生物技術(shù)概論-魏琴-生物技術(shù)總論

1、 生物技術(shù)概論生命科學(xué)與食品工程系魏琴 張超 主講課程介紹介紹各項(xiàng)生物技術(shù)的基本原理和基本知識(shí)，使非生物學(xué)專業(yè)的本科生能夠了解生物技術(shù)基本知識(shí)框架，促進(jìn)其他學(xué)科的本科生對(duì)生物技術(shù)的關(guān)注，促進(jìn)化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等專業(yè)學(xué)生從事與生物技術(shù)相關(guān)的工作，促進(jìn)文科有關(guān)專業(yè)的學(xué)生了解生物技術(shù)的基本知識(shí)，了解生物學(xué)對(duì)社會(huì)，文化，道德，倫理等的影響。 魏琴主要內(nèi)容總論基因工程蛋白質(zhì)工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程張超自我介紹魏琴，教授，植物學(xué)博士。長(zhǎng)期從事植物分子生物學(xué)與基因工程、植物細(xì)胞工程領(lǐng)域研究。電話3543763（O）辦公地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)樓B303考核方式:考查學(xué)分:2分考查方式: 1期末開

2、卷考試：602平時(shí)成績(jī)：40% 筆記檢查:10% 出勤率:20%(礦課:每次2分,遲到、早退:每次1分） 平時(shí)作業(yè)：10%考 核1、上課：筆記2、作業(yè)要求：礦1/3不得參加考試，成績(jī)0分計(jì)3、考勤要求：礦1/3不得參加考試，成績(jī)0分計(jì)要 求主要參考書 宋思揚(yáng)，樓士林，生物技術(shù)概論，第三版，2007，北京，科學(xué)出版社（十一五規(guī)劃教材） 馬大龍，生物技術(shù)制藥，2001，北京，科學(xué)出版社 莽克強(qiáng)，農(nóng)業(yè)生物工程，1998，北京，化學(xué)工業(yè)出版社 翟禮嘉，顧紅雅，胡蘋等，現(xiàn)代生物技術(shù)概論，1998，北京，高等教育出版社第一章 生物技術(shù)總論General Introduction目的與要求概要了解生物技術(shù)的

3、含義、特點(diǎn)以及生物技術(shù)的發(fā)展史。了解生物技術(shù)的各項(xiàng)技術(shù)及其相互關(guān)系認(rèn)識(shí)生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的影響。 一、概述1、生物技術(shù)概念P1：生物技術(shù)，有時(shí)也稱為生物工程，是以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)原理和工程技術(shù)手段按預(yù)先的設(shè)計(jì)來(lái)加工或改造生物材料從而產(chǎn)生出人類需要的產(chǎn)品或達(dá)到某種目的?；瘜W(xué)工程、機(jī)械工程、控制工程、環(huán)境工程與人類健康、農(nóng)業(yè)、資源、能源、環(huán)境有關(guān)P1基因、細(xì)胞、有用物、個(gè)體或個(gè)體的一部分植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)等糧食、醫(yī)藥、食品、能源、金屬等生命科學(xué)工程科學(xué)生物技術(shù)(生物工程)研究領(lǐng)域基因工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程分離工程蛋白質(zhì)工程服務(wù)領(lǐng)域人

4、類健康農(nóng)業(yè)資源能源環(huán)境食品化學(xué)設(shè)備Biotechnology Electronics化學(xué)工業(yè)生物生理學(xué)分子與細(xì)胞生物學(xué)遺傳學(xué)生物化學(xué) 微生物學(xué)能源與環(huán) 境管理農(nóng)業(yè) 食品 疾病診斷 發(fā)酵技術(shù) 商業(yè)應(yīng)用 健康與制藥 食品 2、生物技術(shù)的種類（研究領(lǐng)域） 及其相互關(guān)系操作對(duì)象基因 切接轉(zhuǎn)增檢操作環(huán)節(jié)新性狀新產(chǎn)品細(xì)胞內(nèi)DNA分子上具有遺傳效應(yīng)的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段2.1 基因工程舉例 在黑毛鼠、白毛鼠、黃毛鼠的受精卵分裂成8個(gè)細(xì)胞時(shí)用特制的吸管把8細(xì)胞胚吸出輸卵管，用一種酶將包裹在各個(gè)胚胎上的粘液溶解，再把這三種鼠的8細(xì)胞胚放在同一溶液中使之組裝成一個(gè)具有24個(gè)細(xì)胞的“

5、組裝胚”。馬格特和彼德斯把“組裝胚”移植到一只老鼠的子宮內(nèi)，不久，一只奇怪的組裝鼠問世了，這只組裝鼠全身披著黃、白、黑三種不同顏色的皮毛。 DNA重組體導(dǎo)入受體細(xì)胞 應(yīng)用：Golden Rice（金米）操作對(duì)象細(xì)胞 培養(yǎng)、增殖、改造細(xì)胞操作環(huán)節(jié)新性狀新產(chǎn)品細(xì)胞或其組成部分和構(gòu)成的組織、器官等如染色體、細(xì)胞核、原生質(zhì)體、整個(gè)細(xì)胞、受精卵、胚胎、組織或器官2.2 細(xì)胞工程操作對(duì)象 酶 酶的固定化、分離純化、酶的改造操作環(huán)節(jié)酶制劑由生物活細(xì)胞產(chǎn)生的生物催化劑2.3 酶工程操作對(duì)象 微生物 發(fā)酵培養(yǎng)操作環(huán)節(jié)產(chǎn)品產(chǎn)物真菌、細(xì)菌、放線菌等2.4 發(fā)酵工程舉例：酒精類飲料、醋酸和面包胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素

6、、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料氨基酸、香料、酶、維生素和單細(xì)胞蛋白等。操作對(duì)象 蛋白質(zhì) 對(duì)應(yīng)基因的修飾和合成操作環(huán)節(jié)蛋白質(zhì)定向改造DNARNA 蛋白質(zhì)2.5 蛋白質(zhì)工程具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子操作對(duì)象 目的產(chǎn)物 分離、純化操作環(huán)節(jié)純品？2.6 生物分離工程按照自己的愿望改造物種: 采用基因工程或細(xì)胞工程的方法?；蚬こ毯图?xì)胞工程的研究成果的產(chǎn)業(yè)化: 通過發(fā)酵工程和酶工程來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蚬こ毯图?xì)胞工程看作生物工程的上游處理技術(shù)，將發(fā)酵工程和酶工程看作生物工程的下游處理技術(shù)?；蚬こ?、細(xì)胞工程和發(fā)酵工程中所需要的酶，往往通過酶工程來(lái)獲得。酶工程中酶的生

7、產(chǎn)，一般要通過微生物發(fā)酵的方法來(lái)進(jìn)行。2.7 各生物技術(shù)之間的關(guān)系基因工程是核心 ，帶動(dòng)其他四大工程的發(fā)展，四大工程的發(fā)展又促使基因工程發(fā)展更迅猛。基因工程和細(xì)胞工程看作生物工程的上流處理技術(shù)，將發(fā)酵工程和酶工程看作生物工程的下流處理技術(shù)。基因工程、細(xì)胞工程和發(fā)酵工程中所需的酶往往是通過酶工程來(lái)獲得的。 五大工程間的關(guān)系優(yōu)良動(dòng)植物品系動(dòng)、植物個(gè)體或細(xì)胞基因工程微生物工程菌產(chǎn)品細(xì)胞工程發(fā)酵工程蛋白質(zhì)或酶工程蛋白質(zhì)或酶二、 生物技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史“生物技術(shù)”詞的提出：最初由一位匈牙利工程師KarlEreky于1917年提出的，指用甜菜大規(guī)模養(yǎng)豬。 1、第一代生物技術(shù)產(chǎn)品-遠(yuǎn)古時(shí)代原始人：野生栽種選良種轉(zhuǎn)

8、化收獲物發(fā)酵技術(shù)啤酒技術(shù)發(fā)酵面包技術(shù)制醋技術(shù)第一代生物技術(shù)產(chǎn)品：啤酒、蘋果酒、發(fā)酵面包等。產(chǎn)品附加值低或中等。2、第二代生物技術(shù)產(chǎn)品-巴斯德時(shí)代發(fā)酵原理的證明霉菌純培養(yǎng)啤酒酵母的培養(yǎng)方法青霉素的發(fā)現(xiàn)第二代生物技術(shù)產(chǎn)品：抗生素、酶、乙醇、維生素、生物殺蟲劑等，產(chǎn)品附加值低或中等。3、現(xiàn)代生物技術(shù)的崛起DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)遺傳密碼的破譯DNA重組技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)群。現(xiàn)代生物技術(shù)的產(chǎn)品：基因工程藥物、基因治療、轉(zhuǎn)基因植物、克隆動(dòng)物、DNA芯片等。產(chǎn)品附加值低或中等。4、傳統(tǒng)與現(xiàn)代生物技術(shù)的區(qū)別古代傳統(tǒng)生物技術(shù)和近代生物技術(shù)(舊有的制造醬、酒、面包、奶酪、 酸奶及其它食品的傳統(tǒng)

9、工藝。 )只是利用現(xiàn)有的生物類型或生物機(jī)能為人類服務(wù)，而現(xiàn)代生物技術(shù)(5大工程)是按照人們的意愿創(chuàng)造全新的生物類型和生物機(jī)能，造福于人類。它是人類在建立實(shí)用生物技術(shù)中從必然王國(guó)走向自由王國(guó)，從等待大自然的恩賜轉(zhuǎn)向索取的質(zhì)的飛躍。三、 現(xiàn)代生物技術(shù)前景生物技術(shù)的基本特征：高效益，可帶來(lái)高額利潤(rùn)。 高智力，具有創(chuàng)造性和突破性。 高投入，前期需要投入大量資金。 高競(jìng)爭(zhēng)，時(shí)效性的競(jìng)爭(zhēng)非常強(qiáng)烈。 高風(fēng)險(xiǎn)。 高勢(shì)能 。（一）生物技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響（服務(wù)領(lǐng)域）1、農(nóng)業(yè)：改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺提高農(nóng)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)1)培育抗逆的作物優(yōu)良品系 2)植物種苗的工廠化生產(chǎn) 我國(guó)已建立了多種植物試管苗的生產(chǎn)

10、線，如葡萄、蘋果、香蕉、柑橘、花卉等。3)提高糧食品質(zhì) 美國(guó)威斯康星大學(xué)的學(xué)者將菜豆儲(chǔ)藏蛋白基因轉(zhuǎn)移到向日葵中，使向日葵種子含有菜豆儲(chǔ)藏蛋白。4)生物固氮，減少化肥使用量 在缺氮的土壤中生長(zhǎng)的無(wú)根瘤和有根瘤大豆植物發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)1)動(dòng)物的大量快速無(wú)性繁殖 1997年2月英國(guó)Roslin研究所用綿羊乳腺細(xì)胞培育出一只小羊-“多莉”。這意味著動(dòng)物體細(xì)胞同樣有可能進(jìn)行動(dòng)物的大量、快速無(wú)性繁殖。 2)培育動(dòng)物的優(yōu)良品系 采用基因打靶技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因克隆羊 利用乳腺生產(chǎn)藥用蛋白的轉(zhuǎn)基因羊 用于人體器官移植的轉(zhuǎn)基因豬 2、人類健康：提高生命質(zhì)量、延長(zhǎng)人類壽命1)開發(fā)制造奇特而又貴重的新型藥品 1977年，美

11、國(guó)首先采用大腸桿菌生產(chǎn)了人類第一個(gè)基因工程藥物-人生長(zhǎng)激素釋放抑制激素 2)疾病的預(yù)防和診斷1998年初，美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)了首個(gè)艾滋病疫苗進(jìn)入人體試驗(yàn)。 DNA探針，主要用來(lái)診斷遺傳性疾病和傳染性疾病。3)基因治療1990年9月，美國(guó)FAD批準(zhǔn)了用AIJA(腺昔脫氨酶)基因治療嚴(yán)重聯(lián)合型免疫缺陷病(一種單基因遺傳病)，并取得了較滿意的結(jié)果。人類基因組計(jì)劃（HGP）1986年美國(guó)生物學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Dulbecco首先倡議，全世界的科學(xué)家聯(lián)合起來(lái)從整體上研究人類的基因組，分析人類基因組的全部序列以獲得人類基因所攜帶的全部遺傳信息。毫無(wú)疑問，該項(xiàng)工作的完成，將使人們深入認(rèn)識(shí)許多

12、困擾人類的重大疾病的發(fā)病機(jī)理；90年代的人類基因組計(jì)劃的科學(xué)意義如同60年代的登月計(jì)劃。所以繼美國(guó)之后，歐盟國(guó)家、日本、俄羅斯、加拿大、澳大利亞和我國(guó)也相繼啟動(dòng)了人類基因組計(jì)劃。3、資源、能源與環(huán)境解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬4、化學(xué)工業(yè)利用微生物在生長(zhǎng)過程中積累的代謝產(chǎn)物，發(fā)酵技術(shù)還可用來(lái)生產(chǎn)化學(xué)工業(yè)原料。主要有傳統(tǒng)的通用型化工原料如乙醇、丙酮。丁醇等產(chǎn)品 在冶金工業(yè)方面，高品價(jià)富礦不斷耗盡。面對(duì)數(shù)量龐大的廢渣礦、貧礦、尾礦、廢礦，采用一般的采礦技術(shù)已上能為力，惟有利用細(xì)菌的浸礦技術(shù)才能對(duì)這類礦石進(jìn)行提煉?？商崛〉慕饘侔ń?、銀、銅、鈾、錳、鑰、鋅、鉆、鎳、鋇、銘等多種貴重金屬和稀有金屬。5、食品工業(yè)生產(chǎn)食品工業(yè)原料，種類繁多。概括起來(lái)，主要有以下幾個(gè)大類氨基酸類：主要的有谷氨酸（即味精）、賴氨酸等；酸味劑：主要有檸檬酸、蘋果酸等.甜味劑：主要有天冬甜精（甜味是砂糖的2400倍）、氯化砂糖（甜味是砂糖的600倍）。（二） 生物技術(shù)的安全及其對(duì)倫理、道德、法律的影響基因