細(xì)胞工程-緒論

第一章：緒論第一節(jié)生物工程（Bioengineering）定義：是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體系和工程學(xué)原理生產(chǎn)生物制品和創(chuàng)造新物種的一門綜合技術(shù)。換言之，就是利用生物有機(jī)體（從微生物直至高等動(dòng)物）或其組成部分（器官、組織、細(xì)胞等）發(fā)展新工藝或制造新產(chǎn)品的一種科學(xué)技術(shù)。又稱生物工藝學(xué)或生物技術(shù)（biotechnology）【相關(guān)術(shù)語(yǔ)】

雄性不育系：是一種雄性退化（主要是花粉退化）但雌蕊正常的母水稻，由于花粉無(wú)力生活，不能自花授粉結(jié)實(shí)，只有依靠外來(lái)花粉才能受精結(jié)實(shí)。因此，借助這種母水稻作為遺傳工具，通過(guò)人工輔助授粉的辦法，就能大量生產(chǎn)雜交種子。

保持系：是一種正常的水稻品種，它的特殊功能是用它的花粉授給不育系后，所產(chǎn)生后代，仍然是雄性不育的。因此，借助保持系，不育系就能一代一代地繁殖下去。

恢復(fù)系：是一種正常的水稻品種，它的特殊功能是用它的花粉授給不育系所產(chǎn)生的雜交種雄性恢復(fù)正常，能自交結(jié)實(shí)，如果該雜交種有優(yōu)勢(shì)的話，就可用于生產(chǎn)。

三系雜交水稻：是指雄性不育系、保持系和恢復(fù)系三系配套育種，不育系為生產(chǎn)大量雜交種子提供了可能性，借助保持系來(lái)繁殖不育系，用恢復(fù)系給不育系授粉來(lái)生產(chǎn)雄性恢復(fù)且有優(yōu)勢(shì)的雜交稻?！驹∑降碾s交水稻提高產(chǎn)量的原理】

雜交水稻是通過(guò)不同稻種相互雜交產(chǎn)生的，而水稻是自花授粉作物，對(duì)配制雜交種子不利。要進(jìn)行兩個(gè)不同稻種雜交，先要把一個(gè)品種的雄蕊進(jìn)行人工去雄或殺死，然后將另一品種的雄蕊花粉授給去雄的品種，這樣才不會(huì)出現(xiàn)去雄品種自花授粉的假雜交水稻?？墒?，如果我們用人工方法在數(shù)以萬(wàn)計(jì)的水稻花朵上進(jìn)行去雄授粉的話，工作量極大，實(shí)際并不可能解決生產(chǎn)的大量用種。因此，研究培育出一種水稻做母本，這種母本有特殊的個(gè)性，它的雄蕊瘦小退化，花藥干癟畸形?？孔约旱幕ǚ鄄荒苁芫Y(jié)籽。

為了不使母本斷絕后代，要給它找兩個(gè)對(duì)象，這兩個(gè)對(duì)象的特點(diǎn)各不相同：①、第一個(gè)對(duì)象外表極像母本，但有健全的花粉和發(fā)達(dá)的柱頭，用它的花粉授給母本后，生產(chǎn)出來(lái)的是女兒。長(zhǎng)得和母親一模一樣，也是雄蕊瘦小退化，花藥干癟畸形、沒(méi)有生育能力的母本：②、另一個(gè)對(duì)象外表與母本截然不同，一般要比母本高大，也有健全的花粉和發(fā)達(dá)的柱頭，用它的花粉授給母本后，生產(chǎn)出來(lái)的是兒子，長(zhǎng)得比父、母親都要健壯。這就是我們需要的雜交水稻。③、一個(gè)母本和它的兩個(gè)對(duì)象，人們根據(jù)它們各自不同特點(diǎn)，分別起了三個(gè)名字：母本叫做不育系，兩個(gè)對(duì)象，一個(gè)叫做保持系，另一個(gè)叫做恢復(fù)系，簡(jiǎn)稱為“三系”。有了“三系”配套，我們就知道在生產(chǎn)上是怎樣配制雜交水稻的了：生產(chǎn)上要種一塊繁殖田和一塊制種田，繁殖田種植不育系和保持系，當(dāng)它們都開花的時(shí)候，保持系花粉借助風(fēng)力傳送給不育系，不育系得到正常花粉結(jié)實(shí)，產(chǎn)生的后代仍然是不育系，達(dá)到繁殖不育系目的。我們可以將繁殖來(lái)的不育系種子，保留一部分來(lái)年繼續(xù)繁殖，另一部分則同恢復(fù)系制種，當(dāng)制種田的不育系和恢復(fù)系都開花的時(shí)后，恢復(fù)系的花粉傳送給不育系，不育系產(chǎn)生的后代，就是提供大田種植的雜交稻種。由于保持系和恢復(fù)系本身的雌雄蕊都正常，各自進(jìn)行自花授粉，所以各自結(jié)出的種子仍然是保持系和恢復(fù)系的后代。

曹誼林博士在裸鼠身上培養(yǎng)制成的人形耳廓軟骨支架

事件：２００３年４月１４日，美國(guó)聯(lián)邦國(guó)家人類基因組研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人弗朗西斯·柯林斯博士在華盛頓宣布，美、英、日、法、德和中國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)１３年努力共同繪制完成了人類基因組序列圖，人類基因組計(jì)劃所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)。>>>意義：人類基因組是全人類的共同財(cái)富。國(guó)內(nèi)外專家普遍認(rèn)為，基因組序列圖首次在分子層面上為人類提供了一份生命“說(shuō)明書”，不僅奠定了人類認(rèn)識(shí)自我的基石，推動(dòng)了生命與醫(yī)學(xué)科學(xué)的革命性進(jìn)展，而且為全人類健康帶來(lái)福音。>>>挑戰(zhàn)：５０年前發(fā)現(xiàn)ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)的資深科學(xué)家詹姆斯·沃森指出，基因隱私和基因歧視是當(dāng)前基因研究和應(yīng)用領(lǐng)域面臨的兩個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。>>>中國(guó)的貢獻(xiàn)：作為參與這一計(jì)劃的唯一發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)于１９９９年躋身人類基因組計(jì)劃，承擔(dān)了１％的測(cè)序任務(wù)。雖然參加時(shí)間較晚，但是我國(guó)科學(xué)家提前兩年于２００１年８月２６日繪制完成“中國(guó)卷”，贏得了國(guó)際科學(xué)界的高度評(píng)價(jià)。>>>始于１９９０年的國(guó)際人類基因組計(jì)劃，被譽(yù)為生命科學(xué)的“登月”計(jì)劃，原計(jì)劃于２００５年完成。人類基因組計(jì)劃１３年大事記徐榮祥教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)展歷程：第一代生物工程1665英國(guó)物理學(xué)家Hooke首次用自制的顯微鏡觀察到木栓薄片中呈小室狀結(jié)構(gòu)－－“cell”.1677荷蘭科學(xué)家Leeuwenhoek用高倍顯微鏡證實(shí)了細(xì)菌、精子等活體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。1857巴斯德證實(shí)酒精發(fā)酵是由活酵母引起的－－微生物學(xué)的前身。我國(guó)4000年前就有了釀酒工業(yè)－－中國(guó)最早的生物技術(shù)的應(yīng)用。遺傳學(xué)的奠基人約翰·格雷戈?duì)枺系聽?1822-1884年)：是這一門重要生物學(xué)科的奠基人。1865年發(fā)現(xiàn)遺傳定率

1865年發(fā)表了《植物雜交試驗(yàn)》，他發(fā)現(xiàn)遺傳基因原理，總結(jié)出分離規(guī)律和自由組合規(guī)律，為遺傳學(xué)提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，創(chuàng)立了孟德爾學(xué)派，由此成為“遺傳學(xué)之父”。1854年開始用34個(gè)豌豆株系進(jìn)行一系列的豌豆雜交試驗(yàn)。

孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)7對(duì)性狀的結(jié)果豌豆表型F1F2F2比例圓形×皺縮子葉圓形5474圓1850皺2.96:1黃葉×綠色子葉黃色6022黃2001綠3.01:1紫花×白花紫花705紫224白3.15:1膨大×縊縮豆莢鼓脹882鼓299癟2.95:1綠色×黃色豆莢綠色428綠152黃2.82:1花腋生×花頂生腋生651腋生207頂生

3.14:1高植株×矮植株高植株787高

277矮

2.84:1（一）孟德爾的分離律(lawofsegregation)

孟德爾的分離律可表述為一對(duì)等位基因在雜合狀態(tài)（Aa）下，互不干預(yù)，保持其獨(dú)立性，在形成配子時(shí)各自（A或a）分配到不同配子中去。在一般情況下，子一代配子分離比為1：1，子二代基因型分離比為1：2：1，子二代表現(xiàn)型分離比是3：1。孟德爾為了驗(yàn)證這一規(guī)律，設(shè)計(jì)了測(cè)交實(shí)驗(yàn)。以F1(Aa)雜種與親代純隱性個(gè)體雜交。概念：測(cè)交：是指將雜種后代與隱性親本進(jìn)行雜交回交：是指雜種后代與任意一親本進(jìn)行雜交

因此，測(cè)交是回交的一種，利用這種方法可以測(cè)出雜種后代的基因型，故成為測(cè)交。（二）孟德爾第二定律—自由組合定律

(lawofindependentassortment)

測(cè)交證明在雜種F1代非等位基因在配子形成時(shí)可以自由組合到不同配子中去。孟德爾設(shè)計(jì)了雙交和三交實(shí)驗(yàn)，均證實(shí)了所研究的豌豆的7對(duì)性狀是獨(dú)立遺傳的。（三）孟德爾定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)

1903年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的研究生，薩頓（WalterS.Sutton）在研究蚱蜢的精子發(fā)生時(shí)，發(fā)現(xiàn)染色體在減數(shù)分裂時(shí)的行為與孟德爾遺傳因子的分離、組合之間存在平行關(guān)系：1．在體細(xì)胞中，染色體是成對(duì)存在的，而孟德爾假設(shè)的遺傳因子也是成對(duì)存在的；

2．它們都有分離現(xiàn)象，配子中染色體成單倍型，而遺傳因子也是單個(gè)的；

3．在兩種生殖細(xì)胞結(jié)合后，染色體或者遺傳因子又表現(xiàn)為二倍性；

4．兩對(duì)同源染色體和控制兩對(duì)性狀的遺傳因子一樣，形成配子時(shí)都是自由組合和自由分配的。

（四)孟德爾學(xué)說(shuō)的重要意義

1、明確地提出了遺傳因子的概念，并且強(qiáng)調(diào)控制不同性狀的遺傳因子的獨(dú)立性，彼此間并不“融合”或“稀釋”，這些提法或概念一改在他以前對(duì)生物體性狀遺傳捉摸不定，難以把握的狀態(tài)。

2、遺傳因子成對(duì)存在，只是在形成單倍體生殖細(xì)胞時(shí)才分離開來(lái)，這些提法為后來(lái)人們尋找和確定遺傳因子提供了有益的啟示。

3、孟德爾所提出的實(shí)驗(yàn)方法：選定相應(yīng)性狀，進(jìn)行一系列雜交實(shí)驗(yàn)，再對(duì)后代的性狀表現(xiàn)進(jìn)行分析，這一套實(shí)驗(yàn)方法被后來(lái)的遺傳學(xué)家連續(xù)使用約半個(gè)世紀(jì)，被證明是科學(xué)有效的研究遺傳的方法。運(yùn)用這套方法，人們?cè)谀Ｐ蛯?shí)驗(yàn)材料（豌豆，果蠅，粗糙鏈孢霉等）中確定了成百上千個(gè)遺傳因子－－基因。當(dāng)孟德爾的《植物雜交試驗(yàn)》再次出現(xiàn)時(shí)，時(shí)代已開始成熟地接受他的思想。緊接著在基因科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生了爆炸性事件：荷蘭人胡戈-德弗里斯(1848-1935年)在他的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)遺傳特征的重大變化，他稱之為“突變”?；蜓芯拷?jīng)歷了一個(gè)令人陶醉的繁榮時(shí)代。1910年，美國(guó)人托馬斯-亨特-摩根(1866-1945年)出版了他第一部關(guān)于果蠅實(shí)驗(yàn)的首批成果。他不僅證明了孟德爾定律的正確性，而且還證實(shí)了長(zhǎng)期存在的一種猜測(cè)，即借助于顯微鏡能看到的在細(xì)胞核里呈小棍形狀結(jié)構(gòu)的染色體就是基因的所在地。

2．分離律的意義（分離律也稱為孟德爾第一定律）1）具有普遍性，不僅植物中廣泛存在，在其他二倍體生物中都符合這一定律。如人類中單基因遺傳性狀和遺傳病約有4344種（1988年），如多指、侏儒（先天性軟骨發(fā)育不全）、等都是顯性性狀，有的性狀可以傳遞很多代成為某些家族的特征，如:Hapsburg王朝這一家族中的許多成員都有一窄而突出的下顎和使嘴成為半開的突出下唇。由于有畫像存在，這個(gè)性狀可一直追溯到14世紀(jì)。隱性性狀常見的有白化、全色盲、早老癥。2）使人們知道，雜合體是不能留作種子的，50年代我國(guó)不少農(nóng)民育種家，進(jìn)行了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，但不懂得分離原理，看到雜種后代（F1）有很多優(yōu)良品質(zhì)，于是就留下做種子，但到第二年種下去時(shí)得到的結(jié)果是高的高，矮的矮，性狀不同，達(dá)不到預(yù)期的目的，這就是產(chǎn)生了分離的結(jié)果。近代生物工程：19世紀(jì)80年代，德國(guó)科學(xué)家雪旺（Schwann）和施萊登（Schleiden）提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)－從單細(xì)胞動(dòng)物到高等動(dòng)、植物都是由細(xì)胞組成，細(xì)胞是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)功能活動(dòng)的基本單位。1928年英國(guó)人弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素－對(duì)人類的貢獻(xiàn)。但不能人工提??；1941年美國(guó)和英國(guó)合作對(duì)青霉素的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)，終于1943年確立了一條可以大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)使青霉素得以在臨床推廣。這一時(shí)期產(chǎn)品的特點(diǎn)：1、產(chǎn)品類型多，包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、次級(jí)代謝產(chǎn)物，以及生物轉(zhuǎn)化，酶反應(yīng)等產(chǎn)品。2、技術(shù)要求高，生產(chǎn)過(guò)程需在無(wú)菌條件下進(jìn)行。3、大多數(shù)過(guò)程為好氣發(fā)酵。4、發(fā)酵規(guī)模巨大?，F(xiàn)代生物工程：1953年美國(guó)沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)

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為DNA的重組奠定了基礎(chǔ)。是現(xiàn)代生物學(xué)的里程碑和標(biāo)志性成就。探索DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的競(jìng)賽鮑林（1901－1994）

是美國(guó)著名化學(xué)家。1931年就將量子力學(xué)用于化學(xué)領(lǐng)域，闡明了化學(xué)鍵的本質(zhì)，這使他后來(lái)獲得了1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1950年，他首先闡明并發(fā)現(xiàn)了氨基酸鏈的α螺旋狀結(jié)構(gòu)。此后，鮑林又投入了DNA結(jié)構(gòu)的研究。他是最早認(rèn)定DNA分子具有與氨基酸鏈類似的螺旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)家，而且研究的環(huán)境最優(yōu)越，但他錯(cuò)誤地認(rèn)為DNA分子是由三股螺旋組成的，這使他誤入歧途。英國(guó)女生物學(xué)家富蘭克琳（1920～1958）是最早認(rèn)定DNA具有雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)家，并且運(yùn)用X射線衍射技術(shù)拍攝到了清晰而優(yōu)美的DNA照片，為探明其結(jié)構(gòu)提供了重要依據(jù)，她還精確地計(jì)算出DNA分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的軸向與距離。而英國(guó)生物物理學(xué)家威爾金斯（1916～）則計(jì)算出DNA分子螺旋的直徑與長(zhǎng)度。他們二人還對(duì)DNA分子的結(jié)構(gòu)作出了確切而關(guān)鍵性的描述：磷酸根在螺旋的外側(cè)，堿基在螺旋內(nèi)側(cè)。英國(guó)劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院1946年就設(shè)立了DNA結(jié)構(gòu)研究室，富蘭克琳與威爾金斯擁有充足的經(jīng)費(fèi)和先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，他們與成功地建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型只有咫尺之遙，但卻未能跨出最后也是最關(guān)鍵的一步。這一方面是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為探索DNA結(jié)構(gòu)的惟一途徑是使用晶體學(xué)和數(shù)學(xué)計(jì)算的方法，拒絕采用建立結(jié)構(gòu)模型的方法；另一方面是由于人際關(guān)系等方面的因素。富蘭克琳威爾金斯在英國(guó)劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室中，富蘭克琳雖然是惟一適合運(yùn)用X射線衍射技術(shù)研究DNA結(jié)構(gòu)的科學(xué)家，但她發(fā)現(xiàn)自己是處于一種對(duì)女科學(xué)家充滿敵意的環(huán)境中，很難與同行們進(jìn)行討論與交流，并且她與后來(lái)派來(lái)做她上司的威爾金斯關(guān)系不融洽。富蘭克林對(duì)DNA的研究工作取得了重要進(jìn)展，卻被有關(guān)方面要求停止這方面的進(jìn)一步研究。1951年她離開了國(guó)王學(xué)院，到倫敦大學(xué)伯克貝克學(xué)院從事病毒結(jié)構(gòu)的研究。雖然威爾金斯還邀請(qǐng)她繼續(xù)參與DNA的研究，但這些因素還是對(duì)他們二人的工作產(chǎn)生了不利的影響。在很長(zhǎng)一段時(shí)期，富蘭克林的工作沒(méi)有得到應(yīng)有的承認(rèn)。

克里克（1916～）

在大學(xué)學(xué)的是物理專業(yè)，畢業(yè)后攻讀物理學(xué)研究生。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，他中斷學(xué)業(yè)參軍。戰(zhàn)后，他受薛定諤的《生命是什么？》一書的影響，轉(zhuǎn)而學(xué)習(xí)生物學(xué)，1949年進(jìn)入劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室?guī)煆挠?guó)著名分子生物學(xué)家佩魯茨（1914～）攻讀研究生。沃森（1928～）

1951年，在美國(guó)獲得博士學(xué)位后，5月份在一次國(guó)際大分子結(jié)構(gòu)研討會(huì)上聆聽了威爾金斯關(guān)于DNA的X射線衍射研究的報(bào)告，引發(fā)了他對(duì)這一研究的興趣。9月，他也來(lái)到卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，在英國(guó)著名分子生物學(xué)家肯德魯（1917～1997）的手下進(jìn)行博士后研究。克里克沃森卡文迪什實(shí)驗(yàn)室克里克與沃森認(rèn)為：當(dāng)時(shí)的X射線晶體衍射技術(shù)水平尚不足以清晰顯示生物大分子較為復(fù)雜的三維圖像，僅靠數(shù)學(xué)計(jì)算，難以確定大分子中所有原子的準(zhǔn)確位置。如果設(shè)想DNA分子呈螺旋狀，則不妨依據(jù)X射線衍射圖上的幾組數(shù)據(jù)，先構(gòu)建出分子模型的大模樣，再不斷調(diào)整其中原子排列的細(xì)節(jié)，直到其與真實(shí)分子的衍射圖十分接近為止，此時(shí)得到的即應(yīng)是DNA的實(shí)際立體結(jié)構(gòu)。

克里克所畫的DNA結(jié)構(gòu)草圖。1951年11月，沃森聽了富蘭克琳關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的學(xué)術(shù)報(bào)告。沃森和克里克認(rèn)識(shí)到他們要從事DNA的結(jié)構(gòu)分析研究，由于并非他們份內(nèi)的工作，沒(méi)有研究經(jīng)費(fèi)，也沒(méi)有從實(shí)驗(yàn)中直接得到數(shù)據(jù)的條件，只能利用別人的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而建立自己分子結(jié)構(gòu)模型。他們很快就提出了一個(gè)三股螺旋的DNA

結(jié)構(gòu)的設(shè)想。但當(dāng)他們請(qǐng)威爾金斯和富蘭克琳來(lái)討論這個(gè)模型時(shí)，富蘭克琳當(dāng)即指出DNA結(jié)構(gòu)應(yīng)是雙螺旋，而且他們把DNA的含水量少算了一半。這是由于沃森在聽富蘭克琳的報(bào)告時(shí)沒(méi)有做記錄，富蘭克琳估算出DNA分子中每個(gè)核苷酸是由8個(gè)水分子環(huán)繞著的，而沃森卻用腦子記成了每一段的DNA分子含有8個(gè)水分子。于是第一個(gè)模型宣告失敗。1952年，奧地利裔美國(guó)生物化學(xué)家查伽夫（E.chargaff

1905—）測(cè)定了DNA中4種堿基的含量，發(fā)現(xiàn)其中腺膘呤與胸腺嘧啶的數(shù)量相等，鳥膘呤與胞嘧啶的數(shù)量相等。這使沃森、克里克立即想到4種堿基之間存在著兩兩對(duì)應(yīng)的關(guān)系，形成了腺膘呤與胸腺嘧啶配對(duì)、鳥膘呤與胞嘧啶配對(duì)的概念。

1953年2月，沃森、克里克通過(guò)維爾金斯看到了富蘭克琳在1951年11月拍攝的一張十分漂亮的DNA晶體X射線衍射照片，這一下激發(fā)了他們的靈感。他們不僅確認(rèn)了DNA一定是螺旋結(jié)構(gòu)，而且分析得出了螺旋參數(shù)。他們采用了富蘭克琳和威爾金斯的判斷，并加以補(bǔ)充：磷酸根在螺旋的外側(cè)構(gòu)成兩條多核苷酸鏈的骨架，方向相反；堿基在螺旋內(nèi)側(cè)，兩兩對(duì)應(yīng)1953年4月25日，英國(guó)著名的科學(xué)期刊《自然》雜志發(fā)表了沃森、克里克的一篇優(yōu)美精煉的短文，宣告了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的誕生。這一期雜志還發(fā)表了富蘭克琳和威爾金斯的兩篇論文，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)分析支持了沃森、克里克的論文。這一年，沃森年僅25歲，克里克也只有37歲，尚未獲得博士學(xué)位。這兩個(gè)年輕人之所以超越了其他看似更具實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)者，贏得了這場(chǎng)科學(xué)賽跑的勝利，是由于他們具有清醒的宏觀洞察力、非凡的科學(xué)想像力和嚴(yán)密的邏輯思維能力，選擇了正確的研究路線，廣泛借鑒他人的研究成果并加以綜合性的科學(xué)思考。

1962年，沃森、克里克與威爾金斯因研究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的成果，共同榮獲了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?！禗NA的結(jié)構(gòu)》

在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)論文后不久，《自然》雜志隨后不久又發(fā)表了克里克的另一篇論文，闡明了DNA的半保留復(fù)制機(jī)制。1974年美國(guó)的波依耳和科恩首次在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了基因的轉(zhuǎn)移－使按照人們意志設(shè)計(jì)新的生命體成為可能。20世紀(jì)70年代，現(xiàn)代生物工程階段－基因重組、細(xì)胞融合、酶固定、現(xiàn)代生物反應(yīng)器和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用以及產(chǎn)品分離、純化等技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)代生物工程的特點(diǎn)與組成：化學(xué)生物學(xué)工程學(xué)生物化學(xué)化學(xué)工程生物技術(shù)生物工程生物工程與其他學(xué)科的關(guān)系細(xì)胞工程基因工程蛋白質(zhì)工程微生物工程發(fā)酵工程天然微生物動(dòng)植物細(xì)胞或組織融合細(xì)胞或微生物生物化學(xué)工程酶工程基因工程菌酶制劑或活細(xì)胞新蛋白質(zhì)基因融合與修飾轉(zhuǎn)基因工業(yè)化生物產(chǎn)品或醫(yī)藥、環(huán)保、能源、材料等領(lǐng)域的應(yīng)用生物工程六個(gè)組成技術(shù)之間的關(guān)系圖解

發(fā)酵工程:※定義：是指利用微生物的特定性狀，通過(guò)現(xiàn)代生物技術(shù)，在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)有用物質(zhì)的一種技術(shù)。

※應(yīng)用：食品、醫(yī)用和農(nóng)用抗生素的絕大部分產(chǎn)品都是發(fā)酵產(chǎn)品；氨基酸、工業(yè)用酶等以及味精、維生素B2等酶工程：定義：是由生物體產(chǎn)生的具有催化劑活性的蛋白質(zhì)，它們可特定地促成某個(gè)化學(xué)反應(yīng)而它們本身卻不參與反應(yīng)，且具有反應(yīng)效率高、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)產(chǎn)物污染小、能耗低、反映容易控制等特點(diǎn)。研究和應(yīng)用范圍：1、天然酶的分離純化及鑒定和生產(chǎn)2、酶的固定化技術(shù)3、酶生物反應(yīng)器的研制和應(yīng)用蛋白質(zhì)工程定義：是指利用生物技術(shù)手段對(duì)蛋白質(zhì)的DNA編碼序列進(jìn)行有目的的改造并分離、純化蛋白質(zhì)，從而獲取自然界沒(méi)有的。具有優(yōu)良性質(zhì)或適用于工業(yè)生產(chǎn)條件的全新蛋白質(zhì)的技術(shù)。研究方向：1、基因水平上的蛋白質(zhì)改造2、蛋白質(zhì)修飾基因工程：定義：是指根據(jù)人們的意愿對(duì)不同生物的遺傳基因進(jìn)行切割、拼接或重新組合，再轉(zhuǎn)入生物體內(nèi)產(chǎn)生出人們所期望的產(chǎn)物，或創(chuàng)造出具有新遺傳性狀的生物類型的一門技術(shù)。1982年美國(guó)Lilly公司首先將重組胰島素投放市場(chǎng)－世界上第一個(gè)基因工程藥物。步驟：a、獲取目的DNA；

b、將目的基因轉(zhuǎn)入質(zhì)粒和病毒；

c、將重組DNA引入某種細(xì)胞；

d、將目的基因可以表達(dá)的受體細(xì)胞挑選出來(lái)。生物化學(xué)工程研究方向1、新型生物反應(yīng)器系統(tǒng)及相關(guān)培養(yǎng)和放大技術(shù)、工藝的研究與開發(fā)。2、新型分離方法和設(shè)備的研究開發(fā)。3、描述生物反應(yīng)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型的建立。4、生產(chǎn)過(guò)程在線檢測(cè)和控制手段的完善。第二節(jié)

細(xì)胞工程定義細(xì)胞：是生物體結(jié)果與功能的最基本單位，它決定了生物體生長(zhǎng)、分化、遺傳、變異、衰老、死亡等生命活動(dòng)。細(xì)胞工程：是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，通過(guò)類似于工程學(xué)的步驟，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)以獲得新型生物或特種細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。細(xì)胞工程的發(fā)展歷史1838年馬勒在脊柱動(dòng)物腫瘤細(xì)胞中觀察到多核現(xiàn)象－細(xì)胞融合可能性的提出。1907年美國(guó)生物學(xué)家哈里森采用蓋玻片懸滴培養(yǎng)蛙胚神經(jīng)組織，存活數(shù)周，觀察到細(xì)胞生長(zhǎng)現(xiàn)象－動(dòng)物細(xì)胞的離體培養(yǎng)。1937年法國(guó)科學(xué)家高特里特和諾比考特同時(shí)離體培養(yǎng)了胡蘿卜組織，并使細(xì)胞增殖－植物細(xì)胞的離體培養(yǎng)。主要研究?jī)?nèi)容

細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞拆合技術(shù)、染色體導(dǎo)入技術(shù)、胚胎和細(xì)胞核移植技術(shù)細(xì)胞水平細(xì)胞工程組織水平細(xì)胞器水平基因水平細(xì)胞融合：定義：采用自然或人工的方法使兩個(gè)或幾個(gè)不同細(xì)胞（或原生質(zhì)）融合為一個(gè)細(xì)胞，用于產(chǎn)生新的物種或品系（植物上用的多，動(dòng)物上用的少）及產(chǎn)生單克隆抗體。應(yīng)用：動(dòng)植物、微生物新品種的培育。如：1、原生質(zhì)的融合克服了有性雜交的不親和性－（線、葉）；

2、產(chǎn)生胞質(zhì)雜質(zhì)－可以改變由胞質(zhì)控制的遺傳性狀，建立新型不育系。

3、“生物導(dǎo)彈”－治療癌癥染色體工程：定義：按人們的需要來(lái)添加、削減或替換生物的染色體的一種技術(shù)。分動(dòng)物染色體工程和植物染色體工程。應(yīng)用：新品系的培育－單倍體與多倍體的育種方面如：1937年秋水仙素用于生物學(xué)研究，對(duì)多倍體的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。胚胎工程定義：主要是對(duì)哺乳動(dòng)物的胚胎進(jìn)行某種人為的工程技術(shù)操作獲得人們所需要的成體動(dòng)物。包括：胚胎分割技術(shù)、胚胎融合技術(shù)、卵核融合技術(shù)、體外受精技術(shù)、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植以及性別鑒定、胚胎冷凍技術(shù)。如：畜牧業(yè)－利用胚胎移植技術(shù)進(jìn)行優(yōu)良品系的快速繁殖與胚胎保存。細(xì)胞遺傳工程主要是指克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)?？寺。河梢粋€(gè)動(dòng)物經(jīng)無(wú)性繁殖而產(chǎn)生的遺傳性狀完全相同的后代個(gè)體。轉(zhuǎn)基因：將外源基因整合到生物體內(nèi)，得到穩(wěn)定表達(dá)，并使該基因能穩(wěn)定地遺傳給后代得試驗(yàn)技術(shù)。注：該兩項(xiàng)技術(shù)是生物工程的前沿領(lǐng)域，目前幾乎所有的最新科研成果都與此有關(guān)。細(xì)胞工程的重要應(yīng)用優(yōu)質(zhì)植物的快速培養(yǎng)和繁殖。動(dòng)物胚胎工程快速繁殖優(yōu)良、瀕危品種－20世紀(jì)30年代胚胎移植在綿羊和山羊中取得成功－1982年Brackett獲得世界上第一胎試管犢牛。－高產(chǎn)奶牛、瘦肉型豬等。利用動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)活性產(chǎn)品、藥品

－疫苗、菌苗、抗體、抗生素、生物活性物質(zhì)。（1975年首次利用細(xì)胞融合技術(shù)獲得單克隆抗體使病毒性疾病、以及運(yùn)用淋巴細(xì)胞雜交瘤制備的單克隆抗體加放射性同位素、化學(xué)藥物和毒素，注入體內(nèi)和癌細(xì)胞結(jié)合原位