现代生物技术概论

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1、1生物技术原理与方法 生物技术，也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生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。1.2 生物技术发展简史现代生物技术是以 70 年代 DNA 重组技术的建立为标志1944 年阐明了 DNA 是遗传信息的携带者。1953 年提出了 DNA 的双螺旋结构模型，阐明了 DNA 的半保留复制模式，从而开辟了分子生物学研究的新纪元。1961 年等破译了遗传密码，揭开了 DNA 编码的遗传信息是如何传递给蛋白质这一秘密。 1972 年首先实现了 DNA 体外重组技术，标志着生物技术的核心

2、技术基因工程技术的开始基因工程技术向人们提供了一种全新的技术手段，使人们可以按照意愿在试管内切割 DNA、分离基因并经重组后导人其他生物或细胞，藉以改造农作物或畜牧品种；也可以导人细菌这种简单的生物体，由细菌生产大量的有用的蛋白质，或作为药物，或作为疫苗；也可以直接导人人体内进行基因治疗。显然，这是一项技术上的革命。以基因工程为核心，带动了现代发酵工程、现代酶工程、现代细胞工程的发展，形成了具有划时代意义和战略价值的现代生物技术。 1.4 生物技术应用前景生物技术与其他高新技术一样具有“六高” 的基本特征：即高效益、高智力、高投入、高竞争、高风险、高势能. 另一方面，生物技术广阔的应用前景，高

3、额的利润也促使生物技术的快速发展。生物技术的应用领域非常广泛，它包括医药、农业、畜牧业、食品、化工、林业、环境保护、采矿冶金、材料、能源等领域。这些领域的广泛应用必然带来了经济上的巨大利益。 二、生物技术在医药方面的应用1、生物工程药物 2、基因诊断和治疗 3、基因保键、器官移植与干细胞基因诊断法，又称分子诊断法或 DNA 探针检测法：应用专用的 DNA 分子探针，对受检者的特定基因（DNA ）或其转录本(mRNA)进行杂交分析，从而对遗传疾病作出诊断的技术。人类基因组计划（HGP） 1986 年美国生物学家诺贝尔奖获得者 Dulbecco 首先倡议，全世界的科学家联合起来从整体上研究人类的基

4、因组，分析人类基因组的全部序列以获得人类基因所携带的全部遗传信息。毫无疑问，该项工作的完成，将使人们深入认识许多困扰人类的重大疾病的发病机理；90 年代的人类基因组计划的科学意义如同 60 年代的登月计划。所以继美国之后，欧盟国家、日本、俄罗斯、加拿大、澳大利亚和我国也相继启动了人类基因组计划。三、转基因动物、乳腺反应器及动物克隆四、能源与环保选育可大量生产能源化学物质的工程菌，开发生物来源的石油替代产品；选育可降解工业和生活废弃物的工程菌，用以处理垃圾，变废为宝；处理工业“ 三废” ，石油泄漏等，解决环境污染问题。 生物学家们正尝试运用生物技术开发出能够将植物中的纤维素降解进而转化为可以燃烧

5、的酒精等新能源。自然界有取之不尽的植物纤维素资源，这项技术的突破有可能成为能源技术的新方向。我国麻疯树、黄连木等油料植物可满足 500 万 t/a 生物柴油装置的原料需求 微生物降解农药残留1.5 生物技术安全性1 人身健康 - 基因的食物链转移2 道德伦理 - 器官移植 （头颅移植）3 社会安定 - 克隆人、生物武器4 生态安全 - 试验室安全、基因漂移生物武器是穷弱国家的“杀手锏” 。 1.6 生物技术在国民社会经济发展中的地位人类基因组计划（HGP）解决能源危机、治理环境污染；环境保护，制造工业原料；生产贵重金属国家安全 生物武器和反生物武器 经济发展 政治地位2 植物组织培养技术原理及

6、操作1、植物组织培养:是指在离体条件下利用人工培养基对植物器官、组织、细胞、原生质体等进行培养，使其长成完整的植株。2、应用领域：（1） 、快速繁殖 （2） 、种苗脱毒（3） 、远缘杂交（4） 、突变育种（5） 、基因工程（6） 、生物制品（7） 、遗传、生理、生化、病理研究(8) 、植物种质资源保存和交换外植体：在植物细胞组织培养中,由活体植物体上提取下来的 , 接种在培养基上的无菌细胞、组织、器官等均称为外植体。愈伤组织：在植物细胞组织培养中，愈伤组织则指在人工培养基上由外植体形成的一团无序生长的薄壁细胞。3、广义的组培依外植体不同可分为：器官培养；茎尖分生组织培养；愈伤组织培养；细胞培养

7、；原生质体培养4、植物组培特点培养条件可以人为控制生长周期短，繁殖率高管理方便，利于工厂化生产和自动化控制5、植物细胞的全能性：植物细胞具有该植物体全部遗传的可能性，在一定条件下具有发育成完整植物体的潜在能力。1原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。2差异：（1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。3潜在全能性的原因：基因表达的选择性 6、脱分化：来自已分化组织的已停止分裂的细胞从植物体部分的抑制性影响下解脱出来，恢复细胞的分裂活性。7、再

8、分化)：经脱分化的组织或细胞在一定的培养条件下可有转变为各种不同细胞类型的能力。8、一个成熟细胞或分化细胞转变成为分生状态的过程 ，即形成愈伤组织的过程 ， 叫做脱分化9、再分化： 由愈伤组织能再形成完整的植株 ，这一过程叫做再分化， 或简单地叫做分化或再生。 210、细胞全能性 ：指一个完整的植物细胞拥有形 成一个完整植株所必需的全部遗传信息。11、 细胞分裂： 植物组织培养属无性繁殖，有丝分裂保证组织培养过程中细胞数量的增加。而减数分裂属于有性繁殖细胞分裂方式的一种。12、位置效应：植物离体活组织，延续表现出来原生长部位的形态和特性的现象。因此，要根据培养目的选择适宜的外值体。13、 脱（

9、去）分化和再分化: 去处外植体原有的分化性状，重新进入新的发育分化状态。14、 组织培养的难易规律（易- 难）1 生长点细胞 形成层细胞 薄壁细胞 厚壁细胞 纤维细胞 退 化细胞 2 种子 花器 茎下部组织 茎中部组织 冠内部枝叶 冠外部枝叶3 组培时间长的植物 组培时间短的植物15、植物组织培养的培养条件：营养条件、环境条件、培养基配制16、培养基：在离体培养条件下，不同种植物的组织对营养有不同的要求，甚至同一种植物不同部位的组织对营养的要求也不相同，只有满足了它们各自的特殊要求，它们才能很好地生长。因此，没有一种培养基能够适合一切类型的植物组织或器官，在建立一项新的培养系统时，首先必须找到

10、一合适的培养基，培养才有可能成功。 17、 培养基的种类：(1) MS 培养基(2) B 5 培养基(3) White 培养基(4）N 6 培养基(5) KM8P 培养基18、 MS 培养基 它是 1962 年由 Murashige 和 Skoog 为培养烟草细胞而设计的。特点是无机盐和离子浓度较高，为较稳定的平衡溶液。其养分的数量和比例较合适，可满足植物的营养和生理需要。它的硝酸盐含量较其他培养基为高，广泛地用于植物的器官、花药、细胞和原生质体培养，效果良好。有些培养基是由它演变而来的。19、培养基的成分：（1）水（2） 、大量元素（3） 、微量元素（4） 、有机化合物（5） 、碳水化合物（

11、6） 、维生素（7） 、生长素类（8） 、肌醇（9） 、氨基酸20、大量元素，指浓度大于 0.5mmolL 的元素等；包括(1)N(2)P(3)K(3)K21、微量元素， 指小于 0.5mmolL 的元素，Fe，B，Mn，Cu， Mo，Co 等。 22、在培养基的各成分中，植物生长调节物是培养基的关键物质，对植物组织培养起着决定性作用。 IAA(吲哚乙酸)NAA(萘乙酸) NAA 和 IBA 广泛用于生根，并与细胞分裂素互作促进芽的增殖和生长。IBA(吲哚丁酸) 是促进发根能力较强的生长调节物质。在培养基中添加细胞分裂素有三个作用：诱导芽的分化促进侧芽萌发生长。促进细胞分裂与扩大。抑制根的分化

12、。因此，细胞分裂素多用于诱导不定芽的分化和茎、苗的增殖，而在生根培养时使用较少或用量较低。激素配比模式生长素与细胞分裂素的比例决定着发育的方向，是愈伤组织、长根还是长芽。如为了促进芽器官的分化，应除去或降低生长素的浓度，或者调整培养基中生长素与细胞分裂素的比例：高 有利于根的形成和愈伤组织的形成； 适中 有利于根芽的分化； 低 有利于芽的形成。生长调节物质的使用甚微，一般用 mgL 表示浓度。在组织培养中生长调节物质的使用浓度，因植物的种类、部位、时期、内源激素等的不同而异，一般生长素浓度的使用为 0.05-5mgL，细胞分裂素 0.0510mgL。 琼脂的用量在 610gL 之间，若浓度太高

13、，培养基就会变得很硬，营养物质难以扩散到培养的组织中去。若浓度过低，凝固性不好。固体培养基 优点：在于操作简便，通气问题易于解决，便于经常观察研究等；缺点：如培养物与培养基的接触(即吸收) 面积小，各种养分在琼脂中扩散较慢，影响养分的充分利用，同时培养物排出的一些代谢废物，聚集在吸收表面，对组织产生毒害作用。市售的各种琼脂几乎都含有杂质，特别是 Ca、Mg 及其他微量元素。 环境条件：温度 湿度 渗透压 pH 值 氧气组织培养中光照也是重要的条件之一，主要表现在光强、光质、以及光照时间方面 29、母液(stock solution)的配制和保存在植物组织培养工作中，配制培养基是日常必备的工作。

14、为简便起见，通常先配制一系列母液，即贮备液。所谓母液是欲配制液的浓缩液，这样不但可以保证各物质成分的准确性及配制时的快速移取，而且还便于低温保藏。一般母液配成比所需浓度高 10-100 倍。母液配制时可分别配成大量元素、微量元素、铁盐、有机物和激素类等。配制时注意一些离子之间易发生沉淀，如 Ca 2+和 S042+，Ca2+ 、Mg2+和 PO43- 一起溶解后，会产生沉淀，一定要充分溶解再放入母液中！。配制母液时要用蒸馏水或重蒸馏水。药品应选取等级较高的化学纯或分析纯。药品的称量及定容都要准确。各种药品先以少量水让其充分溶解，然后依次混合。一般配成大量元素、微量元素、铁盐、维生素等母液，其中

15、维生素、氨基酸类可以分别配制，也可以混在一起。母液配好后放人冰箱内低温保存，用时再按比例稀释。30、母液的配制方法：1） 、单配法：将培养基配方中的各种成分分别配成一定浓度的母液。一般用 a:b 表示，即每 b 毫升溶液中含有 a 毫克溶质。2） 、混配法：将几类营养成分按配方中的用量扩大一定倍数称量，分别溶解后每一类混合在一起定容到一定体积配成混合母液，浓度可用 a mg/L 表示，即配制一升培养基吸取该母液 a ml.生长素配制时可先用少量 95%酒精助溶。 2，4D 可用 0.1molL 的 NaOH 或 KOH 助溶，加入温水定容。生长素常配成 1mgml 的溶液贮于冰箱中备用。细胞分

16、裂素类一般先用少量 1N 盐酸溶解后，再加入温水冷却后定容，3） 、铁盐配法（MS 为例）：在装有 400ml 蒸馏水的烧杯中加入 2 粒苛性钠，溶解后加入 3.73g EDTA-Na2，加热使其全部溶解，然后边搅拌边慢慢加入 2.78g FeSO4.7H2O 直至全部溶解，冷却后定容至 500ml，置于冰箱中备用。31、培养基的配制：按表用量筒移取大量元素母液 100ml，用专一对应的移液管分别吸取微量元素母液 10mi、铁盐母液 10ml、有机物母液 10ml，均置人 1000ml 定容瓶中，若不加任何激素，则为 MSo 培养基；若需加激素按配方移取激素母液即可。将已装母液的定容瓶用蒸馏水或自来水定容到 1000ml，取 13 左右倒人小铝锅中加热。同时，称好