海洋生物基因工程理论.
海洋生物技术在生态修复中的应用
海洋生物技术在生态修复中的应用在当今全球生态环境面临诸多挑战的背景下，海洋生态系统也承受着巨大的压力。
人类活动导致的海洋污染、过度捕捞、气候变化等问题，使得海洋生态平衡遭到破坏，生物多样性减少。
为了恢复海洋生态系统的健康与稳定，海洋生物技术应运而生，并在生态修复中发挥着越来越重要的作用。
海洋生物技术是一个广泛的领域，涵盖了从基因工程、细胞培养到生物修复等多个方面。
其中，生物修复技术是利用生物（主要是微生物、植物和动物）的代谢活动来减少或消除环境中的污染物，从而达到修复生态系统的目的。
在海洋生态修复中，微生物的作用不可小觑。
一些特定的微生物具有分解石油、重金属等污染物的能力。
例如，某些细菌能够将石油中的烃类物质转化为无害的二氧化碳和水。
通过对这些微生物的基因进行改造和优化，可以提高它们的降解效率，使其在海洋石油污染的治理中发挥更强大的作用。
此外，微生物还可以参与海洋氮、磷等营养物质的循环，调节海洋生态系统的物质平衡。
藻类在海洋生态修复中也扮演着重要角色。
大型海藻如海带、紫菜等，能够吸收海水中的氮、磷等营养盐，减少水体的富营养化。
同时，藻类通过光合作用产生氧气，改善海洋的溶氧环境。
利用藻类的这些特性，可以在受污染海域大规模培养藻类，达到净化水质的目的。
而且，藻类还可以为海洋生物提供食物和栖息地，促进海洋生态系统的恢复。
海洋动物在生态修复中同样具有重要意义。
例如，贝类能够过滤海水中的浮游生物和有机颗粒，起到净化水质的作用。
一些鱼类可以控制藻类的生长，维持海洋生态系统的结构和功能稳定。
此外，通过人工增殖放流等手段，增加濒危海洋动物的种群数量，有助于恢复海洋生物多样性。
基因工程技术为海洋生态修复提供了新的思路和方法。
科学家可以通过基因编辑技术，培育出具有更强抗逆性和环境适应性的海洋生物品种。
比如，培育出能够耐受高温、酸化等环境压力的珊瑚品种，有助于缓解全球气候变化对珊瑚礁生态系统的影响。
细胞培养技术在海洋生物技术中也具有应用潜力。
生物工程技术在海洋生物资源开发中的应用前景
生物工程技术在海洋生物资源开发中的应用前景随着海洋资源的逐渐枯竭和对可持续发展的追求，生物工程技术在海洋生物资源开发中的应用前景正日益受到关注。
生物工程技术作为一种综合应用技术，可以利用现代生物学、工程学和化学等学科知识，对海洋生物资源进行开发、利用和保护。
本文将探讨生物工程技术在海洋生物资源开发中的重要应用领域，并讨论其发展前景。
一、基因工程在海洋生物资源开发中的应用基因工程技术在海洋生物资源开发中扮演着重要的角色。
通过利用基因工程技术，可以实现对海洋生物遗传信息的研究和改良。
例如，利用基因工程技术可以改良某些海洋动植物的生长速度、免疫能力和品质等性状，以提高其经济价值。
此外，基因工程技术还能够通过转基因技术实现对海洋生物的遗传改造，使其具备新的物质生产能力，如产生特定的药物、饲料和生物材料等。
基因工程技术的应用预计将进一步促进海洋生物资源的高效利用和可持续开发。
二、微生物技术在海洋生物资源开发中的应用微生物技术是另一个在海洋生物资源开发中具有潜力的领域。
海洋中富含各种微生物，它们具有抗逆能力和适应性强的特点，可以在特殊环境中生存和繁殖。
通过利用微生物技术，可以有针对性地寻找和筛选出具有特殊功能的海洋微生物，如产酶、产抗生素和产酶等。
这些具有特殊功能的微生物可以应用于海洋生物资源的开发和利用中，提高资源的综合利用率和降低生产成本。
因此，微生物技术在海洋生物资源的开发中具有广阔的应用前景。
三、生物多样性保护与可持续发展对于海洋生物资源开发来说，生物多样性保护与可持续发展是至关重要的。
海洋生物资源是地球上生物多样性最为丰富的地区之一，因此，保护和维护海洋生物多样性对于可持续开发至关重要。
生物工程技术可以为生物多样性保护和可持续发展提供有力支持。
通过遗传标记技术和生物信息学等手段，可以准确评估和监测海洋生物多样性，为资源开发与保护提供科学依据。
此外，生物工程技术还可以发展生态友好型的海洋生物资源利用技术，如生物修复技术和循环经济技术，以实现对生态环境的保护和恢复。
第三章 藻类基因工程
现已证明，来自大肠杆菌、枯草杆菌以及人的 一些外源基因可以在蓝藻中表达，例如大肠杆菌 谷氨酸脱氢酶基因在蓝藻中表达引起抗铵，人的 超氧化物歧化酸(superoxide dismutase， SOD)基因 在蓝藻中表达以减少氧胁迫。这就可能通过引入 外源基因，以赋于蓝藻新的遗传特性，或作为重 要的天然产物基因表达的宿主。目前还成功地将 芽孢杆菌的杀虫毒素基因导入并表达于几种蓝藻 细胞中。这些都标志着蓝藻基因工程正向着实用 目标迈进。
穿梭载体能否在宿主蓝藻中稳定维持取决于多方面 的原因:首先，蓝藻中存在多种限制性内切酶，实际上， 已在E.coli中实现商品化生产的多种限制性内切酶如 Ava I、AvaⅡ等都来源于蓝藻，解决的办法是利用携 有合适的甲基化酶基因的E.coli宿主，对穿梭载体的 特异位点进行甲基化修饰，从而改善其在蓝藻中的稳 定性。其次，导入的质粒与宿主质粒之间可能发生同 源重组，因此，转化前对内源性质粒的清除显得非常 必要。Matsunaga等(1990)对海洋蓝藻Synechococcus NKBG 042902-YG1116的转化试验中，用溴化乙锭处理 藻株，清除内源质粒pSY10与pSY09，得到很好的效果， 而未经处理的藻株，则不能被转化。
脉冲匀直变角电泳(PHOGE)技术的应用带来基 因定位工作的突破。Bancroft等1989年借助于限 制酶切、PHOGE与Southern杂交技术，已得到 Anabaena PCC 7120的基因图谱，结果表明，尽 管蓝藻基因的组织也采用操纵子的形式，但功能 相关的基因并非集中在一处，而是分散于染色体 上 不 同 位 置 。 继 A.PCC 7120 之 后 ， 海 洋 蓝 藻 Synechococcus PCC 7002的染色体物理图谱也 已完成。深入开展的基因克隆与基因图谱绘制工 作无疑为蓝藻的基因操作奠定了基础。
海洋生化工程
1.海洋生物技术：按照生物技术的定义，可以将海洋生物技术定义为利用海洋生物或其组成部分，生产出有用的生物产品，以及定向改良海洋生物的某些遗传特性的综合性科学技术。
2.海洋生化工程是从实验室发现到产业化这一过程的关键环节。
3.海洋生物技术主要研究内容：（1）利用海洋生物技术从海洋生物中提取或者加工各种有用产品；（2）利用生物技术开发新的海洋动植物优良品种，探索有价值的海洋生物种群，用于水产养殖业；（3）从基因工程理论上阐明海洋生物的特殊功能，并在可能的范围内加以利用；（4）海洋环境保护及海洋生物可持续利用。
4.同陆地好氧生物活性物质分离提取相比，海洋微藻生物活性物质分离提取具有以下特点：（1）海洋微生物(包括微藻)在培养液或天然水体中的细胞密度往往很低(如微藻培养密度一般为0.1g/L)，因此从水体中收获细胞难度大。
（2）海洋生物活性物质大多为胞内产物，且胞内活性物质含量往往很低。
3. 微藻是海洋生物资源的重要组成部分,它具有3个基本特性:①种类多(约3万种)，生理学和生化特性范围很广，能产生很多功能独特的脂肪、多糖、蛋白、类胡萝卜素等活性物质；②能低成本地将标记的同位素13C、15N和2H进入微藻各种代谢产物中，可用于呼吸系统疾病诊断及蛋白质结构测定；③微藻包括了一个大而尚未开发的生物类群（仅有少数几个藻种产业化），因而提供了一个实质上尚未开发的资源宝库。
在医药、食品、水产养殖、生物能源、环保及航天等领域有着重要的开发价值。
3.海藻的开发价值：（1）在海藻中具有增强免疫力及抗癌活性的物质，属特殊多糖类、蛋白质、脂类、色素及低分子天然活性物质，具有食疗作用和药用价值。
（2）以海藻为原料制成的化工产品。
1670年日本发现了用红藻生产琼胶的方法，并开始海藻胶的生产。
20世纪50年代末中国进行了从海带提取褐藻胶、甘露醇和碘的综合利用研究。
（3）吸附重金属离子，净化海水。
4.微藻大多为光能自养型。
用于光能自养型海洋微藻培养的封闭式光生物反应器应具有如下特点：（1）必须要用光照。
基因工程原理-第5章重组基因导入受体细胞
转化率＝
转化子 DNA分子数
＝
Ca2+诱导大肠杆菌转化法
① 低温下使磷质层形成液晶结构， Ca2+： 使膜间核酸酶分离 ② 与DNA结合，抗DNase
（1）感受态的制备
对数生长后期的菌体 5x107个/毫升
冰浴10分钟
含CaCl2缓冲液 15分钟 含CaCl2缓 冲液
（3）筛选转化子。
（2）DNA分子转化感受态细胞
菌间接合转移的有关基因
tra。
（Vir 区）
（Con区）
出毒性。占Ti质粒 1/3。
Ori区 ——复制起始区。
外源基因
Ti质粒载体
限制性酶 切开
（1）叶盘法转化植物细胞
（2）整体植株接种转化法
人为地在整体植株上造
成创伤部位，然后把农杆菌
接种在创伤表面，使农杆菌 按照天然的感染过程在植株
体内进行侵染。获得转化的
CHO，猴肾细胞等
• 受体动物：鼠、牛、羊、鱼等
第二节 重组基因导入受体细胞
一、重组基因导入原核受体细胞
接受DNA片段
（一）转化
1928年英国学者F·Griffth在肺炎双球菌中发现的，证
明了遗传的物质基础是DNA。
转化（transformation）——重组质粒DNA分子进入受体细胞，并在受 体细胞稳定维持和表达的过程，转化后的受 体菌，称转化子。 转化子 细胞数
（二）植物病毒介导基因转移 DNA病毒20%
植物病毒
RNA病毒80%
花椰菜花叶病毒：双链DNA病毒
（三）化学诱导DNA直接转化 （1）多聚物介导法 聚乙二醇 多聚赖氨酸 多聚鸟苷酸
（2）脂质体介导基因转化
脂质体
（四）物理方法介导DNA直接转化 （1）基因枪转化
海洋生物技术利用海洋生物资源的创新方法
海洋生物技术利用海洋生物资源的创新方法海洋是地球上最广阔的生态系统之一，拥有丰富的生物资源。
利用海洋生物资源开展生物技术研究和开发，已经成为现代科技领域的一个重要方向。
本文将介绍海洋生物技术利用海洋生物资源的创新方法，包括生物制药、海洋工程、生态修复等领域。
一、海洋生物技术在生物制药领域的应用海洋生物资源中的许多生物活性物质具有潜在的药理活性，可以作为新药的研发候选物。
海洋生物技术利用海洋生物资源进行生物制药研究，可以通过以下几种创新方法：1. 天然产物的发现和提取通过对海洋生物资源进行采集和分离纯化，研究人员可以发现更多的天然产物，如多肽、酶和蛋白质。
这些天然产物可以作为新药研发的起点，进一步通过化学修饰和结构优化来增强其活性和特异性。
2. 基因工程和重组蛋白表达海洋生物技术还可以利用基因工程的方法，将海洋生物中特定的基因序列引入到其他宿主生物中，使其能够产生具有特定功能的蛋白质。
这种重组蛋白质可以用于药物的生产和治疗。
例如，利用基因工程技术，可以制备出具有抗癌活性的蛋白质，用于抗癌药物的研发。
3. 海洋生物源药物的药代动力学研究海洋生物资源中的部分化合物具有良好的药代动力学特性，如吸收、分布、代谢和排泄等，可以通过药代动力学研究来评估它们的药效和安全性。
这些研究有助于优化海洋生物源药物的使用和开发。
二、海洋生物技术在海洋工程领域的应用海洋生物技术的创新方法也可以应用于海洋工程领域，以解决海洋资源的开发和利用中的一些技术难题。
1. 海洋生物的仿生工程海洋生物的结构和功能具有许多独特的特点，可以为海洋工程提供启示和借鉴。
仿生工程是利用海洋生物特性来设计和制造具有特定功能的材料和结构，例如仿生涂层、海洋生物黏附剂、抗污染涂层等。
这些仿生产品可以提高海洋设施的性能和可靠性。
2. 灌输培养技术灌输培养技术是一种用于海洋生物种植和养殖的可持续发展方法。
通过优化培养环境、提供适宜的营养物质，并控制海洋生物的生长条件，可以实现高效、可持续的海洋生物资源养殖，满足市场需求。
生物学中的生物工程与基因工程
生物学中的生物工程与基因工程生物工程与基因工程是现代生物学领域中的两个重要分支，它们的发展和应用带来了革命性的变化和突破。
本文将探讨生物工程与基因工程的定义、原理以及在农业、医学和环境保护等领域的应用。
一、生物工程的定义及原理生物工程是利用生物学和工程学的原理，通过改变生物体的遗传信息和代谢途径，以创造新的生物材料、生物产品和生物能源的一门学科。
生物工程包括生物工艺学、微生物工程、生物过程工程等专业领域，其核心原理是利用生物体的活性物质、酶和生物反应器等手段来实现对生物体的改造和利用。
理论上，生物工程技术可以应用于任何生物体，从微生物到植物，从动物到人类。
在实践中，生物工程主要分为两个领域：农业生物工程和医学生物工程。
农业生物工程主要致力于改良农作物品种，提高农产品的产量和质量，应对食品安全和环境保护等挑战。
医学生物工程则关注于利用生物技术手段研发新药物、诊断工具和治疗方法，以改善人类的健康状况。
二、基因工程的定义及原理基因工程是生物工程的一个重要分支，它主要涉及对生物体基因组的修饰、组装和重组，以实现对目标特性的改变和调控。
基因工程的核心技术是DNA的重组和重组DNA的导入到目标细胞中。
通过基因工程技术，科学家可以人为干预生物体的基因组，添加或删除特定基因，达到调控其表达和功能的目的。
基因工程技术已经在农业、医学、能源等领域得到广泛应用。
在农业领域，基因工程技术被用于改良农作物的抗病虫性能、提高产量和抗逆性，以应对全球食品需求的挑战。
在医学领域，基因工程技术被应用于基因疗法、细胞治疗和诊断工具的研发，为人类疾病的治疗和预防提供了新的途径。
此外，基因工程技术还被用于生物燃料的生产和环境污染物的降解等领域。
三、生物工程与基因工程在农业领域的应用农业是生物工程与基因工程的一个重要应用领域。
通过利用生物工程和基因工程技术，农作物的品种改良和农业生产方式得到了革命性的变化。
例如，转基因作物的研发和种植提高了农作物的抗病虫性能，减少了对农药的依赖，提高了农产品的产量和质量。
海洋生物技术DOC
第一章绪论1.1 课程介绍海洋生物技术是２０世纪８０年代发展起来的高技术群，是现代生物技术与海洋生物学相交叉的产物。
海洋资源丰富，通过海洋生物技术手段可以从海洋中开发利用海洋资源。
我国是海洋大国，海洋生物技术专利在我国海洋科技和海洋经济发展中占有重要地位。
是生物技术专业的必修课。
教学重点：海洋生物技术主要包括海洋微生物生物技术、海洋动物生物技术、海洋大型藻类生物技术、海洋生物资源遗传多样性检测技术、海洋生物资源种质保存技术、海洋环境检测与保护生物技术、病害的检测与防治等生物技术。
不同的生物技术侧重点各有不同，重点要清楚原理和技术方法及相关应用。
教学难点：生物技术是一个综合学科，海洋生物技术是海洋生物学和生物技术的交叉学科。
涉及的知识点较多，需要的背景知识较多，并且生物技术发展较快，因此教学难点是一些较新技术方法及原理的讲解，技术及原理较繁琐，难以理解。
1.2 课程安排2 课程基础2.1 海洋生物2.2 生物技术2.3 海洋生物技术2.4 海洋生物技术的发展2.5 海洋生物技术主要研究内容2.1 海洋生物2.1.1 海洋动物海洋动物现知有16～20万种，它们形态多样，包括微观的单细胞原生动物，和长达30余米、重 190吨的高等哺乳动物──蓝鲸等；分布广泛，从赤道到两极海域，从海面到海底深处，从海岸到超深渊的海沟底，都有其代表；按生活方式划分，海洋动物主要有海洋浮游动物zooplankton 、海洋游泳动物Nekton和海洋底栖动物Benthos三个生态类型；按分类系统划分，动物界共有33个门，海洋中特有15个门。
海洋生态系和非海洋生态系中的动物界门类比较浮游动物（zooplankton）浮游生物：是指在水流运动的作用下，被动地漂浮在水层中的生物群。
原生动物（protists）浮游甲壳动物（crustacean plankton）——桡足类、磷虾类、端足类、樱虾类、枝角类、介形类、糠虾类、涟虫类、等足类等水母类和栉水母类毛颚类：又称箭虫被囊动物有尾类也称幼形类原生动物（protists）：游泳动物 Nekton包括海洋鱼类、哺乳类(鲸、海豚、海豹、海牛)、爬行类(海蛇、海龟)、海鸟以及某些软体动物(乌贼)和一些虾类等。
海洋中的生物分子和药物的发现
海洋中的生物分子和药物的发现海洋覆盖了地球表面的三分之二，其中隐藏着许多未知的生物、生物分子和药物。
越来越多的研究表明，海洋是一个巨大的生物制药库，许多生物分子和药物正在从海洋生物中被发现，为现代医学提供了新的材料和思路。
1. 海洋生物中的生物分子海洋是一个特殊的生态系统，生态环境丰富多样，海洋生物适应了各种各样的环境和压力，从而产生了多种多样的生物分子，这些生物分子具有独特的化学结构和生物活性。
因此，在海洋中探索生物分子资源，是一个重要的研究方向。
目前，已经发现了许多海洋生物中具有药理活性的生物分子，例如：(1)多糖类化合物：海藻、海胆和珊瑚等海洋生物中含有可溶性和不可溶性的多糖类化合物，具有广谱的生物活性。
其中，海藻多糖可以增强人体免疫力、抗菌和抗病毒；珊瑚多糖可以抗肿瘤、抗炎和提高机体免疫力。
(2)蛋白质和多肽类化合物：海洋生物中含有多种生物活性蛋白质和多肽类化合物，例如海蜇肽、海螺蛋白和海胆肽等，具有镇痛、抗菌、抗菌毒素等生物活性。
(3)次生代谢产物：海洋生物中含有大量的次生代谢产物。
许多海洋生物，如海绵、珊瑚、海藻等，可以产生具有高度生物活性的天然产物，如环肽、环结构化合物、呋喃、二萜化合物和色氨酸衍生物等。
2. 海洋生物中的药物海洋生物中的药物是一种特殊的药物。
这些药物大多数是从海洋生物中提取的生物活性成分，具有多种特殊的特点：(1)海洋生物中的药物往往具有与其他药物不同的化学结构和生物活性。
这些药物因为来自于特殊的环境，其化学结构与生物活性相对独特，因此很容易产生药理、毒理等差异。
(2)海洋生物中的药物具有广泛的药理活性。
例如，许多海洋生物提供的药物可以治疗癌症、心血管疾病、糖尿病、感染性疾病、神经系统疾病等多种疾病。
(3)海洋生物中的药物具有极高的临床前景。
由于海洋生物具有多样性和独特性，许多人类疾病无法通过传统的药物治疗得到治愈，因此海洋生物中的药物研究已经成为了一种新的前沿领域。
基因工程技术在海洋资源保护与利用中的应用案例
基因工程技术在海洋资源保护与利用中的应用案例海洋资源的保护与利用是当前全球社会发展所面临的一项重要挑战。
随着科学技术的发展，基因工程技术成为了一种有效的手段，在海洋资源保护与利用中发挥着重要的作用。
本文将介绍几个基因工程技术在海洋资源保护与利用中的应用案例，以展示其在这个领域的潜力和实际效果。
首先，基因工程技术在海洋生物资源的保护与修复中发挥了重要作用。
海洋生态系统中的污染和过度捕捞等问题严重破坏了生物多样性和生态平衡。
基因工程技术可以用来修复受损的基因组，提高生物的抗性和适应性，并且能够恢复海洋生态系统的功能。
例如，科学家利用基因工程技术可以对受到污染的海洋生物进行基因修复，以提高其抗污染物的能力。
此外，基因工程技术还可以用于海洋生物的繁殖，以增加其种群数量，维护生物多样性。
其次，基因工程技术在海洋资源利用中也发挥了巨大的作用。
海洋资源的利用包括海洋食品、药物开发和能源开发等。
基因工程技术可以改良食品中的基因，提高其产量和营养价值。
例如，在海洋鱼类的养殖中，通过基因工程技术可以改良鱼类的饵料，使其更富含营养物质，并且提高其生长速度和抗病能力，从而提高鱼类的产量和质量。
此外，基因工程技术还可以用于海洋药物的开发，通过改良海洋生物体内的基因来制造新药物，为人类的健康做出贡献。
同时，基因工程技术在海洋能源开发中的应用也是一项前沿领域。
利用基因工程技术可以改良藻类的基因组，提高其生物质量和生产效率，以实现海洋能源的可持续开发。
此外，基因工程技术还可以应用于海洋生物监测和环境评估。
海洋生物监测是了解海洋生态环境的变化和健康状况的重要手段。
基因工程技术可以通过快速、准确地检测生物体中的基因组来监测海洋生态系统的健康状况。
例如，科学家们利用基因工程技术开发了一种新型的基因探针，可以在海洋中快速检测到有毒藻类的存在，从而提醒人们及时采取相应的应对措施。
同时，基因工程技术也可以应用于海洋环境评估，通过分析海洋生物体内的基因组变化来评估海洋环境的污染程度和健康状况。
海洋生物基因工程学教学的探索与实践
海洋生物基因工程学教学的探索与实践作者：张立奎，周晓见，王宏归，封克来源：《教育教学论坛》 2013年第48期张立奎，周晓见，王宏归，封克（扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州225127）摘要：海洋生物基因工程是扬州大学新增设的海洋生物资源与环境专业的重要课程之一。
鉴于目前还没有海洋生物基因工程的课程教材，如何讲授这门课程是值得探讨的教学课题。
本文主要围绕开设海洋生物基因工程课程的重要性、课堂教学的内容、方法及实验教学的设置等三个方面对如何上好该门课程进行探索。
关键词：海洋生物；基因工程；课堂教学；实践中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）48-0196-03海洋占地球表面积的71％，蕴藏着丰富的、最具优势和特色的海洋生物资源，是人类社会可持续发展的宝贵财富。
当前，随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻，世界沿海国家纷纷把目光投向海洋。
党的“十八大”报告中提出的建设海洋强国的战略使我国对海洋科技人才的需求大幅度提高。
江苏省是我国的海洋大省，濒临黄海，辽阔的海域蕴藏着极为丰富的海洋生物资源。
同时江苏占有全国近1/4的沿海滩涂资源，是名副其实的海洋资源大省。
然而，江苏省的海洋经济总产值却很低。
为满足国家对海洋科技人才的需求和适应江苏海洋经济发展的需要，扬州大学于2010年7月组建了海洋资源与环境科学系，并于2011年正式招收海洋生物资源与环境专业的本科生，目前已进入专业课学习阶段。
一、开设海洋生物基因工程课程的重要性海洋生物资源的开发与利用已经成为各国竞争的焦点之一，其中基因资源更是重点。
我国“十一五”期间就启动了海洋技术领域重点项目（863计划）“海洋生物功能基因工程产品关键技术研究”。
海洋生物基因工程技术在海洋生物资源研究与开发方面前景广阔。
比如海洋中具有嗜热、嗜盐、嗜压、嗜酸的极端微生物（或植物、动物），它们在这些特殊环境中能产生极端酶，利用海洋生物基因工程技术，可以从极端海洋生物中克隆表达特殊极端酶，进而生产出具有特殊功能的生物医药、生物材料等。
海洋生物技术
现代生物技术
• 生物技术作为21世纪高新技术的 核心，对人类解决面临的食物、 资源、健康、环境等重大问题将 发挥越来越大的作用。大力发展 生物技术及其产业已成为世界各 国经济发展的战略重点。
海洋生物技术
• 海洋生物学与生物技术相结 合，产生了海洋生物技术这 一新的领域 • 又称：海洋生物工程 • 定义：运用海洋生物学与工 程学的原理和方法，利用海 洋生物或生物代谢过程，生 产有用物质或定向改良海洋 生物遗传特性所形成的高技 术。
• 微生物在处理环境污染物 方面具有速度快、消耗低、 效率高、成本低、反应条 件温和以及无二次污染等 显著优点，目前微生物技 术已是环境保护中应用最 广的、最为重要的单项技 术，其在水污染控制、大 气污染治理、有毒有害物 质的降解、清洁可再生能 源的开发、废物资源化、 环境监测、污染环境的修 复和污染严重的工业企业 的清洁生产等环境保护的 各个方面，发挥着极为重 要的作用。
长达60米的大型褐藻
微型海藻
世界各国海洋生物技术的研究新发展
• 一是探索有价值的海洋生物种群； • 二是利用生物技术开发新的海洋动植物优良品种， 用于水产养殖业； • 三是利用海洋生物技术从天然生物中提取或者加 工各种化工产品； • 四是从基因工程理论上阐明生物的特殊功能，并 在可能的范围内加以利用； • 五是用基因工程理论阐明海洋生态系统存在与发 展的规律，并对其进行人为的控制； • 六是建立海洋生物利用系统，包括海水养殖新技 术和海洋生物生产系统
• 人们成功地制成了氨生物传感器，其 基本工作原理是用双层醋酸纤维膜将 硝化细菌固定化，以溶解氧探针作为 换能器。制成的恒温水浴控感器，其 工作原理是以磷酸缓冲液，控制溶液 的pH值，用于废水或河水品质监测。
海洋生物技术创新探索海洋的奥秘
海洋生物技术创新探索海洋的奥秘海洋，广袤而神秘的蓝色领域，蕴藏着无垠的宝藏和无限的未知。
随着科技的不断发展，海洋生物技术的创新为我们揭示了海洋的奥秘，同时也为人类的生活带来了许多重要的进步和福利。
一、海洋生物技术的概述海洋生物技术是指利用海洋生物的生理、生化、遗传和生态学特性，应用现代生物学、分子生物学、生物工程等技术手段，开展海洋生物资源的发现、开发和利用。
这一领域的研究内容非常广泛，包括海洋生物资源的采集、分类、保护，以及药物、食品、化妆品等领域的应用开发等。
二、海洋生物技术在医药领域的应用1. 海洋生物药物的研发海洋生物中存在着许多具有药用价值的活性物质，如抗菌肽、生物胶、抗肿瘤物质等。
利用海洋生物技术开展的研究，已经成功地从海洋生物中提取出了多种药物，并应用于临床治疗。
例如，海洋生物源性药物阿昔单抗已成为治疗某些癌症的重要药物之一，显示出了广阔的应用前景。
2. 海洋生物基因工程技术海洋生物基因工程技术的发展，使得我们能够通过改造海洋生物的基因来生产具有特定功能的物质。
例如，利用基因编辑技术，科学家们成功地改良了大藻类的基因，使其能够产生更多的藻胆固醇，为药物合成和医疗健康领域提供了新的资源。
三、海洋生物技术在食品领域的应用1. 海洋生物的养殖技术海洋生物技术为海洋养殖业的发展提供了重要的支持。
通过研究和应用海洋生物养殖技术，我们能够合理利用海洋资源，提高水产养殖的效益和产量。
例如，利用海洋生物技术开发的养殖方法，如海水虾、海胆、牡蛎等，成功地实现了大规模商业养殖，满足了人们对海产品的需求。
2. 海洋生物资源的开发和利用海洋生物技术还为食品行业提供了丰富多样的原料资源。
利用海洋生物技术，我们可以开发和利用藻类、海带、海参等海洋生物，生产出丰富的食品和保健品。
这些海洋食品不仅具有丰富的营养价值，还被广泛应用于各种食品产品的制作中。
四、海洋生物技术在环境保护与生态修复中的作用海洋生物技术不仅为人类带来了经济利益和社会福利，也在环境保护和生态修复方面发挥着重要的作用。
1海洋生化工程绪论
主要参考书
《生物分离过程科学》
刘铮、詹劲等 翻译 清华大学出版社，2004
6
课程内容和安排
教材：《海洋生化工程概论》第一版，王长海编著
第1章、绪论（2-4课时） 第2章、微藻及微藻生物技术（4课时） 第3章、海洋生物活性物质（6学） 第4章、海洋生物活性物质制备技术（26学时） ✓ 第1节、细胞分离和破碎（3课时） ✓ 第2节、初级分离（3课时） ✓ 第3节、膜分离（6课时） ✓ 第4节、萃取（3课时） ✓ 第5节、吸附（5课时） ✓ 第6节、亲和纯化（3课时） ✓ 第7节、浓缩、结晶和干燥（3课时）
收率和纯度
生化分离（工程）的主要任务：从发酵
液和细胞培养液等中以最高的收率、理想 的纯度、最小的能耗把目的产物分离出来。
25
生化工程
Fermentation
“上游过程”
“下游过程”
Downstream Processing
过程兼容、协调，全程优化
Bioprocess Bioproduct Engineering
生产的成本
上游：菌种、基因工程、分子生物学、遗传等
中游：发酵工程、动植物细胞培养、海洋生物培养
下游：生化工程（生物分离工程）
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生化工程的投资和操作的费用
对于一般的化工过程，用于分离部分装置的投资 和操作的费用，要占整个过程的60～70%以上，其 能耗达到80～90%之多，对于生化过程而言，用于 分离部分的投资、操作费用以及能耗等，往往高于 以上水平。
7
海洋生化工程
第一章. 绪论
8
生化工程的地位 生命科学
生物技术产业
生化工程 Biochemistry engineering
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海洋生物技术的伦理与法律问题探讨
海洋生物技术的伦理与法律问题探讨在当今科技飞速发展的时代，海洋生物技术作为一门新兴的交叉学科，正以前所未有的速度改变着我们对海洋的认知和利用方式。
从海洋药物的研发到海洋生物基因资源的开发，从海洋生态系统的修复到海洋生物工程的应用，海洋生物技术为人类带来了巨大的经济和社会效益。
然而，与此同时，这一领域的发展也引发了一系列伦理和法律问题，这些问题不仅关系到海洋生态环境的保护和可持续利用，也关系到人类社会的公平正义和道德规范。
首先，海洋生物技术的发展可能会对海洋生态系统造成潜在的威胁。
例如，大规模的海洋生物养殖可能会导致物种入侵、疾病传播和生态失衡。
一些基因工程技术的应用可能会改变海洋生物的遗传特性，从而影响其在生态系统中的地位和作用。
此外，过度捕捞和采集海洋生物资源用于生物技术研究和开发，也可能会导致某些物种的濒危甚至灭绝，破坏海洋生物多样性。
这些问题都需要我们从伦理和法律的角度进行深入思考，如何在追求科技进步的同时，保护好海洋生态环境，实现人与自然的和谐共生。
其次，海洋生物技术的成果分配也存在着伦理和法律问题。
由于海洋生物技术的研发需要大量的资金和技术投入，往往只有少数发达国家和大型企业能够承担。
这就可能导致技术成果被少数人垄断，而广大发展中国家和弱势群体无法享受到技术进步带来的好处。
例如，一些海洋药物的专利被少数公司持有，导致药品价格高昂，许多患者无法承受。
此外，海洋生物基因资源的开发也存在着利益分配不均的问题，一些发达国家凭借其技术优势和资金实力，掠夺发展中国家的海洋生物基因资源，而发展中国家却无法从中获得应有的回报。
这种不公平的现象不仅违背了伦理原则，也可能引发国际争端和法律纠纷。
再者，海洋生物技术的应用还涉及到人类健康和安全的问题。
例如，一些海洋生物制品可能会引起过敏反应或其他不良反应，但其安全性评估和监管机制还不够完善。
此外，基因编辑技术在海洋生物中的应用也可能会产生未知的风险，如基因污染和生态灾难。
海洋生物资源的基因组研究
海洋生物资源的基因组研究海洋，这个占据了地球表面约 70%的广阔领域，蕴藏着无尽的奥秘和宝藏。
其中，海洋生物资源以其丰富的多样性和独特的适应性，一直吸引着科学家们的目光。
而近年来，随着基因组研究技术的飞速发展，我们对海洋生物资源的认识也进入了一个全新的层面。
基因组研究，简单来说，就是对生物体内整套遗传物质的结构、功能和进化进行深入剖析。
对于海洋生物而言，这项研究具有极其重要的意义。
首先，通过海洋生物资源的基因组研究，我们能够更好地理解它们的进化历程。
海洋生物在漫长的演化过程中，逐渐适应了高压、低温、高盐等极端环境。
研究其基因组可以揭示这些生物是如何在遗传层面上发生改变，从而获得适应特殊环境的能力。
比如，某些深海鱼类拥有独特的基因，使得它们能够在高压、黑暗且寒冷的深海环境中生存和繁衍。
通过对比这些鱼类与其他近缘物种的基因组，我们能够追溯它们的进化路径，了解它们是如何从浅海逐渐适应到深海环境的。
其次，基因组研究有助于发现新的生物活性物质和药物靶点。
海洋生物中蕴含着许多具有独特药用价值的化合物。
例如，海绵中的某些成分被发现具有抗癌活性，而一些贝类分泌的物质则可能有助于治疗心血管疾病。
通过对这些生物的基因组进行分析，我们能够找到编码这些活性物质的基因，进而通过基因工程等手段大量生产这些有益的化合物，为人类健康事业带来新的希望。
再者，海洋生物资源的基因组研究对于保护生物多样性也具有关键作用。
随着人类活动的不断加剧，海洋生态环境面临着巨大的压力，许多海洋生物物种正处于濒危状态。
通过基因组研究，我们可以更准确地评估物种的遗传多样性，了解不同种群之间的遗传关系，从而制定更有效的保护策略。
例如，如果我们发现某个物种的不同种群之间遗传差异较小，说明其基因库较为单一，更容易受到环境变化的威胁，我们就需要采取更加严格的保护措施，以防止其灭绝。
然而，海洋生物资源的基因组研究并非一帆风顺，它面临着诸多挑战。
海洋环境的复杂性就是其中之一。
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中 心 法
则
1973年 Cohen 第一例成功的克隆实验
基因工程或称基因重组技术，是将不
同生物的基因在体外人工剪切、组合,并
和载体（质粒，噬菌体，病毒）DNA连
接，然后转入微生物或细胞内，进行扩
增，并使转入的基因在细胞内表达，产
生所需要的蛋白质。
示意图
载 体 DNA (限 制 性 内 切 酶 切 开 ) 目的基因
二、重组DNA技术基本原理
（一）目的基因的获取
1. 化学合成法
用于已知序列，或可推导出序列的基因酶链反应（polymerase chain reaction, PCR）
动物病毒DNA改造的载体 （如腺病毒、腺病毒相关病毒、逆转录 病毒）
表达载体的条件
① DNA复制及质粒DNA的筛选系统
② 目的基因的转录系统 包括：启动子、抑制物基因和转录终止子 ③ 蛋白质的翻译系统
包括：核糖体的识别位点、翻译起始和终止
密码子
Prokaryotic Expression System
M13噬菌体DNA改造系统（含lac Z基因） M13mp系列 pUC系列
Color selection
Blue / White
3. 其他
柯斯质粒（cosmid）
酵母人工染色体载体 （yeast artificial chromosome, YAC） 细菌人工染色体 （bacterial artificial chromosome, BAC）
根据产物的功能可以分为结构基因（酶和不 直接影响其他基因表达的蛋白质）和调节基 因（阻遏蛋白或转录激活因子）两大类。
下图
1953年: Watson和Crick提出了DNA的双螺旋模型
The double-helical structure of DNA
The semiconservative nature DNA replication
海洋生物工程
主讲人： 马翠萍
青岛科技大学化学与分子工程学院
生物工程，是20世纪70年代初开始兴起的一门新
兴的综合性应用学科。 一般认为是以生物学（特别是其中的微生物学、遗 传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结 合化工、机械、电子计算机等现代工程技术， 充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物 质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超 远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类 “工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以 生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门 新兴技术。
（compatible end），可用连接酶连接。
限制性内切酶 识别 特定的
碱基序列
下图
限制性内切酶造成粘性末端
有利于 重组DNA 分子的构建
末端转移酶 在载体及外源 双链DNA的3' 端各加上一段 寡聚核苷酸, 制 成人工粘性末 端,
然后在DNA连 接酶的作用下, 连接成为重组 的DNA.
（三）目的基因
能携带目的基因，实现无性繁殖所采用的 可独立复制的完整DNA分子。又称克隆载体。 其中为表达出蛋白质设计的载体又称表达载 体。
常用的载体：
质粒、噬菌体DNA、病毒DNA
载体的选择标准：
能自主复制；
具有两个以上的遗传标记物，便于 重组体的筛选和鉴定；
有克隆位点（外源DNA插入点）， 常具有多个单一酶切位点，称为多 克隆位点； 分子相对较小，一般3-10 Kb
应用重组DNA技术所要分离、获得的基因。
1. cDNA (complementary DNA) 是指经反转录合成的，与RNA互补的单链DNA。以单链 cDNA为模板,经聚合反应可合成双链cDNA。
2. 基因组DNA（genomic DNA）
是指代表一个细胞或生物体整套遗传信息的所有DNA序列。
（四）基因
是存在于细菌染色体外的小型环状双链DNA
分子。大小约为
数千碱基对。常
有 1 ~ 3个抗药
性基因，以利于
筛选。
Eco R Ⅰ
Hind Ⅲ Bam HⅠ Sal Ⅰ
氨苄青霉素 抗性基因 Pst Ⅰ
pBR322
四环素 抗性基因
Ava Ⅰ
Ori
Pvu Ⅱ
2.噬菌体（phage）DNA
获取同一拷贝的过程，即无性繁殖。
分子克隆（DNA克隆）
细胞克隆 个体克隆（动物或植物）
DNA克隆：
应用酶学的方法，在体外将各种来源 的 DNA与载体DNA结合成具有自我复制能力的 DNA分子，继而通过转化或转染宿主细胞， 筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行 扩增、提取获得大量同一DNA分子,又称基因 克隆。
生物工程包括5大工程： 基因工程、 细胞工程、 酶工程、 发酵工程、 生物反应器工程。
海洋生物基因工程
（理论）
制作人： 马翠萍
青岛科技大学化学与分子工程学院
基因工程是生物技术的核心部分。
基因
或RNA)的DNA序列。
(gene)
基因是能够表达和产生基因产物（蛋白质
根据产物的类别可以分为蛋白质基因和RNA 基因（rRNA基因和tRNA基因）两大类；
文结构。
5’· · ·· · ·GGATCC · · ·· · ·3’ 3’··· · · ·CCTAGG · · ·· · ·5’
5´-端突出
粘性末端
3´-端突出
平末端 限制性核酸内切酶识别序列长度为4~8个bp。 不同酶切产生的相同粘性末端称配伍末端
5’AATTC—— 3’G—— 5’G—— 3’ACGTC——
（二）工具酶
限制性核酸内切酶 DNA聚合酶 逆转录酶 DNA连接酶 末端转移酶
Taq DNA聚合酶
限制性核酸内切酶
（restriction endonuclease）
识别DNA的特异序列，并在识别位
点或其周围切割双链DNA的一类内切酶。
是细菌内存在的保护性酶。分为I、II、 III三类。II类酶识别序列特点为回
重组体
宿主细胞
已转化的宿主细胞
繁殖 阳性克隆株
表达
所以，基因工程的操作包含以下步骤： 获得目的基因 构造重组 DNA 分子
转化或转染
表达
蛋白质产物的分离纯化
一、重组DNA技术相关概念
（一）DNA克隆
克隆（clone）：
来自同一始祖的相同副本或拷贝的集合。
克隆化（cloning）：