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1、现代生物技术现代生物技术临沂大学生命科学学院总总 论论不要版权，欢迎复制2 2Email: 资料资料Email： PW:ziliaoQQ:63417616教材：教材：生物技术概论生物技术概论 宋思扬宋思扬 楼士林楼士林 科学出版社科学出版社主讲：主讲：邱新民邱新民3 3课程介绍课程介绍l学时：学时：总学时：总学时：32平时平时（作业，小考）（作业，小考）30%副卷（论文）副卷（论文）30%期末考试期末考试40%4 4参考资料：参考资料：1.程备久程备久 现代生物技术概论现代生物技术概论 中国农业出版社中国农业出版社2.陆兆新陆兆新 现代食品生物技术现代食品生物技术 中国农业出版社中国农业出版社
2、3.Weaver RF(2005)Molecular Biology,3rd ed.WCB McGraw-Hill4.Lewin B(2002)Genes VII,Oxford University Press5.Journals and Webs NATURE SCIENCE CELL http:/www.bio- 51.1 生物技术的含义生物技术的含义1.2 生物技术的发展简史生物技术的发展简史1.3 生物技术对经济社会发展的影响生物技术对经济社会发展的影响1.生物技术总论生物技术总论6 6指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶、及其他食品的传统工艺。酪、
3、酸奶、及其他食品的传统工艺。传统生物技术传统生物技术现代生物技术现代生物技术指年代末年代初发展起来的，以指年代末年代初发展起来的，以现代生物学研究成果为基础，以基因工程现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴科学。当前所称的生物技术为核心的新兴科学。当前所称的生物技术基本上是指现代生物技术。基本上是指现代生物技术。1.1 生物技术的含义生物技术的含义7 7 生物技术被世界各国视为一项高新技术，生物技术被世界各国视为一项高新技术，它对于提高国力，迎接人类所面临的人口、它对于提高国力，迎接人类所面临的人口、资源、能源、食物和环境这五大危机具有资源、能源、食物和环境这五大危机具有至关重要的作
4、用，所以许多国家都将生物至关重要的作用，所以许多国家都将生物技术确定为增强国力和经济实力的关键性技术确定为增强国力和经济实力的关键性技术之一。我国政府同样把生物技术列为技术之一。我国政府同样把生物技术列为高新技术之一并组织力量追踪及攻关。高新技术之一并组织力量追踪及攻关。8 8也称生物工程也称生物工程(bioengineering(bioengineering），是人们以），是人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计，改造生物体或加工生物原料，为人类的设计，改造生
5、物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的的一门生产出所需产品或达到某种目的的一门新兴的、新兴的、综合性综合性的学科。的学科。生物技术生物技术(biotechnology)9 9先进的工程技术手段包括：先进的工程技术手段包括：酶工程现代生物技术基因工程发酵工程蛋白质工程细胞工程生物工程下游技术1010基因工程（基因工程（gene engineering）这种创造新生物或给予新生物以特殊功能这种创造新生物或给予新生物以特殊功能的过程，称为的过程，称为基因工程基因工程，也称，也称DNA重组技重组技术。术。生物DNA重组DNA宿主细胞或个体体外切割、拼接、重组多肽蛋白质导入1111细胞工
6、程（细胞工程（cell engineering）指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为的使细胞某些生物学特征按人们的意愿繁殖或人为的使细胞某些生物学特征按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种，发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速繁育动植物个体，以获得某种有用的物质的过加速繁育动植物个体，以获得某种有用的物质的过程。程。细胞工程包括：细胞工程包括：动植物细胞的体外培养技术、细动植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术（也称细胞杂交技术）、细胞器移植技胞融合技术（也称细胞杂交技术）、细胞器移植技术、克隆技术、干细胞技术
7、等。术、克隆技术、干细胞技术等。1212酶工程（酶工程（enzyme enineering）利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。1313发酵工程（发酵工程（fermentation engineering）利用微生物生长速度快，生长条件简单利用
8、微生物生长速度快，生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需要的产品的过种特定功能生产出人类所需要的产品的过程称为发酵工程，也称微生物工程。程称为发酵工程，也称微生物工程。1414蛋白质工程（蛋白质工程（protein engineering）在基因工程的基础上，结合蛋白质结在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段
9、，从而达到对蛋白质进定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰改造、拼接，以产生能满足人类行修饰改造、拼接，以产生能满足人类需要的新型蛋白质。需要的新型蛋白质。1515五大工程之间的相互关系五大工程之间的相互关系基因工程基因工程发酵工程发酵工程蛋白质和酶蛋白质和酶动植物个体或细胞动植物个体或细胞优良动植物品系优良动植物品系细胞工程细胞工程蛋白质工程蛋白质工程或酶工程或酶工程微生物微生物工程菌工程菌产产品品16161.2 生物技术的发展简史生物技术的发展简史1 1、以制酒、食品加工、农业、畜牧业为主的作坊式的生、以制酒、食品加工、农业、畜牧业为主的作坊式的生物技术。物技术。2 2、以抗生素为代表，
10、发酵工程为主要技术的工业化的生、以抗生素为代表，发酵工程为主要技术的工业化的生物技术。物技术。3 3、现代生物技术。、现代生物技术。19531953年年WatsonWatson和和CrickCrick发现了发现了DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构19661966年年NirebergNireberg等人破译遗传密码等人破译遗传密码19721972年年BergBerg实现实现DNADNA体外重组，现代生物技术开始的标志。体外重组，现代生物技术开始的标志。19881988年年PCRPCR技术问世技术问世19971997年英国培养出第一只克隆羊多莉（年英国培养出第一只克隆羊多莉（2003.2.142
11、003.2.14安乐死）安乐死）20002000年人类基因组草图正式发表年人类基因组草图正式发表1.改善农业生产改善农业生产,解决食品短缺解决食品短缺提高农作物产量及其品质提高农作物产量及其品质a.a.培育抗逆作物优良品质（培育抗逆作物优良品质（抗除草剂、抗病毒、抗盐碱、抗旱、抗虫、抗病以抗除草剂、抗病毒、抗盐碱、抗旱、抗虫、抗病以及作物品质改良等）及作物品质改良等）1.3 生物技术对经济社会发展的影响生物技术对经济社会发展的影响1818遭到玉米螟侵害和真菌感染的普通玉米遭到玉米螟侵害和真菌感染的普通玉米(左左)与与Bt玉米玉米(右右)1919b.b.植物种苗的工厂化生产植物种苗的工厂化生产2
12、020c.c.提高粮食品质提高粮食品质2121l全全球球首首批批真真正正的的蓝蓝玫玫瑰瑰日日本本展展出出。2008年年11月月1日日蓝色妖姬（染色）蓝色妖姬（染色）2222d.d.生物固氮生物固氮,减少化肥使用量减少化肥使用量2323a.动物的大量快速无性繁殖动物的大量快速无性繁殖 1997年年2月，英国月，英国Roslin研究所在研究所在Nature上上发表文章：用绵羊乳腺细胞培育出一只小羊发表文章：用绵羊乳腺细胞培育出一只小羊-“多多莉莉”。动物体细胞也具有全能性。动物体细胞也具有全能性。b.培育动物的优良品质培育动物的优良品质 将与动物优良品质有关的基因转移到动将与动物优良品质有关的基因
13、转移到动物体内，使动物获得新的品质。物体内，使动物获得新的品质。发展畜牧业生产发展畜牧业生产2424转基因鲑鱼转基因鲑鱼(上上)与同年龄的野生鲑鱼与同年龄的野生鲑鱼(下下)2525转基因超级鼠左：转基因超级鼠右：同胞生正常鼠荧光斑马鱼荧光斑马鱼新加坡国立大学美国密苏里大学通过克隆技术培育出四只含有绿色荧光水母基因的小猪 l2008年年10月月25日，日本农业生物资源研究所与群马县日，日本农业生物资源研究所与群马县蚕丝技术中心的科研人员通过转基因蚕制出荧光丝。蚕丝技术中心的科研人员通过转基因蚕制出荧光丝。29292 提高生命质量提高生命质量,延长人类寿命延长人类寿命l医药生物技术是生物技术领域中
14、最活跃、产业发展最迅医药生物技术是生物技术领域中最活跃、产业发展最迅速、效益最显著的领域。其投资比例及产品市场均占生速、效益最显著的领域。其投资比例及产品市场均占生物技术领域的首位。物技术领域的首位。3030开发制造奇特而又贵重的新型药品开发制造奇特而又贵重的新型药品.抗生素是人们最为熟悉抗生素是人们最为熟悉,应用最为广泛的生物应用最为广泛的生物技术药物，目前已分离到技术药物，目前已分离到6000多种不同的抗生多种不同的抗生素素,其中约其中约100多种被广泛应用多种被广泛应用,每年市场销售额每年市场销售额约约100亿美元。亿美元。50万头9L5mg生长激素释放抑制激素价格降至每克300美元31
15、31疾病的预防和诊断疾病的预防和诊断 我我国国人人民民早早在在公公元元1010世世纪纪就就已已开开始始种种痘痘预预防防天天花花，这这是是利利用用生生物物技技术术手手段段达达到到疾疾病病预预防防的的最最早早例例子子。基基因因工工程程重重组组疫疫苗苗已已经经涉涉及及到到病病毒毒性性肝肝炎炎疫疫苗苗(包包括括甲甲型型和和乙乙型型肝肝炎炎)；肠肠道道传传染染病病疫疫苗苗(包包括括霍霍乱乱、痢痢疾疾等等)；寄寄生生虫虫疫疫苗苗(包包括括血血吸吸虫虫、疟疟疾疾等等)；流流行行性性出出血血热热疫疫苗苗、EBEB病病毒毒疫疫苗苗、艾艾滋滋病疫苗病疫苗等。等。基因治疗基因治疗 主主要要用用于于治治疗疗由由于于基
16、基因因缺缺陷陷而而引引起起的的疾疾病病，如如血友病、地中海贫血病等。血友病、地中海贫血病等。人类基因组计划人类基因组计划(human genome project,HGP)1986年美国生物学家、诺贝尔奖获得者年美国生物学家、诺贝尔奖获得者Dulhecco首先倡议，首先倡议，1990年年10月月1日正式启动。日正式启动。2003年年4月月14日，美国国家日，美国国家HGP项目负责人项目负责人Collins博士在华盛顿隆重宣布，美国、英国、日博士在华盛顿隆重宣布，美国、英国、日本、法国、德国和中国的科学家经过本、法国、德国和中国的科学家经过13年的不懈年的不懈努力，人类基因组序列图绘制成功，人类
17、基因组努力，人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划所有目标全部实现。计划所有目标全部实现。3.3.解决能源危机解决能源危机,治理环境污染治理环境污染解决能源危机解决能源危机乙醇的生产乙醇的生产沼气或氢气沼气或氢气的生产的生产提高石油的开采率提高石油的开采率环境保护环境保护用生物技术方法生产化工产品用生物技术方法生产化工产品利用微生物净化有毒的化合物、降解石油污利用微生物净化有毒的化合物、降解石油污染、清除有毒气体和恶臭物质、综合利用废水染、清除有毒气体和恶臭物质、综合利用废水和废渣、处理有毒金属等和废渣、处理有毒金属等喷洒工程菌清除石油污染 34344.4.制造工业原料制造工业原料,生产贵重
18、金属生产贵重金属制造工业原料制造工业原料 氨基酸类氨基酸类；酸味剂；甜味剂；化工；酸味剂；甜味剂；化工原料等原料等生产贵重金属生产贵重金属 利用细菌的浸矿技术，提取贫矿、利用细菌的浸矿技术，提取贫矿、尾矿、废渣里面的贵重金属尾矿、废渣里面的贵重金属35355 生物技术的安全生物技术的安全几点担扰：几点担扰：（1 1）产生致病性微生物）产生致病性微生物（2 2）转基因作物及食品的影响）转基因作物及食品的影响（3 3）所创造新物种的破坏性）所创造新物种的破坏性（4 4）生物武器）生物武器（5 5）克隆超人）克隆超人3636Homework1 现代生物技术的概念现代生物技术的概念2 生物技术的发展简史生物技术的发展简史3 现代生物技术的主要应用现代生物技术的主要应用3737