生物技术概论修改

在设备方面的应用
在生产金属、生物反应器等方面。 ——生物冶金，利用细菌把矿物中的不溶性 化合物变成可溶性的化合物，再用湿法冶 金从溶液中回收金属的方法。 ——膜生物反应器处理废水
目前，生物技术对人们生产和生活的影响越 来越大，创造的经济价值越来越大，2001 年全球生物技术公司达4284家，其中上市 的有622家，销售收入348美元，这些公司 主要分布在欧美达85％。专家预计，到 2020年后，人类将走向生物经济时代。 中国一直把生物技术放在日益重要的位置， 以在生物医药、作物和畜牧品种选育等方 方面取得了很大成就。
1897年，法国布赫纳（Buchner）：任何生
物都有引起发酵的物质：酶 1928年，弗莱明（A. Fleming）发现青霉 素，抗生素的工业化
现代生物工程技术的崛起与发展
1953年，Watson and Crick DNA 核酸双螺旋 结构，半保留复制 1970，分离纯化限制性核酸内切酶 1971年，美国保罗.伯格（Berg）: DNA体外重 组技术，基因工程技术的开始 1976年，诞生了第一家生物技术公司 1982年第一个基因工程产品——胰岛素投入市 场 1983 聚合酶链反应（PCR）体外基因扩增技术
机或有机原料进行酶加工（生物化学 反应过程）获得产品的工业。其主体 是利用微生物进行反应的工业，处于 生物工程的中心地位。
这个5个方面的技术并不是各自独立的，它们彼此
之间是相互联系、相互渗透的。其中基因工程处 于核心位置，发酵工程是生物工程的主要终端。
二、生物技术的产生和发展
第一代生物工程技术产品:远古时代
下游过程：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。
1.3 生物技术的主要内容
基因工程 细胞工程 蛋白质工程 酶工程 微生物工程
生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一,可以
生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工 新材料 ——传统化学法由丙烯腈合成丙烯酰胺,转化率仅为 97 %～98 %。由化学法合成的丙烯酰胺聚合生成 的聚丙烯酰胺分子质量很难超过1 200万。而采用 生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成,丙烯酰胺转 化率达99. 99 % 以上,比化学法成本低10 %以上。 由于丙烯酰胺纯度高,聚合生成的聚丙烯酰胺分子 质量可达到2 000 万,可成功用于油田三次采油
现代生物技术特征
1）生物技术的多学科性和综合性 2）微生物、动植物作为生物催化剂，有别于化学催 化剂 3）最终目的将生物反应开发成为工业生产的工艺过 程，即生物反应过程（Bioprocess）。
生物技术的上、中、下游过程
上游过程：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、基因工程、细胞工程和 酶工程手段获得优良菌株、细胞系或固定 化的菌体等 中游过程：生物反应器为中心
时期 第一代产品
名称
采用技术
附加值 低、中
啤酒、苹果酒，发酵 自然发酵 面包、醋等
第二代产品
抗生素、单细胞蛋白 初涉物理、化 中、高 质、酶、乙醇、丙酮、学、遗传、分 维生素、氨基酸等 析、细胞杂交、 物理化学、诱 变育种
涉及工、农、医、信 基因工程、细 息和基础生物学的各 胞工程 个方面如：基因药品、 DNA芯片、生物导弹 高、很高
第二代生物工程产品：巴斯德时代
19世纪中叶，法国科学家路易.巴斯德， Pasteur实验证明发酵原理
19世纪末，德国人利斯特.柯赫（Rober Koch）细菌纯
粹培养技术
流行病判断的柯赫法则 一、该病的每一个病者体内必须能找到引起该病的微 生物； 二、这种微生物必须能被分离出，并能在培养基（物） 中生长； 三、这种微生物的纯培养物接种到易感动物能再发生 这种病的自然状态时出现的症状及病变； 四、在人工发病的动物体中又可分离到这种微生物。
基因工程：是应用人工方法把生物的遗传物质，通
常是脱氧核糖核酸(DNA)分离出来，在体外进行切 割、拼接和重组。然后将重组了的DNA导人某种宿 主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还 使新的遗传信息(基因)在新的宿主细胞或个体中大 量表达，以获得基因产物(多肽或蛋白质)。这种通 过体外DNA重组创造新生物并给予特殊功能的技术 就称为基因工程，也称DNA重组技术。
在食品方面的应用 扩大食品、饮料及营养素的来源
1. 对食品资源的改造 2. 对食品加工过程和食品品质的改良 3. 在食品处理及分析过程中的应用 4. 开发新食品材料
5. 获得功能性保健食品素材
6. 在农副产品深加工和综合利用方面的应用
在能源和环境方面的应用
废物处理、生物净化及新能源 ——解决能源危机 （1）改变石油开采途径 （2）生物量的利用
——消除环境污染
生化过程代替化学合成过程； 生物农药代替化学农药，以虫治虫，菌治菌； 阻止有害三废物质过度产生，尽量再循环利用
在化学品方面的应用
生物技术从医药领域逐渐向化工领域转移,使传统的 以石油为原料的化学工业发生变化,从而向条件温 和、以可再生资源为原料的生物加工过程转化。 ——1 ,3 丙二醇(PDO) 是一种重要的化工原料,可 以合成聚酯PTT(聚对苯二甲酸丙二酯) 。目前国 际上主要是采油化学法生成PTT，但其副产物多， 选择性差。现已开始研究采用生物发酵法生产 1 ,3 丙二醇，美国杜邦通过基因工程方法开发了 以淀粉为原料生产PDO的工艺,该工艺不产生污染 物,并通过发酵法合成的POD合成了聚酯PTT。
公元前6000年前，苏米尔人即古代巴比伦人 酿造 啤酒 公元前4000年前，古代埃及人 发酵面包 我国的先民在仰韶时期（公元前5000 年~公元前 4000 年），就利用小口尖底瓮保温发酵酿制谷芽 酒，并在该容器内澄清、饮用。 到了大汶口时期（公元前4300年4公元前2400年）， 酿酒有了较大发展，饮酒之风很盛行，出土了数 量较多的大件酿酒发酵窖器———大口尖底陶尊 及多姿多彩的酒具，表明了酒已具有礼仪功能。
第三代产品
三、现代生物技术的应用与前景
3.1 现代生物技术的应用 3.2 现代生物技术的前景
3.1 现代生物技术的应用
现代生物技术主要应用在7个方面 ——疾病治疗 ——诊断试剂 ——农林和园艺 ——食品 ——环境 ——化学品 ——设备
在疾病治疗方面的应用主要包括：
抗 生 素
基因治疗
生物制药
我国著名专家李国豪院士有一个很好 的比喻，他说科学树根，技术是树干和大 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
现代生物技术：有时也称为生物工程 （bioengineering),是指人们以现代生命 科学为基础，结合其他基础学科的科学原 理，采用先进的工程技术手段，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。 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。
A、燃烧 B、微生物作用： 在常温下湿物质产生：乙醇、沼气 C、碳氢化合物：某些植物（特别是大戟属植物）汁液中含 有碳氢化合物可作石油代用品或作提取石油化学工业的 各种原材料代用品。 D、光合放氢： 特殊情况下：绿藻、蓝藻、细菌 E、 生物电池：生物燃料电池：利用酶或微生物将没有电活 性燃料转化为电活性燃料。如甲醇、甲醛、
酶工程
酶工程：利用酶、细胞器或细胞所具有的 特异催化功能以及对酶进行的修饰改造，并 借助生物反应器生产人类所需要的一项技术。 它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、 酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。

蛋白质工程
蛋白质工程(protem engmeenng)是指在基因工程
的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计 和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因 的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行 修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型 蛋白质的技术。 以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关 系为基础，通过所控制的基因修饰和基因合成， 对现有蛋白质加以定向改造、设计、构建，并最 终产生出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、 更加符合社会需要的蛋白质。
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：进行研究—
— 得出规律——成为科学，科学用于解决实 际问题就是技术。
在诊断试剂方面的应用
临床检测与诊断检测，食品、环境及农业
检测
——利用单克隆抗体、DNA探针等检测疾病 ——利用DNA 探针、PCR 技术等检测食品、环
境中的微生物种类和数量
在农林和园艺方面的应用
1. 2. 3. 4.
改良作物和苗木品质，现已有4500多种作物转基因获 得成功 人工种子 转基因动物 生物杀虫剂、除草剂等
现代生物技术概论
本章主要内容
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”。
1997年，生物学界发生了一件轰动世界的大事：
克隆羊多莉诞生
体细胞克隆
Hale Waihona Puke Baidu
利用克隆技术将需要进行器官或组织移 植病人的体细胞核移植到去核的卵母细胞内, 构建核移植胚,使其进行一定程度的发育,并经 过适当处理,对其进行诱导,使其定向发育成供 病人移植所需的器官或组织,不但可解决器官 和组织来源不足的问题,还可以克服异体器官 和组织移植中的免疫排斥反应,从而提高器官 和组织移植的成功率

发酵工程
发酵工程（微生物工程） ：利用微
生物生长速度快、生长条件简单以及 代谢过程特殊等特点，在合适条件下， 通过现代化工程技术手段，由微生物 的某种特定功能生产出人类所需的产 品称为发酵工程(fermentation enganeenng)，也称微生物工程
利用生物的生命活动产生的酶，对无
3.2 现代生物技术的前景
生物工程技术预计发展方向： 基因组：酵母、线虫、果蝇、拟南芥、人类 生物芯片：基因芯片、蛋白质芯片 干细胞生物学：动物克隆、生物信息学 生物信息学：计算机模拟 神经科学：
它是一项将生物的某个基因通过基因载体运送到另
一种生物的活性细胞中，使之无性繁殖（称之为克 隆）和行使正常的功能（称之为表达），从而创造 生物新品种或新物种的遗传学技术。
细胞工程 是指以组 织、细胞和细胞器为 对象进行操作，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， 最终获得人们所需要 的组织、细胞或个体。