第七章现代生物技术与环境污染治理资料PPT课件

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现代环境生物技术PPT课件

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现代环境生物技术
王建龙 文湘华 编著
环境工程教研室


环境污染生物降解
夏北成 化学工业出版社
环境微生物工程
参 考 污染控制微生物 书 目 生物化学
微生物学microbiology
马文漪等 南京大学出版社 徐亚同等 化学工业出版社 王希成 清华大学出版社
J.Nicklin 科学出版社
基因与伦理
范冬萍等 羊城晚报出版社
DNA的双螺旋结构
世界首只克隆羊“多莉”
(二)意义
生物技术作为一个现代前沿学科领域,受到当今世界
各国的广泛关注,全球生物技术每年创造的产值约5000亿
一 、
美元,单项产品产值高达40亿美元,仅美国生物技术产值
达2240亿美元。 引

比如“三色”农业-绿色“露天农业” 、白色“工
厂农业”、蓝色“水生农业”。其中白色农业主要表示这
得到了影像,从而分辨出这种分子的维度、角度和形状; 引 她发现DNA是螺旋结构,至少两股,其化学“信息”面 言 向进里面。
1973:第一个成功的克隆转化实验,第一个有目的的 基因重组实验,是现代生物技术的标志。
1997:英培育出世界上第一例体细胞克隆动物“多莉” 羊,2003年2月14日去世。
1998:日本培育出体细胞克隆动物8头牛犊。
美国于2003年3月5日启动了牛基因组测序工程,将 言 能够改进牛奶和牛肉制品的质量以及提高食品的安全系
数。诸如此类,将为人类开创美好的明天。
一种新的软件MyGrid将加快人类基因组解读,而且 它还可以自动找到与该研究有关的信息,搜索基因和蛋 白质数据、调节网络和任何其它相关信息。
(一)定义
生物技术:以现代生命科学为基础,结合先进的工

现代生物技术与环境污染治理

现代生物技术与环境污染治理

问题与展望
Tankertanker Design
问题
• 尽管环境生物技术相对安全,但在其应用当还存在一 定的问题与困难,主要表现在以下几方面:

(1) 反应速度较慢,需要较大的反应器和占较大面积
ห้องสมุดไป่ตู้的土地;

(2) 对原水水质有严格的要求,否则会影响微生物的
正常生长;

(3) 运行中可能会出现污泥膨胀和流失,剩余污泥也
8/18/2019
生物芯片的基本原理
• 基因芯片的工作原理与经典的核酸分子杂交方法
(southern、northern)一致,应用已知核酸序列作为靶基 因与互补的探针核苷酸序列杂交,通过随后的信号检测进 行定性与定量分析。 • 蛋白质芯片的工作原理与经典的蛋白分子杂交方法 (western)一致,应用已知蛋白质作为靶标与检测探针杂交, 通过随后的信号检测进行定性与定量分析。
生物芯片
• 定义:
• 是借用电子芯片的概念,是指能够快速并行处理多 个样品并对其所包含的各种生物信息进行解剖的微 型器件,它的加工运用了微电子工业和微机电系统 加工中所采用的一些方法,只是由于其所处理和分 析的对象是生物样品,所以叫生物芯片。
生物芯片的分类和原理
• 2.1 生物芯片的分类
– 基因芯片 – 蛋白质芯片 – 组织芯片 – 芯片实验室
难处理;

(4) 对于人工合成物,特别是难生化降解的污,一般
的微生物也是无能为力;

(5) 活的有害菌体可能从实验室泄露,大规模工程微
生物的应用可能影响生态系统。
展望
Tankertanker Design

随着经济的腾飞、人口的膨胀、资源的短缺、环

生物技术与环境 PPT

生物技术与环境 PPT
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生物滤池
生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究, 1910年后期在美国开始了大规模的应用,20世纪70年 代逐步被好氧法代替,随着新型滤料的不断诞生,生 物滤池又得到了的改进,应用范围不断扩大。
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生物滤池的构造 生物滤池由滤床、布水装置和排水系统三部分组成。
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池壁 滤料 布水系统 排水系统
(2)化学需氧量(COD):用强氧化剂——重铬酸钾,在酸性条件下能够将
有机物氧化为H2O和CO2,此时所测出的耗氧量称为化学需氧量(COD)。 • COD能够比较精确地表示有机物含量,而且测定需时较短,不受水质限制,
因此多作为工业废水的污染指标。
(3)总需氧量(TOD):有机物主要是由碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)等元素
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煤炭的微生物脱硫
细菌浸出法
• 利用微生物把煤炭中不同类型的硫分解成可溶性铁 盐和硫酸后滤出煤粉。
表面改性法
• 利用细菌的氧化作用或附着作用改变黄铁矿表面性 质(疏水性),提高分离能力,从而将黄铁矿从煤中 脱除。
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微生物对无机废气的处理
• 微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自养 菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。
微型动物:存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类
等。
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2. 人工湿地处理系统法
湿地:
• 每年在足够长的时间内均具有前的表面水层,能 维持大型水生植物生长的生态系统。
人工湿地:
• 根据自然湿地模拟的人工生态系统,用于处理 废水。
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大家有疑问的,可以询问和交流
可以互相讨论下,但要小声点
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人工湿地处理系统的优点:
所组成。当有机物完全被氧化时,C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、 NO和SO2,此时的需氧量称为总需氧量(TOD)。

环境生物学s 第7章 现代生物技术与环境污染治理

环境生物学s 第7章 现代生物技术与环境污染治理

获取目的基因方法:1.从基因中获取目的基因。 2.利用PCR技术合成DNA 3. mRNA差异显示法获得目的基因 (反转录)
第一个基因工程药物:
1977年11月美国人工方法化学合成了人生长激素释放抑制素基因,具有工程
菌的功能。将其置于微生物发酵罐里,繁殖,其代谢产物含有人生长激素释
放抑制素.
(1B干扰素)
第一株转基因植物:1982年美国和比利时的学者,分 别把细菌中抗碘那霉素基因转入向日葵,烟草和胡萝 卜的细胞中,使这些植物的抗药性提高八倍多。
限制酶的识别特点
• 以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称,重复排 列
• 如:GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
黏性未端和平末端
(2)DNA连接酶
• ①连接的部位:磷酸和脱氧核糖之间的键:磷酸二酯键(梯子的 扶手)
• ②结果:两个相同的未端的连接。 • ③举例:E·coli DNA连接酶
(1)基因工程(重组DNA技术) (2)细胞工程 (3)发酵工程 (4)酶工程 (5)蛋白质工程 (6)生态工程技术
(1)基因工程(又叫做基因拼接技术或DNA重组技术)
用人工方法把不同生物的基因分离出来,在体外进行剪切, 拼接,重组在一起,然后把重组体放回宿主细胞内繁殖,最终获 得基因产物。即用人工的手段改造生物的遗传性状,获得基因产 物。
抗体主要由B淋巴细胞合成。每个B淋巴细胞有合成一种抗体的遗传基因。动物脾脏有上百万种不同的B淋巴细 胞系,含遗传基因不同的B淋巴细胞合成不同的抗体。当机体受抗原刺激时,抗原分子上的许多决定簇分别激 活各个具有不同基因的B细胞。被激活的B细胞分裂增殖形成该细胞的子孙,即克隆由许多个被激活B细胞的分 裂增殖形成多克隆,并合成多种抗体。如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养,就可得到由单细胞 经分裂增殖而形成细胞群,即单克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇的抗体,称为单克隆抗体。 基本原理 其原理是: B淋巴细胞能够产生抗体, 但在体外不能进行无限分裂; 而瘤细胞虽然可以在体外进行无限传代, 但不能产生抗体。将这两种细胞融合后得到的杂交瘤细胞具有两种亲本细胞的特性。

《环境生物学》 第七章

《环境生物学》 第七章
把活性污泥微生物对有机废水有机物或基质的生化呼吸线与其内源 呼吸线相比较,作为基质可生物降解性的评价指标,可作出如图7-1所 示的耗氧曲线,有三种情况:
结论: (1)生化呼吸线位于内源呼吸线之上,表明该有机物或废水可被微生物 氧化分解。两条呼吸线之间的距离越大,有机物或废水的生物降解性越好; 反之亦然(图7-1A)。 (2)生化呼吸线与内源呼吸线基本重合,表明该有机物不能被活性污泥 微生物氧化分解,但对微生物的生命活动无抑制作用(图7-1B)。 (3)生化呼吸线位于内源呼吸线之下,说明该有机物不能被微生物分解, 且对微生物生长产生了有害抑制作用,生化呼吸线越接近横坐标,抑制作 用越大(图7-1C)。 3、测定相对耗氧速率曲线
第七章 生物净化和治理的传 统方法
[本章要点]
本章介绍了环境生物技术的定义、研究 内容和在环境领域中的应用,阐述了微生物 处理污染物的特点、原理、影响因素和传统 微生物处理法的工作原理和方法。
环境生物技术(environmental biotechnology)诞生的背景:
由于人们的生产,生活活动对环境造成了各种各样的污染,人类 的生存和发展面临着严峻的挑战,迫使人类必须发动一场“环境革命” 来拯救自身,环境生物技术因此而诞生并日益受到重视,人们把生物 技术开发和应用的注意力转向环境保护。
6.废物强化处理技术研究
7.环境的生物监控技术研究
四个热门方向:
基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中,如何解决其遗传 稳定性、功能高效性和生态安全性等方面问题
开发废物资源化和能源化技术,利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、 生物农药、生物肥料以及利用废物生产生物能源,例如甲烷、氢气、乙醇 等
耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量,生物量可用活性污

【环境生物学】第7章 现代生物技术与环境污染治理

【环境生物学】第7章  现代生物技术与环境污染治理

第七章现代生物技术与环境污染治理P305第一节环境生物技术概况一、生物技术的含义二、生物技术的产生和发展三、现代生物技术的应用与前景一、生物技术的含义1.1 对科学和技术的理解1.2 生物学与生物技术1.3 生物技术的主要内容1.1 对科学和技术的理解科学与技术及工程的关系人类在实践中发现的客观规律称之为“科学”。

当人们运用这些规律去创造出成果时需要经过三个转化过程。

第一个转化是应用规律去发明一些称之为“技术”的方法和手段(如工具、设备);第二个转化是运用技术去设计出要求的工作目标,被称为“工程”;第三个转化是按照设计好的目标去实施之,创造出物质化成果。

•科学最早由哲学家提出科学最早由哲学家提出::进行研究——得出规律——成为科学成为科学,,科学用于解决实际问题就是技术实际问题就是技术。

我国著名砖建李国豪院士有一个很好的比喻的比喻,,他说“科学是树根科学是树根,,技术是树干和大的树枝和大的树枝,,众多的树叶就是工程。

”1.2 生物学与生物技术生物学:是研究生物各个层次的种类、结构、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系的学科。

人也是生物学研究的对象现代生物技术: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,按照预先的设计改造生物或加工生物原料,为人类生产所需产品或达到某种目的,即现代生物工程技术。

标志:1953年,Watson & Crick 发现了DNA的双螺旋结构,及其后来DNA重组技术的的发展。

现代生物技术特征1)生物技术的多学科性和综合性微生物、、动植物作为生物催化剂动植物作为生物催化剂,,有别于化学催化2)微生物剂3)最终目的将生物反应开发成为工业生产的工艺过(Bioprocess)。

即生物反应过程(程,即生物反应过程生物技术的上生物技术的上、、中、下游过程(next)上游过程:反应前的加工反应前的加工,,最重要的是提供和制备高产优质和足够数量的生物催化剂;即应用常规选育选育、、基因工程基因工程、、细胞工程和酶工程手段获得优良菌株良菌株、、细胞系或固定化的菌体等中游过程:生物反应器为中心下游过程:反应后的工序反应后的工序,,从反应液中提取目的产物加工精制成合格产品传统生物工程与现代生物工程的区别 传统生物工程:利用现有的生物类型或生物机能为人类服务现代生物工程:按照人们的意愿和需要创造全新的生物类型和生物机能。

微生物在环境污染治理中的作用.ppt

微生物在环境污染治理中的作用.ppt
营养、通风 • 检查布水装置及填料是否有堵塞 冲洗或停
(g/L)=SV/MLSS 能较好的反应污泥的松散程度和凝聚沉淀性能 • SVI值过低,说明泥粒细小紧密,无机物多,缺乏
活性; • 过高说明污泥难于沉淀分离,使回流污泥浓度降低 • SVI介于50~150 mL/g, 100 mL/g 最理想
2020/8/15
• 计算:曝气池混合液污泥沉降比为30%, 污泥浓度为2500 mg/L,求SVI
,单位为:m3(废水)/m2(滤料).d 有机负荷率: • 单位时间单位体积滤料所能承担的有机物
量,单位为:㎏(BOD5)/m3(滤料).d
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㈤ 生物膜法工艺流程

回流水
进水 初沉池 生物滤池 二沉池 出水
回流水 ⑵
进水 初沉池 一级生物滤池 二级生物滤池 二沉池 出水
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① 细菌为主,革兰阴性菌为主; ② 丝状细菌(引起活性污泥膨胀); ③ 真菌,较少,酸性(絮状体形成、污泥膨
胀有关); ④ 原生动物、微型后生动物(掌握各动物的
污水中的指示作用)。
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• 一般认为:当曝气池中出现大量钟虫、累 枝虫、盖纤虫、聚缩虫、独缩虫等固着型 的纤毛虫及轮虫时,说明污水处理运转正 常,出水水质好;
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应考虑回流的情况: • 进水浓度COD>400mg/L; • 污染物抑制微生物生长时。
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㈥ 生物膜法的类型 见图 • 生物滤池; • 塔式生物滤池; • 生物转盘(RBC); • 生物接触氧化。
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运行管理 • 控制好进水量、浓度、温度及所需投加的
机物的好氧处理过程; Ⅱ.不同点:

现代环境生物技术

现代环境生物技术

水源涵养
植被恢复有助于增加地表覆盖 ,减少水土流失,提高水源涵 养能力,维护水生态平衡。
气候调节
植被恢复能够增加碳汇,减缓全 球气候变化,同时降低地表温度
波动,改善局地气候环境。
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基因工程在环境治理中应 用前景
基因工程原理简介及操作策略
基因工程原理
基因工程是通过对生物体基因进行精确操作和调控,以改变 生物性状或生产有用物质的技术。它基于DNA重组技术,将 外源基因导入受体细胞,实现基因的表达和调控。
微生物去除营养物
微生物能够吸收污水中的营养物,如氮、磷等,从而 净化水质。
微生物絮凝作用
某些微生物能够产生絮凝剂,使污水中的悬浮颗粒凝 聚成较大的颗粒,便于后续处理。
大气污染控制中微生物技术应用
微生物脱硫技术
01
利用微生物代谢活动将含硫化合物转化为硫酸盐等无害物质,
降低大气污染。
微生物脱硝技术
02
环境科学与信息技术融合
利用大数据、人工智能等技术手段,对环境数据 进行实时监测、分析和预测,为环境管理提供科 学依据。
多学科交叉研究
环境生物技术涉及生物学、环境科学、化学、物 理学等多个学科领域,跨学科交叉研究有助于推 动创新成果产出。
政策法规对现代环境生物技术发展影响分析
政策法规的推动作

政府通过制定环保政策、法规和 标准,推动环境生物技术的研发 和应用,促进环保产业发展。
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细胞工程在环境治理中应 用前景
细胞培养技术原理及操作策略
细胞培养技术原理
通过模拟体内环境,提供适宜的 营养物质和生长因子,使细胞在 体外环境中生长、增殖和分化。
操作策略
选择合适的培养基和添加剂,控 制温度、pH值、溶氧量等培养条 件,以及定期传代和保持细胞活 性。
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第一节 现代生物技术的概述
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7.1.1、现代生物技术概述
一、生物技术
生物技术(Biotechnology)是指利用生物有机体或组成部分 发展新产品或新工艺的一种技术体系。
基因工程:核酸的分离、提取、体外剪切、拼接重组 以及扩增与表达等技术。

细胞工程:细胞的离体培养、繁殖、再生、融合,细

胞核、质、器的移植改建。
➢要有适当的启动子保证目的基因的正确转录。
➢基因的蛋白产物有时还需要经过修饰和加工才能成为
有活性的功能蛋白。
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7.2.3基因工程在环境生物处理中的应用
应用基因工程菌处理污染物的主要优势:
➢集中与创造与目的基因,提供综合性代谢新污染的通 路和杂种细胞。
➢提高代谢通路结构基因的表达,针对新的污染物,改 变表达的调节方式。
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三、目的基因的分离
1、从基因组直接分离目的基因
➢常用鸟枪法,用限制酶将某种生物的DNA切成片段并 分别加入载体,对受体细胞进行转化,让外源DNA所有 的片段都在宿主细胞中大量扩增,在筛选出有目的基因 的转化细胞。该法有一定的盲目性,工作量大。
2、酶促合成法
➢将真核细胞基因转录的全部RNA提取出来,在体外经 反转录酶的作用,生成与mRNA互补的DNA,即cDNA, 生物技术与环境污染 治理
现代生物技术概况
基因工程与环境污染治理
细胞工程与环境污染治理
酶学工程与环境污染治理
发酵工程与环境污染治理
生态工程与污水处理系统
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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六、对目的基因的筛选和检测
将目的基因在入载体,导入受体细胞后,必须对目的基 因进行检测,确认细胞中以摄入重组的DNA分子。检测 方法一般有遗传学方法、原位杂交法和免疫学方法。
七、目的基因在受体细胞中的表达
目的基因在受体细胞中的表达,受到许多因素的表达。
➢目的基因的阅读框架必须与载体DNA的启示密码相吻 合。
❖ 基因是DNA分子上的一个特定的片段,不同基因的遗 传信息有各自片段的碱基排列顺序所决定。
❖ 基因通过转录出的信息是核糖核酸指导mRNA合成特定 的蛋白质,使基因的以表达,完成特定的生命活动。
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7.2.2、基因工程的基本过程
一、基因工程的工具酶 要进行基因片段的剪切和拼接,首先需要能在特定位 置上切割DNA分子的限制性内切酶核能将DNA片段 连接在一起的DNA连接酶。 每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列,并在其中特 定的切点上切割DNA分子,把两种来源不同的DNA 用同一种限制酶来切,然后让两者的末端粘起来,在 用DNA连接酶将其连接起来,就可以组成重组DNA 分子
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7.1.2、现代生物技术在环境科学中的应 用前景
环境生物技术
就是应用于认识和解决环境问题过程的生物技术体 系、包括对环境污染效应的认识、环境质量评价和环 境污染的生物处理技术等。 ➢ 生物技术最早应用于环境污染治理的是利用农业废物 沤制堆肥。 ➢ 废水生物处理主要方法——活性污泥法已经过80余 年的历程。
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第二节 基因工程与环境污染生物 治理
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7.2.1、基因工程分子生物学基础
遗传物质分子——脱氧核糖核酸DNA
❖ DNA是由大量的脱氧核糖核苷酸组成的生物大分子。 可变部分是其碱基序列,嘌呤和嘧啶碱基携带遗传信息, 糖和磷酸基则起结构作用。(四种碱基:腺嘌呤A、鸟 嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C)
基因
酶工程:利用酶的特异催化功能,借助固定化,生物

反应器等新技术生产特定产品的技术

发酵工程:为微生物提供最适宜的发酵条件,生产特
定产品的技术
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生物技术的依据和出发点:
➢ 生物在生长、发育与繁殖过程中进行物质合成、 降解和转化的能力。
➢ 生物技术的核心基础是基因工程和细胞工程。
优越性:
➢ 不可取代 ➢ 快速、精确 ➢ 低耗、高效 ➢ 副产物、副作用小 ➢ 安全性好
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第三节 细胞工程与环境污染生物 处理
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7.3.1 细胞工程概述
细胞工程 ➢ 细胞工程是利用细胞学技术,有计划地改造细胞 遗传结构,从而培育出人们所需要的生物品种或 具有某些新性状的细胞群体。
细胞工程的内容
➢ 细胞培养:即使细胞在继续体外生长和繁殖。 ➢ 细胞融合:在一定条件下,将两个或多个细胞融
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二、基因工程载体 ❖要将一个外源的基因送入受体细胞,需要有运输工 具,这就是载体。 ❖常用载体有:质粒,噬菌体,动植物病毒。 ❖质粒是基因工程最常用的载体,首先由于其上有某 一限制酶的单一切点,用同种酶切断的外源DNA片段 插入该质粒的切口,就组成了重组DNA分子。其次由 于质粒上有选择性标记,可以根据受体细胞是否具有 该种标记来判断受体细胞是否获得了该重组质粒。因 此质粒在基因工程中得以广泛应用。
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二、现代生物技术的发展
❖ 目前发达国家中经营石油,化工,医药,
酿造和种子等产业的公司无一例外地都竞相 开展生物技术的研究和发展生物技术产业。
❖ 我国生物技术目前发展的重点:为进一步发
展农业培育高产优质和抗逆的动植物新品种: 为防治严重疾病研制新型疫苗和药物:为医 药、食品化工和农业生产开辟新途径开发蛋 白质工程技术。
➢控制降解途径的限制性步骤,提高分解代谢酶的合成 或其他生化反应过程效率
➢防止有毒中污染物的产生,防止非需要产品的出现,
用确定的基因实现最初的目的。
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主要应用:
➢降解卤代芳烃的基因工程菌 ➢分解尼龙寡聚物的基因工程菌 ➢分解多糖的基因工程菌 ➢抗金属基因工程菌 ➢除草剂降解基因酶链反应 12
(PCR)技术直接合成。
四、目的基因与载体的重组工艺 ➢用同一种限制酶切割含有目的基因的外源DNA和载 DNA,产生相同的粘性末端,在DNA连接酶的作用下, 形成完整的重组DNA分子。 五、将目的基因导入受体 ➢在体外完成的DNA的重组后,一般将重组的DNA分 子导入受体细胞让目的基因在受体细胞中表达。基因 工程中常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵母 菌和动植物细胞。
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