高三生物二轮复习课件生物技术与工程

生物技术与工程发酵与传统发酵技术发酵工程1.发酵：利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。2.实例：腐乳制作（1）参与微生物：毛霉、酵母、曲霉等。（2）原理：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收3.传统发酵技术（1）概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。（2）形式：以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的产物：腐乳、酱油、醋、泡菜、豆豉、酱等。生物技术与工程发酵工程果酒果醋泡菜腐乳菌种酵母菌醋酸菌毛霉(主要)原理无氧呼吸产生酒精（1）O2、糖源充足：糖→醋酸（2）有O2、缺少糖源：乙醇→乙醛→醋酸乳酸菌将糖转化为乳酸毛霉将蛋白质、脂肪分解成小分子有机物反应式P6P7P5\原料新鲜葡萄(或苹果)新鲜葡萄(或苹果)新鲜干净的蔬菜豆腐流程P7P7P6\条件温度酒精发酵18-30℃最适为30-35℃室温\空气前期需氧后期不需氧需充足的氧气无氧\时间10-12d7-8d\发酵与传统发酵技术生物技术与工程

微生物的培养技术及应用发酵工程发酵工程的基础:获得纯净的微生物培养物获得纯净的微生物培养物的关键:防止杂菌污染无菌技术主要包括：消毒和灭菌消毒和灭菌工作主要包括：a.对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒；b.将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。常用的消毒方法:煮沸消毒、巴氏消毒等；

灭菌方法:湿热灭菌、干热灭菌和灼烧灭菌等。项目条件结果常用方法应用范围消毒较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部的部分微生物煮沸消毒法日常用品巴氏消毒法不耐高温的液体（如牛奶）化学药剂消毒法用酒精擦拭双手，用氯气消毒水源灭菌强烈的理化因素杀死物体内外所有的徵生物，包括芽孢和孢子灼烧灭菌法接种工具干热灭菌法玻璃器皿、金属用具高压蒸汽灭菌法培养基及容器无菌技术(P10)生物技术与工程

微生物的培养技术及应用发酵工程1.概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。2.作用：用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。

3.成分：一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质，此外，还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。在培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素；在培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性；在培养细菌时，一般需要将培养基调至中性或弱碱性；在培养厌氧微生物时，需要提供无氧的条件。4.选择培养基：在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基。

培养基①为了确定培养基的灭菌是否合格，微生物实验一般会设置空白对照：随机取若干灭菌后的空白平板培养基在适宜条件下培养一段时间，观察培养基上是否有菌落生成。②观察菌落需用固体培养基，因此培养基要添加凝固剂，如琼脂。③倒平板的温度一般在50℃左右较为适宜，温度过高会烫手，温度过低培养基又会凝固。微生物纯培养(P11--13)生物技术与工程发酵工程

微生物的培养技术及应用1.培养物：在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体。2.纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体。3.纯培养：获得纯培养物的过程。4.微生物纯培养步骤(P12--13)：配制培养基→灭菌→倒平板→接种和分离→培养。

分离方法：特定的微生物有特定的代谢特点，可以利用选择培养基(具有特殊营养成分的培养基)筛选目的菌株。分离结果：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成菌落。采用平板划线法和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。

微生物分离和纯化常用的方法生物技术与工程发酵工程

微生物的培养技术及应用平板划线法(P13)：注意不要将培养基划破；平板划线操作的全过程都应该在酒精灯火焰旁进行；不要将最后一次的划线与第一次的划线相连。

稀释涂布平板法(P17--18)：目的菌培养液稀释倍数根据菌液浓度、菌种活性等来确定；注意不要太用力，以防将培养基划破；稀释涂布平板操作的全过程都应该在酒精灯火焰旁进行。1.当菌落数目稳定时，选取菌落数为30～300的平板进行计数。2.在同一稀释度下，至少对3个平板进行重复计数，再求平均值。

微生物分离和纯化常用的方法生物技术与工程发酵工程

微生物的培养技术及应用项目平板划线法稀释涂布平板法纯化原理通过连续划线操作实现将菌液进行一系列的梯度稀释和涂布平板操作实现注意事项每次划线前后均需灼烧接种环稀释度要足够高菌体获取在具有显著的菌落特征的区域菌落中挑取菌体从适宜稀释度的平板上的菌落中挑取菌体优点可以根据菌落的特点获得某种微生物的单细胞菌落既可以获得单细胞菌落，又能对微生物计数缺点不能对微生物计数操作复杂，需要涂布多个平板生物技术与工程

微生物的培养技术及应用发酵工程微生物分离与计数的实例(P18)直接计数法（显微镜直接计数法）间接计数法（活菌计数法）(稀释涂布平板法)原理常利用细菌计数板或血细胞计数板(P18)，在显微镜下计算一定体积的样品中微生物的数量当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的单个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数就能推测出样品中大约含有多少活菌缺点死菌、活菌都计算在内(不能区分细胞死活)计数的是活菌(当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落)误差比实际值偏大比实际值偏小计算公式以25×16型血细胞计数板为例，每毫升原液含菌数=400×10000×每小格平均菌体数×稀释倍数每毫升原液含菌数=培养基上平均菌落数目÷涂布平板时所用稀释液的体积（mL）×稀释倍数细菌的数目还可以通过滤膜法来测定生物技术与工程发酵工程及应用(P22)发酵工程1.发酵工程的概念：利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。2.发酵工程的基本流程菌种的选育（诱变育种、基因工程和细胞工程）

培养基的配制

↓

↓

扩大培养

培养基和设备的灭菌

接种（注意防止杂菌的污染，发酵罐冷却后才可加入）↓发酵罐内发酵——中心环节：需严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件↓产品的分离和提纯：菌体可采用过滤、沉淀等方法分离、干燥；代谢产物可采用提取、分离、纯化等方法。3.传统发酵技术与现代发酵技术的区别：(1).传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的，利用天然存在的菌种进行发酵；(2).工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵，发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基配制、灭菌，接种，发酵，产物的分离、提纯等方面。

生物技术与工程发酵工程及应用发酵工程4．发酵工程的应用(1)在食品工业上的应用。①生产传统的发酵产品：例如a.霉菌(如黑曲霉)将大豆等原料中的蛋白质分解成小分子的____________，然后经淋洗、调制成酱油。b．利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。②生产各种食品添加剂：a.黑曲霉的发酵制得食品酸度调节剂柠檬酸。b．谷氨酸棒状杆菌发酵得到________，经过一系列处理制成味精。③生产酶制品：例如发酵制得α­-淀粉酶、β­-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。肽和氨基酸谷氨酸(2)在医药工业上的应用。例如：应用基因工程、蛋白质工程生产生长激素释放抑制激素、乙型肝炎疫苗。(3)在农牧业上的应用。①生产微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥。②生产微生物农药：利用微生物或其代谢产物来防治病虫害属于________防治。③生产微生物饲料：单细胞蛋白。(4)其他方面的应用。生物①植物组织培养中添加蔗糖的目的：提供营养和调节渗透压。②脱分化阶段不需要光，再分化阶段需要光。③生长素与细胞分裂素的比值高时，促进根的分化、抑制芽的形成；

比值低时，促进芽的分化、抑制根的形成。④体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。（1）植物组织培养(P34--37)——原理：植物细胞的全能性生物技术与工程植物细胞工程细胞工程（2）植物体细胞杂交技术——原理：植物细胞的全能性、细胞膜的流动性生物技术与工程植物细胞工程细胞工程电融合法、离心法等聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率P39-41（1）动物细胞培养——原理：细胞增殖生物技术与工程动物细胞工程细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。概念：在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术条件：营养条件；无菌、无毒的环境；温度、pH和渗透压；气体环境过程:取动物组织单个细胞细胞悬液原代培养传代培养胚胎或幼龄动物器官组织分化程度较低，增殖能力较强，有丝分裂旺盛，容易培养剪碎（机械法），再用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理①悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质等因素而分裂受阻;②贴壁细胞（大多数）在生长增殖时，除受上述因素影响外，还会发生接触抑制现象胰蛋白酶等处理，然后再用离心法收集将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养（1）动物细胞培养——原理：细胞增殖生物技术与工程动物细胞工程细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。①动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同：第一次：处理剪碎的组织，使其分散成单个细胞；第二次：使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱落下来。②使用或冷冻保存的是10代以内的细胞，原因是保持细胞正常的二倍体核型。③避免杂菌污染的措施：培养液及培养用具灭菌处理，加入一定量的抗生素，定期更换培养液。④区分原代培养和传代培养的关键:是否分瓶培养。动物细胞工程的基础：动物细胞培养。⑤悬浮生长类细胞直接用离心法收集;贴壁生长类细胞：重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集（1）动物细胞培养——原理：细胞增殖生物技术与工程动物细胞工程细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。干细胞培养及应用2.来源：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。3.类型：（1）胚胎干细胞（简称ES细胞）

（2）成体干细胞

1.概念：动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞即为干细胞，在一定的条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。（1）动物细胞培养——原理：细胞增殖生物技术与工程动物细胞工程细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。胚胎干细胞（ES细胞）1.分布：2.特点：3.应用实例：4.局限性：存在于早期胚胎中具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。

ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等必须从胚胎中获取，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。（1）动物细胞培养——原理：细胞增殖生物技术与工程动物细胞工程细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。成体干细胞1.分布：2.种类：3.特点：存在于成体组织或器官内的干细胞造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中）神经干细胞（神经系统中）精原干细胞（睾丸中）具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。4.作用：有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。（1）动物细胞培养——原理：细胞增殖生物技术与工程动物细胞工程细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。成体干细胞5.应用实例：治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。造血干细胞：神经干细胞：（1）动物细胞培养——原理：细胞增殖生物技术与工程动物细胞工程细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。诱导多能干细胞iPS细胞1.概念：2.诱导方法：3.诱导多能干细胞优点：通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞（简称iPS细胞）。a.借助载体将特定基因或特定蛋白导入细胞（成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞均可）b.用小分子化合物诱导形成。a.诱导过程无须破坏胚胎；b.iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。比较项目胚胎干细胞成体干细胞诱导多能干细胞来源

诱导高度分化的组织细胞形成特点

具有分化成为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。具有

，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力类似胚胎干细胞；诱导无须破坏胚胎，应用前景更广泛。早期胚胎成体组织或器官中组织特异性干细胞应用面临的问题存在存在着导致肿瘤发生的风险。应用展望：干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用。生物技术与工程动物细胞工程细胞工程干细胞培养及应用生物技术与工程动物细胞工程细胞工程（2）动物细胞融合、单克隆抗体的制备——原理：细胞膜的流动性、细胞的增殖

单克隆抗体制备过程中，两次筛选的目的：第1次：筛选出杂交瘤细胞。第2次：筛选出既能产生所需抗体，又能大量增殖的杂交瘤细胞。两次筛选的方法：第1次：选择培养基培养。第2次：(多孔培养皿)抗体检测。细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。②核移植获得的克隆动物与提供细胞核的亲本性状可能不同的三个原因：A.克隆动物遗传物质来自两个亲本。B.发育过程中可能发生基因突变或染色体变异。C.外界环境可能引起不可遗传的变异。生物技术与工程动物细胞工程细胞工程（3）动物体细胞克隆技术(核移植技术)——原理：动物细胞核的全能性③克隆动物：无性繁殖。

试管动物：有性繁殖。④克隆动物中涉及到的细胞工程技术和胚胎工程技术：动物细胞培养、核移植和早期胚胎培养、胚胎移植。①核移植分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。生物技术与工程细胞工程胚胎工程P561.概念：2.理论基础：3.技术：（1）体外受精：（2）胚胎移植：a.概念：指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。b.程序：供、受体的选择和处理―→配种或人工授精―→胚胎的收集、检查、培养或保存―→胚胎的移植―→胚胎移植后的检查等。①两次检查：第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体母畜是否妊娠进行检查。②胚胎移植产生的后代：若后代是由受精卵形成的，则为有性生殖；若后代是由核移植技术形成的重组细胞发育而成或胚胎分割形成的胚胎发育而成，则为无性生殖。取决于胚胎发育的起点。③胚胎移植的胚胎的来源：体内正常受精的胚胎、核移植的胚胎和体外受精产生的早期胚胎等。生物技术与工程细胞工程胚胎工程P561.概念：2.理论基础：3.技术：（1）体外受精：（2）胚胎移植：a.概念：b.程序：c.优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。（3）胚胎分割：a.概念：b.胚胎分割属于无性繁殖的原因:来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。d.生理学基础(P62思考讨论)真、原核细胞基因的结构生物技术与工程

真核细胞的基因结构基因工程cDNA中不含有启动子、终止子、内含子cDNA生物技术与工程基因工程重组DNA技术的基本工具噬菌体、动植物病毒目的基因（P76）：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。

筛选目的基因:a.从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选(较为有效的方法)；b.通过基因测序技术、序列数据库、序列对比工具等方法或技术获得基因结构或功能的信息。获取目的基因:PCR：是根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。

生物技术与工程基因工程基本操作程序：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定。基因工程的基本操作程序一.目的基因的筛选与获取生物技术与工程基因工程PCR:1.名称：2.目的：3.原理：4.条件：①缓冲液

②模板

③引物

④原料

⑤酶

⑥场所

⑦辅助因子5.扩增形式：

6.扩增方向：7.过程：a.变性。b.复性。c.延伸。8.扩增次数9.鉴定：基因工程的基本操作程序一.目的基因的筛选与获取DNA片段的扩增及电泳鉴定实验1.DNA体外扩增的原理PCR利用了DNA热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器，一次PCR一般要经历30次循环。琼脂糖凝胶电泳生物技术与工程基因工程2.DNA片段电泳鉴定的原理DNA分子具有可解离的基团，在一定的PH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构像等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。基因工程的基本操作程序DNA片段的扩增及电泳鉴定实验注意：1.为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。2.该实验所需材料可以直接从公司购买，缓冲液和酶应分装成小份，并在-20℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。3.在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。4.在进行操作时，一定要戴好一次性手套。5.PCR扩增不能随意加大试剂用量。生物技术与工程基因工程基因工程的基本操作程序二.基因表达载体的构建上游下游构建基因表达载体时需用同种限制酶或者能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段和载体，再用DNA连接酶将二者连接形成重组DNA分子。生物技术与工程基因工程方法：花粉管通道法（P81）、农杆菌转化法（P81）、显微注射法（P82）、Ca2＋转化法等。

基因工程的基本操作程序三.将目的基因导入受体细胞四.目的基因的检测与鉴定1.分子水平检测：a.通过PCR等技术检测受体细胞中是否有目的基因或检测目的基因是否转录出了mRNA。b.通过抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否翻译出蛋白质。2.个体生物学水平通过具体性状检测。基因工程在农牧、医药及食品