?前言
?生物技术四大体系
?生物技术新浪潮
目 录
? 传统发酵酿酒、制酱、制醋技术
?1860年，巴斯德单一霉菌纯粹培养技术
?1878年，啤酒酵母单一培养技术
?1881年，细菌的纯粹培养技术
?1929年，抗菌素盘尼西林发现
?1946年，用细菌生产出氨基酸
生物工程简史
前言
?1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功
?1953年，沃森和克里克提出了
DNA双螺旋结构
?1972年，美国斯坦福大学构建
了第一个重组 DNA分子
?1977年，在美国旧金山建立了
世界上第一家遗传工程公司
生物工程简史
前言
什么是生物工程
生物工程是生物技术的总称，是对生命
有机体在 分子水平, 细胞水平, 组织水
平, 个体水平 进行不同层次的创造性设
计和改造，使之能 定向 组建具有特定性
状的新物种或新品系，从而造福人类的
现代应用技术
前言
研究生物工程的意义
?使人类进入了按照自己的需要人工创造
新生物的伟大时代
?它是世界新技术革命的三大支柱之一
（信息、材料,生物工程 ），具有相当
大的潜在生产力
前言
生物技术的四大体系
?基因工程
?细胞工程
?酶工程
?发酵工程
基因工程
?定义
将不同生物的外源 DNA(基因）插入到
载体分子上，形成“杂种” DNA分子，
导入受体细胞中扩增和表达
生物技术的四大体系
分子生物学研究
基因工程的用途
生物技术的四大体系
改造生物，创造对人类有用的
新品系、新物种
基因工程用途
发光树
生物技术的四大体系
生物工程中最重要的工具酶，主
要从原核生物中提取；它能识别
双链 DNA分子中的特异性核苷酸序
列，使它在特定的位点水解
限制性内切酶
生物技术的四大体系
G A A T T C
C T T A A G
并做如下切割：
5? ······ N N N N G A A T T C N N N ······ 3 ?
3 ? ······N N N N C T T A A G N N N ······ 5 ?
限制性内切酶
5 ? ······ N N N N G A A T T C N N N ······ 3 ?
3 ? ······ N N N N C T T A A G N N N ······ 5 ?
EcoR I识别序列：
生物技术的四大体系
C T G C A G
G A C G T C
并做如下切割,
5 ? ······ N N N N C T G C A G N N N ······ 3 ?
3 ? ······ N N N N G A C G T C N N N ······ 5 ?
限制性内切酶
5 ? ······ N N N N C T G C A G N N N ······ 3 ?
3 ? ······ N N N N G A C G T C N N N ······ 5 ?
Pst I 识别序列,
生物技术的四大体系
? 在基因工程中的载体
? 包括,质粒载体
噬菌体载体
复合载体
病毒载体
载 体
生物技术的四大体系
细菌、酵母菌和放线菌等生物细胞中染
色体以外的双链闭合环状分子。大小为
1～ 200kb；能独立于染色体外进行自我
复制，每个细胞中可含 10～ 200个拷贝。
其表型效应主要有决定抗药性，合成抗
菌素，编码限制或修饰酶等
染色体
质粒
质粒载体
生物技术的四大体系
一种细菌病毒，可作为克隆载体
优点：可以在体外包装产生感染性
很高的噬菌体颗粒
噬菌体载体
生物技术的四大体系
噬 菌 体
DNA
蛋白质
头部
尾部
尾丝
生物技术的四大体系
噬菌体感染细菌示意图
生物技术的四大体系
病毒载体
是一类真核载体，能把基因引入到真核
细胞中，并在其中被表达，因此是研究
真核细胞表达及调控的有力工具；如：
腺病毒、乳头瘤病毒、疱疹病毒等
复合载体
生物技术的四大体系
从生物基因组中分离得到
基因组 DNA 酶切产物
总 RNA mRNA cDNA
人工合成
化学合成
PCR（聚合酶链式反应）
分离 逆转录
步骤一
— 获得 DNA片段，取得目的基因
基因工程的基本过程
生物技术的四大体系
步骤二
— DNA片段
和载体 DNA
在体外连接
外源 DNA
质
粒
酶切位点
酶切位点酶切
酶切
混合
DNA连接酶
基因工程的基本过程生物技术的四大体系
质粒 DNA
外源 DNA
酶切 酶切
外切酶 外切酶
膜端转移酶 膜端转移酶
DNA聚合酶
DNA连接酶
变性、复性
步骤二
— DNA片段
和载体 DNA
在体外连接
基因工程的基本过程生物技术的四大体系
转化 某一基因型细胞从周围介质中吸收另
一基因型细胞的 DNA，而使其基因型和表型
发生相应变化的现象
转染 除去蛋白质外壳的病毒核酸感染细胞
或原生质体的过程
基因工程的基本过程
步骤三
— 将重组的 DNA引入宿主细胞
生物技术的四大体系
转导 用噬菌体做载体，将一个细胞的基因
传递给另一个细胞的过程
显微注射
基因工程的基本过程
步骤三
— 将重组的 DNA引入宿主细胞
生物技术的四大体系
从大量携带重组体 DNA的宿主细胞中
分离出携带目的基因的细胞
基因工程的基本过程
步骤四
— 选择、筛选
生物技术的四大体系
遗传学方法
对于带有抗药性基因的质粒，可通
过检测受体菌是否由敏感状态变成
抗药状态进行筛选
筛 选 方 法
基因工程的基本过程生物技术的四大体系
基因工程的基本过程
硝酸纤维
薄膜 与探针杂交
薄膜
放射
自显影
胶片 选择
克隆
核
酸
杂
交
法
生物技术的四大体系
用特异性抗体检测基因产物从而筛
选阳性克隆的方法
基因工程的基本过程
免疫学方法
生物技术的四大体系
看新基因能否在新细胞中“定居”下
来，能否复制自己稳定传代，能不能
产生表达作用，指导蛋白的合成
基因工程的基本过程
步骤五
— 培养、观察
生物技术的四大体系
基因工程的基本过程
抽取 DNA 切下鼠 DNA
切开质粒
DNA
将质粒导入宿主细胞
混合、连接
重
组
DNA
技
术
生物技术的四大体系
基因工程的基本过程
培养基中加抗生素
培养
裂解细胞释放 DNA
分子
杂交
分离扩增目的克隆
重
组
DNA
技
术
生物技术的四大体系
?固氮基因的应用
?抗卡那霉素基因的应用
?基因工程产品介绍,生长激素
人胰岛素
?疾病诊断
基因工程的成果
生物技术的四大体系
细胞工程
?定义
将一种生物细胞中携带全套遗传信息
的基因或染色体全部转入另一种生物
细胞，从而改变细胞的遗传性，改造
生物的性状和功能。
它包括 细胞融合, 细胞器移植,
染色体工程, 细胞和组培技术 等
生物技术的四大体系
通过生物学、化学或物理学的方法，使两
个不同种类的体细胞融合在一起，从而产
生具有两个亲本遗传性状的新细胞
童鱼 —— 世界上第一条没有父母的鱼
“鲫鲤核质杂交鱼”
体细胞杂交 /细胞融合技术
生物技术的四大体系
?组织培养 /快速无性繁殖
利用植物组织、植物细胞的全能性，进
行快速无性繁殖。
优点 可固定杂种优势
免除制种环节
对珍贵植物的引种生产具有
特别意义
举例 组织培养法再生兰花；人工种子
植物组织与细胞培养
生物技术的四大体系
组 织 培 养
叶肉组织 愈伤组织 新植株
生物技术的四大体系
快速无性繁殖
单个
细胞
营养培养基 克隆植株
生物技术的四大体系
?细胞育种
诱导突变，筛选新品系、新品种
植物组织与细胞培养
突变与突变体筛选
生物技术的四大体系
植物组织与细胞培养
次生代谢产物生成
从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。
优点 ?比栽培原料作物更易控制
最佳生产条件
?培养物为无菌、无虫材料，
能保证产品质量
?工艺操作较为简单，可减
少劳动费用，提高生产力
生物技术的四大体系
酶 工 程
?定义 利用酶的特异催化功能，将一种
物质转化为另一种物质的技术
生物技术的四大体系
?基本步骤 将酶制剂精制成固相的酶，然
后将其组装在特殊的器件中形成生物反
应器，利用这种反应器将底物转化为人
类需要的产品
?优点 快速；高效；产品回收和提纯工艺
简便
酶 工 程
生物技术的四大体系
?酶分子的改造与修饰
通过这种改造来改变酶的物化性质及其
生物活性，甚至赋予新的功能，提高其
在不良环境中的稳定性，扩大酶的应用
范围
?酶抑制剂的开发研究
所谓酶抑制剂是指能引起酶分子活力下
降甚至完全丧失的物质
酶工程研究的两个方面
生物技术的四大体系
发 酵 工 程
?定义
是工程学与微生物学的结合；利用微生
物的特性，通过现代化工程技术，生产
有用物质或直接将其应用于工业化生产
的一门技术
包括 菌种选育, 菌种生产, 代谢产物发
酵 和 分离 以及 微生物机能的利用 等
生物技术的四大体系
?优点 投资省；见效快；污染小
?应用范围
微生物菌体的生产和利用
微生物代谢产物的应用
微生物机能的应用
发 酵 工 程
生物技术的四大体系
? 发酵工程的效益
医药工业方面
食品工业方面
能源工业方面
饲料工业方面
冶金工业方面
农业方面
发 酵 工 程
生物技术的四大体系
生物技术的新浪潮
?蛋白质工程
?海洋生物工程
?生物计算机
?农业生物工程
?生物传感器
蛋白质工程
?以蛋白质为对象为目的的生物工程
必须突破以下几个难关：
基因结构的改变
基因的高效表达
翻译后的蛋白修饰
新蛋白的提纯
— 第二代基因工程
生物技术的新浪潮
海洋生物工程
?以海洋为对象，生产、开发人类所需的
新食物、新能源、新药物和新材料的生
物工程（如,培育新品种的海鲜、生产
海洋生物活性物质、治理海域污染等）
生物技术的新浪潮
生物计算机
?特点
?能制成超高密度的线路、生物芯片
?能制成半永久性元件
?以生物化学反应模拟人体机能进行工
作，所需能量很少
?目前已制成蛋白质薄膜,DNA芯片等
生物技术的新浪潮
农业生物工程
?生物工程技术在农业革命中的应用
?包括,基因工程改良
细胞工程育种
快速无性繁殖
畜牧业中的生物工程技术等
生物技术的新浪潮
生物传感器
?是一类通过各种类型的敏感膜将生物体
内的化学信号转化为电、热、光等讯号
的传感检测器
?第一代,由固定化酶膜和电化学器件组成的
酶电极
第二代,微生物、细胞器、动植物组织、免
疫等生物传感器
第三代,生物电子学传感器，将具有智能
生物技术的新浪潮
小 结
?前言
?生物技术四大体系
?生物技术新浪潮
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