现代生物技术的主要内容与成就
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2.1.2 在生物技术中的地位
基因工程在生物技术中站住龙头地位，是其他生物技 术进步的源泉。转基因生物有着广泛的应用：药物、农作 物、动物、观赏动植物、微生物、基因治疗、环保、能源 等等。
2.1.3 基本原理
绝大部分生物的遗传物质是DNA，或遗传时需要经过 DNA
2.1.3 基本原理
遗传密码的通用性
1943年前，表面培养法生产青霉素，发酵效价40U／mL， 纯度20％，回收率30％; 1943年，采用机械通风发酵罐进行 深层发酵，效价200U／mL，纯度60％，回收率75％。
不久，其他抗生素如链霉素、新霉素相继问世。 1950年代，氨基酸发酵工业迅猛发展。 1960年代，酶制剂和有机酸工业发展迅速。
基 因 克 隆 操 作
外源基因在宿主细胞中的表达
重组DNA 目的基因 的mRNA 表达蛋白质
大肠杆菌（ E.coli）受体细胞
2.1.5 基因工程需要的材料
目的基因：有无毒害？ 载体：选择标记的安全性？抗生素、除草剂抗性、其他 宿主：有无病原、毒害和生态危害？ 剪切与连接工具: 限制性核酸内切酶和DNA连接酶 转基因的设备: 基因枪、电转仪等
微生物处理石油污染
现代生物技术有助于环境问题的最终解决
生物技术花卉与环境美化
1.1.1 传统生物技术 指利用自Hale Waihona Puke 界已有的生物或生物机能为人类服务 。
年代 公元前6000年 公元前4000年 公元前2000年 公元前221年 公元10世纪
传统生物技术产品追溯
事件 啤酒制作，苏美尔人和巴比伦人 面包制作 酒器，中国龙山文化 制酱、酿醋、制作豆腐，中国天花的活疫苗 酱油、泡菜、奶酒、干酪制作以及面团发酵、粪 便和秸秆沤制等
生物技术可促进相关问题的解决吗？
现代生物技术有助于粮食问题的最终解决
袁隆平－－世界杂交水稻之父
利用现代生物育种技术使水稻产量从200公斤/亩提高到1000 公斤/亩，获首届国家最高科学技术奖
现代生物技术有助于粮食问题的最终解决
转生长激素基因的 三文鱼
普通三文鱼
现代生物技术有助于疾病问题的最终解决
此外还有：克隆动物与胚胎工程技术、基因诊断 与基因治疗技术、生物材料技术、生 物能源技术、生物降解技术、生物芯 片技术、生态工程技术等
2.1 基因工程
2.1.1 概念
在基因的水平上改造生物的技术体系，是指在体外对生 物DNA进行剪切、加工、连接，使不同亲本的DNA分子 重新组合，并把它引入受体细胞中表达出具有新遗传特性 生物的过程。
2.1.3 基本原理
中心法则的通用性
基因工程如何“施工”？
• 不同种类生物的生物特性不同，其基因工程在操作 上和具体技术上必然有所差异。
• 但技术核心都是DNA的重组技术，又称为分子克隆 或基因克隆（gene cloning），即利用一系列的 DNA限制性内切酶、连接酶等分子手术工具，在某 种生物DNA链上切下某个目标基因或特殊的DNA 片段，然后根据设计要求，将其接合到受体生物的 DNA链上。
多克隆位点
polylinker
复制起始点 ori
筛选标记！
Amp
载体的基本组件
限制性内切核酸酶
在特异位点上切割DNA分子，识别序列呈回文对称。
EcoRⅠ的识别序列
5’- GAATTC-3’ 3’- CTTAAG -5’
限制性内切核酸酶在特异位点上切割DNA分子
5’NNNNNNNGAATTCNNNNNNNN3’ 3’NNNNNNNCTTAAGNNNNNNNN5’
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，从 100公斤动物的胰腺（占体重的1/1000） 中只能提取4-5克的胰岛素，价格昂贵
将胰岛素基因导入大肠杆菌， 每2000L培养液就能产生100 克 胰岛素！使其价格大为降低
现代生物技术有助于疾病问题的最终解决
人类生长激素缺乏症
重组人生长激素生产已经成功
现代生物技术有助于环境污染问题的最终解决
初期生物技术产品
年代
事件
1857年
Pasteur首先证实酒精发酵由酵母菌引起
1897年
Buchner发现磨碎的酵母也能使糖发酵成酒 精，并将具有发酵能力的物称酶
19 世 纪 末 到 20 嫌气发酵：丙酮、丁醇、乳酸、酒精、面包 世纪30年代 酵母、柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶
近代生物技术产品
大多为好气发酵，规模大，技术要求高。主要产品包括 抗生素、氨基酸、有机酸、酶制剂等。
生物技术产业是当今世界主要国家的支柱产业，是高新 技术革命的核心内容，广泛应用于医药卫生、农林牧渔、 轻工食品、化工、能源、环保等领域，将促进传统产业的 技术改造和新兴产业的形成，在解决人口、资源、能源、 食物和环境等问题中大有作为。
2 现代生物技术的主要内容
基因工程 Genetic engineering 细胞工程 Cell engineering 发酵工程 Fermentation engineering 酶工程 Enzyme engineering 蛋白质工程 Protein engineering
现代生物技术的
主要内容与成就
内容提要
1 现代生物技术革命 2 现代生物技术的主要内容 3 生物技术的主要成就
1 现代生物技术革命
第一次技术革命 工业革命 第二次技术革命 信息技术 第三次技术革命 生物技术
解放人的双手 扩展人的大脑 改造生命本身
生物技术将是未来经济发展的新动力
人类社会面临的重大问题和挑战
基因工程通常包括的步骤
• 第一步：获得目的基因
• 第二步：在限制性内切酶和连 接酶作用下与克隆载体相连接， 形成新的重组DNA分子。
• 第三步：用重组DNA分子转 化受体细胞，使之进入受体细 胞并在其中复制和遗传。
• 第四步：筛选和鉴定获得外源 基因的受体细胞。
• 第五步：通过对转基因细胞或 生物体进行发酵、细胞培养、 养殖或栽培等，最终获得所需 遗传性状或产物。
5’NNNNNG 3’NNNNNCTTAAp
1.1.2 现代生物技术 指按照人们的意愿和需要，通过改变基因，改良甚至创造
出新物种或具有新机能的物种，并利用它们或其产品作为或构 建新型生物反应器，进行物料加工，生产诸如粮菜果、医药、 工业原料、能源等产品。
生物技术的依据是生物体的各种机能，即在生长、发育与 繁殖过程中进行物质合成、降解和转化的能力。
基因工程在生物技术中站住龙头地位，是其他生物技 术进步的源泉。转基因生物有着广泛的应用：药物、农作 物、动物、观赏动植物、微生物、基因治疗、环保、能源 等等。
2.1.3 基本原理
绝大部分生物的遗传物质是DNA，或遗传时需要经过 DNA
2.1.3 基本原理
遗传密码的通用性
1943年前，表面培养法生产青霉素，发酵效价40U／mL， 纯度20％，回收率30％; 1943年，采用机械通风发酵罐进行 深层发酵，效价200U／mL，纯度60％，回收率75％。
不久，其他抗生素如链霉素、新霉素相继问世。 1950年代，氨基酸发酵工业迅猛发展。 1960年代，酶制剂和有机酸工业发展迅速。
基 因 克 隆 操 作
外源基因在宿主细胞中的表达
重组DNA 目的基因 的mRNA 表达蛋白质
大肠杆菌（ E.coli）受体细胞
2.1.5 基因工程需要的材料
目的基因：有无毒害？ 载体：选择标记的安全性？抗生素、除草剂抗性、其他 宿主：有无病原、毒害和生态危害？ 剪切与连接工具: 限制性核酸内切酶和DNA连接酶 转基因的设备: 基因枪、电转仪等
微生物处理石油污染
现代生物技术有助于环境问题的最终解决
生物技术花卉与环境美化
1.1.1 传统生物技术 指利用自Hale Waihona Puke 界已有的生物或生物机能为人类服务 。
年代 公元前6000年 公元前4000年 公元前2000年 公元前221年 公元10世纪
传统生物技术产品追溯
事件 啤酒制作，苏美尔人和巴比伦人 面包制作 酒器，中国龙山文化 制酱、酿醋、制作豆腐，中国天花的活疫苗 酱油、泡菜、奶酒、干酪制作以及面团发酵、粪 便和秸秆沤制等
生物技术可促进相关问题的解决吗？
现代生物技术有助于粮食问题的最终解决
袁隆平－－世界杂交水稻之父
利用现代生物育种技术使水稻产量从200公斤/亩提高到1000 公斤/亩，获首届国家最高科学技术奖
现代生物技术有助于粮食问题的最终解决
转生长激素基因的 三文鱼
普通三文鱼
现代生物技术有助于疾病问题的最终解决
此外还有：克隆动物与胚胎工程技术、基因诊断 与基因治疗技术、生物材料技术、生 物能源技术、生物降解技术、生物芯 片技术、生态工程技术等
2.1 基因工程
2.1.1 概念
在基因的水平上改造生物的技术体系，是指在体外对生 物DNA进行剪切、加工、连接，使不同亲本的DNA分子 重新组合，并把它引入受体细胞中表达出具有新遗传特性 生物的过程。
2.1.3 基本原理
中心法则的通用性
基因工程如何“施工”？
• 不同种类生物的生物特性不同，其基因工程在操作 上和具体技术上必然有所差异。
• 但技术核心都是DNA的重组技术，又称为分子克隆 或基因克隆（gene cloning），即利用一系列的 DNA限制性内切酶、连接酶等分子手术工具，在某 种生物DNA链上切下某个目标基因或特殊的DNA 片段，然后根据设计要求，将其接合到受体生物的 DNA链上。
多克隆位点
polylinker
复制起始点 ori
筛选标记！
Amp
载体的基本组件
限制性内切核酸酶
在特异位点上切割DNA分子，识别序列呈回文对称。
EcoRⅠ的识别序列
5’- GAATTC-3’ 3’- CTTAAG -5’
限制性内切核酸酶在特异位点上切割DNA分子
5’NNNNNNNGAATTCNNNNNNNN3’ 3’NNNNNNNCTTAAGNNNNNNNN5’
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，从 100公斤动物的胰腺（占体重的1/1000） 中只能提取4-5克的胰岛素，价格昂贵
将胰岛素基因导入大肠杆菌， 每2000L培养液就能产生100 克 胰岛素！使其价格大为降低
现代生物技术有助于疾病问题的最终解决
人类生长激素缺乏症
重组人生长激素生产已经成功
现代生物技术有助于环境污染问题的最终解决
初期生物技术产品
年代
事件
1857年
Pasteur首先证实酒精发酵由酵母菌引起
1897年
Buchner发现磨碎的酵母也能使糖发酵成酒 精，并将具有发酵能力的物称酶
19 世 纪 末 到 20 嫌气发酵：丙酮、丁醇、乳酸、酒精、面包 世纪30年代 酵母、柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶
近代生物技术产品
大多为好气发酵，规模大，技术要求高。主要产品包括 抗生素、氨基酸、有机酸、酶制剂等。
生物技术产业是当今世界主要国家的支柱产业，是高新 技术革命的核心内容，广泛应用于医药卫生、农林牧渔、 轻工食品、化工、能源、环保等领域，将促进传统产业的 技术改造和新兴产业的形成，在解决人口、资源、能源、 食物和环境等问题中大有作为。
2 现代生物技术的主要内容
基因工程 Genetic engineering 细胞工程 Cell engineering 发酵工程 Fermentation engineering 酶工程 Enzyme engineering 蛋白质工程 Protein engineering
现代生物技术的
主要内容与成就
内容提要
1 现代生物技术革命 2 现代生物技术的主要内容 3 生物技术的主要成就
1 现代生物技术革命
第一次技术革命 工业革命 第二次技术革命 信息技术 第三次技术革命 生物技术
解放人的双手 扩展人的大脑 改造生命本身
生物技术将是未来经济发展的新动力
人类社会面临的重大问题和挑战
基因工程通常包括的步骤
• 第一步：获得目的基因
• 第二步：在限制性内切酶和连 接酶作用下与克隆载体相连接， 形成新的重组DNA分子。
• 第三步：用重组DNA分子转 化受体细胞，使之进入受体细 胞并在其中复制和遗传。
• 第四步：筛选和鉴定获得外源 基因的受体细胞。
• 第五步：通过对转基因细胞或 生物体进行发酵、细胞培养、 养殖或栽培等，最终获得所需 遗传性状或产物。
5’NNNNNG 3’NNNNNCTTAAp
1.1.2 现代生物技术 指按照人们的意愿和需要，通过改变基因，改良甚至创造
出新物种或具有新机能的物种，并利用它们或其产品作为或构 建新型生物反应器，进行物料加工，生产诸如粮菜果、医药、 工业原料、能源等产品。
生物技术的依据是生物体的各种机能，即在生长、发育与 繁殖过程中进行物质合成、降解和转化的能力。