生物工程市公開課一等獎省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎?wù)n件

第1節(jié)生物工程概述[生物工程]

應(yīng)用生命科學(xué)理論和工程科學(xué)技術(shù)伎倆，按照預(yù)先設(shè)計藍(lán)圖，大規(guī)模地生產(chǎn)人類所需要物質(zhì)和產(chǎn)品技術(shù)稱為～1。生物工程主要領(lǐng)域生命科學(xué)工程科學(xué)生物工程主要領(lǐng)域主要服務(wù)領(lǐng)域發(fā)酵工程基因工程細(xì)胞工程

酶工程人類健康工農(nóng)業(yè)資源能源環(huán)境生物工程學(xué)科基礎(chǔ)及主要領(lǐng)域生物工程享學(xué)課堂微生物工程菌發(fā)酵工程酶工程細(xì)胞工程產(chǎn)品基因工程酶動植物個體或細(xì)胞優(yōu)良動植物品種生物工程主要領(lǐng)域之間相互關(guān)系示意圖2。生物工程特點生物工程，是20世紀(jì)70年代初開始興起一門新興綜合性應(yīng)用學(xué)科。[高效性和經(jīng)濟(jì)性]：基因工程應(yīng)用舉例與醫(yī)藥衛(wèi)生（1）生產(chǎn)基因工程藥品①優(yōu)點：高質(zhì)量、低成本②舉例：胰島素、干擾素、乙肝疫苗等60各種

與環(huán)境保護(hù)（1）用于環(huán)境監(jiān)測：用DNA探針可檢測飲水中病毒含量①方法：使用一個特定DNA片段制成探針，與被檢測病毒DNA雜交，從而把病毒檢測出來。②特點：快速、靈敏基因治療①含義：把健康外源基因?qū)胗谢蛉秉c細(xì)胞中，到達(dá)治療疾病目標(biāo)。②舉例：半乳糖血癥（病因、研究結(jié)果）③發(fā)展前景：許多遺傳病及疑難病癥將被人類征服。細(xì)胞工程作為科學(xué)研究一個伎倆，已經(jīng)滲透到生物工程各個方面，成為必不可少配套技術(shù)。在農(nóng)林、園藝和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，細(xì)胞工程正在為人類做出巨大貢獻(xiàn)。利用細(xì)胞工程技術(shù)進(jìn)行作物育種，是迄今人類受益最多一個方面。我國在這一領(lǐng)域已到達(dá)世界先進(jìn)水平，以花藥單倍體育種路徑，培育出水稻品種或品系有近百個，小麥有30個左右。其中河南省農(nóng)科院培育小麥新品種，含有抗倒伏、抗銹病、抗白粉病等優(yōu)良性狀。[清潔和低耗][強(qiáng)調(diào)技術(shù)設(shè)計][可遺傳和可擴(kuò)散][對人類倫理道德觀念有影響]生物技術(shù)特點

生物技術(shù)是以當(dāng)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其它基礎(chǔ)科學(xué)，采取先進(jìn)科學(xué)技術(shù)伎倆，按照預(yù)先設(shè)計改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或到達(dá)某種目標(biāo)。生物技術(shù)主要內(nèi)容有：基因工程、細(xì)胞工程、酶工程（也有稱作蛋白質(zhì)工程）和發(fā)酵工程。所以，也有些人將生物技術(shù)稱作生物工程。不過，生物技術(shù)和生物工程還是有區(qū)分，生物技術(shù)和生物工程同屬理科，不過，生物技術(shù)更重視于操作和原理，而生物工程更重視于實際操作中各種參數(shù)也就是有較多工科內(nèi)容在里面。伴隨生物技術(shù)發(fā)展，當(dāng)代生物技術(shù)正在以上四大基礎(chǔ)工程上穩(wěn)步發(fā)展，最顯著特點是由以前研究型向現(xiàn)在應(yīng)用性發(fā)展。比如，以前是經(jīng)過生物技術(shù)伎倆去研究染色體上某位點基因功效，而現(xiàn)在，則是在以前基礎(chǔ)上對這個基因進(jìn)行改良或者創(chuàng)造新基因來完善或加強(qiáng)生物一些功效。總之，有進(jìn)步性特點。

1）愈加重視實際應(yīng)用，實際生產(chǎn)決定研究方向，更多人把精力放在了優(yōu)良技術(shù)創(chuàng)造。2）操作先進(jìn)化，以往生物技術(shù)往往以酶工程和發(fā)酵工程為代表，取得都是一些蛋白或者微生物產(chǎn)物，如青霉素取得。不過現(xiàn)在愈加重視基因工程和細(xì)胞工程，從微觀去創(chuàng)新。3）理論基礎(chǔ)多樣化，現(xiàn)在學(xué)生物技術(shù)，不是掌握微生物學(xué)、動物學(xué)就能夠了，還要有更多如生化、分子生物學(xué)基礎(chǔ)才行。第2節(jié)細(xì)胞工程[細(xì)胞工程]

是生物工程一個主要方面。總來說，它是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)理論和方法，按照人們設(shè)計藍(lán)圖，進(jìn)行在細(xì)胞水平上遺傳操作及進(jìn)行大規(guī)模細(xì)胞和組織培養(yǎng)。當(dāng)前細(xì)胞工程所包括主要技術(shù)領(lǐng)域有細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、細(xì)胞拆合、染色體操作及基因轉(zhuǎn)移等方面。經(jīng)過細(xì)胞工程能夠生產(chǎn)有用生物產(chǎn)品或培養(yǎng)有價值植株，并能夠產(chǎn)生新物種或品系。高中概念）是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，經(jīng)過某種工程學(xué)伎倆，在細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上，按照人們意愿來改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)，從而取得新型生物或特種細(xì)胞產(chǎn)品、或產(chǎn)物一門綜合性科學(xué)技術(shù)。（大學(xué)概念）應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)原理和方法，經(jīng)過某種工程學(xué)伎倆，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，依照人們需要和設(shè)計來改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)或取得細(xì)胞產(chǎn)品一門綜合科學(xué)技術(shù)。（更詳細(xì)概念）是指應(yīng)用當(dāng)代細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)理論與方法，按照人們需要和設(shè)計，在細(xì)胞水平上遺傳操作，重組細(xì)胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物，以改變生物結(jié)構(gòu)和功效，即經(jīng)過細(xì)胞融合、核質(zhì)移植、染色體或基因移植以及組織和細(xì)胞培養(yǎng)等方法，快速繁殖和培養(yǎng)出人們所需要新物種生物工程技術(shù)。植物組織培養(yǎng)技術(shù)流程

（1）首先無菌培養(yǎng)建立：任何植物細(xì)胞或組織培養(yǎng)體系建立，都必須采制適宜外植體。

（2）誘導(dǎo)外植體生長與分化：將外植體放在培養(yǎng)基里，培養(yǎng)基中含有植物組織正常生長營養(yǎng)和促使植物進(jìn)行分化激素，促使外植體開始分化出新芽。

（3）愈傷組織形成：在組織培養(yǎng)中，受傷組織切口表面在適宜條件下長出一個脫分化組織堆塊，稱為愈傷組織（Callus）。此種愈傷組織在適當(dāng)培養(yǎng)基上經(jīng)一定時間即能誘導(dǎo)生長成整株植物。所以愈傷組織既是某種植物代謝產(chǎn)物起源，又是誘導(dǎo)成株主要路徑之一。

（4）促進(jìn)中間繁殖體增殖：在第二階段培養(yǎng)基礎(chǔ)上所取得芽、苗、胚狀體和原球莖等等，數(shù)量都還不多，也難以種植到栽培介質(zhì)中去，這些培養(yǎng)材料可統(tǒng)稱為中間繁殖體，它們需要深入培養(yǎng)增殖，使之越來越多，才能發(fā)揮快速繁殖優(yōu)勢。

（5）壯苗和生根：在材料增殖到一定數(shù)量后，就使部分培養(yǎng)物分流，進(jìn)入壯苗與生根路徑。在生根壯苗培養(yǎng)基上，大多數(shù)植物要分離成單苗，有可分成小叢苗。轉(zhuǎn)移培養(yǎng)后應(yīng)停頓增殖，快速生根，同時苗也長高，方便于以后移栽。

（6）試管苗出瓶種植與苗期管理：經(jīng)過上面幾個階段，小苗已生根成為完整再生植株，能夠被移植到土壤里了。在這個階段，濕度要求很高，以使它們適應(yīng)新環(huán)境。天天將蓋在植株上罩子移開一點，整個過程大約兩個星期，讓植物慢慢適應(yīng)外界環(huán)境。

20世紀(jì)50年代早期，美國科學(xué)家斯蒂瓦特用懸浮培養(yǎng)法培養(yǎng)野生胡蘿卜軔皮部細(xì)胞，1958年培養(yǎng)出含有根、莖、葉完整植株，首次證實了植物細(xì)胞全能性。1964年，印度古哈和馬赫施瓦里在離體培養(yǎng)毛葉曼陀羅花藥時，首次培育出單倍體植株。我國科學(xué)家在組織培養(yǎng)技術(shù)、單倍體育種方面，培育出許多優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥、水稻新品種，在國際上處于領(lǐng)先地位。植物細(xì)胞含有全能性是植物組織培養(yǎng)理論基礎(chǔ)。當(dāng)前已經(jīng)有1500各種植物克以用根、莖、葉或花一部分組織進(jìn)行培養(yǎng)取得完整植株。植物組織培養(yǎng)需要在無菌條件下進(jìn)行，并需控制溫度、PH和光照條件。人工配制培養(yǎng)基含有糖類、無機(jī)鹽、尾生素、植物激素等物質(zhì)。來自植物體個部分組織細(xì)胞，有著不一樣結(jié)構(gòu)和功效，當(dāng)被接種在人工培養(yǎng)基上，受到植物激素和外界條件作用，普通先脫分化，成為一團(tuán)沒有特定結(jié)構(gòu)和功效分生狀態(tài)細(xì)胞（即愈傷組織）然后在一定條件下再分化長出和芽，形成完整植株。植物組織培養(yǎng)在生產(chǎn)上應(yīng)用橫廣，植物快速繁殖就是其中一個種要方面，如：花卉、果樹、林木等各種經(jīng)濟(jì)植物大批量、工廠化生產(chǎn)。2.植物細(xì)胞全能性[細(xì)胞全能性]～細(xì)胞分化能力又稱為發(fā)育潛能。若單個細(xì)胞分裂和分化后含有形成完整生物體潛能，就是細(xì)胞全能性。植物細(xì)胞全能性

植物體中每個活細(xì)胞，不但含有親本全部遺傳信息，而且還有發(fā)育成完整植株能力。所以；植物一些組織細(xì)胞，不論來自根、莖、葉，還是來自子房，只要接種在適當(dāng)人工培養(yǎng)基上，在一定外界條件下，就能長成一株完整植物，這種技術(shù)稱為組織培養(yǎng)。[克隆]是英文“clone”音譯，源于希臘文“klom”，原意是指植物幼苗或嫩枝以“無性繁殖‘或營養(yǎng)繁殖”方式培育，也就是用除種子之外植物體任何一部分進(jìn)行無性繁殖，現(xiàn)在它范圍擴(kuò)大了，凡是沒有受精卵結(jié)構(gòu)過程，而由同一個祖先細(xì)胞取得兩個以上細(xì)胞、細(xì)胞群或生物體，或由同一個親本遺傳密碼產(chǎn)生子代遺傳密碼，諸如此得到后代就是克隆。其分化發(fā)育得到生物體與母體基因是完全相同，用科學(xué)化表示，克隆是指生物體經(jīng)過經(jīng)過體細(xì)胞進(jìn)行“無性繁殖”以及由“無性發(fā)繁殖形成基因型完全相同后代個體組成群體。用現(xiàn)在較常見卵細(xì)胞移植技術(shù)，雌核生殖技方法”制作等方法“制造出后代個體都克以目體都算作克隆。4。相關(guān)克隆、動物細(xì)胞全能性概念通俗地講，經(jīng)過這種方式得到生物體與它們”母體“在生物學(xué)上是同等它們沒有父母親，只有母體翻版后代。動物細(xì)胞培養(yǎng)奠基人:美國生物學(xué)家哈里森(19)用蓋玻片覆蓋凹窩玻璃懸滴培養(yǎng)法...20世紀(jì)40年代以后:動物組織培養(yǎng)科學(xué)家們研究重點集中在培養(yǎng)基方面。2.動物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)[動物細(xì)胞工程]應(yīng)用當(dāng)代細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)原理方法與技術(shù)，按照人們需要，在細(xì)胞水平上進(jìn)行遺傳操作，包含細(xì)胞融合、核質(zhì)移植等方法，快速繁殖和培養(yǎng)出人們所需要新物種生物工程技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)：動物細(xì)胞培養(yǎng):從動物機(jī)體中取出相關(guān)組織，將它們分散成單個細(xì)胞，然后放在適宜培養(yǎng)基中，生長，增殖。1丶或組織。2，慣用方法，物理:剪刀剪碎，化學(xué)法:胰蛋白酶，膠原蛋白酶3丶制作細(xì)胞懸浮液，方法:加培養(yǎng)液。形成細(xì)胞懸浮液4丶培養(yǎng)細(xì)胞株，原代培養(yǎng)，傳代培養(yǎng)5丶形成細(xì)胞系，傳代培養(yǎng)，遺傳物質(zhì)改變。干擾素(IFN)是一個廣譜抗病毒劑，并不直接殺傷或抑制病毒，而主要是經(jīng)過細(xì)胞表面受體作用使細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒蛋白，從而抑制乙肝病毒復(fù)制，其類型分為三類，α-(白細(xì)胞)型、β-(成纖維細(xì)胞)型，γ-(淋巴細(xì)胞)型;同時還可增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞活力，從而起到免疫調(diào)整作用，并增強(qiáng)抗病毒能力。干擾素是一組含有各種功效活性蛋白質(zhì)(主要是糖蛋白)，是一個由單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子。它們在同種細(xì)胞上含有廣譜抗病毒、影響細(xì)胞生長，以及分化、調(diào)整免疫功效等各種生物活性。3。干細(xì)胞技術(shù)[干細(xì)胞]是動物(包含人)胚胎及一些器官中含有自我修復(fù)和多向分化潛能原始細(xì)胞，能分裂，產(chǎn)生出表現(xiàn)型和基因型都和自己完全相同子細(xì)胞，同時還能分化各類細(xì)胞，是重建、修復(fù)病損或衰老組織、器官功效理想種子細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞（EmbryonicStemcell,ES細(xì)胞）

當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時，內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)（InnerCellMass）細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞含有全能性，能夠自我更新并含有分化為體內(nèi)全部組織能力。早在1970年MartinEvans已從小鼠中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行培養(yǎng)。而人胚胎干細(xì)胞體外培養(yǎng)直到最近才取得成功。深入說，胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）是一個高度未分化細(xì)胞。它含有發(fā)育全能性，能分化出成體動物全部組織和器官，包含生殖細(xì)胞。

胚胎干細(xì)胞含有與早期胚胎細(xì)胞相同形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞核大，有一個或幾個核仁，胞核中多為常染色質(zhì)，胞質(zhì)胞漿少，結(jié)構(gòu)簡單。體外培養(yǎng)時，細(xì)胞排列緊密，呈集落狀生長。用堿性磷酸酶染色，ES細(xì)胞呈棕紅色，而周圍成纖維細(xì)胞呈淡黃色。細(xì)胞克隆和周圍存在顯著界限，形成克隆細(xì)胞彼此界限不清，細(xì)胞表面有折光較強(qiáng)脂狀小滴。細(xì)胞克隆形態(tài)多樣，多數(shù)呈島狀或巢狀。

胚胎干細(xì)胞含有多能性，特點是能夠經(jīng)過細(xì)胞分化成各種組織(全部組織，包含生殖系細(xì)胞)能力，但無法獨自發(fā)育成一個個體。它能夠發(fā)育成為外胚層、中胚層及內(nèi)胚層三種胚層細(xì)胞組織。

ES細(xì)胞從理論上講能夠無限傳代和增殖而不失去其正常二倍體基因型

和表現(xiàn)型，以其作為核供體進(jìn)行核移植后，在短期內(nèi)可取得大量基因型和表現(xiàn)型完全相同個體，ES細(xì)胞與胚胎進(jìn)行嵌合克隆動物，可處理哺乳動物遠(yuǎn)緣雜交困難問題，生產(chǎn)寶貴動物新種。4。細(xì)胞融合技術(shù)[細(xì)胞融合]細(xì)胞融合(cellfusion)，細(xì)胞遺傳學(xué)名詞，是在自發(fā)或人工誘導(dǎo)下，兩個不一樣基因型細(xì)胞或原生質(zhì)體融合形成一個雜種細(xì)胞?；具^程包含細(xì)胞融合形成異核體(heterokaryon)、異核體經(jīng)過細(xì)胞有絲分裂進(jìn)行核融合、最終形成單核雜種細(xì)胞。細(xì)胞融合可作為一個試驗方法被廣泛適合用于單克隆抗體制備，膜蛋白研究。5。細(xì)胞移植技術(shù)移植技術(shù)是一個使用健康細(xì)胞來替換或修復(fù)病人受損細(xì)胞和組織治療方式，將體外判別、分離、純化、擴(kuò)增和培養(yǎng)好細(xì)胞，經(jīng)過穿刺、微創(chuàng)介入或靜脈注射等方式將生物免疫細(xì)胞植入患者體內(nèi)之后，利用生物細(xì)胞本身含有靶向性特征，使之直達(dá)病變部位，修復(fù)腎小球上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、增強(qiáng)腎細(xì)胞活性、補(bǔ)充腎營養(yǎng)、恢復(fù)腎功效組織，從而到達(dá)治療目標(biāo)。細(xì)胞移植技術(shù)原理生物細(xì)胞進(jìn)入患者體內(nèi)后，會尋找受損腎小球功效細(xì)胞，對受損腎小球細(xì)胞、腎系膜細(xì)胞和腎小球上皮細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，生物細(xì)胞抵達(dá)腎臟病灶后還會產(chǎn)生大量新細(xì)胞，這些新細(xì)胞將會繼續(xù)分化成腎臟所需要各種類細(xì)胞、腎組織、以及腎血管，改進(jìn)腎臟局部微循環(huán)，降低腎小球內(nèi)高壓力，使水腫癥狀得到改進(jìn);緩解腎臟缺血缺氧狀態(tài)，使全身血液循環(huán)不停得到恢復(fù)和改進(jìn)，恢復(fù)腎臟排毒功效，是堆積在體內(nèi)有毒物質(zhì)排出體外。生物細(xì)胞釋放某種活性因子還會刺激腎細(xì)胞分泌促紅素，而促紅素能夠促使紅細(xì)胞生成，這么就緩解了因血尿引發(fā)機(jī)體貧血情況。使腎小球濾過膜恢復(fù)正常，改進(jìn)因為腎小球濾過率異常引發(fā)蛋白尿、少尿、無尿等癥狀。而且生物細(xì)胞還會抑制免疫反應(yīng)，分化成免疫細(xì)胞，調(diào)整免疫系統(tǒng)功效恢復(fù)正常，以此抵達(dá)逐步修復(fù)腎臟目標(biāo)。[胚胎移植技術(shù)]屬于是將良種雌性動物配種后早期胚胎，或者經(jīng)過體外受精及其它方式得到胚胎，移植到同種、生理狀態(tài)相同其它雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成為新個體，所以也稱作借腹懷胎。其中，提供胚胎個體為"供體"(donor)，接收胚胎個體為"受體"(recipient)。胚胎移植實際上是產(chǎn)生胚胎供體和孕育胚胎受體分工合作共同繁育后代過程。胚胎移植屬于是將良種雌性動物配種后早期胚胎，或者經(jīng)過體外受精及