第七讲生物技术概论
生物技术概论
生物技术概论生物技术是一门涉及生物学、化学、物理、工程学等多个学科领域的综合性科学，它利用生物体或生物分子的特性进行研究、开发和应用。
生物技术的发展在现代科学中占据着重要的地位，对于人类的生活、健康和环境都有着重要的意义。
生物技术可以追溯到古代，早在几千年前，人们就开始使用发酵技术制作食品和酒精。
然而，真正意义上的现代生物技术的发展始于20世纪初，随着科技的进步和生物学的发展，生物技术在过去的几十年中取得了突破性的进展。
生物技术主要包括基因工程技术、细胞工程技术、蛋白质工程技术、酶工程技术等。
其中，基因工程技术是生物技术的核心内容，它通过改变生物体的遗传物质来实现对生物体性状的改良。
基因工程技术包括基因克隆、基因转导、基因敲除等多种手段，可以用于改善农作物的产量和品质，研制新型的药物和治疗方法，甚至可以用于改变人类自身的遗传特性。
细胞工程技术是生物技术的另一个重要领域，它通过对细胞的研究和利用，可以生产有用的化合物、疫苗和体外器官等。
细胞工程技术的发展不仅有助于改善药物和疫苗的生产工艺，还可以为组织工程和再生医学提供重要的基础。
蛋白质工程技术是指通过对蛋白质的结构和功能进行研究，利用基因工程等手段来改变蛋白质的性质和特性。
蛋白质工程技术的应用十分广泛，它可以用于制造具有特殊特性的药物、工业酶和生物材料等。
酶工程技术则是通过对酶的研究和改造，来提高酶的催化活性和稳定性，从而使其在工业和生物医学领域发挥更大的作用。
酶工程技术的应用范围广泛，例如在食品工业中，通过使用特定的酶可以使食物更易消化和更好吸收。
生物技术的发展在医学、农业、环境和工业等各个领域都产生了重要影响。
在医学领域，生物技术的应用已经取得了诸多突破，例如基因治疗和干细胞治疗等技术的发展，为人类治疗一些传统难以治愈的疾病提供了全新的希望。
在农业领域，生物技术可以改良作物的性状，提高产量和抗病能力，为解决全球粮食安全问题提供了有效手段。
同时，生物技术还可以使农业生产更加可持续，减少对环境的负面影响。
生物技术概论重点
1.什么是生物技术也称生物工程，是人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础科学的科学原理，按照预先的设计，改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的的一门新兴的、综合性的学科。
我：广泛地定义为通过一些技术利用生物体的组织或细胞来制造或改良生物产品、改良植物或动物、为特殊的用途开发微生物。
生物系统微生物结构和功能的材料开发也包括其中。
2.什么是克隆克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。
通常是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组织后代的过程。
3.克隆的一般步骤"分"是指分离制备合格的待操作的DNA，包括作为运载体的DNA和欲克隆的目的DNA；"切"是指用序列特异的限制性内切酶切开载体DNA，或者切出目的基因；"连"是指用DNA连接酶将目的DNA同载体DNA连接起来，形成重组的DNA分子；"转"是指通过特殊的方法将重组的DNA分子送入宿主细胞中进行复制和扩增；"选"则是从宿主群体中挑选出携带有重组DNA分子的个体。
我：提取目的基因，目的基因与运载体结合，将目的基因导入受体细胞，目的基因的检测和表达4.诺贝尔奖得主的主要贡献格里菲思：转换因子Beetle：一个基因一个酶Chase and Hershey：DNA的主要遗传载体,DNA是主要遗传物质沃森和克里克：DNA双螺旋Kornberg:DNA复制Jacob-Monod 乳糖操纵子尼伦伯格：遗传密码史密斯：DNA的限制酶贝尔格＆科恩：1stcloning案例桑格和吉尔伯特：DNA测序罗伯特：英国。
Interupted基因5.遗传材料双链DNA:折叠成染色体，多态性，拓扑的（线形、圆形、超螺旋形）单链DNA：通常在病毒中单链RNA：在细胞中不同分子有不同功能，也许是一些病毒的基因组双链RNA：某些病毒的基因组6.附加型DNA:非染色体DNA，质粒体（线粒体DNA，叶绿体DNA，微体细胞DNA，质粒）7.DNA是双链的碱基ATCG RNA单链AUCG8.什么是质粒质粒是独立于染色体之外能自我复制的环状双链DNA分子。
生物技术概论重点总结
生物技术概念：•生物技术（biotechnology），是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。
生物技术的种类•生物技术不完全是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代生物技术两部分。
•传统生物技术：指旧有的制造酱、酒、面包、奶酪、酸奶及其它食品的传统工艺。
•现代生物技术：包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程基因工程•基因工程是20世纪70年代随着DNA重组技术的发展应运而生的一门新技术。
是指在基因水平上操作并改变生物遗传特性的技术，也称为DNA重组技术。
细胞工程•是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种的目的，加速繁育动植物个体，或获得某种有用物质的技术。
酶工程•酶工程是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。
发酵工程•是指利用包括工程微生物在内的某些微生物或动植物细胞及其特定功能，通过现代工程技术手段生产各种特定的有用物质，或者把微生物直接用于某些工业化生产的一种技术。
蛋白质工程•是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过有控制的修饰和合成，对现有蛋白质加以定向改造和设计，构建并最终生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更符合人类需要的新型蛋白质。
细胞中的主要物质•遗传物质（即基因，编码蛋白质)•蛋白质（催化生化反应、构成细胞骨架、运输物质等）•碳水化合物（提供能量）•微量元素（激活或抑制蛋白）•水（溶剂）微生物工程菌发酵工程基因工程蛋白质或酶蛋白质工程或酶工程产品动、植物个体或细胞细胞工程优良动、植物品系现代生物技术的理论背景：现代生物技术是以20世纪70年代DNA 重组技术的建立为标志的。
第七讲生物技术概论
我国属于太阳能资源丰富的国家，面积每年接
受的太阳能相当于2.4万亿吨标准煤。 我国生物质的生产总量，近60亿吨，可期望转化 为生物能源的约为30-35亿吨标煤。
world without oil”, said Martin Larsson
化石资源的替代
社会经济可持续发展
资源
能源 环境
寻求化石资源的替代已经成为社会经济可持续发展 的重大战略方向
可再生资源的解决思路？
地球上所有的生命依赖于植物和 藻类，它们可以通过光合作用固 定太阳能与CO2，提供能量，是 生物资源和化石资源的基础。
二、环境
（一）环境问题的现状
1.温室效应与全球变暖
大气中二氧化碳、甲烷和氮氧化合物含量越高，热外流越受阻，从 而地表温度也升得越高，称为温室效应。
人类大量使用各种化石资源，温室气体排放迅速增加 在过去100年内全球平均气温升高了0.6℃，预计21世纪末 全球平均气温将升高3℃，冰川融化，到2100年世界海平面 将升高0.6~2米。 气温升高导致全球出现各种灾害性气候，台风、洪水、干 旱等灾害频发。
其生产过程可用“原料-产品-剩余物-产品”模式表示
四、生物技术对人类生产方式的改造
（一）生物技术是可持续发展的关键
无化石经济时代
后化石经济时代
化石经济时代
“后化石经济时代”即将到来！
布什1月31日发表的政府国情咨文提到: We have a serious problem: America is addicted to oil, which is often imported from unstable parts of the world. The best way to break this addiction is through technology. Breakthroughs on new technologies will help us reach a great goal: to replace more than 75 percent of our oil imports from the Middle East by 2025. By applying the talent and technology of America, this country can dramatically improve our environment, move beyond a petroleum-based economy.
生物技术概论
生物技术概论一、名词解释基因工程：（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA 重组技术。
所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
DNA变性：指核酸双螺旋碱基对的氢键断裂，双链变成单链，从而使核酸的天然构象和性质发生改变。
变性时维持双螺旋稳定性的氢键断裂，碱基间的堆积力遭到破坏，但不涉及到其一级结构的改变。
凡能破坏双螺旋稳定性的因素，如加热、极端的pH、有机试剂甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺等，均可引起核酸分子变性。
DNA克隆：应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗传物质——同源或异源、原核或真核、天然或人工的DNA与载体DNA相结合成一具有自我复制能力的DNA分子——复制子，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，即DNA克隆。
质粒：存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子。
转座子：是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA 序列。
它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分，转座子可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置，即一段DNA 顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。
位点特异性重组：重组发生在同源的短序列的范围之内，重组时发生精确的切割、连接反应，DNA 不失去、不合成。
两个DNA 分子并不进行对等的交换，有时是一个DNA 分子整合到另一个DNA 分子上（插入重组）。
是遗传重组的一类。
这类重组依赖于小范围同源序列的联会，重组也只发生在同源的短序列的范围之内，需要位点特异性的蛋白质分子参与催化。
回文结构：双链DNA 中的一段倒置重复序列,当该序列的双链被打开后,可形成局部“十”字形结构，这段序列被称为回文序列。
生物技术概论课程说明
生物技术概论课程说明生物技术概论课程是一门介绍生物技术基本知识和应用的课程，在课程中，学生将学习到与生物技术相关的基础理论和技术方法，了解生物技术在农业、医学和环境保护等领域的应用，以及相关的伦理和法律问题。
本文将对该课程的大致内容进行说明。
一、导论在本节中，我们将介绍生物技术的定义、历史背景以及其在当今社会中的重要性。
学生将了解到生物技术对人类生活和社会发展的积极影响，以及生物技术的潜在风险和道德问题。
二、基础理论本节将重点介绍生物技术的基础理论。
学生将学习到分子生物学、基因组学、细胞生物学等相关基础概念和原理。
我们将深入探讨DNA 结构与功能，基因表达调控，以及蛋白质合成等基本生物学过程。
三、主要技术方法在这一部分，我们将介绍一些重要的生物技术方法。
学生将学习到基因克隆、重组DNA技术、PCR扩增、基因测序等实验技术，并了解这些技术在研究和应用中的具体操作步骤和原理。
四、生物技术在农业中的应用本节将重点介绍生物技术在农业领域的应用。
学生将了解到转基因作物的培育与应用，以及农业生物技术在抗病虫害、提高农产品产量和改良品质等方面的作用。
我们还将探讨农业生物技术的环境影响和风险评估。
五、生物技术在医学中的应用本节将介绍生物技术在医学领域的应用。
学生将了解到生物制药技术、基因诊断和基因治疗等方面的进展和应用。
我们还将深入讨论细胞体外培养技术、干细胞研究和克隆技术在医学中的应用前景。
六、生物技术的伦理与法律问题在本节中，我们将探讨生物技术所带来的伦理和法律问题。
学生将了解到生物技术与个人隐私、知情同意和动物福利等伦理问题的关系，并学习到生物技术相关的法律法规和规范。
我们还将讨论生物技术的道德边界和社会责任。
七、课程设计与实践在这一部分，我们将介绍生物技术概论课程的设计和实践。
学生将了解到该课程的教学目标和学习方法，并参与一些小型实验和实践任务，以提高实际操作技能和团队合作能力。
此外，学生还将进行文献阅读和课堂讨论，以加深对生物技术的理解。
《生物技术概论》课件
生物技术的发展历程
总结词
生物技术的发展历程
详细描述
生物技术的发展可以分为四个阶段。第一阶段是传统生 物技术阶段，主要是利用微生物的自然发酵来生产各种 产品。第二阶段是近代生物技术阶段，主要是利用微生 物的遗传学特性，通过人工选育和杂交来改良微生物。 第三阶段是现代生物技术阶段，主要是以基因工程为基 础，实现了对生物遗传特性的精确控制和操作。第四阶 段是系统生物技术阶段，主要是以系统生物学为基础， 实现对生物系统的整体和全局控制。
蛋白质工程的应用实例
总结词
列举一些蛋白质工程的应用实例，说明其在实践中的 重要性和应用前景。
详细描述
蛋白质工程在实践中的应用非常广泛，包括药物设计 和开发、酶工程、生物传感器、生物材料等领域。例 如，利用蛋白质工程技术可以设计和开发新型药物， 如抗体药物、细胞因子等；在酶工程领域，可以设计 和改造酶分子，提高其催化活性和稳定性；在生物传 感器和生物材料领域，可以设计和制备具有特定功能 的生物材料，用于生物检测和医学治疗等领域。
THANKS
感谢观看
基因表达技术
基因表达是将外源基因在受体细胞中实现功能的技术，包括转录和翻 译两个过程，涉及启动子选择、转录调控和翻译后修饰等。
基因工程的应用实例
转基因作物
基因治疗
通过将外源抗虫、抗病、抗除草剂等 基因导入植物细胞，培育出转基因作 物，提高作物的产量和抗逆性。
通过将正常基因导入病变细胞，纠正 或补偿缺陷基因，达到治疗遗传性疾 病和恶性肿瘤等目的。
生物制药
利用细胞工程技术生产药 物，如干扰素、生长因子 等。
组织工程
利用细胞工程技术构建组 织或器官，如皮肤、骨骼 等。
04
酶工程
酶工程的定义与原理
生物技术概论知识概要
11.动物细胞融合的基本过程：细胞准备 诱导融合 杂种细胞的选择 杂种细胞克隆
12.遗传物质的转移方法：显微注射技术 基因枪技术 电穿孔 磷酸钙共沉淀法
脂质体法 二乙胺乙基葡聚糖技术 反转录病毒感染 原生质体融合法
9.外植体：由活体植物上切取下来以进行培养的那部分组织或器官。
10.愈伤组织：植物体的局部受到创伤刺激后，在伤口表面新生的组织，由活的薄壁细胞组成，可起源于植物体任何器官内各种组织的活细胞。
11.微繁殖技术：利用组织培养方法将植物体某一部分的组织小块进行培养并诱导分化成大量的小植株，从而达到快速无性繁殖的目的。
（4）杂种细胞克隆：对选择出来的杂种细胞进行选择与纯化，在经过培养获得所需的无性繁殖系。
10.次级代谢产物具有以下特征;
(1) 次级代谢产物是由微生物产生的，不参与微生物的生长和繁殖。
（2）次级代谢产物的生物合成与初级代谢产物合成无关的遗传物质有关。
3) 有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。
4) 有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。
5) 尽量减少副产物的形成，便于产物分离纯化。
6) 原料价格低廉，质量稳定，取材容易。
7) 所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，有利于提高氧的利用率，降低能耗。
8) 有利于产品的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”的物质。
6. 发酵生产常用的酵母菌：啤酒酵母、卡尔斯伯酵母、汉逊氏酵母属、假丝酵母属、红酵母属、毕赤氏酵母属。
7.工业常用的霉菌：藻状菌纲的根霉、毛霉、犁头霉。子囊菌纲的红曲霉。半知菌类的曲霉及青霉等。
8.根据营养来划分培养基：天然培养基 合成培养基 综合培养基
《生物技术概论总论》PPT课件
3 考试
➢ 3.1 考试方式 ➢ 形式: 闭卷 ➢ 期中考试（20%）和期末考试 （70%） ➢ 内容: 以课堂讲授内容为主，含引申内容。 ➢ 3.2 平时成绩（10%） ➢ 考勤（10%) ➢ 3.3 总成绩
生物技术总论 Biotechnology General Introduction
主要内容：
Berg），标志生物技术的核心技术－－基因工程开始 ➢ 以基因工程为核心，带动了现代发酵工程、酶工程、细胞
工程及蛋白质工程的发展，形成现代生物技术
3 生物技术对经济社会发展的影响
➢ 3.1 改善农业生产、解决食品短缺 ➢ 3.2 提高生命质量、延长人类寿命 ➢ 3.3 解决能源危机、治理环境污染 ➢ 3.4 制造工业原料、生产贵重金属 ➢ 3.5 生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响
生物经济是以生物科技研究开发与应用为基础的经济，是 一个与农业经济、工业经济以及信息经济相对应的经济形 态。
2001年2月，时任北京大学副校长、“863”计划生物领域 专家的陈章良，以其生物科技战略专家的眼光在“中国青 年创新论坛”介绍了《经济展望》杂志所提出的一个新名 词“生物经济”，并认为生物技术的发展是一个基因可以 形成一个产业。在同年4月 “2001中国企业高峰会”上， 他又指出：生物技术突飞猛进的发展，将造就一大批成功 的公司，生物技术是继IT产业后又一个为各国政府重视的 产业。
1.5 生物技术的种类及其相互关系
➢ From DNA to Human
1.5 生物技术的种类及其相互关系
➢ 1.5.7 五大工程间的关系
➢ 按照自己的愿望改造物种，往往要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，要通过发酵工程和酶工程来 实现产业化。
生物技术概论知识点总结
生物技术概论知识点总结
生物技术是利用生物学原理和生物体系的工程技术手段来解决
生物学和医学等领域的问题的一门综合性学科。
它涉及到许多知识点，包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程、生物信息学、生物制药、农业生物技术等内容。
首先，基因工程是生物技术的重要组成部分，它涉及到DNA重
组技术、基因克隆、基因编辑等内容。
基因工程的应用包括转基因
作物的培育、基因治疗、生物制药等领域。
其次，细胞工程也是生物技术的重要内容，它涉及到细胞培养、细胞转染、干细胞技术等。
细胞工程在组织工程、再生医学、细胞
治疗等方面有着重要的应用。
除此之外，蛋白质工程也是生物技术的重要领域，它涉及到蛋
白质的表达、纯化、改造等技术，用于生产重组蛋白、酶、抗体等
产品。
生物信息学是近年来发展迅速的领域，它涉及到生物数据的获取、存储、分析和应用，包括基因组学、蛋白质组学、转录组学等
内容，为生物技术的发展提供了重要支持。
生物制药是生物技术的一个重要应用领域，利用基因工程技术生产药物，包括重组蛋白药物、基因治疗药物、细胞治疗药物等。
农业生物技术是利用生物技术手段改良农作物、畜禽，提高农业生产效率和产品质量的一门学科，包括转基因作物、分子标记辅助育种、疾病抗性育种等内容。
总的来说，生物技术涉及的知识点非常广泛，涵盖了生物学、化学、工程学等多个学科领域，是一个不断发展和创新的领域。
通过对生物技术知识点的深入学习和研究，可以更好地应用生物技术解决现实生活和生产中的问题，推动生物技术的发展和进步。
生物技术概论(高立图书)
生物技術概論(高立圖書)
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5.3.2 治療性蛋白質
圖5.9 使用細菌生產人類胰島素的過程。
生物技術概論(高立圖書)
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5.3.2 治療性蛋白質
表5.1 來自重組型細菌的治療型蛋白質
蛋白質
功能
醫學應用性
DNase
分解DNA的酵素
治療纖維囊腫病變病患
紅血球生成素 激發紅細胞的生產過程 使用於治療罹患貧血症 ( 低紅血球細胞數量 ) 的病患
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5.4 疫苗
病原菌(pathogens) 接種(vaccination) DPT疫苗(DPT vaccine) MMR[ 麻疹(measles)、流行性腮腺炎(mumps)、與
德國麻疹(rubella)] 疫苗 OPV[ 口服小兒麻痺症疫苗(oral polio vaccine)]
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5.1 微生物的構造
球菌(cocci) 桿菌(bacilli)
圖 5.1 細菌的外形。
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5.1 微生物的構造
圖5.2 培養中的細菌。
生物技術概論(高立圖書)
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5.1.1 酵母菌也是重要的微生物
酵母菌 (yeast) 真菌 (fungi) 好氧狀態 (aerobic condition) 厭氧狀態 (anaerobic condition) 批次製程 (batch process)
人類疾病症狀
萊姆病 眼睛傳染病，生殖器官 – 泌尿道傳染病 ( 亦即，骨盆腔發炎疾病 ) 嚴重性食物傳染病 ( 腹瀉 ) 孩童的嚴重傳染病 ( 眼睛、喉嚨、和耳朵的傳染病，腦膜炎 ) 胃 ( 胃黏膜 ) 潰瘍 李氏桿菌症 ( 嚴重性食物傳染病 ) 結核病 腦膜炎和血液傳染病 肺炎，慢性肺傳染病 斑疹傷寒 地中海型斑疹熱 急性 ( 短期 ) 呼吸道感染 鼠疫 霍亂 ( 腹瀉疾病 )
生物技术概论讲解
⽣物技术概论讲解《⽣物技术概论》复习重点⼀、名词解释1．⽣物技术（biotechnology）⽣物技术（biotechnology），也称⽣物⼯程(bioengineering)，是指⼈们以现代⽣命科学为基础，结合先进的⼯程技术⼿段和其他基础学科的科学原理，利⽤⽣物体或其体系或他们的衍⽣物来制造⼈类所需要的各种产品或达到某种⽬的的⼀门新兴的综合性的学科。
2．细胞⼯程细胞⼯程是指应⽤细胞⽣物学和分⼦⽣物学的⽅法，通过类似于⼯程学的步骤，在细胞整体⽔平或细胞器⽔平上，按照⼈们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获得新型⽣物或⼀定细胞产品的⼀门综合性科学技术。
3.载体分⼦克隆载体是⼀类可供外源DNA插⼊并携带重组DNA分⼦进⼊适当宿主细胞的DNA分⼦。
4.培养基培养基是提供微⽣物⽣长繁殖和⽣物合成各种代谢产物所需要的、按⼀定⽐例配制的多种营养物质的混合物。
5.基因⽂库将⼤分⼦量的染⾊体组DNA分⼦经酶切形成⼤⼩合适的DNA⽚段群，或是经过反转录合成不同⼤⼩适合于基因克隆的cDNA分⼦群体，连接到载体分⼦上，转⼊受体细胞后得到的克隆的集合体，叫基因⽂库。
6. DNA 变性与复性变性：在⾼温及强碱条件下，双链DNA分⼦氢键断裂，两条链完全分离，形成单链DNA分⼦复性：降低温度、pH及增加盐浓度可使变性的DNA分⼦重新形成天然的DNA7.重叠基因随着DNA核苷酸序列测定技术的发展，⼈们已经在⼀些噬菌体和动物病毒中发现，不同核苷酸序列是彼此重叠的，称这样的两个基因为重叠基因（overlapping genes）,或嵌套基因（nest gene）8.植物组织培养是指从有机体内取出组织或细胞，在体外进⾏培养，使之⽣存或⽣长成组织。
9.限制性内切酶限制性内切酶是⼀类能够识别双链DNA分⼦中的某种核苷酸序列，并由此切割DNA双链结构的核酸内切酶。
10.断裂基因在基因编码序列中有与氨基酸编码⽆关的DNA间隔序列，使⼀个基因分隔成不连续的若⼲区段11.多克隆位点DNA载体序列上⼈⼯合成的⼀段序列，含有多个限制内切酶识别位点。