课程名称现代生物技术

1、课程名称 ： 现代生物技术概论授课主题：绪论授课教师：生命科学系王国霞第一章 生物技术总论目的要求：1、了解现代生物技术的涵义、范畴、技术特点和生物技术的发展过程；2、认识现代生物技术前景及其对人类社会所产生的深刻影响；3、了解中国在现代生物技术领域取得的成就和面临的挑战。内容重点：现代生物技术的涵义、范畴研究技术。内容难点：现代生物技术的应用与挑战。生物技术被世界各国视为一项高新技术，被广泛应用于医药卫生、农林牧渔、 食品、 化工和能源领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，将对人类社会产生深远的影响。因此它对于提高综合国力，迎接人类所面临的食品短缺、健康、环境及经济等问题的挑战是至关

2、重要的，生物技术所以很多国家都把生物技术确定为增强综合国力的关键性技术之一。通过本章主要要掌握以下几个方面的内容：什么是生物技术？生物技术的范畴和技术手段有那些？生物技术是如何产生和发展的？生物技术对人类社会有那些影响?第一节生物技术的含义1，生物技术的定义：生物技术(biotechnology) 有时也叫生物工程，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，为人类生产所需产品或达到某种目的。现代生命科学为基础：细胞生物学、分子生物学、微生物学等。先进的工程手段：是指基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技

3、术。改造生物体：是指获得优良品质的动物、植物或微生物品系。生物原料 ： 指的是生物体的某一部分或生物生长过程中产生的可利用的物质，如淀粉、糖类、蛋白质、纤维素等有机物，生产所需产品：包括粮食、医药、食品、化工原料、能源和金属等各种产品。达到某种目的：疾病预防、诊断与治疗，食品的检验、环境污染的检测和治理等。生物技术是一门新兴的、综合性的学科。它包括了微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学、 遗传学、 育种学、分子生物学等几乎所有与生命科学有关的学科，在分子、亚细胞、细胞、组织和个体等不同层次上解释生物的结构和功能的相互关系，使人们可以利用其研究成果创造生产力。2 生物技术的范畴与相互关系根据生

4、物技术操作的对象及操作技术的不同，生物技术主要包括五项技术，也就是常说的五大工程：基因工程、细胞工程、酶工程、 发酵工程、蛋白质工程。（ 1） 基因工程是 20 世纪 70 年代以后兴起的一门新技术。原理:人工方法把生物的遗传物质（DNA）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。再将新DNA 植入某种生物细胞中，使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表达，以达到定向改造或重建新物种的目的。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。基因克隆流程图（PPT）转基因鱼，转基因番茄，转基因牛，等基因工程的特点：（ PPT）应用 DNA 重组技术，直接从事基因

5、的加工改造和创新。通过 DNA 重组，实现在不同物种之间基因的无限制转移，从而创造出自然界原来没有的物种，同时抢救和保护自然界的已有基因资源。是生物技术的核心技术。（ 2）细胞工程以细胞为基本单位，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，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速繁育动、植物个体，或获得某种有用的物质的过程。包括动、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术、细胞器移植技术、克隆技术、干细胞技术等。克隆羊多利，克隆马（ 3）酶工程酶工程是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺来生产人类所需要产品的一项技术

6、。包括各种酶的开发和生产、酶的分离和纯化技术、酶或细胞的固定化技术、固定化酶反应器的研制以及酶的运用等方面。具有高效率、节能、工艺简单等优点。（ 4）发酵工程有时也称微生物工程。发酵工程是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的过程。是生物工程的主要终端，是人类历史上最早掌握的生物技术。（ 5）蛋白质工程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。19

7、83 年美国基因公司的Ulmer 首先提出蛋白质工程这个名词，它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。自此之后，蛋白质工程迅速发展，成为生物工程的重要组成部分。五大工程的关系：基因工程是核心，它能带动其他技术的发展。如通过基因工程对细菌或细胞改造后获得的工程菌或细胞，都必须分别通过发酵工程和细胞工程来生产有用的物质； 同样可以通过基因工程技术对酶进行改造以增加酶的产量，提高酶的稳定性以及酶的催化效率。3 生物技术与其他学科的关系多学科交叉的一门综合性的高新技术，现代生物技术是所有自然科学领域中涵盖范围最广的学科之一。它以包括分子生物学、细胞生物学、免疫生物学、微生物学、植物生理

8、学、动物生理学、微生物生理学、生物化学、遗传学等几乎所有生物科学的次级学科为支撑，结合了诸如化学、化学工程学、计算机科学、信息学等生物学领域外的尖端基础学科，形成了一门多学科互相渗透的综合性学科。另一方面生物技术广阔的应用前景、高额的利润汇报也促进了生物技术的快速发展。生物技术的应用领域非常广泛，包括医药、农业、畜牧业、食品、化工、林业、环保、采矿和能源等领域。这些领域的广泛应用必然带来经济上的巨大利益。第二节发展简史生物技术不是一门新学科，它可分为传统生物技术和现代生物技术。有些又分为传统、近代和现代生物技术。（ 1） 传统生物技术：分为：早期的酿造技术： 上古之时，人类即以简单的自然发酵技

9、术生产乳酪、啤酒、酱醋及加工皮革等，相传8000年前苏米尔人已掌握制作啤酒技术，6000年前埃及人已能制作面包，5000多年以前我国酿酒技术已相当精湛。 19 世纪末到20 世纪 30 年代开始运用发酵技术进行大规模工业化生产。主要的工业发酵产品：乳酸、酒精、柠檬酸、淀粉酶等微生物的初级代谢产物。特点：生产过程简单，生产设备要求不高，产品的化学结构较为简单，属于微生物的初级代谢物。（ 2）近代生物技术（20 世纪 40 年代初到20 世纪 70 年代末）起始标志是青霉素工业开发获得成功。1943 年：大规模工业化生产青霉素，给发酵工业带来了革命性的变化。50 年代：氨基酸发酵工业60 年代：酶

10、制剂工业等一系列发酵新技术的开发，使近代生物技术日益兴旺发达。主要产品：抗生素、氨基酸、核苷酸、维生素、多糖、多元醇、有机酸、酶制剂这个时期的特点：产品类型多；技术要求高；生产设备规模巨大；技术发展速度快。有时候也把上述的传统生物技术和近代生物技术并称之为传统生物技术。它的特点就是通过微生物的初级发酵来生产商品的过程，包括 3 个重要的步骤：上游处理过程发酵与转化-下游加工过程（对粗材料进行加工以作为营养和能量来源的上游处理过程），（微生物在大的生物反应器中大量繁殖并生产目标产物的发酵与转化过程），（将所需产物提取、纯化及成品化的-下游加工过程）（ 3）现代生物技术 从 20 世纪 70 年代

11、末开始20 世纪 70 年代， DNA 重组技术等分子生物学技术的出现和发展，赋予其崭新的内容，使之成为真正的高技术领域 现代生物技术。其研究方法和检测手段都与传统的生物工程有着巨大的差异。1953年，年Watson和Crick提出了 DNA双螺旋模型奠定了分子生物学基础，揭开了生命科学史上划时代的篇章。1972年：斯坦福大学的Paul Berg小组首次构建出了 DNA®组体。1973 年：美国加州大学旧金山分校的Herber Boyer 教授和斯坦福大学的Stanley Cohen教授合作完成了世界上第一例有目的的DNA1组实验，建立了 DNA1组技术。这一年也被称之为基因工程诞生

12、元年，也是现代生物技 术的起始点。第三节 现代生物技术对人类的影响一、改善农业生产、解决食品短缺（农业、食品）粮食问题是关系国计民生的大问题，是一个国家经济健康运行发展的基础。现在世界上人口增多，但耕地面积却越来越少，因此，如何满足人们对食品增加的需求，是考验许多国家政府能力的首要问题。（ 1）提高农作物产量及其品质A、培育抗逆的作物优良品系B、植物种苗的工厂化生产C、提高农作物品质D、生物固氮，减少化肥使用量E、生物农药，生产绿色食品（ 2）发展畜牧业生产A、动物的大量快速无性繁殖B 、培育动物的优良品系二、提高生命质量，延长人类寿命（医药卫生）（ 1）开发奇特而贵重的新型药品（ 2）疾病的

13、预防和诊断（ 3）基因治疗（ 4）人类基因组计划三、解决能源危机、治理环境污染（能源、环保）（ 1）解决能源危机（ 2）环境保护净化有毒化合物，降解石油污染，废物综合治理，处理有毒金属等。四、制造工业原料、生产贵重金属（轻工）（ 1）制造工业原料（ 2）生产贵重金属总之，现代生物技术已在农业、医药、轻工业、食品、环保、海洋和能源等许多方面得到广泛地应用；同时，医药生物技术、农业生物技术等一些新型产业正在迅速形成。五，现代生物技术也是一柄双刃剑正如现代核物理学可以用来造福人类也可以用来制造原子弹，把人类毁灭几千次一样，现代生物技术也是一柄双刃剑，它既可以造福人类，也可能用来制造致命的生物武器，被一些狂人用来制造克隆人，超人，破坏整个人类社会的和平。因此，现代生物技术是否会失去控