第1節生物工程概述[生物工程]應用生命科學理論和工程科學技術手段，按照預先設計的藍圖，大規模地生產人類所需要的物質和產品的技術稱為～1。生物工程的主要領域生命科學工程科學生物工程主要領域主要服務領域發酵工程基因工程細胞工程

酶工程人類健康工農業資源能源環境生物工程的學科基礎及主要領域4.生物工程微生物工程菌發酵工程酶工程細胞工程產品基因工程酶動植物個體或細胞優良動植物品種生物工程主要領域之間相互關系示意圖2。生物工程的特點生物工程，是20世紀70年代初開始興起的一門新興的綜合性應用學科。[高效性和經濟性]：基因工程應用舉例與醫藥衛生（1）生產基因工程藥品①優點：高質量、低成本②舉例：胰島素、干擾素、乙肝疫苗等60多種

與環境保護（1）用于環境監測：用DNA探針可檢測飲水中病毒的含量①方法：使用一個特定的DNA片段制成探針，與被檢測的病毒DNA雜交，從而把病毒檢測出來。②特點：快速、靈敏基因治療①含義：把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。②舉例：半乳糖血癥（病因、研究成果）③發展前景：許多遺傳病及疑難病癥將被人類征服。細胞工程作為科學研究的一種手段，已經滲入到生物工程的各個方面，成為必不可少的配套技術。在農林、園藝和醫學等領域中，細胞工程正在為人類做出巨大的貢獻。利用細胞工程技術進行作物育種，是迄今人類受益最多的一個方面。我國在這一領域已達到世界先進水平，以花藥單倍體育種途徑，培育出的水稻品種或品系有近百個，小麥有30個左右。其中河南省農科院培育的小麥新品種，具有抗倒伏、抗銹病、抗白粉病等優良性狀。[清潔和低耗][強調技術設計][可遺傳和可擴散][對人類倫理道德觀念有影響]生物技術的特點

生物技術是以現代生命科學為基礎，結合其他基礎科學的，采用先進的科學技術手段，按照預先的設計改造生物體或加工生物原料，為人類生產出所需產品或達到某種目的。生物技術的主要內容有：基因工程、細胞工程、酶工程（也有稱作蛋白質工程）和發酵工程。所以，也有人將生物技術稱作生物工程。但是，生物技術和生物工程還是有區別，生物技術和生物工程同屬理科，但是，生物技術更注重于操作和原理，而生物工程更注重于實際操作中的各種參數也就是有較多的工科內容在里面。隨著生物技術的發展，現代生物技術正在以上四大基礎工程上穩步發展，最明顯的特點是由以前的研究型向現在的應用性發展。比如，以前是通過生物技術的手段去研究染色體上某位點基因的功能，而現在，則是在以前的基礎上對這個基因進行改良或者創造新的基因來完善或加強生物的某些功能。總之，有進步性的特點。1）更加注重實際應用，實際生產決定研究方向，更多的人把精力放在了優良技術的創造。2）操作先進化，以往的生物技術往往以酶工程和發酵工程為代表，獲得的都是一些蛋白或者微生物產物，如青霉素的獲得。但是現在更加注重基因工程和細胞工程，從微觀去創新。3）理論基礎的多樣化，現在學生物技術，不是掌握微生物學、動物學就可以了，還要有更多的如生化、分子生物學的基礎才行。植物組織培養的技術流程

（1）首先無菌培養的建立：任何植物細胞或組織培養體系的建立，都必須采制適宜的外植體。

（2）誘導外植體生長與分化：將外植體放在培養基里，培養基中含有植物組織正常生長的營養和促使植物進行分化的激素，促使外植體開始分化出新芽。

（3）愈傷組織的形成：在組織培養中，受傷組織切口表面在適宜條件下長出的一種脫分化的組織堆塊，稱為愈傷組織（Callus）。此種愈傷組織在適當的培養基上經一定時間即能誘導生長成整株植物。因此愈傷組織既是某種植物代謝產物的來源，又是誘導成株的主要途徑之一。

（4）促進中間繁殖體的增殖：在第二階段培養的基礎上所獲得的芽、苗、胚狀體和原球莖等等，數量都還不多，也難以種植到栽培介質中去，這些培養的材料可統稱為中間繁殖體，它們需要進一步培養增殖，使之越來越多，才能發揮快速繁殖的優勢。

（5）壯苗和生根：在材料增殖到一定數量后，就使部分培養物分流，進入壯苗與生根途徑。在生根壯苗培養基上，大多數植物要分離成單苗，有的可分成小叢苗。轉移培養后應停止增殖，迅速生根，同時苗也長高，以便于以后移栽。

（6）試管苗出瓶種植與苗期管理：經過上面幾個階段，小苗已生根成為完整的再生植株，可以被移植到土壤里了。在這個階段，濕度要求很高，以使它們適應新的環境。每天將蓋在植株上的罩子移開一點，整個過程大約兩個星期，讓植物慢慢適應外界環境。

20世紀50年代初期，美國科學家斯蒂瓦特用懸浮培養法培養野生胡蘿卜的軔皮部細胞，1958年培養出具有根、莖、葉的完整植株，首次證實了植物細胞全能性。1964年，印度古哈和馬赫施瓦里在離體培養毛葉曼陀羅花藥時，首次培育出單倍體的植株。我國科學家在組織培養技術、單倍體育種方面，培育出許多優質高產的小麥、水稻新品種，在國際上處于領先地位。植物細胞具有全能性是植物組織培養的理論基礎。目前已有1500多種植物克以用根、莖、葉或花的一部分組織進行培養獲得完整植株。植物組織培養需要在無菌條件下進行，并需控制溫度、PH和光照條件。人工配制的培養基含有糖類、無機鹽、尾生素、植物激素等物質。來自植物體個部分的組織細胞，有著不同的結構和功能，當被接種在人工培養基上，受到植物激素和外界條件的作用，一般先脫分化，成為一團沒有特定結構和功能的分生狀態的細胞（即愈傷組織）然后在一定條件下再分化長出和芽，形成完整植株。植物組織培養在生產上應用橫廣，植物的快速繁殖就是其中一個種要方面，如：花卉、果樹、林木等多種經濟植物的大批量、工廠化生產。2.植物細胞的全能性[細胞的全能性]～細胞分化能力又稱為發育潛能。若單個細胞分裂和分化后具有形成完整生物體的潛能，就是細胞的全能性。植物細胞全能性植物體中的每個活細胞，不僅具有親本的全部遺傳信息，而且還有發育成完整植株的能力。因此；植物的一些組織細胞，不論來自根、莖、葉，還是來自子房，只要接種在合適的人工培養基上，在一定的外界條件下，就能長成一株完整的植物，這種技術稱為組織培養。[克隆]是英文“clone”的音譯，源于希臘文“klom”，原意是指植物幼苗或嫩枝以“無性繁殖‘或營養繁殖”的方式培育，也就是用除種子之外的植物體的任何一部分進行無性繁殖，現在它的范圍擴大了，凡是沒有受精卵結構過程，而由同一個祖先細胞獲得的兩個以上的細胞、細胞群或生物體，或由同一個親本遺傳密碼產生的子代遺傳密碼，諸如此得到的后代就是克隆。其分化發育得到的生物體與母體的基因是完全相同的，用科學化的表達，克隆是指生物體通過通過體細胞進行“無性繁殖”以及由“無性發繁殖形成的基因型完全相同的后代個體組成的群體。用現在較常見的卵細胞移植技術，雌核生殖技方法”制作等方法“制造出后代個體都克以的目體都算作克隆。4。有關克隆、動物細胞全能性概念通俗地講，通過這種方式得到生物體與它們的”母體“在生物學上是同等的它們沒有父母親，只有母體的翻版后代。動物細胞培養的奠基人:美國生物學家哈里森(1907年)用蓋玻片覆蓋凹窩玻璃懸滴培養法...20世紀40年代以后:動物組織培養的科學家們研究重點集中在培養基方面。2.動物組織和細胞培養技術[動物細胞工程]應用現代細胞生物學、發育生物學、遺傳學和分子生物學的原理方法與技術，按照人們的需要，在細胞水平上進行遺傳操作，包括細胞融合、核質移植等方法，快速繁殖和培養出人們所需要的新物種的生物工程技術。細胞培養：動物細胞培養:從動物機體中取出相關的組織，將它們分散成單個細胞，然后放在適宜的培養基中，生長，增殖。1丶或組織。2，常用方法，物理:剪刀剪碎，化學法:胰蛋白酶，膠原蛋白酶3丶制作細胞懸浮液，方法:加培養液。形成細胞懸浮液4丶培養細胞株，原代培養，傳代培養5丶形成細胞系，傳代培養，遺傳物質的改變。干擾素(IFN)是一種廣譜抗病毒劑，并不直接殺傷或抑制病毒，而主要是通過細胞表面受體作用使細胞產生抗病毒蛋白，從而抑制乙肝病毒的復制，其類型分為三類，α-(白細胞)型、β-(成纖維細胞)型，γ-(淋巴細胞)型;同時還可增強自然殺傷細胞(NK細胞)、巨噬細胞和T淋巴細胞的活力，從而起到免疫調節作用，并增強抗病毒能力。干擾素是一組具有多種功能的活性蛋白質(主要是糖蛋白)，是一種由單核細胞和淋巴細胞產生的細胞因子。它們在同種細胞上具有廣譜的抗病毒、影響細胞生長，以及分化、調節免疫功能等多種生物活性。3。干細胞技術[干細胞]是動物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我修復和多向分化潛能的原始細胞，能分裂，產生出表現型和基因型都和自己完全相同的子細胞，同時還能分化各類細胞，是重建、修復病損或衰老組織、器官功能的理想種子細胞。胚胎干細胞（EmbryonicStemcell,ES細胞）

當受精卵分裂發育成囊胚時，內層細胞團（InnerCellMass）的細胞即為胚胎干細胞。胚胎干細胞具有全能性，可以自我更新并具有分化為體內所有組織的能力。早在1970年MartinEvans已從小鼠中分離出胚胎干細胞并在體外進行培養。而人的胚胎干細胞的體外培養直到最近才獲得成功。進一步說，胚胎干細胞（ES細胞）是一種高度未分化細胞。它具有發育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細胞。

胚胎干細胞具有與早期胚胎細胞相似的形態結構，細胞核大，有一個或幾個核仁，胞核中多為常染色質，胞質胞漿少，結構簡單。體外培養時，細胞排列緊密，呈集落狀生長。用堿性磷酸酶染色，ES細胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細胞呈淡黃色。細胞克隆和周圍存在明顯界限，形成的克隆細胞彼此界限不清，細胞表面有折光較強的脂狀小滴。細胞克隆形態多樣，多數呈島狀或巢狀。

胚胎干細胞具有多能性，特點是可以通過細胞分化成多種組織(所有組織，包括生殖系細胞)的能力，但無法獨自發育成一個個體。它可以發育成為外胚層、中胚層及內胚層三種胚層的細胞組織。

ES細胞從理論上講可以無限傳代和增殖而不失去其正常的二倍體基因型

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，ES細胞與胚胎進行嵌合克隆動物，可解決哺乳動物遠緣雜交的困難問題，生產珍貴的動物新種。4。細胞融合技術[細胞融合]細胞融合(cellfusion)，細胞遺傳學名詞，是在自發或人工誘導下，兩個不同基因型的細胞或原生質體融合形成一個雜種細胞。基本過程包括細胞融合形成異核體(heterokaryon)、異核體通過細胞有絲分裂進行核融合、最終形成單核的雜種細胞。細胞融合可作為一種實驗方法被廣泛適用于單克隆抗體的制備，膜蛋白的研究。5。細胞移植技術移植技術是一種使用健康的細胞來替代或修復病人受損細胞和組織的治療方式，將體外鑒別、分離、純化、擴增和培養好細胞，通過穿刺、微創介入或靜脈注射等方式將生物免疫細胞植入患者體內之后，利用生物細胞自身具有靶向性的特性，使之直達病變部位，修復腎小球上皮細胞、內皮細胞、系膜細胞、增強腎細胞活性、補充腎營養、恢復腎功能組織，從而達到治療的目的。細胞移植技術原理生物細胞進入患者體內后，會尋找受損的腎小球功能細胞，對受損的腎小球細胞、腎系膜細胞和腎小球上皮細胞進行修復，生物細胞到達腎臟病灶后還會產生大量的新細胞，這些新細胞將會繼續分化成腎臟所需要的各種類細胞、腎組織、以及腎血管，改善腎臟局部微循環，降低腎小球內的高壓力，使水腫癥狀得到改善;緩解腎臟缺血缺氧狀態，使全身血液循環不斷的得到恢復和改善，恢復腎臟的排毒功能，是堆積在體內的有毒物質排出體外。生物細胞釋放的某種活性因子還會刺激腎細胞分泌促紅素，而促紅素可以促使紅細胞的生成，這樣就緩解了因血尿引起的機體貧血的狀況。使腎小球濾過膜恢復正常，改善因為腎小球濾過率異常引起的蛋白尿、少尿、無尿等癥狀。并且生物細胞還會抑制免疫反應，分化成免疫細胞，調節免疫系統功能恢復正常，以此達到逐步修復腎臟的目的。[胚胎移植技術]屬于是將良種雌性動物配種后的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的其他雌性動物體內，使之繼續發育成為新個體，所以也稱作借腹懷胎。其中，提供胚胎的個體為"供體"(donor)，接受胚胎的個體為"受體"(recipient)。胚胎移植實際上是產生胚胎的供體和孕育胚胎的受體分工合作共同繁育后代的過程。胚胎移植屬于是將良種雌性動物配種后的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的其他雌性動物體內，使之繼續發育成為新個體，所以也稱作借腹懷胎。其中，提供胚胎的個體為“供體”（donor），接