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1、1生物基础生物基础电子教案电子教案车辐车辐中等中等专业专业学校学校 吴中敏吴中敏【教教 材材】王社光、刘王社光、刘 强。强。 生物基础生物基础.高等教育出版社高等教育出版社.2005.6.2005.6.第第 1 1 版版【课课 题题】第第 7 7 章章 生物技术及其应用生物技术及其应用第一节第一节 生物技术的形成与发展生物技术的形成与发展第二节第二节 生物技术的基本内容生物技术的基本内容【教学目标教学目标】知识与技能：掌握现代生物技术的概念和生物技术的基本内容，知识与技能：掌握现代生物技术的概念和生物技术的基本内容，了解生物技术发展史上的重要事件和进展；初步掌握现代生物技术五了解生物技术发展史
2、上的重要事件和进展；初步掌握现代生物技术五个工程的基本过程；了解五个工程的意义和用途。个工程的基本过程；了解五个工程的意义和用途。过程与方法：通过对比法培养学生观察能力，使学生能正确认识过程与方法：通过对比法培养学生观察能力，使学生能正确认识生物技术在我们现实生活中的作用，并加深对概念的理解，进而对生生物技术在我们现实生活中的作用，并加深对概念的理解，进而对生物技术的内容形成规律性认识。物技术的内容形成规律性认识。情感态度与价值观：通过教学，使学生的科学态度、思想情趣得情感态度与价值观：通过教学，使学生的科学态度、思想情趣得到陶冶；通过生物技术工程这些内容的讲授。激发学生爱科学的思想到陶冶；通
3、过生物技术工程这些内容的讲授。激发学生爱科学的思想感情，培养学生对事业的责任感。激发学生积极进取的兴趣和科学情感情，培养学生对事业的责任感。激发学生积极进取的兴趣和科学情感，培养积极探索的科学精神。感，培养积极探索的科学精神。【教学重点、难点教学重点、难点】2重点：生物技术工程的内容。重点：生物技术工程的内容。难点：生物技术工程的内容与步骤。难点：生物技术工程的内容与步骤。【课时安排课时安排】2】2 学时学时【主要教学方法主要教学方法】讲授、讲授、PPTPPT 演示实验、讨论演示实验、讨论【教学用具教学用具】多媒体及多媒体及 PPTPPT【教学过程设计教学过程设计】第第 7 7 章章 生物技术
4、及其应用生物技术及其应用第一节第一节 生物技术的形成与发展生物技术的形成与发展一、现代生物技术定义一、现代生物技术定义19821982 年国际合作及发展组织对生物技术这一名词定义年国际合作及发展组织对生物技术这一名词定义: :生物技术生物技术是应用自然科学及工程学的原理是应用自然科学及工程学的原理, ,依靠微生物、动物、植物体作为反依靠微生物、动物、植物体作为反应器应器, ,将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。伴随着基因将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。伴随着基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等的形成与发展工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等的形成与发
5、展, ,构成了现代生物技术这一内涵。构成了现代生物技术这一内涵。二、生物技术的进展二、生物技术的进展1 1、19431943 年年, ,大规模工业生产青霉素大规模工业生产青霉素, ,以及后来的多种抗生素生产以及后来的多种抗生素生产与利用与利用, ,标志着传统生物技术发展的鼎盛时期标志着传统生物技术发展的鼎盛时期, ,为生物技术的发展起到为生物技术的发展起到了划时代的作用。了划时代的作用。 19441944 年年, ,美国著名微生物学家美国著名微生物学家 AveryAvery 首先证明基首先证明基因就是因就是 DNADNA 分子分子, ,是生物的遗传物质。随后的是生物的遗传物质。随后的 1953
6、1953 年年, ,美国科学家沃美国科学家沃森和克里克发现了森和克里克发现了 DNADNA 双螺旋结构双螺旋结构, ,奠定了现代分子生物学的基础。奠定了现代分子生物学的基础。从此从此, ,生命科学的发展开始进入现代生物技术的时代。生命科学的发展开始进入现代生物技术的时代。32 2、表、表 7 7 1 1 现代生物技术发展史上的重要事件现代生物技术发展史上的重要事件3 3、生物技术已成为、生物技术已成为 2121 世纪发展最快的学科之一世纪发展最快的学科之一, ,其发展趋势主其发展趋势主要体现在以下几个方面要体现在以下几个方面: :(1)(1)基因操作技术更加成熟与完善基因操作技术更加成熟与完善
7、, ,使得转基因植物和动物取得重使得转基因植物和动物取得重大突破。大突破。(2)(2)医学生物技术为人类疾病治疗和健康等发挥巨大的作用。医学生物技术为人类疾病治疗和健康等发挥巨大的作用。(3)(3)基因组及编码蛋白质的结构与功能研究成为今后生物技术的基因组及编码蛋白质的结构与功能研究成为今后生物技术的热点问题。热点问题。(4)(4)生物芯片广泛应用生物芯片广泛应用, ,(5)(5)干细胞生物学技术的研究与应用干细胞生物学技术的研究与应用, ,使治疗性器官移植成为可能。使治疗性器官移植成为可能。(6)(6)利利用用计计算算机机技技术术对对生生物物信信息息进进行行处处理理、贮贮存存、分分析析和和解
8、解释释 , ,形形成成新新的的生生物物信信息息学学科科。第二节第二节 生物技术的基本内容生物技术的基本内容现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶与发酵工程、组现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶与发酵工程、组织工程、蛋白质工程、抗体工程、干细胞技术、克隆技术、转基因技织工程、蛋白质工程、抗体工程、干细胞技术、克隆技术、转基因技术、高通量筛选技术以及生物芯片等。但总的来说术、高通量筛选技术以及生物芯片等。但总的来说, ,一般分为基因工一般分为基因工程、发酵工程、酶工程、细胞工程和蛋白质工程五个部分。程、发酵工程、酶工程、细胞工程和蛋白质工程五个部分。一、基因工程一、基因工程419721
9、972 年年,Berg,Berg JacksonJackson 将猿猴病毒基因组将猿猴病毒基因组 sv40sv40 的的 DNADNA 通过通过 噬菌体导入大肠噬菌体导入大肠杆杆菌菌后后获获得得表表达达, ,成成功功地地完完成成了了世世界界上上首首次次D DN NA A 体体外外重重组组实实验验, ,标标志志着着基基因因工工程程技技术术的的开开始始。1 1、定义：基因工程又称、定义：基因工程又称 DNADNA 重组技术重组技术, ,是在基因水平上进行的遗是在基因水平上进行的遗传操作。主要是通过有机合成传操作。主要是通过有机合成, ,或者以或者以 mRNAmRNA 为模板为模板, ,利用反转录酶
10、合利用反转录酶合成碱基因互补的成碱基因互补的 DNA,DNA,按照人们的需要对按照人们的需要对 DNADNA 序列进行设计、剪接、序列进行设计、剪接、修饰加工修饰加工, ,再和载体再和载体 DNA(DNA(质粒质粒) )连接在一起重新导入细胞连接在一起重新导入细胞, ,大量繁殖大量繁殖, ,生产所需要的蛋白质、激素、疫苗、酶等生产所需要的蛋白质、激素、疫苗、酶等, ,培育出具有某些特殊性能培育出具有某些特殊性能的转基因动、植物新品种。的转基因动、植物新品种。总之总之, ,基因工程的最终目的是把一个生物体中的遗传信息基因工程的最终目的是把一个生物体中的遗传信息( ( DNA)DNA)转入另一个生
11、物体转入另一个生物体, ,并表达出其特有的、人们需要的性状。并表达出其特有的、人们需要的性状。2 2、基因工程主要包括以下几个步骤：、基因工程主要包括以下几个步骤：(1)(1)提取供体生物的目的基因提取供体生物的目的基因( (外源基因外源基因),),用限制性内切酶切开用限制性内切酶切开, ,将含所需性状的目的基因连接到另一将含所需性状的目的基因连接到另一 DNADNA 分子上分子上( (常用大肠杆菌常用大肠杆菌),),形形成新的重组成新的重组 DNADNA 分子。分子。(2)(2)转化过程。将重组转化过程。将重组 DNADNA 分子转入受体细胞分子转入受体细胞, ,并在受体细胞中复并在受体细胞
12、中复制保存。制保存。(3)(3)对受体细胞进行筛选和鉴定对受体细胞进行筛选和鉴定, ,以保存并复制含有目的基因的细以保存并复制含有目的基因的细胞胞, ,一般通过特殊培养基进行选择性培养一般通过特殊培养基进行选择性培养, ,淘汰没有转化的细胞淘汰没有转化的细胞, ,筛选筛选出那些带有目的基因的外源出那些带有目的基因的外源 DNADNA 重组质粒。重组质粒。5(4)(4)对含有重组对含有重组 DNADNA 的细胞进行大量培养的细胞进行大量培养, ,并检测外源基因是否表并检测外源基因是否表达。达。基因工程的意义在于基因工程的意义在于: :大规模生产生物分子大规模生产生物分子; ;设计构建新物种设计构
13、建新物种; ;搜搜集、分离、鉴定生物信息资源。在医学上、轻工食品上、环保上的应集、分离、鉴定生物信息资源。在医学上、轻工食品上、环保上的应用用, ,农林领域带来的是第二次农业大革命。农林领域带来的是第二次农业大革命。二、发酵工程二、发酵工程1 1、定义：发酵、定义：发酵( ( fermentation)fermentation)来自拉丁语来自拉丁语“发泡发泡”(”( fervere)fervere)一词一词, ,当时是指酒精发酵时产生二氧化碳的现象。当时是指酒精发酵时产生二氧化碳的现象。狭义的发酵是指微生物的一种呼吸类型狭义的发酵是指微生物的一种呼吸类型, ,广义发酵广义发酵, ,是指利用微生
14、物制造和生产各种目的产物的过程是指利用微生物制造和生产各种目的产物的过程, ,包括包括利用好氧微生物利用好氧微生物进进行行的的需需氧氧发发酵酵、利利用用兼兼行行厌厌氧氧微微生生物物进进行行的的兼兼气气发发酵酵和和利利用用厌厌氧氧微微生生物物进进行行的的厌厌氧氧发发酵酵。发酵主要应用于工业、农业、食品卫生、医学、环境保护等领域。发酵主要应用于工业、农业、食品卫生、医学、环境保护等领域。2 2、发酵工程主要包括四个方面的内容和步骤、发酵工程主要包括四个方面的内容和步骤: :(1)(1)发酵原料的预处理。发酵原料的预处理。(2)(2)菌种的活化和种子扩大。菌种的活化和种子扩大。具体操作为具体操作为:
15、 :种子培养种子培养 培养容器为培养容器为 5 5 1010 mLmL 试管。试管。一级种子培养一级种子培养 将种子接种到将种子接种到 200200 1 1 000000 mLmL 锥形瓶中锥形瓶中, ,在振荡在振荡器内培养。器内培养。6二级种子培养二级种子培养 将一级种子接种到将一级种子接种到 1010 100100 L L 的种子发酵器内的种子发酵器内培养。培养。(3)(3)微生物发酵和控制。微生物发酵和控制。(4)(4)发酵产物的分离提取。发酵产物的分离提取。对发酵液进行浓缩、纯化过程是提纯产品的过程。对发酵液进行浓缩、纯化过程是提纯产品的过程。三、细胞工程三、细胞工程1 1 定义：细胞
16、工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方定义：细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法法, ,通过某种工程学手段通过某种工程学手段, ,按照人们的设计蓝图按照人们的设计蓝图, ,进行细胞整体水平或进行细胞整体水平或细胞器水平上的遗传操作细胞器水平上的遗传操作, ,即将具有某种特定基因和性状的细胞与异即将具有某种特定基因和性状的细胞与异种细胞融合种细胞融合, ,形成新型细胞形成新型细胞, ,使其具有两种亲本细胞的基因和特点。使其具有两种亲本细胞的基因和特点。2 2、细胞工程的主要步骤分两部分、细胞工程的主要步骤分两部分, ,一是上游工程一是上游工程, ,包含细胞培养、包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤; ;另一部分是下游工程另一部分是下游工程, ,是用已转化是用已转化的细胞来生产生物产品的过程。的细胞来生产生物产品的过程。(1)(1)细胞培养：包括单个细胞培养、组织培
