第1節(jié)生物工程概述[生物工程]應(yīng)用生命科學(xué)理論和工程科學(xué)技術(shù)手段，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，大規(guī)模地生產(chǎn)人類所需要的物質(zhì)和產(chǎn)品的技術(shù)稱為～1。生物工程的主要領(lǐng)域生命科學(xué)工程科學(xué)生物工程主要領(lǐng)域主要服務(wù)領(lǐng)域發(fā)酵工程基因工程細(xì)胞工程

酶工程人類健康工農(nóng)業(yè)資源能源環(huán)境生物工程的學(xué)科基礎(chǔ)及主要領(lǐng)域4.生物工程微生物工程菌發(fā)酵工程酶工程細(xì)胞工程產(chǎn)品基因工程酶動(dòng)植物個(gè)體或細(xì)胞優(yōu)良動(dòng)植物品種生物工程主要領(lǐng)域之間相互關(guān)系示意圖2。生物工程的特點(diǎn)生物工程，是20世紀(jì)70年代初開始興起的一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科。[高效性和經(jīng)濟(jì)性]：基因工程應(yīng)用舉例與醫(yī)藥衛(wèi)生（1）生產(chǎn)基因工程藥品①優(yōu)點(diǎn)：高質(zhì)量、低成本②舉例：胰島素、干擾素、乙肝疫苗等60多種

與環(huán)境保護(hù)（1）用于環(huán)境監(jiān)測(cè)：用DNA探針可檢測(cè)飲水中病毒的含量①方法：使用一個(gè)特定的DNA片段制成探針，與被檢測(cè)的病毒DNA雜交，從而把病毒檢測(cè)出來。②特點(diǎn)：快速、靈敏基因治療①含義：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。②舉例：半乳糖血癥（病因、研究成果）③發(fā)展前景：許多遺傳病及疑難病癥將被人類征服。細(xì)胞工程作為科學(xué)研究的一種手段，已經(jīng)滲入到生物工程的各個(gè)方面，成為必不可少的配套技術(shù)。在農(nóng)林、園藝和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，細(xì)胞工程正在為人類做出巨大的貢獻(xiàn)。利用細(xì)胞工程技術(shù)進(jìn)行作物育種，是迄今人類受益最多的一個(gè)方面。我國(guó)在這一領(lǐng)域已達(dá)到世界先進(jìn)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(gè)，小麥有30個(gè)左右。其中河南省農(nóng)科院培育的小麥新品種，具有抗倒伏、抗銹病、抗白粉病等優(yōu)良性狀。[清潔和低耗][強(qiáng)調(diào)技術(shù)設(shè)計(jì)][可遺傳和可擴(kuò)散][對(duì)人類倫理道德觀念有影響]生物技術(shù)的特點(diǎn)

生物技術(shù)是以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)科學(xué)的，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的。生物技術(shù)的主要內(nèi)容有：基因工程、細(xì)胞工程、酶工程（也有稱作蛋白質(zhì)工程）和發(fā)酵工程。所以，也有人將生物技術(shù)稱作生物工程。但是，生物技術(shù)和生物工程還是有區(qū)別，生物技術(shù)和生物工程同屬理科，但是，生物技術(shù)更注重于操作和原理，而生物工程更注重于實(shí)際操作中的各種參數(shù)也就是有較多的工科內(nèi)容在里面。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代生物技術(shù)正在以上四大基礎(chǔ)工程上穩(wěn)步發(fā)展，最明顯的特點(diǎn)是由以前的研究型向現(xiàn)在的應(yīng)用性發(fā)展。比如，以前是通過生物技術(shù)的手段去研究染色體上某位點(diǎn)基因的功能，而現(xiàn)在，則是在以前的基礎(chǔ)上對(duì)這個(gè)基因進(jìn)行改良或者創(chuàng)造新的基因來完善或加強(qiáng)生物的某些功能。總之，有進(jìn)步性的特點(diǎn)。1）更加注重實(shí)際應(yīng)用，實(shí)際生產(chǎn)決定研究方向，更多的人把精力放在了優(yōu)良技術(shù)的創(chuàng)造。2）操作先進(jìn)化，以往的生物技術(shù)往往以酶工程和發(fā)酵工程為代表，獲得的都是一些蛋白或者微生物產(chǎn)物，如青霉素的獲得。但是現(xiàn)在更加注重基因工程和細(xì)胞工程，從微觀去創(chuàng)新。3）理論基礎(chǔ)的多樣化，現(xiàn)在學(xué)生物技術(shù)，不是掌握微生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)就可以了，還要有更多的如生化、分子生物學(xué)的基礎(chǔ)才行。植物組織培養(yǎng)的技術(shù)流程

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

（2）誘導(dǎo)外植體生長(zhǎng)與分化：將外植體放在培養(yǎng)基里，培養(yǎng)基中含有植物組織正常生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)和促使植物進(jìn)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(yǎng)中，受傷組織切口表面在適宜條件下長(zhǎng)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(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上經(jīng)一定時(shí)間即能誘導(dǎo)生長(zhǎng)成整株植物。因此愈傷組織既是某種植物代謝產(chǎn)物的來源，又是誘導(dǎo)成株的主要途徑之一。

（4）促進(jìn)中間繁殖體的增殖：在第二階段培養(yǎng)的基礎(chǔ)上所獲得的芽、苗、胚狀體和原球莖等等，數(shù)量都還不多，也難以種植到栽培介質(zhì)中去，這些培養(yǎng)的材料可統(tǒng)稱為中間繁殖體，它們需要進(jìn)一步培養(yǎng)增殖，使之越來越多，才能發(fā)揮快速繁殖的優(yōu)勢(shì)。

（5）壯苗和生根：在材料增殖到一定數(shù)量后，就使部分培養(yǎng)物分流，進(jìn)入壯苗與生根途徑。在生根壯苗培養(yǎng)基上，大多數(shù)植物要分離成單苗，有的可分成小叢苗。轉(zhuǎn)移培養(yǎng)后應(yīng)停止增殖，迅速生根，同時(shí)苗也長(zhǎng)高，以便于以后移栽。

（6）試管苗出瓶種植與苗期管理：經(jīng)過上面幾個(gè)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(gè)階段，濕度要求很高，以使它們適應(yīng)新的環(huán)境。每天將蓋在植株上的罩子移開一點(diǎn)，整個(gè)過程大約兩個(gè)星期，讓植物慢慢適應(yīng)外界環(huán)境。

20世紀(jì)50年代初期，美國(guó)科學(xué)家斯蒂瓦特用懸浮培養(yǎng)法培養(yǎng)野生胡蘿卜的軔皮部細(xì)胞，1958年培養(yǎng)出具有根、莖、葉的完整植株，首次證實(shí)了植物細(xì)胞全能性。1964年，印度古哈和馬赫施瓦里在離體培養(yǎng)毛葉曼陀羅花藥時(shí)，首次培育出單倍體的植株。我國(guó)科學(xué)家在組織培養(yǎng)技術(shù)、單倍體育種方面，培育出許多優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的小麥、水稻新品種，在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。植物細(xì)胞具有全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。目前已有1500多種植物克以用根、莖、葉或花的一部分組織進(jìn)行培養(yǎng)獲得完整植株。植物組織培養(yǎng)需要在無菌條件下進(jìn)行，并需控制溫度、PH和光照條件。人工配制的培養(yǎng)基含有糖類、無機(jī)鹽、尾生素、植物激素等物質(zhì)。來自植物體個(gè)部分的組織細(xì)胞，有著不同的結(jié)構(gòu)和功能，當(dāng)被接種在人工培養(yǎng)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(tuán)沒有特定結(jié)構(gòu)和功能的分生狀態(tài)的細(xì)胞（即愈傷組織）然后在一定條件下再分化長(zhǎng)出和芽，形成完整植株。植物組織培養(yǎng)在生產(chǎn)上應(yīng)用橫廣，植物的快速繁殖就是其中一個(gè)種要方面，如：花卉、果樹、林木等多種經(jīng)濟(jì)植物的大批量、工廠化生產(chǎn)。2.植物細(xì)胞的全能性[細(xì)胞的全能性]～細(xì)胞分化能力又稱為發(fā)育潛能。若單個(gè)細(xì)胞分裂和分化后具有形成完整生物體的潛能，就是細(xì)胞的全能性。植物細(xì)胞全能性植物體中的每個(gè)活細(xì)胞，不僅具有親本的全部遺傳信息，而且還有發(fā)育成完整植株的能力。因此；植物的一些組織細(xì)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(yǎng)基上，在一定的外界條件下，就能長(zhǎng)成一株完整的植物，這種技術(shù)稱為組織培養(yǎng)。[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(yíng)養(yǎng)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(jìn)行無性繁殖，現(xiàn)在它的范圍擴(kuò)大了，凡是沒有受精卵結(jié)構(gòu)過程，而由同一個(gè)祖先細(xì)胞獲得的兩個(gè)以上的細(xì)胞、細(xì)胞群或生物體，或由同一個(gè)親本遺傳密碼產(chǎn)生的子代遺傳密碼，諸如此得到的后代就是克隆。其分化發(fā)育得到的生物體與母體的基因是完全相同的，用科學(xué)化的表達(dá)，克隆是指生物體通過通過體細(xì)胞進(jìn)行“無性繁殖”以及由“無性發(fā)繁殖形成的基因型完全相同的后代個(gè)體組成的群體。用現(xiàn)在較常見的卵細(xì)胞移植技術(shù)，雌核生殖技方法”制作等方法“制造出后代個(gè)體都克以的目體都算作克隆。4。有關(guān)克隆、動(dòng)物細(xì)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(xué)上是同等的它們沒有父母親，只有母體的翻版后代。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的奠基人:美國(guó)生物學(xué)家哈里森(1907年)用蓋玻片覆蓋凹窩玻璃懸滴培養(yǎng)法...20世紀(jì)40年代以后:動(dòng)物組織培養(yǎng)的科學(xué)家們研究重點(diǎn)集中在培養(yǎng)基方面。2.動(dòng)物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)[動(dòng)物細(xì)胞工程]應(yīng)用現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的原理方法與技術(shù)，按照人們的需要，在細(xì)胞水平上進(jìn)行遺傳操作，包括細(xì)胞融合、核質(zhì)移植等方法，快速繁殖和培養(yǎng)出人們所需要的新物種的生物工程技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)：動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng):從動(dòng)物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它們分散成單個(gè)細(xì)胞，然后放在適宜的培養(yǎng)基中，生長(zhǎng)，增殖。1丶或組織。2，常用方法，物理:剪刀剪碎，化學(xué)法:胰蛋白酶，膠原蛋白酶3丶制作細(xì)胞懸浮液，方法:加培養(yǎng)液。形成細(xì)胞懸浮液4丶培養(yǎng)細(xì)胞株，原代培養(yǎng)，傳代培養(yǎng)5丶形成細(xì)胞系，傳代培養(yǎng)，遺傳物質(zhì)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(xì)胞表面受體作用使細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒蛋白，從而抑制乙肝病毒的復(fù)制，其類型分為三類，α-(白細(xì)胞)型、β-(成纖維細(xì)胞)型，γ-(淋巴細(xì)胞)型;同時(shí)還可增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的活力，從而起到免疫調(diào)節(jié)作用，并增強(qiáng)抗病毒能力。干擾素是一組具有多種功能的活性蛋白質(zhì)(主要是糖蛋白)，是一種由單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子。它們?cè)谕N細(xì)胞上具有廣譜的抗病毒、影響細(xì)胞生長(zhǎng)，以及分化、調(diào)節(jié)免疫功能等多種生物活性。3。干細(xì)胞技術(shù)[干細(xì)胞]是動(dòng)物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我修復(fù)和多向分化潛能的原始細(xì)胞，能分裂，產(chǎn)生出表現(xiàn)型和基因型都和自己完全相同的子細(xì)胞，同時(shí)還能分化各類細(xì)胞，是重建、修復(fù)病損或衰老組織、器官功能的理想種子細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞（EmbryonicStemcell,ES細(xì)胞）

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

胚胎干細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞核大，有一個(gè)或幾個(gè)核仁，胞核中多為常染色質(zhì)，胞質(zhì)胞漿少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。體外培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞排列緊密，呈集落狀生長(zhǎng)。用堿性磷酸酶染色，ES細(xì)胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細(xì)胞呈淡黃色。細(xì)胞克隆和周圍存在明顯界限，形成的克隆細(xì)胞彼此界限不清，細(xì)胞表面有折光較強(qiáng)的脂狀小滴。細(xì)胞克隆形態(tài)多樣，多數(shù)呈島狀或巢狀。

胚胎干細(xì)胞具有多能性，特點(diǎn)是可以通過細(xì)胞分化成多種組織(所有組織，包括生殖系細(xì)胞)的能力，但無法獨(dú)自發(fā)育成一個(gè)個(gè)體。它可以發(fā)育成為外胚層、中胚層及內(nèi)胚層三種胚層的細(xì)胞組織。

ES細(xì)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(xiàn)型，以其作為核供體進(jìn)行核移植后，在短期內(nèi)可獲得大量基因型和表現(xiàn)型完全相同的個(gè)體，ES細(xì)胞與胚胎進(jìn)行嵌合克隆動(dòng)物，可解決哺乳動(dòng)物遠(yuǎn)緣雜交的困難問題，生產(chǎn)珍貴的動(dòng)物新種。4。細(xì)胞融合技術(shù)[細(xì)胞融合]細(xì)胞融合(cellfusion)，細(xì)胞遺傳學(xué)名詞，是在自發(fā)或人工誘導(dǎo)下，兩個(gè)不同基因型的細(xì)胞或原生質(zhì)體融合形成一個(gè)雜種細(xì)胞。基本過程包括細(xì)胞融合形成異核體(heterokaryon)、異核體通過細(xì)胞有絲分裂進(jìn)行核融合、最終形成單核的雜種細(xì)胞。細(xì)胞融合可作為一種實(shí)驗(yàn)方法被廣泛適用于單克隆抗體的制備，膜蛋白的研究。5。細(xì)胞移植技術(shù)移植技術(shù)是一種使用健康的細(xì)胞來替代或修復(fù)病人受損細(xì)胞和組織的治療方式，將體外鑒別、分離、純化、擴(kuò)增和培養(yǎng)好細(xì)胞，通過穿刺、微創(chuàng)介入或靜脈注射等方式將生物免疫細(xì)胞植入患者體內(nèi)之后，利用生物細(xì)胞自身具有靶向性的特性，使之直達(dá)病變部位，修復(fù)腎小球上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、增強(qiáng)腎細(xì)胞活性、補(bǔ)充腎營(yíng)養(yǎng)、恢復(fù)腎功能組織，從而達(dá)到治療的目的。細(xì)胞移植技術(shù)原理生物細(xì)胞進(jìn)入患者體內(nèi)后，會(huì)尋找受損的腎小球功能細(xì)胞，對(duì)受損的腎小球細(xì)胞、腎系膜細(xì)胞和腎小球上皮細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，生物細(xì)胞到達(dá)腎臟病灶后還會(huì)產(chǎn)生大量的新細(xì)胞，這些新細(xì)胞將會(huì)繼續(xù)分化成腎臟所需要的各種類細(xì)胞、腎組織、以及腎血管，改善腎臟局部微循環(huán)，降低腎小球內(nèi)的高壓力，使水腫癥狀得到改善;緩解腎臟缺血缺氧狀態(tài)，使全身血液循環(huán)不斷的得到恢復(fù)和改善，恢復(fù)腎臟的排毒功能，是堆積在體內(nèi)的有毒物質(zhì)排出體外。生物細(xì)胞釋放的某種活性因子還會(huì)刺激腎細(xì)胞分泌促紅素，而促紅素可以促使紅細(xì)胞的生成，這樣就緩解了因血尿引起的機(jī)體貧血的狀況。使腎小球?yàn)V過膜恢復(fù)正常，改善因?yàn)槟I小球?yàn)V過率異常引起的蛋白尿、少尿、無尿等癥狀。并且生物細(xì)胞還會(huì)抑制免疫反應(yīng)，分化成免疫細(xì)胞，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能恢復(fù)正常，以此達(dá)到逐步修復(fù)腎臟的目的。[胚胎移植技術(shù)]屬于是將良種雌性動(dòng)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(tài)相同的其他雌性動(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成為新個(gè)體，所以也稱作借腹懷胎。其中，提供胚胎的個(gè)體為"供體"(donor)，接受胚胎的個(gè)體為"受體"(recipient)。胚胎移植實(shí)際上是產(chǎn)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(dòng)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(tài)相同的其他雌性動(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成為新個(gè)體，所以也稱作借腹懷胎。其中，提供胚胎的個(gè)體為“供體”（donor），接