生物技术课件六

第六章,生物技术,大连理工大学环境与生命学院,2,第一代生物技术（原始生物技术）：古代非纯种微生物自然发酵工艺为标志的生物技术。8000年前苏米尔人掌握制作啤酒技术6000年前埃及人掌握制作面包技术5000年前我国掌握酿酒技术第二代生物技术（近代生物技术）：采用纯种微生物的发酵工艺。第三代生物技术（现代生物技术）：1973年基因工程诞生为标志的生物工艺。,生物技术的发展过程,大连理工大学环境与生命学院,3,生物技术(Biotechnology)有时也叫生物工程(Bioengineering)，生物技术是通过技术性的运作对生物个体、活的或死的细胞、细胞成分进行控制和利用，包括了对这些生物材料的生产性及服务性的控制和利用。,实际上就是应用生物学的知识与工程学原理结合开发生物材料的产业，与微生物学、遗传学、生物化学、细胞生物学和分子生物学等学科有关,一般认为生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。,大连理工大学环境与生命学院,4,基因工程,发酵工程,酶工程,细胞工程,上游技术,中游技术,在基因水平上改变生物遗传性状的技术（包括核酸的分离提取、体外剪切、拼接重组以及扩增与表达等技术）。,细胞的离体培养、繁殖、再生、融合。,利用生物细胞在生物反应器中生产特定产品的技术。,利用有机体内酶所具有的特异催化功能、借助固定化技术、生物反应器和生物传感器等新装置，高效优质生产特定产品的一种技术。,四大工程的关系,大连理工大学环境与生命学院,5,生物技术的特殊优越性,不可取代：如动植物的品种改良快速、精确：如单克隆抗体对于疾病检疫低耗、高效：如生物合成色氨酸副产物少、副作用低、安全性好：如生物疫苗,大连理工大学环境与生命学院,6,大力发展生物技术,许多企业涉入生物技术产业我国“863”计划可持续发展战略,第一节,基因工程,大连理工大学环境与生命学院,8,一、基因工程,基因工程:(geneticengineering)是指采用人工方法将不同来源的DNA进行重组，并将重组后的DNA引入宿主细胞中进行增殖或表达的过程。,理论上的三大发现技术上的三大突破,基因工程的出现得益于：,大连理工大学环境与生命学院,9,核酸是一切生物的遗传物质DNA双螺旋结构的确立中心法则及遗传密码的破译,理论上的三大发现,大连理工大学环境与生命学院,10,反转录酶的发现染色体外遗传单位质粒的深入研究DNA限制性内切酶的发现,技术上的三大突破,大连理工大学环境与生命学院,11,基因工程的基本过程,大连理工大学环境与生命学院,12,1、基因工程的工具酶,（1）、限制性内切酶,大连理工大学环境与生命学院,13,(2)、连接酶,连接酶,大连理工大学环境与生命学院,14,2、基因工程的载体,（1）、质粒：是细菌中染色体以外的DNA。质粒是环状的DNA，能自主复制，有若干内切酶切口和某些抗生素的抗药性基因。分离的细菌质粒经过改造而成为运载体，它能与宿主的染色体整合或在宿主细胞内独立遗传并表达目的基因。,大连理工大学环境与生命学院,15,大连理工大学环境与生命学院,16,噬菌体病毒,大连理工大学环境与生命学院,17,植物基因工程载体,大连理工大学环境与生命学院,18,质粒和病毒作为基因工程载体时的区别利用病毒作为基因运载体时，所带的基因一般还需要转到受体细胞的染色体DNA中去，才能成为稳定的结构。质粒的情况也可以是这样，但大多数情况下进入受体细胞后，不需要把所带的基因转到受体细胞的染色体上去，也能会进行自我复制（异源性DNA也得到了复制）。这就是利用质粒作为基因运载体表现优越的地方。所以目前进行的基因工程操作，多用质粒作为基因的运载体。,大连理工大学环境与生命学院,19,3、目的基因的分离,直接分离人工合成,酶促法PCR法,大连理工大学环境与生命学院,20,大连理工大学环境与生命学院,21,大连理工大学环境与生命学院,22,PCR的反应原理,大连理工大学环境与生命学院,23,4、目的基因与载体的重组,粘性末端连接法,大连理工大学环境与生命学院,24,人工接尾法即同聚物加尾连接法。当载体和目的基因无法采用同一种限制酶进行切断，无法得到相同得粘性末端时，可采用此方法。此法首先使用单链核酸酶将粘性末端切平，再在末端核苷酸转移酶的催化下，将脱氧核糖核苷酸添加于载体或目的基因的3-端，如载体上添加一段polyG，则可在目的基因上添加一段polyC，故二者即可通过碱基互补进行粘合，再由DNA连接酶连接。,大连理工大学环境与生命学院,25,人工接头连接法将人工连接器（即一段含有多种限制酶切点的DNA片段）连接到载体和目的基因上，即有可能使用同一种限制酶对载体和目的基因进行切断，得到可以互补的粘性末端。,大连理工大学环境与生命学院,26,5、将目的基因带入受体,大连理工大学环境与生命学院,27,6、对目的基因的筛选和检测,大连理工大学环境与生命学院,28,由于重组体导入宿主细胞的比例通常较低，因此需要对含有重组体的宿主细胞进行筛选并作鉴定。可采用以下方法进行：根据重组体的表型进行初筛：对于带有抗药基因的质粒重组体，可采用插入灭活法进行筛选。如pBR322中带有抗氨苄青霉素和抗四环素基因，当将目的基因插入抗四环素基因后，就可引起该基因失活，细菌对氨苄青霉素耐药，而对四环素敏感。在含氨苄青霉素的培养基上能够生长，而在含四环素的培养基上不能生长的细菌即为带重组体的细菌。,大连理工大学环境与生命学院,29,为了进一步鉴定重组基因体中的目的基因，可采用与目的基因部分互补的DNA片段作为探针，与含有重组体的细菌菌落进行杂交，经放射自显影，如结果为阳性，即可确定重组体中带目的基因。,原位杂交复筛,大连理工大学环境与生命学院,30,7、目的基因在受体中的表达,阅读框的确保，如：,人之初，性本善，性相近，习相远,选用适当的酶切位点；用人工接头法调节阅读框构建一组适用不同阅读框架的载体,大连理工大学环境与生命学院,31,四、转基因动植物,1982年帕米特以小鼠为对象将大鼠的生长激素转入小鼠中。,大连理工大学环境与生命学院,32,大连理工大学环境与生命学院,33,大连理工大学环境与生命学院,34,抗虫棉,第二节,细胞工程,大连理工大学环境与生命学院,36,细胞工程主要采用工程设计的方法运用精巧的细胞学技术，有计划的改造细胞遗传结构，从而培养出人们所需要的动植物品种或具有新性状的细胞群体，造福社会。,它主要包括细胞培养、细胞融合、细胞重组及遗传物质转移等四个方面。,大连理工大学环境与生命学院,37,一、细胞培养,细胞培养就是把细胞从体内取出然后接种在特制的培养容器内，并给予必要的生长条件，使它们在体外继续生长繁殖。,大连理工大学环境与生命学院,38,1、动物细胞培养,将取出的组织剪碎,单细胞,接入培养瓶37度,细胞培养,传代,胰蛋白酶消化,大连理工大学环境与生命学院,39,2、植物细胞培养,植物细胞具有全能性常用培养方法,花粉培养体细胞培养原生质体培养,大连理工大学环境与生命学院,40,（1）、花粉培养,孕穗期颖花,接种的花粉,花粉发育,长出愈伤组织,花粉植株,大连理工大学环境与生命学院,41,（2）、体细胞培养,叶片、枝、芽,切段,消毒,接种,愈伤组织,传代,诱导生根、发芽,长出植株,大连理工大学环境与生命学院,42,大连理工大学环境与生命学院,43,大连理工大学环境与生命学院,44,大连理工大学环境与生命学院,45,大连理工大学环境与生命学院,46,大连理工大学环境与生命学院,47,大连理工大学环境与生命学院,48,（3）、原生质体培养,组织细胞,制备原生质体,再生,接种,愈伤组织,再生植株,大连理工大学环境与生命学院,49,二、细胞融合,在一定条件下，将两个或多个细胞为一个细胞的过程。又称为细胞杂交。20世纪60年代创立的1960年，Barski发现细胞自融日本，Okuda，仙台病毒诱导融合1974年，高过楠等，聚乙二醇+Ca2+促进融合1980年，Zimmermann，报道了电融合技术,大连理工大学环境与生命学院,50,原生质体制备,1:1混合,融合,筛选,再生,愈伤组织,杂种植株,杂种细胞,传代,融合过程,大连理工大学环境与生命学院,51,三、细胞重组,细胞重组就是在体外条件下，运用一定的实验技术，从活细胞中分离出各种细胞的结构或组成“部件”，再把它们在不同细胞之间重新进行装配，成为具有生物活性的细胞。,大连理工大学环境与生命学院,52,1、核移植,大连理工大学环境与生命学院,53,克隆羊多莉,大连理工大学环境与生命学院,54,2、细胞器移植,（1）、叶绿体移植,大连理工大学环境与生命学院,55,（2）、线粒体移植,线粒体有自己特有的基因，能合成一些蛋白质，所以线粒体也可以传递遗传信息，改变细胞特性。,微注射载体转移胞饮作用,大连理工大学环境与生命学院,56,四、遗传物质的转移,主要指基因在细