生物技术-生物工程简介
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质粒 染色体
pBR322 质粒图谱
噬菌体载体
是一种细菌病毒，可作为克隆 载体。其优点是可以在体外包装产 生感染性很高的噬菌体颗粒。
噬 菌 体
头部
尾部
尾丝
噬 菌 体 感 染 细 菌 示 意 图
复合载体
病毒载体
这是一类真核载体，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。
小 结
生物技术四大体系
生物技术新浪潮
The end
返回总目录
三、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 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。
酶工程研究的两个方面：
1、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。 2、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。
基因工程步骤一--获得 DNA片段，取得目的基因
1、从生物基因组中分离得到 基因组DNA 酶切产物
逆转录 总RNA 分离 mRNA cDNA
2、人工合成 化学合成 PCR（聚合酶链式反应）
基因工程步骤二--DNA片段 和载体DNA在体外连接
质 粒 酶切位点 酶切 外源DNA 酶切 酶切位点 混合
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
生物计算机
特点： 1、能制成超高密度的线路、生物集成块 2、能制成半永久性元件 3、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
三、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。
生物技术的四大体系
基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程
一、基因工程
定义
基因工程就是从生物体中把生物遗传物质 分离出来，或人工合成一个DNA分子，用人工 的方法对遗传物质进行搭配、组合，然后转入 某细胞内，通过改变其遗传物质的结构，来改 变它的遗传特性，使之定向地产生符合人类需 要的新型生物物种、类型。
筛 选 方 法
硝酸纤维 薄膜 与探针 杂交
2、核酸杂交法
薄膜 放射 自显影
胶片
选择所 需克隆
筛 选 方 法
3、免疫学方法
用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳 性克隆的方法。
基因工程步骤五--培养，观察
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。
基因工程用途
1、用于分子生物学研究 2、用于改造生物，创造对人类有 用的 新品系、新物种。
基因工程的基本过程
限制性内切酶
是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
EcoR I 识别序列： G AA T T C C T T AA G 并切割如下：
一、生物工程形成简史
1953年，Waston、Crick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。
二、生物工程定义
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 现代应用技术学科。 生物工程主要包括细胞工程、基因工程、 酶工程、发酵工程和生化工程等。
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 内的化学信息转化为电、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。
四、发 酵 工 程
发酵工程的效益
1. 医药工业方面 2. 食品工业方面 3. 能源工业方面 4. 饲料工业方面 5. 冶金工业方面 6. 农业方面
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 --第二代基因工程
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： 1、基因结构的改变 2、基因的高效表达 3、翻译后的蛋白修饰 4、新蛋白的提纯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组 织 培 养
叶肉组织
愈伤组织
新植株
快速无性繁殖
单个 细胞
营养培养基
克隆植株
植物组织与细胞培养技术
细胞育种
诱导突变，筛选新品系、新品种
诱导突变，从组织 再生植株中筛选出 的个大、肉多、汁 少的西红柿突变体
突变与突变体筛选
植物组织与细胞培养技术
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： 1.比栽培原料作物更易控制 最佳生产条件； 2.培养物为无菌、无虫材料， 能保证产品质量； 3. 工艺操作较为简单，可减 少劳动费用，提高生产力。
四、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。 优点： 投资省；见效快；污染小。
四、发 酵 工 程
应用范围 1.微生物菌体的生产和利用 2.微生物代谢产物的应用 3.微生物机能的应用
载体
在基因工程中的运载体 包括：质粒载体 噬菌体载体 复合载体 病毒载体
质粒载体
是细菌、酵母菌和放线菌等生物中 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。它的拷贝数较多，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。
生 物 技 术
前言 生物技术四大体系 生物技术新浪潮
前
言
一、生物工程形成简史
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，用细菌可以生产氨基酸； 1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功；
DNA 重 组 体 的 构 建 与 克 隆
基因工程的成果
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
二、细胞工程
定义： 将一种生物细胞中携带全套遗传信 息的基因或染色体整个地转入另一种生 物细胞，从而改变细胞的遗传性，改造 生物的性状和功能，创造新的生物类型。 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。
2、转染 除去蛋白质外壳的病毒核酸感染 2
细胞或原生质体的过程。
3、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。
4、显微注射
基因工程步骤四--选择、筛选
从大量携带重组体DNA分子的 宿主细胞中分离出携带 目的基因的 细胞。
筛 选 方 法
1、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。
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
Pst I 识别序列： C T G C A G G A C G T C 并切割如下：
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’
体细胞杂交/细胞融合技术
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”
植物组织与细胞培养技术
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： 1.可固定杂种优势 2.免除制种环节 3.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
DNA连接酶
基因工程步骤二--DNA片段 和载体DNA在体外连接
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 加热并慢慢变冷 DNA聚合酶 DNA连接酶
基因工程步骤三--将重组的DNA 分子引入合适的宿主细胞内
1、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。
pBR322 质粒图谱
噬菌体载体
是一种细菌病毒，可作为克隆 载体。其优点是可以在体外包装产 生感染性很高的噬菌体颗粒。
噬 菌 体
头部
尾部
尾丝
噬 菌 体 感 染 细 菌 示 意 图
复合载体
病毒载体
这是一类真核载体，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。
小 结
生物技术四大体系
生物技术新浪潮
The end
返回总目录
三、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 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。
酶工程研究的两个方面：
1、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。 2、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。
基因工程步骤一--获得 DNA片段，取得目的基因
1、从生物基因组中分离得到 基因组DNA 酶切产物
逆转录 总RNA 分离 mRNA cDNA
2、人工合成 化学合成 PCR（聚合酶链式反应）
基因工程步骤二--DNA片段 和载体DNA在体外连接
质 粒 酶切位点 酶切 外源DNA 酶切 酶切位点 混合
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
生物计算机
特点： 1、能制成超高密度的线路、生物集成块 2、能制成半永久性元件 3、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
三、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。
生物技术的四大体系
基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程
一、基因工程
定义
基因工程就是从生物体中把生物遗传物质 分离出来，或人工合成一个DNA分子，用人工 的方法对遗传物质进行搭配、组合，然后转入 某细胞内，通过改变其遗传物质的结构，来改 变它的遗传特性，使之定向地产生符合人类需 要的新型生物物种、类型。
筛 选 方 法
硝酸纤维 薄膜 与探针 杂交
2、核酸杂交法
薄膜 放射 自显影
胶片
选择所 需克隆
筛 选 方 法
3、免疫学方法
用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳 性克隆的方法。
基因工程步骤五--培养，观察
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。
基因工程用途
1、用于分子生物学研究 2、用于改造生物，创造对人类有 用的 新品系、新物种。
基因工程的基本过程
限制性内切酶
是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
EcoR I 识别序列： G AA T T C C T T AA G 并切割如下：
一、生物工程形成简史
1953年，Waston、Crick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。
二、生物工程定义
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 现代应用技术学科。 生物工程主要包括细胞工程、基因工程、 酶工程、发酵工程和生化工程等。
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 内的化学信息转化为电、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。
四、发 酵 工 程
发酵工程的效益
1. 医药工业方面 2. 食品工业方面 3. 能源工业方面 4. 饲料工业方面 5. 冶金工业方面 6. 农业方面
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 --第二代基因工程
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： 1、基因结构的改变 2、基因的高效表达 3、翻译后的蛋白修饰 4、新蛋白的提纯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组 织 培 养
叶肉组织
愈伤组织
新植株
快速无性繁殖
单个 细胞
营养培养基
克隆植株
植物组织与细胞培养技术
细胞育种
诱导突变，筛选新品系、新品种
诱导突变，从组织 再生植株中筛选出 的个大、肉多、汁 少的西红柿突变体
突变与突变体筛选
植物组织与细胞培养技术
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： 1.比栽培原料作物更易控制 最佳生产条件； 2.培养物为无菌、无虫材料， 能保证产品质量； 3. 工艺操作较为简单，可减 少劳动费用，提高生产力。
四、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。 优点： 投资省；见效快；污染小。
四、发 酵 工 程
应用范围 1.微生物菌体的生产和利用 2.微生物代谢产物的应用 3.微生物机能的应用
载体
在基因工程中的运载体 包括：质粒载体 噬菌体载体 复合载体 病毒载体
质粒载体
是细菌、酵母菌和放线菌等生物中 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。它的拷贝数较多，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。
生 物 技 术
前言 生物技术四大体系 生物技术新浪潮
前
言
一、生物工程形成简史
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，用细菌可以生产氨基酸； 1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功；
DNA 重 组 体 的 构 建 与 克 隆
基因工程的成果
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
二、细胞工程
定义： 将一种生物细胞中携带全套遗传信 息的基因或染色体整个地转入另一种生 物细胞，从而改变细胞的遗传性，改造 生物的性状和功能，创造新的生物类型。 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。
2、转染 除去蛋白质外壳的病毒核酸感染 2
细胞或原生质体的过程。
3、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。
4、显微注射
基因工程步骤四--选择、筛选
从大量携带重组体DNA分子的 宿主细胞中分离出携带 目的基因的 细胞。
筛 选 方 法
1、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。
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
Pst I 识别序列： C T G C A G G A C G T C 并切割如下：
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’
体细胞杂交/细胞融合技术
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”
植物组织与细胞培养技术
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： 1.可固定杂种优势 2.免除制种环节 3.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
DNA连接酶
基因工程步骤二--DNA片段 和载体DNA在体外连接
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 加热并慢慢变冷 DNA聚合酶 DNA连接酶
基因工程步骤三--将重组的DNA 分子引入合适的宿主细胞内
1、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。