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1、,现代生物技术,前言 生物技术四大体系 生物技术新浪潮,目 录,传统发酵酿酒、制酱、制醋技术 1860年，巴斯德单一霉菌纯粹培养技术 1878年，啤酒酵母单一培养技术 1881年，细菌的纯粹培养技术 1929年，抗菌素盘尼西林发现 1946年，用细菌生产出氨基酸,生物工程简史,前言,1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功 1953年，沃森和克里克提出了 DNA双螺旋结构 1972年，美国斯坦福大学构建了第一个重组DNA分子 1977年，在美国旧金山建立了世界上第一家遗传工程公司,生物工程简史,前言,什么是生物工程,生物工程是生物技术的总称，是对生命有机体在分子水平、细胞水平、组织水平、个体水平
2、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,前言,研究生物工程的意义,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 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,前言,生物技术的四大体系,基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程,基因工程,定义将不同生物的外源DNA(基因）插入到载体分子上，形成“杂种”DNA分子，导入受体细胞中扩增和表达,生物技术的四大体系,分子生物学研究,基因工程的用途,生物技术的四大体系,改造生物，创造对人类有用的新品系、新物种,基因工程用途,发光树,生物技术的四大体系,生物
3、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,限制性内切酶,生物技术的四大体系,G A A T T C C T T A A G,并做如下切割：,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 ,限制性内切酶,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 ,EcoR I识别序列：,生物技术的四大体系,C T G C A G G A C G T C,并做如下切割：,5 N N N N C T
4、 G C A G N N N 3 3 N N N N G A C G T C N N N 5 ,限制性内切酶,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 ,Pst I 识别序列：,生物技术的四大体系,在基因工程中的载体 包括：质粒载体 噬菌体载体 复合载体 病毒载体,载 体,生物技术的四大体系,细菌、酵母菌和放线菌等生物细胞中染色体以外的双链闭合环状分子。大小为1200kb；能独立于染色体外进行自我复制，每个细胞中可含10200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,染色体,质粒,质粒载体,
5、生物技术的四大体系,一种细菌病毒，可作为克隆载体 优点：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,生物技术的四大体系,噬 菌 体,DNA,蛋白质,头部,尾部,尾丝,生物技术的四大体系,噬菌体感染细菌示意图,生物技术的四大体系,病毒载体 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,生物技术的四大体系,从生物基因组中分离得到 基因组DNA 酶切产物 总RNA mRNA cDNA 人工合成 化学合成 PCR（聚合酶链式反应）,分离,逆转录,步骤一 获得DNA片段，取得目的基因,基因工程的基
6、本过程,生物技术的四大体系,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,基因工程的基本过程,生物技术的四大体系,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,变性、复性,步骤二 DNA片段和载体DNA在体外连接,基因工程的基本过程,生物技术的四大体系,转化 某一基因型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 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,基因工程的基本过程,步骤三 将重组的DNA引入宿主细胞,生物技术的
7、四大体系,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 显微注射,基因工程的基本过程,步骤三 将重组的DNA引入宿主细胞,生物技术的四大体系,从大量携带重组体DNA的宿主细胞中分离出携带目的基因的细胞,基因工程的基本过程,步骤四 选择、筛选,生物技术的四大体系,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,基因工程的基本过程,生物技术的四大体系,基因工程的基本过程,核酸杂交法,生物技术的四大体系,用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳性克隆的方法,基因工程的基本过程,免疫学方法,生物技术的四大体系,看新基因能否在新细胞中
8、“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,基因工程的基本过程,步骤五 培养、观察,生物技术的四大体系,基因工程的基本过程,抽取DNA,切下鼠DNA,切开质粒DNA,将质粒导入宿主细胞,混合、连接,重组DNA技术,生物技术的四大体系,基因工程的基本过程,培养基中加抗生素,培养,裂解细胞释放DNA,分子杂交,分离扩增目的克隆,重组DNA技术,生物技术的四大体系,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,生物技术的四大体系,细胞工程,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全部转入另一种生物细胞，从而
9、改变细胞的遗传性，改造生物的性状和功能。 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,生物技术的四大体系,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有父母的鱼 “鲫鲤核质杂交鱼”,体细胞杂交/细胞融合技术,生物技术的四大体系,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 可固定杂种优势 免除制种环节 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,生物技术的四大体系,组 织 培 养,叶肉组织,愈伤组织,新植株,生物技术的四
10、大体系,快速无性繁殖,单个 细胞,营养培养基,克隆植株,生物技术的四大体系,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,突变与突变体筛选,生物技术的四大体系,植物组织与细胞培养,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 比栽培原料作物更易控制 最佳生产条件 培养物为无菌、无虫材料， 能保证产品质量 工艺操作较为简单，可减 少劳动费用，提高生产力,生物技术的四大体系,酶 工 程,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,生物技术的四大体系,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
11、为人类需要的产品 优点 快速；高效；产品回收和提纯工艺简便,酶 工 程,生物技术的四大体系,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 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,生物技术的四大体系,发 酵 工 程,定义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,生物技术的四大体系,优点 投资省；见效快；污染小 应用范围微生物
12、菌体的生产和利用微生物代谢产物的应用微生物机能的应用,发 酵 工 程,生物技术的四大体系,发酵工程的效益 医药工业方面 食品工业方面 能源工业方面 饲料工业方面 冶金工业方面 农业方面,发 酵 工 程,生物技术的四大体系,生物技术的新浪潮,蛋白质工程 海洋生物工程 生物计算机 农业生物工程 生物传感器,蛋白质工程,以蛋白质为对象为目的的生物工程 必须突破以下几个难关：基因结构的改变基因的高效表达翻译后的蛋白修饰新蛋白的提纯,第二代基因工程,生物技术的新浪潮,海洋生物工程,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（如：培育新品种的海鲜、生产海洋生物活性物质、治理
13、海域污染等）,生物技术的新浪潮,生物计算机,特点能制成超高密度的线路、生物芯片能制成半永久性元件以生物化学反应模拟人体机能进行工作，所需能量很少 目前已制成蛋白质薄膜、DNA芯片等,生物技术的新浪潮,农业生物工程,生物工程技术在农业革命中的应用 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,生物技术的新浪潮,生物传感器,是一类通过各种类型的敏感膜将生物体内的化学信号转化为电、热、光等讯号的传感检测器 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,生物技术的新浪潮,小 结,前言 生物技术四大体系 生物技术新浪潮,返回总目录,结 束,
