生物技术概论-魏琴-生物技术总论

1、 生物技术概论生命科学与食品工程系魏琴 张超 主讲课程介绍介绍各项生物技术的基本原理和基本知识，使非生物学专业的本科生能够了解生物技术基本知识框架，促进其他学科的本科生对生物技术的关注，促进化学、物理、数学等专业学生从事与生物技术相关的工作，促进文科有关专业的学生了解生物技术的基本知识，了解生物学对社会，文化，道德，伦理等的影响。 魏琴主要内容总论基因工程蛋白质工程细胞工程酶工程发酵工程张超自我介绍魏琴，教授，植物学博士。长期从事植物分子生物学与基因工程、植物细胞工程领域研究。电话3543763（O）办公地点：实验楼B303考核方式:考查学分:2分考查方式: 1期末开

2、卷考试：602平时成绩：40% 笔记检查:10% 出勤率:20%(矿课:每次2分,迟到、早退:每次1分） 平时作业：10%考 核1、上课：笔记2、作业要求：矿1/3不得参加考试，成绩0分计3、考勤要求：矿1/3不得参加考试，成绩0分计要 求主要参考书 宋思扬，楼士林，生物技术概论，第三版，2007，北京，科学出版社（十一五规划教材） 马大龙，生物技术制药，2001，北京，科学出版社 莽克强，农业生物工程，1998，北京，化学工业出版社 翟礼嘉，顾红雅，胡苹等，现代生物技术概论，1998，北京，高等教育出版社第一章 生物技术总论General Introduction目的与要求概要了解生物技术的

3、含义、特点以及生物技术的发展史。了解生物技术的各项技术及其相互关系认识生物技术的应用领域及其对人类社会发展的影响。 一、概述1、生物技术概念P1：生物技术，有时也称为生物工程，是以现代生命科学为基础，运用先进的科学原理和工程技术手段按预先的设计来加工或改造生物材料从而产生出人类需要的产品或达到某种目的。化学工程、机械工程、控制工程、环境工程与人类健康、农业、资源、能源、环境有关P1基因、细胞、有用物、个体或个体的一部分植物学、动物学、遗传学、分子生物学、微生物学等粮食、医药、食品、能源、金属等生命科学工程科学生物技术(生物工程)研究领域基因工程细胞工程酶工程发酵工程分离工程蛋白质工程服务领域人

4、类健康农业资源能源环境食品化学设备Biotechnology Electronics化学工业生物生理学分子与细胞生物学遗传学生物化学 微生物学能源与环 境管理农业 食品 疾病诊断 发酵技术 商业应用 健康与制药 食品 2、生物技术的种类（研究领域） 及其相互关系操作对象基因 切接转增检操作环节新性状新产品细胞内DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段2.1 基因工程举例 在黑毛鼠、白毛鼠、黄毛鼠的受精卵分裂成8个细胞时用特制的吸管把8细胞胚吸出输卵管，用一种酶将包裹在各个胚胎上的粘液溶解，再把这三种鼠的8细胞胚放在同一溶液中使之组装成一个具有24个细胞的“

5、组装胚”。马格特和彼德斯把“组装胚”移植到一只老鼠的子宫内，不久，一只奇怪的组装鼠问世了，这只组装鼠全身披着黄、白、黑三种不同颜色的皮毛。 DNA重组体导入受体细胞 应用：Golden Rice（金米）操作对象细胞 培养、增殖、改造细胞操作环节新性状新产品细胞或其组成部分和构成的组织、器官等如染色体、细胞核、原生质体、整个细胞、受精卵、胚胎、组织或器官2.2 细胞工程操作对象 酶 酶的固定化、分离纯化、酶的改造操作环节酶制剂由生物活细胞产生的生物催化剂2.3 酶工程操作对象 微生物 发酵培养操作环节产品产物真菌、细菌、放线菌等2.4 发酵工程举例：酒精类饮料、醋酸和面包胰岛素、干扰素、生长激素

6、、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料氨基酸、香料、酶、维生素和单细胞蛋白等。操作对象 蛋白质 对应基因的修饰和合成操作环节蛋白质定向改造DNARNA 蛋白质2.5 蛋白质工程具有优良特性的蛋白质分子操作对象 目的产物 分离、纯化操作环节纯品？2.6 生物分离工程按照自己的愿望改造物种: 采用基因工程或细胞工程的方法。基因工程和细胞工程的研究成果的产业化: 通过发酵工程和酶工程来实现。基因工程和细胞工程看作生物工程的上游处理技术，将发酵工程和酶工程看作生物工程的下游处理技术。基因工程、细胞工程和发酵工程中所需要的酶，往往通过酶工程来获得。酶工程中酶的生

7、产，一般要通过微生物发酵的方法来进行。2.7 各生物技术之间的关系基因工程是核心 ，带动其他四大工程的发展，四大工程的发展又促使基因工程发展更迅猛。基因工程和细胞工程看作生物工程的上流处理技术，将发酵工程和酶工程看作生物工程的下流处理技术。基因工程、细胞工程和发酵工程中所需的酶往往是通过酶工程来获得的。 五大工程间的关系优良动植物品系动、植物个体或细胞基因工程微生物工程菌产品细胞工程发酵工程蛋白质或酶工程蛋白质或酶二、 生物技术发展简史“生物技术”词的提出：最初由一位匈牙利工程师KarlEreky于1917年提出的，指用甜菜大规模养猪。 1、第一代生物技术产品-远古时代原始人：野生栽种选良种转

8、化收获物发酵技术啤酒技术发酵面包技术制醋技术第一代生物技术产品：啤酒、苹果酒、发酵面包等。产品附加值低或中等。2、第二代生物技术产品-巴斯德时代发酵原理的证明霉菌纯培养啤酒酵母的培养方法青霉素的发现第二代生物技术产品：抗生素、酶、乙醇、维生素、生物杀虫剂等，产品附加值低或中等。3、现代生物技术的崛起DNA双螺旋发现遗传密码的破译DNA重组技术现代生物技术现代生物技术是一个复杂的技术群。现代生物技术的产品：基因工程药物、基因治疗、转基因植物、克隆动物、DNA芯片等。产品附加值低或中等。4、传统与现代生物技术的区别古代传统生物技术和近代生物技术(旧有的制造酱、酒、面包、奶酪、 酸奶及其它食品的传统

9、工艺。 )只是利用现有的生物类型或生物机能为人类服务，而现代生物技术(5大工程)是按照人们的意愿创造全新的生物类型和生物机能，造福于人类。它是人类在建立实用生物技术中从必然王国走向自由王国，从等待大自然的恩赐转向索取的质的飞跃。三、 现代生物技术前景生物技术的基本特征：高效益，可带来高额利润。 高智力，具有创造性和突破性。 高投入，前期需要投入大量资金。 高竞争，时效性的竞争非常强烈。 高风险。 高势能 。（一）生物技术对经济社会发展的影响（服务领域）1、农业：改善农业生产、解决食品短缺提高农作物产量及其品质1)培育抗逆的作物优良品系 2)植物种苗的工厂化生产 我国已建立了多种植物试管苗的生产

10、线，如葡萄、苹果、香蕉、柑橘、花卉等。3)提高粮食品质 美国威斯康星大学的学者将菜豆储藏蛋白基因转移到向日葵中，使向日葵种子含有菜豆储藏蛋白。4)生物固氮，减少化肥使用量 在缺氮的土壤中生长的无根瘤和有根瘤大豆植物发展畜牧业生产1)动物的大量快速无性繁殖 1997年2月英国Roslin研究所用绵羊乳腺细胞培育出一只小羊-“多莉”。这意味着动物体细胞同样有可能进行动物的大量、快速无性繁殖。 2)培育动物的优良品系 采用基因打靶技术培育转基因克隆羊 利用乳腺生产药用蛋白的转基因羊 用于人体器官移植的转基因猪 2、人类健康：提高生命质量、延长人类寿命1)开发制造奇特而又贵重的新型药品 1977年，美

11、国首先采用大肠杆菌生产了人类第一个基因工程药物-人生长激素释放抑制激素 2)疾病的预防和诊断1998年初，美国食品和药物管理局（FDA）批准了首个艾滋病疫苗进入人体试验。 DNA探针，主要用来诊断遗传性疾病和传染性疾病。3)基因治疗1990年9月，美国FAD批准了用AIJA(腺昔脱氨酶)基因治疗严重联合型免疫缺陷病(一种单基因遗传病)，并取得了较满意的结果。人类基因组计划（HGP）1986年美国生物学家诺贝尔奖获得者Dulbecco首先倡议，全世界的科学家联合起来从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的全部序列以获得人类基因所携带的全部遗传信息。毫无疑问，该项工作的完成，将使人们深入认识许多

12、困扰人类的重大疾病的发病机理；90年代的人类基因组计划的科学意义如同60年代的登月计划。所以继美国之后，欧盟国家、日本、俄罗斯、加拿大、澳大利亚和我国也相继启动了人类基因组计划。3、资源、能源与环境解决能源危机、治理环境污染制造工业原料、生产贵重金属4、化学工业利用微生物在生长过程中积累的代谢产物，发酵技术还可用来生产化学工业原料。主要有传统的通用型化工原料如乙醇、丙酮。丁醇等产品 在冶金工业方面，高品价富矿不断耗尽。面对数量庞大的废渣矿、贫矿、尾矿、废矿，采用一般的采矿技术已上能为力，惟有利用细菌的浸矿技术才能对这类矿石进行提炼。可提取的金属包括金、银、铜、铀、锰、钥、锌、钻、镍、钡、铭等多种贵重金属和稀有金属。5、食品工业生产食品工业原料，种类繁多。概括起来，主要有以下几个大类氨基酸类：主要的有谷氨酸（即味精）、赖氨酸等；酸味剂：主要有柠檬酸、苹果酸等.甜味剂：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） 生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响基因