優勢在新的環境中大肆繁殖和擴散，對其控制或清除往往十分困難。而由于外來物種的排斥、競爭導致滅絕的本地特有物種則是不可恢復的。因而外來物種對生物多樣性的威脅應引起足夠的重視[14]。

3.2.2外來入侵種的傳入途徑

外來入侵種傳入途徑包括有意引入、隨人類活動無意傳入、自然傳入三種，其中無意傳入又包括隨人類交通工具帶人如豚草多發生于鐵路公路兩側，最初是隨火車從朝鮮傳入[15]；壓倉水帶來了近百種外來海洋生物，尤其是外來赤潮生物種加劇了我國沿海赤潮現象 的發生；隨國際農產品和貨物中帶人假高粱是20 世紀 70—80年代從美洲國家 的進口糧食中傳人我國的。我國海關多次查獲號稱“松樹癌癥”的松材線蟲；動植物引種中帶人如毒麥傳人我國便是隨小麥引種帶人，它與小麥的形態極為相似，很易混雜于引種的小麥中；旅游者帶人如我國海關多次從入境人員攜帶的水果中查獲地中海實蠅、桔小實蠅等；北美車前可能是由旅游者的行李粘附帶人我國[14]。

3.2.3外來入侵種的擴散機制

一般認為外來種的傳入擴散過程分為傳入、定植(殖)和擴散三個階段，但有人對此進行了更為細致的劃分，如傳入期、歸化期、促進期、停滯期、擴張期、與本地生物互動期和穩定期等。雖然很多人承認入侵過程中存在有“停滯期”，但有關停滯期出現在那一個階段，也有不同的認識。有人認為在傳入和定植之間有“停滯”現象，而更多的人認為在定植和擴散之間存在停滯期。事實上，每一種入侵種生物都有其自身的入侵特性，擴散過程也不盡一致，不可能有統一的模式準確闡明每一個入侵過程[16]。

3.2.4對策

控制外來人侵種，應在明確入侵種的傳人、擴散機理，采取有針對性的措施，才能有效的加以控制。例如在制定外來種管理法規時，應充分考慮到入侵種傳入的各個環節，針對每一傳入途徑制定相應的法制管理對策。尤其是對生物引種(包括動物、植物、微生物和轉基因生物)、交通運輸、國際貿易貨物、旅游等加強立法監管。樹立和提高生物安全意識尤為重要。

4.我國生物安全法律體系的構建

生物安全問題表現為一種科學上具有不確定性的環境風險,而這種環境風險的發生將給人類賴以生存和發展的自然生態系統造成重大或者不可逆轉的災難。實施生物安全的法律保護,需要突破行為與后果之間具有確定性因果關系的傳統法律觀念,確立和運用風險防范法律原則。原國家科學技術委員會1993年12月發布了《基因工程安全管理辦法》，農業部1996年7月發布了《農業生物基因工程安全管理實施辦法》，這兩部生物安全法規對保護我國的生態環境和人體健康發揮了重要作用。但是我國的生物安全管理存在著很多急需解決的問題：缺乏一部國家級的綜合性生物安全法規；生物安全的法規體系、風險評估和管生物安全管理機構之間缺乏有效的協調和溝通等。特別是環境風險評估和管理沒有得到足夠的重視。另外，《議定書》一旦通過 我國必須結合國情將《 議

定書》 的核心內容和基本原則融入我國的生物安全法規才能與國際生物安全發展形勢接軌 使我國的生物安全管理有法可依，保障我國生物技術的健康發展[17]。

參考文獻

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第四篇：第4講典型環境污染物的表觀遺傳效應學

典型環境污染物的表觀遺傳效應

浙江大學

金永堂

隨著人類社會城鎮化和工業化程度的逐步提高，人類環境污染及其健康效應日益引起人們關注。大氣、水體、土壤及食物等污染嚴重威脅著人類健康，導致免疫、神經、呼吸等多個系統的疾病危險性增加，尤其與心腦血管疾病、糖尿病及癌癥等復雜疾病的發生密切相關。人們不僅從分子生物學和遺傳學的角度研究了環境污染引發疾病的機制，而且近十年來環境因素導致的表觀遺傳變化，已經成為環境污染與疾病關聯研究的重要生物標記。

一、表觀遺傳及主要機制

表觀遺傳學研究不發生DNA序列變化的狀況下基因表達發生遺傳改變的一門新興學科。表觀遺傳的主要機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾、遺傳印記丟失和非編碼RNA。在環境因素影響下，表觀遺傳能夠改變基因組功能。表觀遺傳變化的重要特征是既可在親子細胞間遺傳（有絲分裂遺傳）、也可在代間遺傳（減數分裂遺傳）。表觀遺傳可以解釋具有相同DNA的細胞或有機體可能具有顯著不同的表型。環境暴露可能改變表觀遺傳調節的水平和范圍。另外，基因表達的表觀遺傳調節與許多疾病的病因機制有關，特別是惡性腫瘤。故DNA的表觀遺傳修飾可為早期癌癥檢測、預測和治療提供新的生物標記。而且，表觀遺傳變化的可逆性也為制訂疾病有效的防治策略和用藥方案提供了可能性。

在環境表觀遺傳學研究領域，DNA甲基化及組蛋白修飾已經成為基因表達調控機制的研究熱點。DNA甲基化指DNA序列中甲基團共價結合或脫離胞嘧啶核苷酸的過程。甲基化過程受到家族特異酶即DNA甲基化轉移酶（DNMTs）的控制。對于脊椎動物而言，甲基團僅結合在鳥嘌呤前的胞嘧啶上（即CpG雙核苷酸上）。基因組中富含CpG序列的部位被稱為CpG島。實際上，CpG島存在于基因組半數基因的啟動子部位。就染色質修飾而言，染色質由組蛋白和DNA組成。組蛋白是染色質的蛋白組分，其上纏繞著DNA。組蛋白八聚體（組蛋白與DNA的復合體即核小體）上有許多伸出來尾巴。影響組蛋白尾巴的翻譯后修飾有幾種類型，包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化。這些修飾影響DNA和組蛋白間的交互作用，導致基因轉錄、DNA修復、DNA復制甚至染色體結構發生變化。DNA甲基化與組蛋白修飾間也可能發生聯合作用。

相當長的一段時間內，人們都認為蛋白質是由細胞核內DNA序列編碼的。雖然，從本質上講，生物體內的每個體細胞包含著相同的未經加工過的遺傳信息，但是，時間或環境的影響改變了單個細胞或組織的功能，同時伴隨或者不伴隨輔助因子及其他修飾的作用。現在清楚的是，哺乳動物基因組不僅包含DNA的基本序列信息，同時也受表觀遺傳學機制控制。表觀遺傳學機制主要包括組蛋白尾部翻譯后修飾以及DNA的化學修飾。因為不同的修飾會對染色質結構產生有利或有害的影響，因此，細胞染色質結構是可以反映許多不同信號通路的凈效應，而這些信號通路是由不同刺激激發的。下面詳細介紹具體的表觀遺傳修飾，如：DNA甲基化﹑組蛋白修飾和非編碼RNA。表觀遺傳變化的分子機制見圖。

（一）DNA甲基化

CpG島DNA甲基化是研究最多的表觀遺傳學修飾。胞嘧啶第5位碳原子位置共價添加一個甲基基團有可能擾亂轉錄因子的結合，以及通過影響DNA大溝來阻撓基因表達有關的機制。因此，DNA甲基化可能抑制轉錄因子與它控制的同源反應元件的相互作用，或者促進甲基結合蛋白與隨后的空間阻滯因素結合，這些都有可能反過來抑制DNA與轉錄因子的相互作用。這些相互作用，連同其他招募到胞嘧啶甲基化區域的蛋白質復合體，使得DNA甲基化通常與有著相對復雜基因組的生物體中的轉錄沉默有關。如前所述，啟動子高甲基化與轉錄沉默有關幾乎是一個教條；但是，最近的研究表明，調節蛋白復合物，最終調節基因表達，而與DNA甲基化無關。

圖 表觀遺傳變化的分子機制：（a）表觀遺傳沉默之前的DNA，組蛋白復合體（H）被乙酰化（連接其上的小球），其上伸出的CpG島未被甲基化；（b）賴氨酸特異脫甲基酶1（LSD1）和異染色質蛋白質1（HP1）結合到組蛋白復合體上；（c）LSD1和HP1募集DNA甲基化酶（DNMT3a/DNMT3b）且CpG島被甲基化，減少轉錄因子的結合和基因表達；（d）甲基化CpG島組合蛋白（MBP）結合到甲基化的CpG島上并募集組蛋白去乙酰化酶（HDAC）；（e）乙酰化組氨酸濃縮導致DNA因表觀遺傳變化而失活。事實上，哺乳動物中基因組CpG島一般不具有代表性而且是非隨機發生的。與非甲基化胞嘧啶相比，甲基化的胞嘧啶自發脫氨基形成胸腺嘧啶的頻率更大。因為胸腺嘧啶是DNA中堿基自發形成的，修復胸腺嘧啶對細胞而言是一個兩難的境地，如果不解決將導致自發性C:G→T:A型突變。增加脫氨率和有問題的修復方案這兩方面原因相結合，使得哺乳動物的基因組偏向逐步廢棄一些CpG二核苷酸。想必那些剩下的CpG二核苷酸已被生物選擇及傳遞重要的生物學意義。照此說來，CpG序列與印跡基因﹑轉座子及基因轉錄起始位點有關。

如前所述，基因組DNA甲基化模式的建立發生在生物體發長過程中，是動態的但是也是嚴格監管的過程。事實上，DNA甲基化對正常生長而言是至關重要的，也是分化的細胞存活所必需的。此外，人們還提出，特定啟動子或整個基因組的甲基化狀態是甲基化和去甲基化反應之間的平衡，也是環境和生理信號之間的平衡。受精卵是這種動態平衡的一個突出例子。在受精卵中，母親和父親的原核融合前，若用5-甲基胞嘧啶免疫組化的方法來測量，兩種基因組DNA甲基化水平大致相當。在受孕后的頭幾個小時，父系基因組正積極地去甲基化，在前幾個有絲分裂中也保持著去甲基化狀態，而在接下來的分裂中母系基因組卻被動地去甲基化。植入后，融合核中的胞嘧啶核苷酸以細胞及組織特異性的方式重新甲基化，該過程由從頭甲基化酶催化，有學者提出，該過程的改變可導致成年才發病的疾病以及老化過程。

一些化學性﹑營養性或者生物性誘導效應已被證明可以影響DNA甲基化。例如，己烯雌酚（DES）影響特定基因（c-fos蛋白和乳鐵蛋白）甲基化模式，這可以導致新生期處理后的小鼠基因異常表達，增加其子宮癌的發病率。有趣的是，這些效應也可以遺傳。此外，對于降壓藥肼屈嗪和抗心律失常藥物普魯卡因，人們對其靶器官和機制也有了較好的了解，體外實驗隨即發現，這兩種藥可以阻止T細胞DNA甲基化。我們將在下面詳細介紹關于黃色條紋刺豚鼠模型和大鼠中烯菌酮的跨代效應研究的例子。

（二）組蛋白修飾

如前所述，組蛋白的N-端是翻譯后共價修飾的位點。核心組蛋白的乙酰化和甲基化40年前被首次描述，當時這種現象被認為與基因表達及染色質重塑的有利或有害的改變有關。在單個組蛋白內已對位于特定氨基酸修飾的定位進行了廣泛的研究，研究還包括其他修飾的表征，其中有組蛋白磷酸化，泛素化，SUMO化，ADP-核糖基化，生物素及脯氨酸異構化。據推測，其他形式的修飾也可能存在，而且這些修飾的組合也能影響基因表達與染色質重塑。組蛋白特定的賴氨酸殘基乙酰化一直以來被認為與基因表達增加有關。組蛋白乙酰轉移酶（HAT）介導的組蛋白乙酰化，可導致染色質開放，RNA聚合酶及轉錄因子的聚集。這個過程可由組蛋白尾部去乙酰化而逆轉，該過程由組蛋白去乙酰化酶（HDACs）介導，從而導致基因沉默。

這些修飾能影響染色質結構，進而影響基因表達，是通過順效應的方式。順效應定義為組蛋白尾巴物理性質的修飾可以改變核小體結構或與染色體的相互作用。例如，靜電荷或尾部結構的改變可以影響DNA和組蛋白之間的關聯。染色質改變的典型例子是組蛋白乙酰化，已作為這樣一種機制，消除帶正電，因組蛋白尾巴導致與帶負電DNA的松散聯系。這種寬松的構象允許特定的轉錄因子與同源反應元件的相互作用。人們認為，大塊加合物，如：泛素和ADP-核糖，以大致相同的方式，當附著在組蛋白尾巴時，能顯著抑制核小體復合物的壓實。

此外，組蛋白修飾，也能夠以反效應的方式改變染色質構象，這可以改變其他蛋白質與DNA修飾酶的相互作用。具體來說，識別一個特定的共價標記可能會促進蛋白復合物的聚集，這可能最終會改變染色質構象。bromodomains，一個保守的具有110個氨基酸的區域，代表著一系列與染色質相互作用的蛋白質，專門識別乙酰化的組蛋白以及促進其與染色質重塑復合物結合。甲基化的組蛋白賴氨酸殘基可以被染色體域的DNA結合蛋白識別，可永久保持區域的組蛋白甲基化。在任何情況下，一個最初的表觀遺傳修飾是很重要的，可以導致染色質構象的區域改變以及隨之而來的基因表達的改變。

組蛋白的具體修飾及機制的討論，包括它們的識別以及表征，已超過了這篇綜述的范圍。然而，理解組合性的﹑協調的調控機制，可能會提供更多的表觀遺傳調控的生物學的理解。大量的研究已經表明，已經研究的這些組蛋白尾部的修飾是一個動態過程，通過一系列酶促反應來添加以及移除。目前，“組蛋白編碼假說”已被提議作為一種手段來表征基因組區域的功能，作為組蛋白狀態的結果。雖然在某些情況下，這種方法能準確預測基因和組蛋白的狀態，但是沒有一種代碼是可以跨門類通用的。事實上，表觀基因組動態性本質可能會由于過于復雜而簡化成少數起作用的“規律”。進一步的工作將需要更好地界定表觀基因組中的模式和類似之處，并與生物功能等同起來。

外源性藥物已被證明能影響組蛋白修飾酶。事實上，一個重要的新興主題可能是環境物質或者是藥品，可以改變表觀遺傳修飾，但以前不知道它們能影響基因表達。例如，丙戊酸是一種抗癲癇處方藥物，被認為是γ-氨基丁酸（GABA）受體激動劑，最近被證明能夠影響表觀基因組，它可以直接導致染色質構象的改變。此外，丙戊酸被重新分類，作為一種抗癌藥物并進入臨床試驗，由于它有組蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制劑的活性，能夠重新激活抑癌基因。未來的化學品的測試，可能會涉及在一系列藥理和毒理實驗中評估組蛋白修飾酶的活性。

（三）RNA干擾與microRNA 非編碼RNA作為遺傳調控機制的出現，大大改變了基因組中“垃圾”DNA的概念，它代表大于97％的總核DNA。事實上，這導致了一場辯論，針對目前的基因定義是否過時，以及補充的生物學的中心法則（DNA-RNA-蛋白）是否正確。如今，通過非編碼RNA的行動，中心法則已被建議改寫為DNA-非編碼RNA，它能夠影響染色質結構，反過來又可以影響基因的功能。RNA干擾（RNAi）的活性是一個過程，是宿主生物借以將雙鏈RNA降解成小片段，導致轉錄后基因表達的沉默。另外，轉錄沉默的機制也被歸結到RNA干擾，從而導致濃縮型染色質的形成。在幾乎所有的有機體從酵母，四膜蟲，植物，果蠅到哺乳動物，這些基因的調節作用已被記錄在案。非編碼RNA作為染色質模板是建立和維持特定的染色質狀態的關鍵，也通過沉默侵入DNA的區域，如轉座子和逆轉錄病毒，來維持基因組的完整性。此外，在染色體的著絲粒異染色質區域穩定的過程，在蛋白質復合體中也是依賴非編碼RNA的。

總之，非編碼RNA的進一步理解發現，它在細胞﹑遺傳和染色體分離與穩定的表觀遺傳學調控中有著重要作用。但可以肯定的是，未來的研究將繼續闡明非編碼RNA的生物學作用，一些研究人員已經確定了它們在癌癥﹑營養壓力以及改變對藥物反應中的作用。同樣，microRNA可能會改變與外源性暴露有關的基因表達，抑或外源性暴露也可能會影響microRNA的表達，兩者可能有助于個體對化學物或藥物暴露個體差異的解釋。顯然，對非編碼RNA的日益理解將有助于理解其對正常生物控制以及外源化學物暴露的影響。

二、典型環境污染物與表觀遺傳

環境中許多理化因素的表觀遺傳效應已經得到初步闡明，顯示了表觀遺傳學機制在環境相關疾病發生過程中的重要作用。隨著多個環境因素表觀遺傳效應研究的不斷深入，環境相關疾病高危人群的確定、早期篩查與診斷、預防與治療必將成為可能。

（一）有機污染物與表觀遺傳 1．多環芳烴的表觀遺傳效應

多環芳烴（PAHs）是一種常見的致癌物，吸煙、生活環境污染或食用污染食物的人群比普通人群接觸更多的PAHs，癌癥及其他疾病的發病率也相對升高。在實驗研究或流行病學調查中，苯并[a]芘（B[a]P）常常作為PAH暴露的指示物，用來揭示PAH對人類健康的影響。Pavanello等以49名非吸煙的焦爐工人（暴露于高濃度的PAHs）為病例組，以43名非吸煙接待員為對照組進行病例對照研究發現，與對照組相比，病例組外周血全基因組高甲基化，p53、HIC1基因啟動子低甲基化，提示這可能與PAHs暴露有關。進一步的動物實驗發現，小鼠暴露于城市及工業污染源3周后，其精子細胞全基因組有高甲基化的現象，此外小鼠肺中的PAH-DNA加合物水平升高，證實了與小鼠PAHs暴露有關。將小鼠胚胎的成纖維細胞長期慢性暴露于B[a]P后，檢測發現其全基因組高甲基化，這與DNMT1的過度表達有關[4]，支持Damiani等人的觀點。

人支氣管上皮細胞暴露于反式苯并[a]芘二醇環氧化物(anti-BPDE)后，miR-320和miR-494高效表達。進一步研究發現，在B[a]P處理后的小鼠支氣管上皮細胞中，miR-320 和 miR-494的表達水平會影響細胞G1期分布。同時，miR-320 和 miR-494的抑制劑能完全阻止B[a]P誘導的細胞周期阻滯，因此miR-320 和 miR-494的表達增加可能是G1期調控異常的信號，但與B[a]P暴露有關的miRNAs功能有待進一步研究。

PAH暴露的早期生物學標志可以作為減少暴露及降低危害的指標。ACSL3 基因5′-CGI甲基化狀態可能與PAH暴露引起的哮喘相關，可作為PAH暴露的候選生物標志物。由于PAH可經過胎盤影響后代的健康，因此也可預測有PAH暴露史的母親所生后代患哮喘的風險。有研究發現，吸煙肺癌患者的PBLs中有p53低甲基化現象，并認為p53低甲基化有預測患肺癌風險的作用。Pavanello等人研究發現，暴露于高濃度B[a]P的職業環境中的健康個體也有p53低甲基化的現象，患肺癌的風險明顯升高。目前，BaP暴露相關的DNA甲基化及組蛋白乙酰化的圖譜已經出現，ChIP-on-chip技術將有助于描述外界環境的變化如何影響細胞和生物體的表觀遺傳調控以及細胞對暴露的反應，人群及體外研究將有助于篩選PAHs暴露有關疾病的生物標志并揭示其致病機制。

2．苯的表觀遺傳效應

苯是一種普遍存在的有機污染物，在交通污染和煙草中大量存在，已有確切證據表明苯暴露會導致人類白血病的發生，此外骨髓增生異常綜合征(MDS)和急性髓系白血病(AML)與苯的暴露密切相關，且患AML風險性與苯暴露的水平呈現出相關性。但苯的致病機制尚未完全清楚，可是，表觀遺傳學變化有助于解釋其致病機制。

Bollati等對暴露于低濃度苯的加油站服務員和交通警員的研究發現，其外周血全基因組甲基化水平降低﹑p15基因高甲基化及MAGE-1基因低甲基化。這是首次報道低劑量苯暴露與DNA甲基化存在關系，且在健康的研究對象中發現了腫瘤細胞異常的表觀遺傳學改變，但該研究并不能排除其他交通污染物暴露對DNA甲基化的影響。最近一項以6個暴露于苯的工人（2男4女）為病例組，4個未有苯暴露的工人（2男2女）為對照組的病例對照研究表明，外周血DNA中800多個基因DNA甲基化圖譜中，檢測發現很多CpG位點的甲基化改變，如：RUNX3基因（骨髓增生性疾病與其表達的改變相關）甲基化水平降低，MSH3（維持基因組穩定性的關鍵基因之一）甲基化水平升高。研究還發現苯暴露對基因甲基化的影響似乎有性別差異。進一步的體外試驗發現，苯的活性代謝產物對苯二酚（HQ）能引起人類淋巴母細胞株TK6細胞全基因組低甲基化，IL12基因高甲基化﹑ RUNX1T1及MAGEA1基因低甲基化，這些支持了前人的研究結果。此外，苯暴露還與miR-154，miR-487a，miR-493-3p，miR-668表達下降有關。

（二）金屬及其化合物與表觀遺傳

金屬在生活中和工業上都有廣泛應用，是人類活動中不可或缺的物質，然而金屬污染同樣令人關注。與有機污染物不同，金屬污染物不能被生物體降解并可蓄積達到對人體有害的水平，對機體產生細胞毒性和遺傳毒性效應,甚至誘導癌癥發生。一直以來科學家認為金屬致癌性與遺傳機制密切相關，但近年的研究表明表觀遺改變也是其致病致癌的重要機制。

1．鎳的表觀遺傳效應

鎳是環境中和工業上具有嚴重危害的金屬污染物，長期接觸會產生遺傳毒性效應和表觀遺傳損傷。鎳的廣泛應用是長期接觸的基礎，生活中使用的硬幣、電池及佩戴的首飾均含有大量鎳，職業性電鍍工人和焊接工人也會長期接觸到鎳，因此鎳的危害不容忽視。

鎳與DNA甲基化：在中國倉鼠G12細胞中采用轉基因大腸桿菌gpt活性基因做模型，發現在接觸鎳化合物后，DNA甲基化改變可引起其表達失活；雖然鎳誘發DNA高度甲基化的機制還不確定，但一種可能的模式—鎳取代鎂，增加染色質濃縮，引發從頭合成DNA甲基化。

在體內試驗中，把硫化鎳同時注射入野生型C57BL/6小鼠和腫瘤抑制基因p53雜交小鼠中，所有小鼠體內都產生惡性組織細胞瘤，且所有腫瘤細胞內均發生p16啟動子高度甲基化。在體內和體外試驗中，脆性組氨酸三聯體基因（FHIT）是另一種接觸過鎳后會沉默的腫瘤抑制基因。在癌癥和癌前病變中，常可以見到FHIT表達減少或缺失，且FHIT蛋白短缺與其mRNA轉錄的缺失是一致的。

廣州化學致癌研究所在研究結晶型NiS惡性轉化及成瘤16HBE細胞中hMSH2基因啟動子甲基化狀態及其mRNA表達水平時，發現hMSH2基因的啟動子區CpG島存在高度甲基化，且伴有mRNA表達水平下降。這可能是由于鎳引起了有害的基因外修飾，即鎳結合異染色質內的DNA磷酸主鏈中的氧原子，誘發了局部DNA甲基化，并且向外擴散到鄰近的常染色質區，從而使異染色質附近的腫瘤抑制基因出現沉默。由此可見，鎳的致癌作用可能不是由于鎳所引發的基因突變，而是因為鎳使重要的癌相關基因高度甲基化造成的。這些研究表明，表觀遺傳改變是鎳致癌作用的主要機制。

鎳與組蛋白乙酰化：Costa等人的實驗表明鎳離子可以抑制組蛋白H4乙酰化，增加H3K

4二、三甲基化和H3K9一、二甲基化，同時他們還研究了鎳暴露濃度、暴露時間與甲基化的關系。

鎳離子可以降低酵母和哺乳動物細胞組蛋白H4乙酰化水平。將A549細胞暴露于Ni3S2溶液2d后，提取出組蛋白，利用SDS-PAGE、Western Blot和抗體特異性方法檢測組蛋白乙酰化水平，結果顯示組蛋白乙酰化程度降低[24]。在復雜的細胞過程中，組蛋白乙酰化狀態起著重要的調控作用，如組蛋白去乙酰化升高會導致染色體結構改變、轉錄抑制和基因沉默等，這些與癌癥的發生有關。

在研究鎳與組蛋白H3K4的實驗中，同樣以A549為實驗細胞系，分成對照組與高、低劑量暴露組并培養24h。經統計分析P<0.05，即暴露組與對照組對組蛋白的影響有明顯差異，鎳離子會使組蛋白甲基化明顯增加。檢測發現，鎳離子可以增加H3K

4二、三甲基化，而對一甲基化幾乎無影響。在鎳影響H3K9的實驗中，將A549細胞暴露在NiCl2 溶液中24h后，用Western blot、Chip 技術分析，結果表明：鎳離子會增加H3K9一、二甲基化。

2．砷的表觀遺傳效應

砷是一類對人體有害、具有致癌性的類金屬，長期接觸砷會對人體產生不利影響[22]。接觸砷會誘發惡性腫瘤、胃腸道毒性反應、糖尿病、心血管疾病甚至死亡，砷不僅可以導致這些宏觀病變，還可以引起染色體結構變化、基因表達異常等微觀改變。砷的表觀遺傳效應主要在影響DNA甲基化與組蛋白乙酰化兩方面最為突出。

砷與DNA甲基化：在砷暴露的癌癥患者中，能明顯觀察到全基因組甲基化減少或一些特異性基因啟動子甲基化增加。在燃煤污染型砷中毒患者中，病例組患者MGMT基因啟動子甲基化率明顯高于對照組，且隨病情的加重而逐漸增高；同時癌變組MGMT基因啟動子甲基化率顯著高于非癌變組和對照組；但MGMT基因啟動子甲基化增加，mRNA轉錄水平卻會降低；以上結果提示MGMT基因啟動子高度甲基化是砷中毒發生、發展乃至誘導腫瘤發生的一個早期事件。

接觸砷的人群與對照組相比較，p53基因啟動子區有明顯的DNA高甲基化，且存在著劑量-反應關系。相對于不接觸砷的皮膚癌患者，接觸砷的患者p53基因存在著高甲基化，但其甲基化率卻不明顯。暴露于高濃度砷的患者中可以發現明顯的p16基因啟動子高甲基化。與鎳不同的是，中國倉鼠G12細胞暴露于砷不會引起甲基化和轉基因大腸桿菌gpt活性基因失活，這說明砷和鎳兩種致癌金屬是通過不同途徑發揮作用的。

砷與組蛋白乙酰化：Hock研究團隊在研究無機砷對組蛋白修飾影響的實驗中發現，無機砷顯著增加HepG2細胞組蛋白H3乙酰化，而對其甲基化沒有作用，但砷可以導致A549細胞中組蛋白甲基化改變。

砷影響組蛋白H3K4的試驗中，將A549細胞暴露在砷中24h后，利用抗體特異性檢測H3K4的一二三甲基化狀況，結果為H3K

4二、三甲基化增加，一甲基化降低。同時發現暴露于5μM砷的二三甲基化增加程度比1μM的低，由此推斷砷的劑量反應關系是非線性的。

組蛋白H3K9可以發生三種甲基化修飾。將A549細胞暴露在砷中24h，隨后將組蛋白提取出來用Western Blot 分析H3K9的甲基化情況。結果為：一、二、三甲基化均增加，免疫熒光染色圖也得到同樣的結果。砷也能導致正常人支氣管上皮細胞（BEAS—2B細胞）的H3K9二甲基化增加，可見這種現象不只出現在一個細胞系中[33]。

H3K27的三甲基化是基因沉默的一個重要標志。以往的研究表明，沉默啟動子的H3K27甲基化水平比活化啟動子中高，而三甲基化增高預示著基因沉默將會發生。A549細胞暴露在高濃度和低濃度砷中24h后，提取出細胞中的組蛋白用Western Blot 方法分析，結果表明H3K27的甲基化水平均下降。

（三）放射性物質與表觀遺傳

人類不斷暴露在自然界低水平離子輻射中，保護系統則是通過輻射應力激發適應-反應基因的表觀遺傳重組發揮作用。接觸放射性物質后，肺腺癌及其他一些疾病的危險性會增加。肺癌的發病可能是因為腫瘤抑制基因啟動子高度甲基化引起了基因失活。氡是最常見的放射性物質，職業性接觸氡的工人吸入高濃度的22

2Rn會增加肺癌發生的危險度。Palmisano等在肺腺癌患者的痰細胞中，檢測到p16和MGMT高度甲基化，提示p16和MGMT有可能成為氡誘發肺癌的早期分子標記物。在國內某鈾礦職業氡暴露人群的痰中檢測發現，隨著氡子體暴露劑量的增加，p16和MGMT兩個基因的甲基化率也呈逐漸上升的趨勢，這與Palmisano等的報道結果基本一致。Prueitt等推測，部分吸煙誘導的肺癌是由于患者所吸入香煙中放射性同位素的輻射作用所致。而接觸輻射的工人肺癌發生率與p16的失活呈正相關，這暗示香煙中的放射性核素可能與其他化合物反應，從而引發肺癌。以上研究表明，輻射和吸煙都會引起p16失活，而p16失活在癌癥發生過程中起著主要作用；香煙中的放射性物質在一定程度上增加了肺癌的危險性，但是相對于化學致癌物等的作用，電離輻射的影響程度還不能確定。

（四）電離輻射與表觀遺傳

電離輻射是無處不在的，是疾病檢測和輔助診斷的重要技術手段，雖然電離輻射對人類有重要的作用但其危害性也值得重視，因此了解電離輻射的損傷機制迫切重要。Mothersill, Bonner 和Kovalchuk實驗室已用細胞培養、三維人體組織和動物模型證實了表觀遺傳學改變在電離輻射效應中的重要作用。Thompson，Scott等人認為實驗設計偏倚可掩蓋低水平的電離輻射暴露對癌癥的抑制現象，并發現患肺癌的風險降低與低劑量α-輻射暴露有關。進而有研究認為，人類持續暴露于自然的低水平電離輻射，可以形成了一套自我保護的適應輻射的機制。可能低水平輻射激活反應基因，高水平的輻射激活沉默反應基因，使得低劑量輻射有關反應機制在表觀遺傳調控方面（DNA甲基化，組蛋白修飾，miRNAs）上有了新的認識，未來或許可將低水平電離輻射用于癌癥的預防。

（五）其

他 石棉與DNA甲基化：石棉是職業環境中常見的且具有致癌性的物質，其誘導肺癌的發生已經得到確切的證實。肺癌發生的危險性主要取決于石棉的纖維類型和含量。肺癌中很多腫瘤抑制基因的改變都與吸煙相關，但是關于其與石棉相關性的研究卻很少。p16/CDKN2A 是一個重要的腫瘤抑制基因，其發生改變的形式主要是5’-CpG島高度甲基化，而很少發生點突變。p16/CDKN2A甲基化和石棉暴露之間存在著聯系，Andujar等研究了接觸石棉的肺癌患者中p16/CDKN2A基因的改變情況，其中，石棉暴露資料的詳細估測是根據職業問卷調查和肺組織石棉體檢測得到的；研究結果還證實了吸煙對p16/CDKN2A基因改變有影響，即吸煙較多的肺癌患者（每年≥40包）的p16/CDKN2A 啟動子高度甲基化率明顯高于吸煙較少的肺癌患者（每年吸煙<40包的患者）；在校正年齡和吸煙狀態后，石棉暴露患者中p16/CDKN2A高甲基化率是24.2%。

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第五篇：環境生態學期末課程論文

xxxxxx大學

環境生態學期末論文

題目：關于家鄉生態農業的一些看法

學生姓名：xxx

指導老師：xxx

學院：地球與環境學院

專業班級：環境工程xxx

完成時間：20xx年x月

I

論文題目 ：關于家鄉生態農業的一些看法

題目類型 ：理論研究題目來源 ：生產實際問題論文寫作時間：2011年3月至2011年4月

摘要：隨著農業的發展，如何提高農業的生產效率和經濟效益，成為農業生產者越來越關心的問題。近年來生態農業的可行性和認可度進一步提高，人們對生態農業的重視程度也越來越高，然而人們對生態農業的理念還存在一定的誤解。生態農業中也還存在相關的問題，下面是我結合自己的觀察就家鄉生態農業的一些看法。其中存在問題的主要是當地環境資源的利用效率太低，農業子系統設計不合理，層次結構有待調整，模式類型應用不當，生產產品的質量不達標，以及經濟效益難以提高等。針對這些方面，通過完善生態農業系統結構，增強生態系統協調性，優化產業模式，這些問題也是可以解決的。

關鍵詞：生態農業誤解存在問題農業子系統改進意見

一、生態農業的概念：

生態農業：是指在保護、改善生態農業環境的前提下，遵循生態學

生態經濟學規律，運用系統工程方法和現代科學技術，集約化經營的農業發展模式，是按照生態學原理和經濟學原理,運用現代科學技術成果和現代管理手段,以及傳統農業的有效經驗建立起來的，能獲得較高的經濟效益、生態效益和社會效益的現代化農業。

對這一概念，很多人還存在誤解，當然僅僅通過字面的了解，很容易想到綠色食品和自然條件下的生產模式，那么在這就有一個中國對生態農業的定義：按照生態學原理和生態經濟規律，因地制宜地設計、組裝、調整和管理農業生產和農村經濟的系統工程體系。它要求把發展糧食與多種經濟作物生產，發展大田種植與林、牧、副、漁業，發展大農業與第二、三產業結合起來，利用傳統農業精華和現代科技成果，通過人工設計生態工程、協調發展與環境之間、資源利用與保護之間的矛盾，形成生態上與經濟上兩個良性循環，經濟、生態、社會三大效益的統一。

我國的生態農業遵循發達國家在提出生態農業時所堅持的發展農

村經濟必須與環境保護相協調的原則和生態原理，摒棄了西方生態農業主張不用農藥、化肥、機械等外部投入的非集約化農業技術路線的那種回歸自然的倒退做法；堅持增加科技含量，合理投入，實施集約農業產業工程化的技術路線。

所以我們應排除對生態農業的誤解，生態農業并不是純自然條件下

沒有現代化干預的農業生產模式，而是充分發揮自然區位優勢，充分利用自然生態條件、利用科學技術手段提高生產效率的一種新型農業

生產模式，而且生產的產品也未必是綠色食品。生態農業是以生態學理論為主導，運用系統工程方法，以合理利用農業自然資源和保護良好的生態環境為前提，因地制宜地規劃、組織和進行農業生產的一種農業。

二、家鄉農業存在的問題：

我們先來看一下我家鄉的地理區位，宣城地處皖南，位于長江的下游地

區，屬泛長三角，氣候屬于典型的溫帶季風氣候，全年降水豐富，植被繁茂。而且是典型的丘陵地形，地形不單一，適合不同形式的作物，日照充分，非常適合綜合型農業的發展，尤其是生態農業的發展。

然而現在的當地農業發展卻在承接長三角產業轉移的浪潮下漸漸被忽

視，一是原本單薄的農業發展基礎不能很好的帶來經濟效益，相反工業生產利潤豐厚；二是不合理的生產模式給當地居民帶來了很多的困擾。

現就家鄉的某一處農業結構作一下概述，雖然也算是一種生態農業，但

還存在著一些問題。當地地形是東北面是山，西南面是農田，而且大小不一的池塘很多，有著良好的農業生產條件。然而當地現實的情況是山上全部種的是一種名叫外國松的引進的樹種，農田里只是在夏天種一季水稻，山腳下建設一些養殖廠，飼養的主要是雞和豬。我們可以看到農業生產要素之間都是孤立的，并沒有建立起能量和物質的聯系，僅僅靠的是人工的肥料投入，養殖業的飼料也主要靠的是購買，過分依賴人工投入，其農業的生態系統物質和能量循環并沒有形成。其種植的樹木需要將近十年才能產生經濟效益，而且每年還要在護林防火方面投入很多。再看其養殖方面的產出，其產生的肉制品并未經過深加工，只是投放當地的肉制品市場，其價格方面并沒有多大的競爭優勢，所以其經濟效益也是可想而知，而且養殖風險也不能有效地規避。養殖方面的產生的家禽糞便只是托運到山里面傾倒，然而每年的雨水沖刷使得家禽糞便的肥力作用根本沒有發揮，相反被雨水沖刷后流淌到山下的排水網絡里，導致環境的污染，蚊蟲滋生，氣味難聞。山下居民的生活用水受到污染，居民的生活受到一定影響。

三、理論意見：

①、生態農業是20世紀60年代末期作為“石油農業”的對立面而出現的概念，其區別在于資源盡量的取自自然環境，發揮當地的資源優勢，而非大量的人工投入。

②、為提高生產的效率，要盡量建立農業子系統之間的聯系，食物鏈網絡化、農

業廢棄物資源化，充分發揮資源潛力和物種多樣性優勢，建立良性物質循環體系,農業子系統設計涉及到種植業種群結構,但要注意各作物組分之間、農林牧產業間的協同適應性,在此基礎上提出相應的用地比例、勞動力配置結構、投資結構等,并建立起實現農業生態系統良性循環的復合結構。農林牧產業在生態農業系統中不是大拼盤，而是在資源條件下市場下的合理量比關系，才能達到物質循環能量的暢通流動。具體的生態農業結構類型有：空間結構型、食物鏈型、時空食物鏈綜合型三種類型。

③、生態農業強調發揮生態農業系統的整體功能，以大農業偉出發點，按“整體、協調、循環、再生”的原則，全面規劃，調整和優化農業結構，使農林牧副漁各業和農村一、二、三產業綜合發展，并使各業之間互相支持，相得益彰，提高綜合生產能力。

④、生態農業仍然施用化肥和低毒高效農藥等，突破傳統農業的局限性，但又保

持其精耕細作、施用有機肥、間作套種等優良傳統，摒棄了西方生態農業主張不用農藥、化肥、機械等外部投入的非集約化農業技術路線的那種回歸自然的倒退做法；堅持增加科技含量，合理投入，實施集約農業產業工程化的技術路線。

四、具體改進意見：

①、明確當地的資源條件：

較多的水域和較為寬裕的農業用地有利于建立農業子系統，在進一步完

善水生態系統的基礎上，可以具體的增加養殖業的項目，比如水體養殖，可以適當的在當地的池塘里放養魚類，而不是僅僅限制在家禽家畜的養殖，這樣就充分利用了閑置的池塘，池塘介入人為管理后能更好得發揮其在生態系統中的作用。在種植方面也要擺脫單一的種植模式，山上可以引種一定的果樹，與現有的植物（松樹）進行套種，而農田中也可以采用農作物套種的方式，南方的水田有較好的氣候條件，可以套種多年生的經濟作物，這樣就可以充分利用生態空間。即形成時空結構型的生態農業子系統。例如，可以種植葡萄，吊瓜等易于管理的作物，其中套種蔬菜，能降低在種植方面的勞動力力資源的投入。

②、建立起農業子系統之間的聯系（即建立養殖與種植方面的聯系）：

在整個當地的農業生態系統中，其生產者主要分布在林地和農田，產出

主要有糧食、水果及其他作物產品，還有一個重要產出就是農業廢棄物。例如，果樹產生的有水果，此等產品可直接輸入市場，但是其產生的農業廢物有：挑選剩下的水果，果樹的枯枝敗葉。農田中會產生糧食等可以直接輸入市場的作物，同時也會產生作物秸稈、蔬菜枯葉和其他經濟作物的藤蔓等農業廢物。還有即養殖方面的養殖廢物。

農業子系統之間的聯系并不是很緊密，農田歸農田，林地歸林地。我可

以調整一下，主要是生產者產生的農業廢物和養殖業產生的養殖廢物的處理途徑。最基本的就是建立起循環關系，農業廢物是良好的養殖資源，而養殖廢物又是良好的種植業資源，這樣基本的聯系即可建立。根據食物鏈的方向，合理安排能量和物質的流動，即形成食物鏈型生態農業系統。

③、優化農業子系統的結構：

優化的具體實施可以體現在將農業子系統交叉在一起，比如養殖業的場

地選擇，可以直接定位在林區，實行散養與圏舍養殖相結合的模式，這樣就就解決了養殖廢棄物的轉運問題，直接將其作為作物的肥料，節省了人力物力。還可以將禽類的養殖空間與畜類的養殖空重疊。例如雞鴨的糞便并不是消化的很徹底，雞糞甚至還可以直接作為豬的飼料；鴨是喜好濕地的，在種植水稻的區域是可以將鴨在其中放養的，而且鴨在田間覓食可以大大降低蟲

害。種植區域產生的作物中不合格的產品可以直接用來做飼料，比如藤本植物的秸稈只要處理得當，就可以作為羊越冬的良好的飼料。這些是通過建立農業子系統之間的聯系來優化生態農業結構的，可形成時空食物鏈綜合型的生態系統類型。

此外，優化生態農業結構還可以通過增加人工投入，例如，為了提高

養殖的數量，林區面積又能滿足場地需要，但是在飼料難以自給自足的情況下，我們就可以通過人工向系統中投放能量的方式來彌補生態系統中的“木桶效應”。

④、產品升級：

生態農業盡管不是指綠色農業，但是生態農業可以作為綠色農業的基

礎。我們之前提到的中國的生態農業理念是摒棄西方不使用農藥、化肥的做法，然而，現在我們的看到綠色農業在社會中的認可度，生態農業是可以向綠色農業轉型的。當我們的農業子系統的協調機制建立完善，物質和能量循環能夠有效地進行時，我們就可以減少人工投入，甚至可以在不添加人工因素的前提下保證相應的農業產值，而且綠色食品的市場競爭優勢是顯而易見的，所以在生態農業向綠色農業轉型時我們的經濟效益是可以保證的。

另外，在承接長三角產業轉移的的同時，我們更應看到農業發展的契機，我們可以建立農業與加工業之間的聯系，進行農產品深加工，減少靠出售初級農產品的農業收入比例，而且農產品的深加工是可以大幅度提高農產品的附加值的，從而提高農業收入。

⑤、管理方面的改善：

鑒于生態農業系統的統一協調性的需要，管理人員要有較高的專業知識

和技術，而不是再過分的依賴舊有的膚淺的經驗進行管理。所以環境工程方面的人才是可以涉足這一方面的。從現在的情況看，中國農業的生產模式任然缺乏科學理論知識在基層的指導，知識分子在農業基層方面的研究也不是很多。所以生態農業的進一步發展要進一步依靠知識分子，要注重吸收環境工程等專業的知識分子作為提高管理和推動生態農業繼續進步的力量。

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