1、生 物 技 術,前言 生物技術四大體系 生物技術新浪潮,一、生物工程形成簡史,傳統發酵釀酒、制醬制醋技術； 1860年，巴斯德單一霉菌純粹培養技術； 1878年, 啤酒酵母單一培養技術； 1881年，細菌的純粹培養技術； 1929年，抗菌素盤尼西林發現； 1946年，用細菌可以生產氨基酸； 1952年，用微生物轉化荷爾蒙獲得成功；,前 言,一、生物工程形成簡史,1953年，Waston、Crick提出了DNA雙螺旋結構； 1972年，美國斯坦福大學構建了第一個重組DNA分子； 1977年，在美國舊金山建立了世界上第一家遺傳工程公司。,二、生物工程定義,生物工程是生物技術的總稱，是對生命有機體在

2、分子水平、細胞水平、組織水平、個體水平進行不同層次的創造性設計和改造，使之能定向組建具有特定性狀的新物種或新品系，從而造福人類的現代應用技術學科。 生物工程主要包括細胞工程、基因工程、酶工程、發酵工程和生化工程等。,三、研究生物工程的意義,使人類進入了按照自己的需要人工創造新生物的偉大時代； 它是世界新技術革命的三大支柱之一（信息、材料、生物工程），具有相當大的潛在生產力。,生物技術的四大體系,基因工程 細胞工程 酶工程 發酵工程,一、基因工程,定義 基因工程就是從生物體中把生物遺傳物質分離出來，或人工合成一個DNA分子，用人工的方法對遺傳物質進行搭配、組合，然后轉入某細胞內，通過改變其遺傳物

3、質的結構，來改變它的遺傳特性，使之定向地產生符合人類需要的新型生物物種、類型。,1、用于分子生物學研究 2、用于改造生物，創造對人類有 用的 新品系、新物種。,基因工程用途,限制性內切酶 是生物工程中最重要的工具酶，主要從原核生物中提取，它能識別雙鏈DNA分子中的特異性核苷酸序列，使它在特定的位點水解。,基因工程的基本過程,EcoR I 識別序列：,G A A T T C C T T A A G,并切割如下：,5 N N N N G A A T T C N N N 3 3 N N N N C T T A A G N N N 5,限制性內切酶,Pst I 識別序列：,C T G C A G G

4、A C G T C,并切割如下：,5 N N N N C T G C A G N N N 3 3 N N N N G A C G T C N N N 5,限制性內切酶,在基因工程中的運載體 包括：質粒載體 噬菌體載體 復合載體 病毒載體,載 體,是細菌、酵母菌和放線菌等生物中染色體以外的雙鏈閉合環狀分子，大小為1-200Kb，能獨立于染色體外進行自我復制。它的拷貝數較多，每個細胞中可含10-200個拷貝。其表型效應主要有決定抗藥性，合成抗菌素，編碼限制或修飾酶等。,質粒載體,染色體,質粒,pBR322 質粒圖譜,是一種細菌病毒，可作為克隆載體。其優點是可以在體外包裝產生感染性很高的噬菌體顆粒。

5、,噬菌體載體,噬 菌 體,頭部,尾部,尾絲,噬菌體感染細菌示意圖,病毒載體 這是一類真核載體，能把基因引入到 真核細胞中，并在其中被表達。因此是研 究真核細胞表達及調控的有力工具。如： 腺病毒、乳頭瘤病毒、皰疹病毒等。,復合載體,1、從生物基因組中分離得到 基因組DNA 酶切產物 總RNA mRNA cDNA 2、人工合成 化學合成 PCR（聚合酶鏈式反應）,分離,逆轉錄,基因工程步驟一-獲得DNA片段，取得目的基因,基因工程步驟二-DNA片段和載體DNA在體外連接,外源DNA,質 粒,酶切位點,酶切位點,酶切,酶切,混合,DNA連接酶,基因工程步驟二-DNA片段和載體DNA在體外連接,質粒D

6、NA,外源DNA,酶切,酶切,外切酶,外切酶,膜端轉移酶,膜端轉移酶,DNA聚合酶,DNA連接酶,加熱并慢慢變冷,1、轉化 某一基因型細胞從周圍介質中吸收另一基因型細胞的DNA，而使其基因型和表型發生相應變化的現象。 2、轉染 除去蛋白質外殼的病毒核酸感染細胞或原生質體的過程。 3、轉導 用噬菌體做載體，將一個細胞的基因傳遞給另一個細胞的過程。 4、顯微注射,基因工程步驟三-將重組的DNA分子引入合適的宿主細胞內,從大量攜帶重組體DNA分子的宿主細胞中分離出攜帶 目的基因的細胞。,基因工程步驟四-選擇、篩選,1、遺傳學方法 對于帶有抗藥性基因的質粒，可通過檢測受體菌是否由敏感狀態變成抗藥狀態進

7、行篩選。,篩 選 方 法,2、核酸雜交法,篩 選 方 法,硝酸纖維 薄膜,與探針 雜交,薄膜,放射 自顯影,膠片,選擇所 需克隆,3、免疫學方法 用特異性抗體檢測基因產物從而篩選陽性克隆的方法。,篩 選 方 法,看新基因能否在新細胞中定居下來，能否復制自己穩定傳代，能不能產生表達作用，指導蛋白的合成。,基因工程步驟五-培養，觀察,DNA重組體的構建與克隆,固氮基因的應用 抗卡那霉素基因的應用 基因工程產品介紹：生長激素 人胰島素 疾病診斷,基因工程的成果,二、細胞工程,定義： 將一種生物細胞中攜帶全套遺傳信息的基因或染色體整個地轉入另一種生物細胞，從而改變細胞的遺傳性，改造生物的性狀和功能，創

8、造新的生物類型。 它包括細胞融合、細胞器移植、染色體工程、細胞和組培技術等。,通過生物學、化學或物理學的方法，使兩個不同種類的體細胞融合在一起，從而產生具有兩個親本遺傳性狀的新細胞。 童魚世界上第一條沒有父母的魚： “鯽鯉核質雜交魚”,體細胞雜交/細胞融合技術,組織培養/快速無性繁殖 利用植物組織、植物細胞的全能性，進行快速無性繁殖。 優點： 1.可固定雜種優勢 2.免除制種環節 3.對珍貴植物的引種生產具有特 別意義 舉例：組織培養法再生蘭花；人工種子,植物組織與細胞培養技術,組 織 培 養,葉肉組織,愈傷組織,新植株,快速無性繁殖,單個 細胞,營養培養基,克隆植株,細胞育種 誘導突變，篩選

9、新品系、新品種,植物組織與細胞培養技術,誘導突變，從組織再生植株中篩選出的個大、肉多、汁少的西紅柿突變體,突變與突變體篩選,植物組織與細胞培養技術,次生代謝產物生成 從培養的植物細胞中提取所需的代謝產物。 優點： 1.比栽培原料作物更易控制 最佳生產條件； 2.培養物為無菌、無蟲材料， 能保證產品質量； 3. 工藝操作較為簡單，可減 少勞動費用，提高生產力。,三、酶 工 程,定義：利用酶的特異催化功能，將一種物質轉化為另一種物質的技術 基本步驟：將酶制劑精制成固相的酶，然后將其組裝在特殊的器件中形成生物反應器，利用這種反應器將底物轉化為人類需要的產品。 優點：快速；高效；產品回收和提純工藝簡便

10、。,1、酶分子的改造與修飾 通過這種改造來改變酶的物化性質及其生物活性，甚至賦予新的功能，提高其在不良環境中的穩定性，擴大酶的應用范圍。2、酶抑制劑的開發研究 所謂酶抑制劑是指能引起酶分子活力下降甚至完全喪失的物質。,酶工程研究的兩個方面：,四、發 酵 工 程,定義 是工程學與微生物學的結合。利用微生物的特性，通過現代化工程技術，生產有用物質或直接將其應用于工業化生產的一門技術。 包括菌種選育、菌種生產、代謝產物發酵和分離，以及微生物機能的利用等。 優點： 投資省；見效快；污染小。,應用范圍1.微生物菌體的生產和利用2.微生物代謝產物的應用3.微生物機能的應用,四、發 酵 工 程,發酵工程的效

11、益 1. 醫藥工業方面 2. 食品工業方面 3. 能源工業方面 4. 飼料工業方面 5. 冶金工業方面 6. 農業方面,四、發 酵 工 程,生物技術的新浪潮,蛋白質工程 海洋生物工程 生物計算機 農業生物工程 生物傳感器,蛋白質工程 -第二代基因工程,以蛋白質為對象為目的的生物工程 必須突破以下幾個難關：1、基因結構的改變2、基因的高效表達3、翻譯后的蛋白修飾4、新蛋白的提純,海洋生物工程,以海洋為對象，生產、開發人類所需的新食物、新能源、新藥物和新材料的生物工程 如：培育新品種的海鮮 生產海洋生物活性物質 治理海域污染等,生物計算機,特點：1、能制成超高密度的線路、生物集成塊2、能制成半永久性元件3、以生物化學反應模擬人體機能進行工作，所需能量很少 目前已制成蛋白質薄膜、DNA芯片等,農業生物工程,生物工程技術在農業革命中的應用 包括：基因工程改良； 細胞工程育