生物技術(shù)概述

現(xiàn)代生物技術(shù)生物技術(shù)概述本章主要內(nèi)容一、生物技術(shù)的含義二、生物技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展三、現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用與前景生物技術(shù)概述一、生物技術(shù)的含義1.1對科學(xué)和技術(shù)的理解1.2生物學(xué)與生物技術(shù)1.3生物技術(shù)的主要內(nèi)容生物技術(shù)概述什么是生物技術(shù)？生物技術(shù)=生物工程應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理，以微生物體、動物體、植物體或其組成部分作為生物反應(yīng)器將物料進行加工，以提供產(chǎn)品來為社會服務(wù)的技術(shù)。

現(xiàn)代生物工程：發(fā)酵工程酶工程細胞工程

基因工程生物技術(shù)概述生物技術(shù)現(xiàn)狀如何？世界生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀（2001統(tǒng)計數(shù)據(jù)）全球生物技術(shù)公司4284家；美國1457家。全球收入384.7億美元；美國253.19億美元全球研發(fā)費用164.27億美元；美國115.32億美元虧損59.33億美元

我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀300家公司，有能力生產(chǎn)的150家，上市40多家。產(chǎn)品總銷售額200億RMB。生物技術(shù)概述生物技術(shù)產(chǎn)品有什么？生物技術(shù)藥物：胰島素，EPO，干擾素等轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品：轉(zhuǎn)基因番茄，轉(zhuǎn)基因大豆，轉(zhuǎn)基因棉花等轉(zhuǎn)基因動物（？）一般只處于實驗室階段生物技術(shù)概述基因工程20世紀70年代隨著DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)展出來。對基因進行加工，使生物體發(fā)展成為新的有機生物體。是生物工程四兄弟中發(fā)展最迅速，威力最大的一個。生物技術(shù)概述1.1對科學(xué)和技術(shù)的理解科學(xué)與技術(shù)及工程的關(guān)系

人類在實踐中發(fā)現(xiàn)的客觀規(guī)律稱之為“科學(xué)”。當人們運用這些規(guī)律去創(chuàng)造出成果時需要經(jīng)過三個轉(zhuǎn)化過程。第一個轉(zhuǎn)化是應(yīng)用規(guī)律去發(fā)明一些稱之為“技術(shù)”的方法和手段（如工具、設(shè)備）；第二個轉(zhuǎn)化是運用技術(shù)去設(shè)計出要求的工作目標，被稱為“工程”；第三個轉(zhuǎn)化是按照設(shè)計好的目標去實施之，創(chuàng)造出物質(zhì)化成果。生物技術(shù)概述科學(xué)最早由哲學(xué)家提出：進行研究——得出規(guī)律——成為科學(xué)，科學(xué)用于解決實際問題就是技術(shù)。我國著名磚建李國豪院士有一個很好的比喻，他說科學(xué)樹根，技術(shù)是樹干和大的樹枝，眾多的樹葉就是工程

生物技術(shù)概述思考中國古代有科學(xué)和技術(shù)嗎？——有：吳文俊等的觀點——沒有，為什么？竺可楨、愛因斯坦等李約瑟難題生物技術(shù)概述1.2生物學(xué)與生物技術(shù)生物學(xué)：是研究生物各個層次的種類、結(jié)構(gòu)、發(fā)育和起源進化以及生物與周圍環(huán)境的關(guān)系的學(xué)科。人也是生物學(xué)研究的對象生物技術(shù)概述現(xiàn)代生物技術(shù)：以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計改造生物或加工生物原料，為人類生產(chǎn)所需產(chǎn)品或達到某種目的，即現(xiàn)代生物工程技術(shù)。標志：1953年，Watson&Crick發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，及其后來DNA重組技術(shù)的的發(fā)展。生物技術(shù)概述現(xiàn)代生物技術(shù)特征

1）生物技術(shù)的多學(xué)科性和綜合性

2）微生物、動植物作為生物催化劑，有別于化學(xué)催化劑

3）最終目的將生物反應(yīng)開發(fā)成為工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程，即生物反應(yīng)過程（Bioprocess）。生物技術(shù)概述生物技術(shù)的上、中、下游過程上游過程：反應(yīng)前的加工，最重要的是提供和制備高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和足夠數(shù)量的生物催化劑；即應(yīng)用常規(guī)選育、基因工程、細胞工程和酶工程手段獲得優(yōu)良菌株、細胞系或固定化的菌體等

中游過程：生物反應(yīng)器為中心

下游過程：反應(yīng)后的工序，從反應(yīng)液中提取目的產(chǎn)物加工精制成合格產(chǎn)品生物技術(shù)概述傳統(tǒng)生物工程與現(xiàn)代生物工程的區(qū)別傳統(tǒng)生物工程：利用現(xiàn)有的生物類型或生物機能為人類服務(wù)現(xiàn)代生物工程：按照人們的意愿和需要創(chuàng)造全新的生物類型和生物機能。生物技術(shù)概述1.3生物技術(shù)的主要內(nèi)容基因工程細胞工程蛋白質(zhì)工程酶工程微生物工程生物技術(shù)概述基因工程：它是一項將生物的某個基因通過基因載體運送到另一種生物的活性細胞中，使之無性繁殖（稱之為克?。┖托惺拐５墓δ埽ǚQ之為表達），從而創(chuàng)造生物新品種或新物種的遺傳學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)概述細胞工程是指以組織、細胞和細胞器為對象進行操作，在體外條件下進行培養(yǎng)、繁殖、或人為地使細胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，最終獲得人們所需要的組織、細胞或個體。生物技術(shù)概述酶工程：利用酶、細胞器或細胞所具有的特異催化功能以及對酶進行的修飾改造，并借助生物反應(yīng)器生產(chǎn)人類所需要的一項技術(shù)。蛋白質(zhì)工程：以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系為基礎(chǔ)，通過所控制的基因修飾和基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)加以定向改造、設(shè)計、構(gòu)建，并最終產(chǎn)生出性能比自然界存在的蛋白質(zhì)更加優(yōu)良、更加符合社會需要的蛋白質(zhì)。生物技術(shù)概述微生物工程（發(fā)酵工程）：利用生物的生命活動產(chǎn)生的酶，對無機或有機原料進行酶加工（生物化學(xué)反應(yīng)過程）獲得產(chǎn)品的工業(yè)。其主體是利用微生物進行反應(yīng)的工業(yè)，處于生物工程的中心地位。生物技術(shù)概述這個5個方面的技術(shù)并不是各自獨立的，它們彼此之間是相互聯(lián)系、相互滲透的。其中基因工程處于核心位置，發(fā)酵工程是生物工程的主要終端。生物技術(shù)概述二、生物技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展第一代生物工程技術(shù)產(chǎn)品:遠古時代公元前6000年前，蘇米爾人即古代巴比倫人釀造啤酒公元前4000年前，古代埃及人發(fā)酵面包我國的先民在仰韶時期（公元前5000年~公元前4000年），就利用小口尖底甕保溫發(fā)酵釀制谷芽酒，并在該容器內(nèi)澄清、飲用。到了大汶口時期（公元前4300年4公元前2400年），釀酒有了較大發(fā)展，飲酒之風很盛行，出土了數(shù)量較多的大件釀酒發(fā)酵窖器———大口尖底陶尊及多姿多彩的酒具，表明了酒已具有禮儀功能。生物技術(shù)概述第二代生物工程產(chǎn)品：巴斯德時代

19世紀中葉，法國科學(xué)家路易.巴斯德，Pasteur實驗證明發(fā)酵原理

生物技術(shù)概述19世紀末，德國人利斯特.柯赫（RoberKoch）細菌純粹培養(yǎng)技術(shù)流行病判斷的柯赫法則一、該病的每一個病者體內(nèi)必須能找到引起該病的微生物；二、這種微生物必須能被分離出，并能在培養(yǎng)基（物）中生長；三、這種微生物的純培養(yǎng)物接種到易感動物能再發(fā)生這種病的自然狀態(tài)時出現(xiàn)的癥狀及病變；四、在人工發(fā)病的動物體中又可分離到這種微生物。生物技術(shù)概述1897年，法國布赫納（Buchner）：任何生物都有引起發(fā)酵的物質(zhì)：酶1928年，弗萊明（A.Fleming）發(fā)現(xiàn)青霉素，抗生素的工業(yè)化生物技術(shù)概述現(xiàn)代生物工程技術(shù)的崛起與發(fā)展1953年，WatsonandCrickDNA核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)，半保留復(fù)制1970，分離純化限制性核酸內(nèi)切酶1971年，美國保羅.伯格（Berg）:DNA體外重組技術(shù)，基因工程技術(shù)的開始1976年，誕生了第一家生物技術(shù)公司1982年第一個基因工程產(chǎn)品——胰島素投入市場1983聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）體外基因擴增技術(shù)生物技術(shù)概述1997年，生物學(xué)界發(fā)生了一件轟動世界的大事：克隆羊多莉誕生生物技術(shù)概述體細胞克隆利用克隆技術(shù)將需要進行器官或組織移植病人的體細胞核移植到去核的卵母細胞內(nèi),構(gòu)建核移植胚,使其進行一定程度的發(fā)育,并經(jīng)過適當處理,對其進行誘導(dǎo),使其定向發(fā)育成供病人移植所需的器官或組織,不但可解決器官和組織來源不足的問題,還可以克服異體器官和組織移植中的免疫排斥反應(yīng),從而提高器官和組織移植的成功率生物技術(shù)概述時期名稱采用技術(shù)附加值第一代產(chǎn)品啤酒、蘋果酒，發(fā)酵面包、醋等自然發(fā)酵低、中第二代產(chǎn)品抗生素、單細胞蛋白質(zhì)、酶、乙醇、丙酮、維生素、氨基酸等初涉物理、化學(xué)、遺傳、分析、細胞雜交、物理化學(xué)、誘變育種中、高第三代產(chǎn)品涉及工、農(nóng)、醫(yī)、信息和基礎(chǔ)生物學(xué)的各個方面如：基因藥品、DNA芯片、生物導(dǎo)彈基因工程、細胞工程高、很高生物技術(shù)概述三、現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用與前景3.1現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用3.2現(xiàn)代生物技術(shù)的前景生物技術(shù)概述3.1現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)主要應(yīng)用在7個方面——疾病治療——診斷試劑——農(nóng)林和園藝——食品——環(huán)境——化學(xué)品——設(shè)備生物技術(shù)概述在疾病治療方面的應(yīng)用主要包括：生物制藥抗生素基因治療生物技術(shù)概述在診斷試劑方面的應(yīng)用臨床檢測與診斷檢測，食品、環(huán)境及農(nóng)業(yè)檢測——利用單克隆抗體、DNA探針等檢測疾病——利用DNA探針、PCR技術(shù)等檢測食品、環(huán)境中的微生物種類和數(shù)量生物技術(shù)概述在農(nóng)林和園藝方面的應(yīng)用改良作物和苗木品質(zhì)，現(xiàn)已有4500多種作物轉(zhuǎn)基因獲得成功人工種子轉(zhuǎn)基因動物生物殺蟲劑、除草劑等生物技術(shù)概述在食品方面的應(yīng)用擴大食品、飲料及營養(yǎng)素的來源對食品資源的改造對食品加工過程和食品品質(zhì)的改良在食品處理及分析過程中的應(yīng)用開發(fā)新食品材料獲得功能性保健食品素材在農(nóng)副產(chǎn)品深加工和綜合利用方面的應(yīng)用生物技術(shù)概述在能源和環(huán)境方面的應(yīng)用廢物處理、生物凈化及新能源——解決能源危機

（1）改變石油開采途徑

（2）生物量的利用

A、燃燒B、微生物作用：在常溫下濕物質(zhì)產(chǎn)生：乙醇、沼氣C、碳氫化合物：某些植物（特別是大戟屬植物）汁液中含有碳氫化合物可作石油代用品或作提取石油化學(xué)工業(yè)的各種原材料代用品。D、光合放氫：特殊情況下：綠藻、藍藻、細菌E、生物電池：生物燃料電池：利用酶或微生物將沒有電活性燃料轉(zhuǎn)化為電活性燃料。如甲醇、甲醛、生物技術(shù)概述——消除環(huán)境污染生化過程代替化學(xué)合成過程；生物農(nóng)藥代替化學(xué)農(nóng)藥，以蟲治蟲，菌治菌；阻止有害三廢物質(zhì)過度產(chǎn)生，盡量再循環(huán)利用生物技術(shù)概述在化學(xué)品方面的應(yīng)用生物技術(shù)從醫(yī)藥領(lǐng)域逐漸向化工領(lǐng)域轉(zhuǎn)移,使傳統(tǒng)的以石油為原料的化學(xué)工業(yè)發(fā)生變化,從而向條件溫和、以可再生資源為原料的生物加工過程轉(zhuǎn)化?！?,3丙二醇(PDO)是一種重要的化工原料,可以合成聚酯PTT(聚對苯二甲酸丙二酯)。目前國際上主要是采油化學(xué)法生成PTT，但其副產(chǎn)物多，選擇性差。現(xiàn)已開始研究采用生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3丙二醇，美國杜邦通過基因工程方法開發(fā)了以淀粉為原料生產(chǎn)PDO的工藝,該工藝不產(chǎn)生污染物,并通過發(fā)酵法合成的POD合成了聚酯PTT。生物技術(shù)概述生物催化合成已成為化學(xué)品合成的支柱之一,可以生產(chǎn)有特殊功能、性能、用途或環(huán)境友好的化工新材料——傳統(tǒng)化學(xué)法由丙烯腈合成丙烯酰胺,轉(zhuǎn)化率僅為97%～98%。由化學(xué)法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子質(zhì)量很難超過1200萬。而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成,丙烯酰胺轉(zhuǎn)化率達99.99%以上,比化學(xué)法成本低10%以上。由于丙烯酰胺純度高,聚合生成的聚丙烯酰胺分子質(zhì)量可達到2000萬,可成功用于油田三次采油生物技術(shù)概述在設(shè)備方面的應(yīng)用在生產(chǎn)金屬、生物反應(yīng)器等方面。——生物冶金，利用細菌把礦物中的不溶性化合物變成可溶性的化合物，再用濕法冶金從溶液中回收金屬的方法。——膜生物反應(yīng)器處理廢水生物技術(shù)概述目前，生物技術(shù)對人們生產(chǎn)和生活的影響越來越大，創(chuàng)造的經(jīng)濟價值越來越大，2001年全球生物技術(shù)公司達4284家，其中上市的有622家，銷售收入348美元，這些公司主要分布在歐美達85％。專家預(yù)計，到2020年后，人類將走向生物經(jīng)濟時代。中國一直把生物技術(shù)放在日益重要的位置，以在生