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1、生 物 技 术n前言n生物技术四大体系n生物技术新浪潮一、生物工程形成简史w传统发酵酿酒、制酱制醋技术；w1860年，巴斯德单一霉菌纯粹培养技术；w1878年,啤酒酵母单一培养技术；w1881年，细菌的纯粹培养技术；w1929年，抗菌素盘尼西林发现；w1946年，用细菌可以生产氨基酸；w1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功；前 言一、生物工程形成简史w1953年，Waston、Crick提出了DNA双螺旋结构；w1972年，美国斯坦福大学构建了第一个重组DNA分子；w1977年，在美国旧金山建立了世界上第一家遗传工程公司。二、生物工程定义w生物工程是生物技术的总称，是对生命有机体在分子水平、
2、细胞水平、组织水平、个体水平进行不同层次的创造性设计和改造，使之能定向组建具有特定性状的新物种或新品系，从而造福人类的现代应用技术学科。w生物工程主要包括细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程和生化工程等。三、研究生物工程的意义w使人类进入了按照自己的需要人工创造新生物的伟大时代；w它是世界新技术革命的三大支柱之一（信息、材料、生物工程），具有相当大的潜在生产力。生物技术的四大体系w基因工程w细胞工程w酶工程w发酵工程一、基因工程w定义 基因工程就是从生物体中把生物遗传物质分离出来，或人工合成一个DNA分子，用人工的方法对遗传物质进行搭配、组合，然后转入某细胞内，通过改变其遗传物质的结构，来改变
3、它的遗传特性，使之定向地产生符合人类需要的新型生物物种、类型。1、用于分子生物学研究2、用于改造生物，创造对人类有 用的 新品系、新物种。基因工程用途限制性内切酶 是生物工程中最重要的工具酶，主要从原核生物中提取，它能识别双链DNA分子中的特异性核苷酸序列，使它在特定的位点水解。基因工程的基本过程EcoR I 识别序列：G A A T T CC T T A A G并切割如下：5 N N N N G A A T T C N N N 33 N N N N C T T A A G N N N 5限制性内切酶Pst I 识别序列：C T G C A GG A C G T C并切割如下：5 N N N
4、N C T G C A G N N N 33 N N N N G A C G T C N N N 5限制性内切酶 在基因工程中的运载体 包括：质粒载体 噬菌体载体 复合载体 病毒载体载 体 是细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的双链闭合环状分子，大小为1-200Kb，能独立于染色体外进行自我复制。它的拷贝数较多，每个细胞中可含10-200个拷贝。其表型效应主要有决定抗药性，合成抗菌素，编码限制或修饰酶等。质粒载体染色体质粒 pBR322 质粒图谱 是一种细菌病毒，可作为克隆载体。其优点是可以在体外包装产生感染性很高的噬菌体颗粒。噬菌体载体噬 菌 体头部尾部尾丝噬菌体感染细菌示意图病毒载体病
5、毒载体 这是一类真核载体，能把基因引入到 真核细胞中，并在其中被表达。因此是研 究真核细胞表达及调控的有力工具。如：腺病毒、乳头瘤病毒、疱疹病毒等。复合载体1、从生物基因组中分离得到基因组DNA 酶切产物总RNA mRNA cDNA2、人工合成化学合成PCR（聚合酶链式反应）分离逆转录基因工程步骤一-获得DNA片段，取得目的基因基因工程步骤二-DNA片段和载体DNA在体外连接外源DNA质粒酶切位点酶切位点酶切酶切混合DNA连接酶基因工程步骤二-DNA片段和载体DNA在体外连接质粒DNA外源DNA酶切酶切外切酶外切酶膜端转移酶 膜端转移酶DNA聚合酶DNA连接酶加热并慢慢变冷1、转化 某一基因型
6、细胞从周围介质中吸收另一基因型细胞的DNA，而使其基因型和表型发生相应变化的现象。2、转染 除去蛋白质外壳的病毒核酸感染细胞或原生质体的过程。3、转导 用噬菌体做载体，将一个细胞的基因传递给另一个细胞的过程。4、显微注射基因工程步骤三-将重组的DNA分子引入合适的宿主细胞内 从大量携带重组体DNA分子的宿主细胞中分离出携带 目的基因的细胞。基因工程步骤四-选择、筛选1、遗传学方法 对于带有抗药性基因的质粒，可通过检测受体菌是否由敏感状态变成抗药状态进行筛选。筛 选 方 法2、核酸杂交法筛 选 方 法硝酸纤维薄膜与探针杂交薄膜放射自显影胶片选择所需克隆3、免疫学方法用特异性抗体检测基因产物从而筛
7、选阳性克隆的方法。筛 选 方 法 看新基因能否在新细胞中定居下来，能否复制自己稳定传代，能不能产生表达作用，指导蛋白的合成。基因工程步骤五-培养，观察DNA重组体的构建与克隆固氮基因的应用抗卡那霉素基因的应用基因工程产品介绍：生长激素 人胰岛素疾病诊断基因工程的成果二、细胞工程w定义：将一种生物细胞中携带全套遗传信息的基因或染色体整个地转入另一种生物细胞，从而改变细胞的遗传性，改造生物的性状和功能，创造新的生物类型。它包括细胞融合、细胞器移植、染色体工程、细胞和组培技术等。通过生物学、化学或物理学的方法，使两个不同种类的体细胞融合在一起，从而产生具有两个亲本遗传性状的新细胞。童鱼世界上第一条没
8、有父母的鱼：“鲫鲤核质杂交鱼”体细胞杂交/细胞融合技术组织培养/快速无性繁殖 利用植物组织、植物细胞的全能性，进行快速无性繁殖。优点：1.可固定杂种优势 2.免除制种环节 3.对珍贵植物的引种生产具有特 别意义举例：组织培养法再生兰花；人工种子植物组织与细胞培养技术组 织 培 养叶肉组织愈伤组织新植株快速无性繁殖单个细胞营养培养基克隆植株细胞育种诱导突变，筛选新品系、新品种植物组织与细胞培养技术诱导突变，从组织再生植株中筛选出的个大、肉多、汁少的西红柿突变体突变与突变体筛选植物组织与细胞培养技术次生代谢产物生成 从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。优点：1.比栽培原料作物更易控制 最佳生产条
9、件；2.培养物为无菌、无虫材料，能保证产品质量；3.工艺操作较为简单，可减 少劳动费用，提高生产力。三、酶 工 程w定义：利用酶的特异催化功能，将一种物质转化为另一种物质的技术w基本步骤：将酶制剂精制成固相的酶，然后将其组装在特殊的器件中形成生物反应器，利用这种反应器将底物转化为人类需要的产品。w优点：快速；高效；产品回收和提纯工艺简便。1、酶分子的改造与修饰 通过这种改造来改变酶的物化性质及其生物活性，甚至赋予新的功能，提高其在不良环境中的稳定性，扩大酶的应用范围。2、酶抑制剂的开发研究 所谓酶抑制剂是指能引起酶分子活力下降甚至完全丧失的物质。酶工程研究的两个方面：四、发 酵 工 程w定义
10、是工程学与微生物学的结合。利用微生物的特性，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接将其应用于工业化生产的一门技术。包括菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵和分离，以及微生物机能的利用等。w优点：投资省；见效快；污染小。w应用范围1.微生物菌体的生产和利用2.微生物代谢产物的应用3.微生物机能的应用四、发 酵 工 程w发酵工程的效益发酵工程的效益 1.医药工业方面 2.食品工业方面 3.能源工业方面 4.饲料工业方面 5.冶金工业方面 6.农业方面四、发 酵 工 程生物技术的新浪潮w蛋白质工程w海洋生物工程w生物计算机w农业生物工程w生物传感器蛋白质工程 -第二代基因工程w以蛋白质为对象为目的的生物
11、工程w必须突破以下几个难关：1、基因结构的改变2、基因的高效表达3、翻译后的蛋白修饰4、新蛋白的提纯海洋生物工程w以海洋为对象，生产、开发人类所需的新食物、新能源、新药物和新材料的生物工程w如：培育新品种的海鲜 生产海洋生物活性物质 治理海域污染等生物计算机w特点：1、能制成超高密度的线路、生物集成块2、能制成半永久性元件3、以生物化学反应模拟人体机能进行工作，所需能量很少w目前已制成蛋白质薄膜、DNA芯片等农业生物工程w生物工程技术在农业革命中的应用w包括：基因工程改良；细胞工程育种；快速无性繁殖；畜牧业中的生物工程技术等。生物传感器w是一类通过各种类型的敏感膜将生物体内的化学信息转化为电、热、光等讯号的传感检测器。w第一代：由固定化酶膜和电化学器件组成的酶电极；第二代：微生物、细胞器、动植物组织、免疫等生物传感器；第三代：生物电子学传感器，将具有智能。小 结n生物技术四大体系n生物技术新浪潮