第十二章《生物學(xué)》課件

生物學(xué)第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用第一節(jié)生物技術(shù)概述第二節(jié)生物技術(shù)應(yīng)用第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用第一節(jié)生物技術(shù)概述生物技術(shù)（biotechnology），也稱為生物工程（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)手段和其他基礎(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物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的技術(shù)。發(fā)酵工程基因工程細(xì)胞工程蛋白質(zhì)工程酶工程第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用基因工程是指在體外將目的基因插入質(zhì)?；蚱渌d體分子中構(gòu)成遺傳物質(zhì)的新組合，并導(dǎo)入到原先沒有這類基因的寄主細(xì)胞內(nèi)，讓其持續(xù)穩(wěn)定地使目的基因在寄主細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類需要的基因產(chǎn)物。一、基因工程基因工程的主要原理是應(yīng)用人工方法把生物的遺傳物質(zhì)（通常是DNA）分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組，然后將重組了的DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳特性；并且使新的遺傳信息在宿主細(xì)胞或個(gè)體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物（多肽或蛋白質(zhì)）。（一）基因工程的基本原理第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用（二）基因工程所需的基本工具限制性內(nèi)切酶是一類以環(huán)形或線性雙鏈DNA為底物，能識(shí)別DNA中特定核苷酸序列，并在合適反應(yīng)條件下切割DNA雙鏈的內(nèi)脫氧核苷酸酶。（1）限制性內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”限制酶切割DNA分子示意圖1．基因工程的工具酶第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用DNA連接酶是一種能夠在兩條DNA鏈之間催化形成磷酸二酯鍵并把兩段DNA連接起來的核酸酶。（2）DNA連接酶——“分子縫合針”DNA連接酶的連接作用示意圖2．基因工程的載體質(zhì)粒噬菌體的衍生物柯斯質(zhì)粒單鏈DNA噬菌體動(dòng)物病毒第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用（三）基因工程的操作過程第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用基因工程的操作過程主要包括：①DNA片段的分離、純化，即目的基因的制備②外源DNA片段與載體DNA分子的體外連接③人工構(gòu)建的重組體向寄主細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)移④重組克隆的篩選和鑒定。1．目的基因的制備2．基因與載體的連接3．重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞及重組體的篩選與鑒定4．目的基因的表達(dá)第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用細(xì)胞工程是在細(xì)胞水平上研究、開發(fā)、利用各類細(xì)胞的工程，是指以細(xì)胞為基本單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖，或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按照人們的意愿發(fā)生改變，從而達(dá)到改良生物品種和創(chuàng)造新品種，加速繁育動(dòng)、植物個(gè)體，以獲得某種有用物質(zhì)的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。二、細(xì)胞工程植物組織培養(yǎng)（planttissueculture）是指在無菌和人工控制的環(huán)境條件下，利用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基，對(duì)離體的植物器官、組織、細(xì)胞及原生質(zhì)體進(jìn)行培養(yǎng)，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株，又稱植物離體培養(yǎng)。（一）植物細(xì)胞工程1．植物組織培養(yǎng)第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用組織培養(yǎng)的理論依據(jù)是植物細(xì)胞具有全能性。細(xì)胞的全能性是指離體的體細(xì)胞或性細(xì)胞在一定的培養(yǎng)條件下，可以長出再生植株，再生植株具有與母株相同的全部遺傳信息。2．植物體細(xì)胞雜交技術(shù)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)（plantsomatichybridization）是指將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合形成雜種細(xì)胞，并將雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)方法。植物細(xì)胞雜交示意圖第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用（二）動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)（animalcellculture）就是從動(dòng)物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個(gè)細(xì)胞（使用胰蛋白酶或膠原蛋白酶），然后，在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長和增殖。1．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)示意圖第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將動(dòng)物組織分散后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。貼滿瓶壁的細(xì)胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖。這樣的培養(yǎng)過程通常被稱為傳代培養(yǎng)。2．動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)是將動(dòng)物一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核，移入一個(gè)已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中，使其重組并發(fā)育成一個(gè)新的胚胎，這個(gè)新胚胎最終發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體。用核移植方法得到的動(dòng)物稱為克隆動(dòng)物。動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)需要滿足無菌、無毒的環(huán)境，需要有糖、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，需要適宜的溫度和pH值，需要氧和二氧化碳等氣體。第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用三、蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程是在基因重組技術(shù)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)之上，融合了蛋白質(zhì)晶體學(xué)、蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多學(xué)科知識(shí)發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域。蛋白質(zhì)工程流程圖第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用四、酶工程（一）酶工程概況酶工程是利用酶的催化作用進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的技術(shù)，是將酶理論與化工技術(shù)結(jié)合而形成的新技術(shù)，也就是利用酶或者微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì)胞、細(xì)胞器的特定功能，借助于工程學(xué)手段來為人們提供產(chǎn)品的一門學(xué)科。酶工程的基本過程第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用（二）酶反應(yīng)器將酶吸附在固體表面上將酶相互連接起來將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里酶的幾種固定方式以酶作為催化劑進(jìn)行反應(yīng)所需的設(shè)備稱為酶反應(yīng)器。分批反應(yīng)器半分批反應(yīng)器連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器膜反應(yīng)器液固反應(yīng)器氣液固三相反應(yīng)器按功能結(jié)構(gòu)不同按進(jìn)料與出料方式不同第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用五、發(fā)酵工程發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。（一）發(fā)酵工程概況（二）發(fā)酵的一般過程1．菌種制備2．種子擴(kuò)大培養(yǎng)3．原料處理4．接種培養(yǎng)5．發(fā)酵6．下游處理第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用第二節(jié)生物技術(shù)應(yīng)用一、醫(yī)學(xué)保?。ㄒ唬╅_發(fā)新型藥品生產(chǎn)干擾素的車間基因工程藥物主要包括細(xì)胞因子、抗體和疫苗等。人生長激素釋放抑制激素第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用（二）疾病的預(yù)防和診斷基因治療就是將外源基因通過載體導(dǎo)入人體內(nèi)并在體內(nèi)（器官、組織、細(xì)胞等）表達(dá)，從而達(dá)到治療的目的。自從1990年臨床上首次將腺苷酸脫氨酶（ADA）基因?qū)牖颊甙准?xì)胞，治療遺傳病——重度聯(lián)合免疫缺損病以來，已成功利用基因治療的手段治療囊性纖維化（CF）、血友病，并且腫瘤和艾滋病基因治療的臨床試驗(yàn)也已數(shù)以百計(jì)。用基因治療乙型血友病的臨床情況第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用二、能源開發(fā)生物技術(shù)在能源開發(fā)方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：一是以可再生的生物資源為主要原料，可充分利用工農(nóng)業(yè)廢料，不受資源貧乏的困擾；二是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在常溫常壓下進(jìn)行生產(chǎn)，可節(jié)省大量的能源。生物能源將是最有希望的新能源之一。第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用三、化工與環(huán)保（三）生物農(nóng)藥（一）微生物脫硫治理空氣污染（二）生物技術(shù)處理、凈化廢污水（四）基因工程可降解塑料第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用四、生物材料生物材料，也稱生物醫(yī)用材料，是一類具有特殊性能、特種功能，能用于人工器官制造、人體組織修復(fù)或再生、理療康復(fù)、診斷檢查、治療疾患等醫(yī)療、保健領(lǐng)域的特殊功能材料。第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用五、仿生學(xué)主要研究動(dòng)植物的構(gòu)造、原理，然后將其應(yīng)用到新的工程技術(shù)中去，創(chuàng)造出全新的技術(shù)發(fā)展途徑。（一）鯊魚皮與泳衣（二）白蟻巢穴和辦公樓（三）鳥與飛機(jī)（四）甲蟲和水收集第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用六、食品與農(nóng)業(yè)（一）生物技術(shù)與食品1．生物技術(shù)在食品原料上的應(yīng)用2．生物技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用3．生物技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用（二）生物技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)1．良種選育，品質(zhì)改良2．提高植物的抗性3．現(xiàn)代生物農(nóng)藥4．植物種苗的工業(yè)化生產(chǎn)快繁苗木的生產(chǎn)車間第十二章生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用七、人類基因組計(jì)劃（HGP）人類基因組計(jì)劃（HumanGenomeProject，HGP）是一項(xiàng)規(guī)模宏大，跨國、跨學(xué)科的科學(xué)探索工程，與曼哈頓原子計(jì)劃、阿波羅登月計(jì)劃一起被世界各國譽(yù)為自然科學(xué)史上最偉大的“三計(jì)劃”，是具有劃時(shí)代意義的偉大科學(xué)工程。1．在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用（