生物技术概论-课件

生物技术概论生物工程系列课件CorrespondingE-mail:wangx@Biotechnology:AshortCourse制作：吴远根、王啸1ppt课件生物技术概论生物工程系列课件CorrespondingE-课程简介

课程内容：本课程结合《生命科学导论》和《生物技术概论》重点讲解生命基础知识、基因工程、细胞工程、酶工程及发酵工程的基本原理和基本技术以及生物技术在农业、食品、医药、能源、环境保护等领域中的应用。2ppt课件课程简介课程内容：本课程结合《生命科学导论教学大纲

教学任务与目的：现代生物技术是建立在生物化学、微生物学、细胞生物学、基因工程、发酵工程等理论及实验的基础上，其主要任务是全面、系统地了解和掌握现代生物技术的基本理论、基本概念、基本方法和技能，了解生物技术领域的最新进展。通过本课程的学习，使学生了解和掌握现代生物技术的基本内容和研究方法，并能运用所学知识分析和解决实际问题。

适用对象与层次：生物类专业本科学生。

3ppt课件教学大纲教学任务与目的：现代生物技术是建立当今人类社会面临最重大的问题和挑战∶人口膨胀；粮食短缺；疾病危害；环境污染；能源危机；资源匮乏；生态平衡破坏；生物物种大量消亡。解决人类生存与发展所面临的一系列重大问题，在很大程度上将依赖于生命科学的发展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会发展的作用是全方位的。4ppt课件当今人类社会面临最重大的问题和挑战∶人口膨胀；解决人研究人员培育的“超级水稻”在产量和蛋白质含量两方面均优于寻常品种。

粮食

联合国粮农组织水稻研究所(菲,马尼拉)。

绿色革命5ppt课件研究人员培育的“超级水稻”在产量和蛋白质

资源

矿物能源(石油、煤)必将枯竭,生物能源已在开发之中。很多不起眼的生物,很可能就是药物、材料等的宝贵资源。图为墨西哥荒原中的仙人掌类植物。防辐射、降压、血凝等作用6ppt课件资源防辐射、降压、血凝等作用一个20米直径的水池年产4吨藻类,加工后可得相当于3000升柴油的燃料。一英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料。图为生长在淡水和海水中的一种硅藻7ppt课件一个20米直径的水池年产4吨藻类,

环境这是最早一份关于环境对生物种群影响的研究。工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；工业化后，黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。8ppt课件环境工业化前英国乡村有很多工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。9ppt课件工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃

1980s以来，世界著名大学如MIT等，纷纷把生物类课程列为全校必修课.

1995年以后，国内重点大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专业大学生的限选或必修课程。10ppt课件1980s以来，世界著名大学如MIT这是因为人们意识到，21世纪

将是生命科学的世纪，面向21

世纪的大学生应有生命科学基

础，而不应该成为“生物盲”。

11ppt课件这是因为人们意识到，21世纪

将是生命科学的世纪，面向21细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)12ppt课件细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)12ppt课件新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能

物理运动→化学运动→生命运动

13ppt课件新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能13ppt课件生命通过繁殖而延续,DNA是生物遗传的基本物质。漂亮的模特遗传学家“中心法则”14ppt课件生命通过繁殖而延续,DNA是生物遗传的基本物质。漂亮生物具有个体发育和系统进化的历史15ppt课件生物具有个体发育和系统进化的历史15ppt课件生物对外界可产生应激反应，对环境有适应性16ppt课件生物对外界可产生应激反应，对环境有适应性16ppt课件生命(生物体)的基本特征

1、细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)

2、新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能

3、生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质

4、生物具有个体发育和系统进化的历史

5、生物对外界可产生应激反应和自我调节，对环境具有适应性17ppt课件生命(生物体)的基本特征1、细胞是生物的基本组成单位(病毒人类文明发展的三次技术革命：生物技术革命21世纪：创造生命！信息革命20世纪：解放大脑工业革命19世纪：解放双手18ppt课件人类文明发展的三次技术革命：生物学经历了三个发展阶段：描述生物学阶段(19世纪中叶以前)从传统生物学到现代生命科学

——生命科学能够迎接21世纪的挑战

实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中)创造生物学阶段(20世纪中叶以后)19ppt课件生物学经历了三个发展阶段：从传统生物学到现代生(1)描述生物学阶段(19世纪中叶以前)主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物，寻找他们之间的异同和进化脉络。

达尔文

《物种起源》(1859)20ppt课件(1)描述生物学阶段(19世纪中叶以前)(2)实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中)利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律。21ppt课件(2)实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中)巴斯德在实验室里22ppt课件巴斯德在实验室里22ppt课件

“自生说”是一个古老的学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，使“自生说”逐渐削弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍然是一个难题，这不仅是“自生说”的一个顽固阵地，同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。

巴斯德在前人工作的基础上，进行了许多试验，其中著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，它们引起有机质的腐败。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液，经加热灭菌后，瓶内可一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中微生物直达有机物浸液内，一旦将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。巴斯德的实验彻底否定了“自生说”，并从此建立了病原学说，推动了微生物学的发展。23ppt课件“自生说”是一个古老的学说，认为一切生物是自然曲颈瓶实验24ppt课件曲颈瓶实验24ppt课件(3)创造生物学阶段(20世纪中叶以后)

分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种。25ppt课件(3)创造生物学阶段(20世纪中叶以后)沃生和克里克在讨论DNA双螺旋模型26ppt课件沃生和克里克在讨论DNA双螺旋模型26ppt课件第一例基因工程实验27ppt课件第一例基因工程实验27ppt课件28ppt课件28ppt课件含有荧光水母基因的小猪美国密苏里大学最近通过克隆技术培育出四只含有荧光水母基因的小猪。左为荧光小猪，右为正常小猪悠游的奇幻精灵——水母29ppt课件含有荧光水母基因的小猪美国密苏里大学最近通过克隆技术悠游的奇生物技术的定义1982年，国际合作与发展组织(ICDO)对生物技术进行了定义：即应用自然科学及工程学原理，依靠微生物、动物体、植物体作为生物反应器，将原料加工以提供产品来为社会服务的技术。美国政府技术顾问委员会(OAT)的定义：应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其还包括改良有重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环境的技术。30ppt课件生物技术的定义1982年，国际合作与发展组织(ICDO)对生生物学化学工程工程学化学生物工程生物化学生物技术31ppt课件生物学化学工程工程学化学生物工程生物化学生物技术31ppt课是以现代生命科学理论为基础，利用生物体及其细胞的、亚细胞的和分子的组成部分，结合工程学、信息学等手段开展研究及制造产品，或改造动物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品质、特性，从而为社会提供商品和服务的综合性技术体系。★★★Termsneedtoremember:生物技术32ppt课件是以现代生命科学理论为基础，利用生物体及其细胞的、生物技术有时也称生物工程,主要包含六个研究领域：★★★发酵工程生化反应工程酶工程细胞工程基因工程蛋白质工程33ppt课件生物技术有时也称生物工程,主要包含六个研究领域：传统生物技术■

传统生物技术主要是通过微生物的初级发酵生产商品。上游处理过程发酵和转化下游处理过程34ppt课件传统生物技术■传统生物技术主要是通过微生物的初级发酵生产商■

传统生物技术仅能修饰微生物已有的遗传特性，并不能赋予其新的遗传特性，因而传统生物技术局限在化学工程和微生物工程领域。传统生物技术35ppt课件■传统生物技术仅能修饰微生物已有的遗传特性，并不能赋予生物技术的定义■

DNA重组技术的发展改变了生物技术的本质，现代生物技术应运而生。现代生物技术生命科学工程技术其他相关学科36ppt课件生物技术的定义■DNA重组技术的发展改变了生物技术的现代生物技术1953年，Watson和Crick发现DNA双螺旋分子结构。37ppt课件现代生物技术1953年，Watson和Crick发现DNA双现代生物技术1973年，Boyer和Cohn实现了DNA体外重组。“基因克隆”策略。38ppt课件现代生物技术1973年，Boyer和Cohn实现了DNA体现代生物技术的发展人文科学物理学计算机科学天文学数学化学生物学农学医学工程学心理学生物物理学生物化学生物数学宇宙生物学人工智能学植物生理学育种学昆虫学植物病理学人体及动物生理学药理学病理学生物工程学生物材料生物传感器生物能源生物信息学39ppt课件现代生物技术的发展人文科学物理学计算机科学天文学数染色体DNA30亿对核苷酸基因功能？1990年启动，共计六个国家16个基因组中心参与中国承担3号染色体约3000万bp的测序，约占整个计划的1%。“读出”碱基测序(2000年6月)“读懂”基因的功能农业基因组计划人类基因组计划(HGP)40ppt课件染色体DNA30亿对核苷酸基因功能？199人类的染色体组41ppt课件人类的染色体组41ppt课件已完成测序工作的生物42ppt课件已完成测序工作的生物42ppt课件

2002年4月Science以封面文章的形式发表中国科学家《水稻(籼稻)基因组的工作框架序列图》这一科学专论。43ppt课件2002年4月Science以封面文章的形式发表中国转基因抗虫棉44ppt课件转基因抗虫棉44ppt课件转基因棉花45ppt课件转基因棉花45ppt课件转基因抗虫番茄46ppt课件转基因抗虫番茄46ppt课件转基因小鼠47ppt课件转基因小鼠47ppt课件从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA48ppt课件从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA48ppt课件1990年9月14日美国第一例临床基因治疗申请获得批准：国立卫生研究院NIH，重组DNA顾问委员会RAC。SCID患者(severecombinedimmunodeficiency)：缺乏腺苷酸脱氨酶，ada基因缺失。将正常基因转入患者(4岁的女孩)淋巴细胞，再将改造细胞送回患者体内。基因治疗重症联合免疫缺陷病：49ppt课件1990年9月14日美国第一例临床基因治疗申请获AshantideSilva,Now13,wasthefirstpatienttobetreatedwithgenetherapy.重症联合免疫缺陷的基因治疗

腺苷脱氨酶基因治疗(1990)50ppt课件AshantideSilva,Now13,was生物技术制药DrugDiscovery51ppt课件生物技术制药DrugDiscovery51ppt课件生物技术制药产业过程提供新药研发的方法、策略和目标基因、蛋白或其他代谢产物体外实验、动物模型的建立及动物模型的体内实验临床实验，通过相关管理部门的审查，市场营销基础研究从事新药发现的生物技术公司制药公司52ppt课件生物技术制药产业过程提供新药研发的方法、策略和目标基因、蛋白生物技术制药DrugR&D(新药开发)53ppt课件生物技术制药DrugR&D(新药开发)53ppt课件亲子鉴定Identificationofpaternityandmaternity.MYFather???54ppt课件亲子鉴定Identificationofpaternit遗传改造Genetic-modifiedspecies.SPECIESHalfAngel/HalfDevil

55ppt课件遗传改造Genetic-modifiedspecies.S生物芯片技术生物芯片技术的一般原理生物芯片又称DNA芯片或基因芯片，它们是DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。1996年底，美国Affymetrix结合照相平板印刷、计算机、半导体、寡核苷酸合成、荧光标记、核酸探针分子杂交和激光共聚扫描等高新技术，研制创造了世界第一块DNA芯片。56ppt课件生物芯片技术生物芯片技术的一般原理生物芯片又称DNA芯片或

DNA分子杂交的基础是，具有互补碱基序列的DNA分子，可以通过碱基对之间形成氢键等，形成稳定的双链区。在进行DNA分子杂交前，先要将两种生物的DNA分子从细胞中提取出来，再通过加热或提高pH的方法，将双链DNA分子分离成为单链，这个过程称为变性。然后，将两种生物的DNA单链放在一起杂交，其中一种生物的DNA单链事先用同位素进行标记。如果两种生物DNA分子之间存在互补的部分，就能形成双链区。由于同位素被检出的灵敏度高，即使两种生物DNA分子之间形成百万分之一的双链区，也能够被检出。核酸(DNA)分子杂交★★★

是定性或定量检测特异DNA和RNA的有力工具57ppt课件DNA分子杂交的基础是，具有互补碱基序列的D

分类学上不同物种的DNA分子之间可以进行分子杂交，但是，远缘物种的DNA分子之间进行杂交分子的可能性远比近缘物种的要小得多。例如，细菌与真核细胞DNA分子之间形成杂交分子的可能性很小；不同细菌的DNA分子之间杂交时，能形成某些互补片段；人的DNA分子与小鼠的DNA分子之间杂交时，只有少量的人DNA单链和小鼠DNA单链能形成杂交分子，而且只是部分碱基配对。但是，人与鼠之间的DNA杂交分子的形成，比人与酵母之间DNA杂交分子的形成要容易。在生物进化过程中，DNA中的碱基序列也发生了变化。两种生物的DNA单链之间互补程度越高，通过分子杂交形成双螺旋片段的程度也就越高，二者的亲缘关系就越近；反之，亲缘关系就越远。所以，可以通过DNA分子杂交技术来鉴定物种之间亲缘关系的远近。DNA分子杂交的意义58ppt课件分类学上不同物种的DNA分子之间可以进行分子杂生物芯片之所以成为全世界科学家孜孜以求的目标的原因——▲一个指甲大的地方就能建个实验室，医生可以一次同时测出多种病原微生物，在极短的时间内知道病人被哪种微生物感染，迅速医治；想知道胎儿是否患有遗传病，只要取少量羊水或几滴父母血液，同时鉴别的遗传病达数十种甚至数千种！▲这个缩微实验室名叫“生物芯片”。59ppt课件生物芯片之所以成为全世界科学家孜孜以求的目标的原因

杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序完全互补，所以不同来源的核酸单链只要彼此之间有一定程度的互补顺序(即某种程度的同源性)就可以形成杂交双链。分子杂交可在DNA与DNA、RNA与RNA或RNA与DNA的二条单链之间进行。由于DNA一般都以双链形式存在，因此在进行分子杂交时，应先将双链DNA分子解聚成为单链，这一过程称为变性，一般通过加热或提高pH值来实现。使单链聚合双链的过程称为退火或复性。用分子杂交进行定性或定量分析的最有效方法是将一种核酸单链用同位素或非同位素标记成为探针，再与另一种核酸单链进行分子杂交。核酸杂交的基础：碱基对之间非共价键(主要是氢键)的形成即出现稳定的双链区。60ppt课件杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序完全互核酸杂交的最常用方法：

Southern印迹杂交(southernblot)

Southernblot是研究DNA图谱的基本技术，在遗传诊断DNA图谱分析及PCR产物分析等方面有重要价值。Southern印迹杂交基本方法是将DNA标本用限制性内切酶消化后，经琼脂糖凝胶电泳分离各酶解片段，然后经碱变性，Tris缓冲液中和，高盐下通过毛吸作用将DNA从凝胶中转印至硝酸纤维素滤膜上，烘干固定后即可用于杂交。凝胶中DNA片段的相对位置在DNA片段转移到滤膜的过程中继续保持着。附着在滤膜上的DNA与32P标记的探针杂交，利用放射自显影术确定探针互补的每条DNA带的位置，从而可以确定在众多酶解产物中含某一特定序列的DNA片段的位置和大小。最大优势61ppt课件核酸杂交的最常用方法：Southernblo基因芯片实验程序62ppt课件基因芯片实验程序62ppt课件基因芯片实验程序63ppt课件基因芯片实验程序63ppt课件陈竺教授说，生物芯片最终将走入千家万户。

64ppt课件陈竺教授说，生物芯片最终将走入千家万户。64ppt生物芯片大规模、高通量检测，使个人拥有自己的基因卡成为可能，这对预防医学极为重要。也许不久的将来，上医院看病，不仅要带病历卡，还要带芯片病历卡。盈盈方寸间，将记录你的个人遗传信息，对什么药物最敏感，医生将据此为每个人设计预防方案，通过生活方式的改变，躲开许多致命的遗传疾病的侵袭。65ppt课件生物芯片大规模、高通量检测，使个人拥有自己的基因卡成为可能，最近两年内，基因学专家有望按照对药物的不同反应，将人分成若干类型，届时便能够准确地判定出谁适合服用哪种药。这就如同发给每人一张“基因身份证”。基因身份证中包含着比人的指纹更为复杂、更有价值的东西。所有愿意获取这一身份证的人都会得到如下的信息：适合于什么药物，不适合于什么药物；自身容易感染何种疾病，而罹患某些疾病的机会则微乎其微。婴儿在呱呱坠地时候便可以得到自己的“基因身份证”。美国已有人植入人体基因芯片(“随身携带”—的身份证)。66ppt课件最近两年内，基因学专家有望按照对药物的不同反应，将人分成若干生物芯片技术的主要应用

1998年底，美国科学促进会将基因芯片技术列为1998年度自然科学领域十大进展之一。一些科学家把基因芯片称为“可以随身携带的微型实验室”。

DNA芯片可用于大规模筛查基因突变所引起的疾病；

分析基因组及发现新基因等具有很大的优势；

DNA芯片技术用于基因组分析时，具有样品用量小、信息量大、分析方法简易快速、自动化程度高等多项优点，特别适合于寻找新基因、基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。医学、化学、新药开发、司法鉴定、农业技术和食品技术领域也具有广泛的应用；67ppt课件生物芯片技术的主要应用1998年底从经济效益来说，生物芯片最大的应用领域可能就是开发新药。目前已经有多家制药企业介入芯片的开发。由于存在个体差异，可以说没有一种药物可以适用于所有的病人。因此，根据每个人的特有的基因开发出专用药物，即个性化药物，将成为药物治疗学上的一次质的飞跃。这就要快速分析病人的多个基因已确定用药的方案，基因芯片技术将是最佳选择。68ppt课件从经济效益来说，生物芯片最大的应用领域可能就是面对生物芯片的巨大产业，我国的科学家们也积极行动，研制开发出我国自主知识产权的生物芯片，在医用生物芯片研究和工程技术的某些方面达到了国际先进水平。2000年10月，清华大学生物芯片研究开发中心程京教授在国际生物芯片技术大会上宣布，他们已经研制出世界上第一个1平方厘米大小的多力生物芯片平台系统。利用它可以在指甲大小的芯片上建立缩微实验室，用于医学基础研究、疾病诊断、司法鉴定、食品卫生监督、航天、环保等领域的分析检测。上述成果表明，虽然中国在生物芯片领域起步较晚，与美国、欧洲、日本相比在实际制作实物的能力方面，还有相当差距，但在某些想法和构思方面走到了国际前沿。69ppt课件面对生物芯片的巨大产业，我国的科学家们也积极行蛇田鼠热血动物身体向外散热蛇通过感受器探测到热源生物仿生：

蛇的红外探测70ppt课件蛇田鼠热血动物身体蛇通过感受器生物仿生：

蛇的红外探71ppt课件71ppt课件Correspondingauthor:YuangenWu,E-mail:ygwu@,CollegeofChemicalEnginee