第1章 生物技術(shù)總論

1、 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 生物技術(shù)概論生物技術(shù)概論 湖 北 大 學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 宋兆建Tel：88663882-8049（O）-Mail：辦公室：生科院7

2、04 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 教材 宋思揚(yáng),樓士林.生物技術(shù)概論.科學(xué)出版 社,2014（第四版）參考書目1.瞿禮嘉等主編.現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論.高等教育出版社、施普林格出版社,19982.謝從華,柳俊.植物細(xì)胞工程.高等教育出版社,20043.楊淑慎. 細(xì)胞工程. 科學(xué)出版社, 2009 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院Colle

3、ge of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 4.胡銀崗.植物基因工程.西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社,20065.袁婺洲.基因工程.化學(xué)工業(yè)出版社,20106.李樹(shù)賢.植物染色體與遺傳育種.科學(xué)出版社,20087.張獻(xiàn)龍,唐克軒.植物生物技術(shù).科學(xué)出版社,20048.楊光圣,員海燕.作物育種原理.科學(xué)出版社,2009 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 第

4、一章 生物技術(shù)總論 第二章 植物細(xì)胞工程第三章 動(dòng)物細(xì)胞工程第四章 染色體工程 第五章 基因工程 第六章 生物技術(shù)與作物生產(chǎn)現(xiàn)代化主要內(nèi)容主要內(nèi)容 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 第七章 生物技術(shù)與園藝花卉第八章 轉(zhuǎn)基因技術(shù)與生物安全（酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程自學(xué)） 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life S

5、cience. SongCollege of Life Science. Song 第一章 生物技術(shù)總論 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 一、生物技術(shù)簡(jiǎn)介一、生物技術(shù)簡(jiǎn)介1.1 1.1 生物技術(shù)的定義生物技術(shù)的定義生物技術(shù)（biotechnology）,亦稱生物工程（bioengineering）,是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其它基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生

6、物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的綜合技術(shù)學(xué)科。 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 1982年，國(guó)際合作及發(fā)展組織對(duì)“生物技術(shù)”這一名詞的定義： 應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物體作為反應(yīng)器將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。（瞿禮嘉等現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論） 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College o

7、f Life Science. SongCollege of Life Science. Song 1.2 1.2 生物技術(shù)的種類及其相互關(guān)系生物技術(shù)的種類及其相互關(guān)系 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science

8、. Song 二、生物技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史二、生物技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史2.1 傳統(tǒng)生物技術(shù)階段我國(guó)殷朝 制醬周朝 制醋公元前6000年古代巴比倫人釀造啤酒公元前4000年埃及人制作面包 特點(diǎn)特點(diǎn): :自然發(fā)酵、全憑經(jīng)驗(yàn)自然發(fā)酵、全憑經(jīng)驗(yàn)公元10世紀(jì)，我國(guó)就有了預(yù)防天花的活疫苗；明代，已經(jīng)廣泛種植痘苗預(yù)防天花遠(yuǎn)古人類發(fā)現(xiàn)，吃剩的米粥數(shù)日后變成了醇香可口的飲料人類最早發(fā)明的酒 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 考古學(xué)家在中國(guó)

9、河南省一個(gè)新石器早期的村莊賈湖搜集到16件陶器。這些陶器的歷史可追溯到大約公元前7000年，也就是距今9000年前?？茖W(xué)家還對(duì)陶器里面的殘留物進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)殘留物的化學(xué)成分與現(xiàn)代稻米、米酒、葡萄酒、葡萄丹寧酸以及古代和現(xiàn)代草藥的殘留物化學(xué)成分相同。另外，殘留物還包含有山楂和蜂蜜的化學(xué)成分，證明陶器中存放過(guò)以稻米、蜂蜜和水果為原料調(diào)和加工而成的飲料“千年美酒”。這項(xiàng)研究結(jié)果刊登在最近一期的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)上。2004.12.17賈湖遺址發(fā)現(xiàn)世界最古老的酒賈湖遺址發(fā)現(xiàn)世界最古老的酒 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院Co

10、llege of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 2.2 近代生物技術(shù)階段1674年，荷蘭布商列文虎克自制顯微鏡發(fā)現(xiàn)了微生物（細(xì)菌和原生動(dòng)物）1865年，法國(guó)科學(xué)家巴斯德證明了發(fā)酵原理1928年，英國(guó)弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素1940年，弗羅里和錢恩成功提取青霉素以上發(fā)現(xiàn)促進(jìn)發(fā)酵工業(yè)的迅速發(fā)展酶工程的出現(xiàn)細(xì)胞學(xué)理論與細(xì)胞工程遺傳學(xué)的誕生與遺傳育種 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life S

11、cience. Song Mendel 奧地利天主教神父奧地利天主教神父 在在18651865年他根據(jù)豌豆七對(duì)年他根據(jù)豌豆七對(duì)不同性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)生殖細(xì)胞成熟中等位基因的生殖細(xì)胞成熟中等位基因的分離、非等位基因自由組合分離、非等位基因自由組合兩條遺傳規(guī)律，即遺傳學(xué)兩條遺傳規(guī)律，即遺傳學(xué)分分離規(guī)律和自由組合規(guī)律離規(guī)律和自由組合規(guī)律。為。為遺傳學(xué)提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)遺傳學(xué)提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ), ,創(chuàng)立創(chuàng)立了孟德?tīng)枌W(xué)派。了孟德?tīng)枌W(xué)派。 不能忘記的人不能忘記的人 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of

12、 Life Science. SongCollege of Life Science. Song T H MorganT H Morgan（1866-19451866-1945） 美國(guó)遺傳學(xué)家美國(guó)遺傳學(xué)家 從從19101910年到年到3030年代他在果年代他在果蠅遺傳實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步證實(shí)了孟蠅遺傳實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步證實(shí)了孟德?tīng)柗蛛x定律和自由組合定律。德?tīng)柗蛛x定律和自由組合定律。他的兩大重要發(fā)現(xiàn)：一是發(fā)現(xiàn)他的兩大重要發(fā)現(xiàn)：一是發(fā)現(xiàn)基因在染色體上，二是發(fā)現(xiàn)遺基因在染色體上，二是發(fā)現(xiàn)遺傳的基因鏈鎖和互換定律。建傳的基因鏈鎖和互換定律。建立了摩爾根基因?qū)W說(shuō)。立了摩爾根基因?qū)W說(shuō)。 他的格言：他的格言：“實(shí)驗(yàn)方法的

13、實(shí)驗(yàn)方法的本質(zhì)在于每一種見(jiàn)解和假說(shuō)都本質(zhì)在于每一種見(jiàn)解和假說(shuō)都必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，然后才必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，然后才被承認(rèn)其科學(xué)地位。被承認(rèn)其科學(xué)地位?！?不能忘記的人不能忘記的人 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 2.3 現(xiàn)代生物技術(shù)階段1953年 Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1972年 Paul Berg首次進(jìn)行DNA體外連接1973年 DNA重組技術(shù)建立1975年 建立單克隆抗體技術(shù)(Ko

14、hler & Milstein) 1977年 利用大腸桿菌生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素釋放抑制因子（第一個(gè)基因工程藥物）1978年 大腸桿菌表達(dá)出胰島素1985年 Kary Mullis發(fā)明PCR方法1997年 英國(guó)克隆多莉羊 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song J D Watson F H C Crick 1953 1953年年4 4月月2525日，日，英國(guó)英國(guó)自然自然雜志發(fā)雜志發(fā)表了沃森和克立克的表了沃森和克立克

15、的文章文章“核酸的分子結(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)構(gòu) DNA DNA的一個(gè)結(jié)的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)模型”。標(biāo)志著。標(biāo)志著DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的建雙螺旋結(jié)構(gòu)的建立，從此，遺傳學(xué)和立，從此，遺傳學(xué)和生物學(xué)的歷史從細(xì)胞生物學(xué)的歷史從細(xì)胞階段進(jìn)入了分子階段。階段進(jìn)入了分子階段。 不能忘記的人不能忘記的人 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song Paul Berg 保羅保羅伯格（美國(guó)生物伯格（美國(guó)生物化學(xué)家）通過(guò)把兩個(gè)不同來(lái)化學(xué)家）通過(guò)把兩

16、個(gè)不同來(lái)源的源的DNADNA連結(jié)在一起并發(fā)揮連結(jié)在一起并發(fā)揮其應(yīng)有的生物學(xué)功能，證明其應(yīng)有的生物學(xué)功能，證明了完全可以在體外對(duì)基因進(jìn)了完全可以在體外對(duì)基因進(jìn)行操作。他作為行操作。他作為“重組重組DNADNA技術(shù)之父技術(shù)之父”于于19801980年獲諾貝年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。爾化學(xué)獎(jiǎng)。 不能忘記的人不能忘記的人 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song Kary Mullis 1985年，穆利斯發(fā)明了年，穆利斯發(fā)明了高效復(fù)

17、制高效復(fù)制DNA片段的片段的聚合酶聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)，利技術(shù)，利用該技術(shù)可從極其微量的樣用該技術(shù)可從極其微量的樣品中大量生產(chǎn)品中大量生產(chǎn)DNA分子，使分子，使基因工程獲得了革命性發(fā)展?；蚬こ太@得了革命性發(fā)展。因此而獲得因此而獲得1993年諾貝爾化年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)學(xué)獎(jiǎng) 不能忘記的人不能忘記的人2.4 2.4 生物技術(shù)發(fā)展史上的重要事件生物技術(shù)發(fā)展史上的重要事件 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Son

18、g 三、生物技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響三、生物技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺提高生命質(zhì)量、延長(zhǎng)人類壽命提高生命質(zhì)量、延長(zhǎng)人類壽命解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬主主要要表表現(xiàn)現(xiàn) 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 1.提高農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)（1）培育抗逆作物優(yōu)良品系（2）植物種苗的工廠化生產(chǎn)（3）提

19、高糧食品質(zhì)（4）生物固氮，減少化肥使用量（ 如：“綠色水稻構(gòu)想”）（5）生物農(nóng)藥，生產(chǎn)綠色食品改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決糧食短缺7070億人的世界里億人的世界里近近8 8億人在挨餓億人在挨餓2011年世界人口已突破70億大關(guān)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織2015年發(fā)表的世界糧食不安全狀況報(bào)告，全球仍有7.95億人長(zhǎng)期處于饑餓狀態(tài)，約占世界人口的九分之一據(jù)估計(jì)世界人口在2050年將達(dá)到90億，屆時(shí)要滿足全球人口的食物和營(yíng)養(yǎng)需求，糧食產(chǎn)量至少要提高60%蘇云金芽胞桿菌（蘇云金芽胞桿菌（BTBT）毒素蛋白基因毒素蛋白基因 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)BT基因水稻抗稻縱卷葉螟基因水稻抗稻縱卷葉螟 抗病基因抗蟲(chóng)基因優(yōu)質(zhì)基因抗病基因抗蟲(chóng)基因優(yōu)質(zhì)基因 (

20、引自引自 Prof. David J. Ellar website)pH 12毒素蛋白毒素蛋白R(shí)氨肽酶氨肽酶-NGPI-錨錨1.1.昆蟲(chóng)吃進(jìn)孢子和毒蛋白晶體昆蟲(chóng)吃進(jìn)孢子和毒蛋白晶體2.2.毒蛋白晶體溶解和毒素前體經(jīng)腸毒蛋白晶體溶解和毒素前體經(jīng)腸道酶水解成小的活性形式道酶水解成小的活性形式3. 3. 活化的毒素結(jié)合到位于中腸上活化的毒素結(jié)合到位于中腸上皮細(xì)胞中的受體上皮細(xì)胞中的受體上4. 4. 毒素插入到細(xì)胞質(zhì)膜上，并在那里毒素插入到細(xì)胞質(zhì)膜上，并在那里形成可以通透離子和小分子的孔，形成可以通透離子和小分子的孔，最終導(dǎo)致細(xì)胞裂解最終導(dǎo)致細(xì)胞裂解BtBt殺蟲(chóng)蛋白的殺蟲(chóng)機(jī)理殺蟲(chóng)蛋白的殺蟲(chóng)機(jī)理轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)BT

21、BT基因抗蟲(chóng)水稻生產(chǎn)性試驗(yàn)基因抗蟲(chóng)水稻生產(chǎn)性試驗(yàn)在不打農(nóng)藥的情況下抗蟲(chóng)水稻大幅度地提高產(chǎn)量在不打農(nóng)藥的情況下抗蟲(chóng)水稻大幅度地提高產(chǎn)量多倍體水稻的大規(guī)?？寺《啾扼w水稻的大規(guī)?？寺∥錆h.2003 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 多倍體水稻提高稻米產(chǎn)量和品質(zhì)多倍體水稻提高稻米產(chǎn)量和品質(zhì) 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of L

22、ife Science. SongCollege of Life Science. Song 2.發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)（1）動(dòng)物大量快速無(wú)性繁殖 動(dòng)物克?。ㄑ颉⒇i、牛等）（2）培育動(dòng)物的優(yōu)良品系克隆羊克隆羊多莉多莉細(xì)胞工程的杰作細(xì)胞工程的杰作 轉(zhuǎn)基因無(wú)毛鼠轉(zhuǎn)基因無(wú)毛雞“碩鼠碩鼠” 為生長(zhǎng)激素在畜牧業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)辟了新途徑為生長(zhǎng)激素在畜牧業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)辟了新途徑 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 提高生命質(zhì)量、延長(zhǎng)人類壽

23、命1.開(kāi)發(fā)制造奇特而又貴重的新型藥品 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 2.疾病的預(yù)防和診斷新型疫苗的生產(chǎn)單克隆抗體傳染性疾病的緊急應(yīng)對(duì)非典型性肺炎（SARS）禽流感豬流感（甲型H1N1流感） 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Son

24、g 美國(guó)生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量（PHRAM）疾病種類疾病種類 產(chǎn)品數(shù)量產(chǎn)品數(shù)量 疾病種類疾病種類 產(chǎn)品數(shù)量產(chǎn)品數(shù)量感染性疾病感染性疾病 39 心臟病心臟病 26神經(jīng)系統(tǒng)疾病神經(jīng)系統(tǒng)疾病 28 呼吸系統(tǒng)疾病呼吸系統(tǒng)疾病 22艾滋病及相關(guān)疾病艾滋病及相關(guān)疾病 19 自主免疫系統(tǒng)疾病自主免疫系統(tǒng)疾病 19皮膚病皮膚病 19 移植移植 13消化系統(tǒng)疾病消化系統(tǒng)疾病 11 遺傳疾病遺傳疾病 11血液疾病血液疾病 9 糖尿病及并發(fā)癥糖尿病及并發(fā)癥 7不育癥不育癥 5 眼病眼病 3生長(zhǎng)發(fā)育不良癥生長(zhǎng)發(fā)育不良癥 3 骨質(zhì)疏松骨質(zhì)疏松 2妊娠預(yù)防妊娠預(yù)防 2 腫瘤疾病腫瘤疾病 175 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei

25、 UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 3.基因治療人類干細(xì)胞與胚胎培養(yǎng)人類基因治療4.人類基因組計(jì)劃（HGP）已完成草圖、精細(xì)圖定位 湖北大學(xué)湖北大學(xué)Hubei UniversityHubei University生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院College of Life Science. SongCollege of Life Science. Song 基因治療人數(shù)情況010002000300040005000人數(shù)人數(shù)199419962000年份