现代生物技术的主要内容与成就152页PPT

生物质能源的优势
可再生、低碳排放、资 源丰富等。
THANKS.
农业废弃物的生物处理技术 利用微生物的分解作用将农业废弃物转化为有机肥料或生 物能源。
农业废弃物生物处理的优点 减少环境污染、提高资源利用率、促进农业可持续发展等。
生物技术在工业领域
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的应用
生物催化与生物转化
生物催化剂
利用酶或微生物细胞作为催化剂，加速化学反应的 速度，提高产物的纯度和收率。
生物转化
通过培养转化后的受体细胞，诱导目的基因 的表达，并对表达产物进行检测和分析。
基因工程的应用实例
转基因作物
通过基因工程技术将外源基因导 入作物中，使其具有抗虫、抗病、
抗除草剂等优良性状。
基因治疗
利用基因工程技术将正常基因导 入患者体内，以替代或修复缺陷 基因，达到治疗遗传性疾病的目 的。
生物制药
利用基因工程技术生产重组蛋白 药物、抗体药物等生物药物，用 于治疗癌症、自身免疫性疾病等。
固定化方法
物理吸附、化学交联、包埋法等。
酶的性质与催化机制
01
02
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酶的性质
高效性、专一性、可调节 性、不稳定性等。
催化机制
酶通过降低反应的活化能， 加速反应的进行。
酶的结构与功能
酶的活性中心、辅因子、 别构效应等。
酶工程的应用实例
工业应用 洗涤剂、食品加工、皮革加工等。
医药应用 药物合成、疾病诊断、基因工程等。
氨基酸的生产
以谷氨酸为例，阐述发酵法生产氨基酸的原 理、工艺及应用。
酶制剂的生产
以淀粉酶为例，介绍利用发酵工程生产酶制 剂的方法、应用领域及市场现状。
酶工程
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酶的分离纯化与固定化

主要转基因作物占转基因作物总面积百分比： 大豆 61％ 玉米 23％ 棉花 11％ 油菜 5％
转基因作物占各自作物种植总面积百分比： 大豆 55％ 棉花 21％ 油菜 16％ 玉米 11％
转基因作物所携带的基因: 抗除草剂、抗虫及抗病
转基因动物
第一例转基因动物
转 大 鼠 生 长 素 基 因 的 小 鼠 （
微生物处理石油污染
现代生物技术有助于环境问题的最终解决
生物技术花卉与环境美化
1.1.1 传统生物技术 指利用自然界已有的生物或生物机能为人类服务 。
年代 公元前6000年 公元前4000年 公元前2000年 公元前221年 公元10世纪
传统生物技术产品追溯
事件 啤酒制作，苏美尔人和巴比伦人 面包制作 酒器，中国龙山文化 制酱、酿醋、制作豆腐，中国天花的活疫苗 酱油、泡菜、奶酒、干酪制作以及面团发酵、粪 便和秸秆沤制等
初期生物技术产品
年代
事件
1857年
Pasteur首先证实酒精发酵由酵母菌引起
1897年
Buchner发现磨碎的酵母也能使糖发酵成酒 精，并将具有发酵能力的物称酶
19 世 纪 末 到 20 嫌气发酵：丙酮、丁醇、乳酸、酒精、面包 世纪30年代 酵母、柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶
近代生物技术产品
大多为好气发酵，规ຫໍສະໝຸດ 大，技术要求高。主要产品包括 抗生素、氨基酸、有机酸、酶制剂等。
5’NNNNNG 3’NNNNNCTTAAp
pAATTCNNNNNN3' GNNNNNN5’
EcoRⅠ的识别序列和酶切切口（粘端）
目的基因与载体的连接
磷酸二酯键的形成（5’-P + 3’-OH)
DNA连接酶 DNA连接酶 DNA连接酶

• 利用细胞工程技术生产单克隆抗体则为利用生 物技术进行疾病防治的另一途径。例如：用于 治疗肿瘤的“生物导弹”，就是将用于治疗肿 瘤的药物与抗肿瘤细胞连接在一起，利用抗原 抗体结合的高度专一性，使得抗肿瘤药物集中 于肿瘤部位，以达到高效杀伤肿瘤细胞并减少 对正常细胞的毒性反应。
• 胃肠道：各类抗菌药物尤其口服给药者均可由药物本身 刺激作用引起恶心、呕吐、腹痛、腹泻等反应。
• 神经精神系统：青霉素类可对大脑皮层产生直接刺激， 出现肌阵挛、惊厥、癫痫、昏迷等；链霉素、卡那霉素 等均可损害第八对脑神经，导致听力或前庭功能损害； 氯霉素、普鲁卡因霉素等有时可引起幻觉、幻听、定向 力丧失等精神症状。
现代生物技术概论
第1章 现代生物技术总论
• 第一节 生物技术的含义
• 一 生物技术的定义
• 生物技术(biotechnology ),有时也称生物工 程(bioengineering),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 用先进的工程技术手段,按照预先的设计改造 生物体或加工生原料,为人类生产出所需产品 或达到某种目的.
• 2. 细胞工程 • 细胞工程(cell engineering)是指以细胞为基本单
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;或加速繁育动、 植物个体;或获得某种有用的物质的过程.
• 3 酶工程 • 酶工程(enzyme engineering)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过程来生产人类所需产品 的一项技术.
• 4 发酵工程
• 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 需的产品称为发酵工程.

④ 有目的产品: 目的产品有三新特 征: 新遗传功能、新遗传性状、新 物种。要有合乎人类所需的工业、 农业、医疗和食品产品。
⑤ 高新技术起重要作用。
二. 生物技术的产生与发展
生物技术的发展两个阶段 传统生物技术 现代生物技术两个阶段。
1. 传统生物技术
传统生物技术的发展（经典+近代） • 1 000多年前, 当人类用发方法制备酒、醋、
产业, 处分子水平、新技术前沿。
❖ 高综合：跨学科专业, 位多学科发展的交叉点上，
涉及的行业多、范围广。
❖ 高投入, 与其他技术比较, 在资金、人员、设备、
试剂及研发上投资大。
❖ 高竞争，各国、各行业、个单位之间，在技术、
时效性、知识及人才上竞争激烈。
❖ 高风险，上述原因造成一定风险，加上
技术风险带来高风险。
2. 现代生物技术
自1953年起，分子遗传学的兴起与发展，
DNA转移和重组工程 有性繁殖，转基因技术：
细胞工程 转基因药物 转基因动植物 无性繁殖，克隆技术
特别是DNA重组技术可以
改变生物的遗传性状, 使分离高产量的工程菌变的容易, 简化了生产过程；
扩大了反应器范围， 从发酵罐发展到细胞、植物及动物个 体天然生物反应器。
酱及食品等, 此时主要是生物技术的经验 阶段。 • 19世纪人们才有意识地大规模利用酵母发 酵，并形成产业。 • 20世纪初，提出了生物技术这一概念。
• 1928年，青霉素的发现使生物技术 从 单纯的食品、饲料制备扩展到抗生素产品， 该产业至今长盛不衰。
• 20世纪 50年代和60年代，生物技术增 添了氨基酸发酵和酶制剂工业新成员。
❖ 21世纪是生物生命世纪，生物技术将成为 21世纪高技术革命的核心内容。

1970年代
重组DNA技术诞生，实现了基 因的体外操作和转移。
1990年代
人类基因组计划启动，加速了 基因组学和个性化医疗的发展 。
1950年代
DNA双螺旋结构发现，为现代 分子生物学奠定了基础。
1980年代
基因工程药物和疫苗开始进入 市场，开启了生物医药产业的 新篇章。
21世纪
合成生物学、基因编辑等新兴 领域崛起，为解决全球性问题 提供了新的解决方案。
载体的构建
将目的基因插入到载体分子中，形成重组DNA分子。
转化
将重组DNA分子导入到受体细胞中，使目的基因整合到受体细胞的基因组中。
筛选与鉴定
对转化后的细胞进行筛选和鉴定，确定目的基因的表达。
基因工程的应用实例
转基因作物
通过基因工程手段将抗虫、抗 病、抗旱等优良性状转入植物
，提高作物的产量和品质。
基因敲除与基因编辑
通过克隆技术对特定基因进行敲除或编辑， 实现基因治疗和遗传改良。
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细胞工程
细胞工程的定义与原理
定义
细胞工程是以细胞为基本单位，在体 外进行培养、繁殖和操作，以实现人 类所需特定细胞或组织器官的技术。
原理
细胞工程基于细胞生物学和分子生物 学的理论，通过细胞培养、基因转移 、细胞融合等技术手段，实现对细胞 生长、分化、代谢等过程的调控。
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基因工程
基因工程的定义与原理
定义
基因工程是指通过人工操作，将外源 基因导入到生物体的基因组中，从而 实现对其遗传性状的改变。
原理
基因工程基于分子生物学和遗传学原 理，通过改变生物体的遗传物质来达 到定向改良或创造新品种的目的。
基因工程的基本步骤
目的基因的获取

从DNA到蛋白质 从染色体到细胞 从生理现象到遗传变异 从受精到凋亡 从个体发育到物种进化
3
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第一节 生物技术概述
2、应用生物材料和生物系统
开发利用的生物材料有：
植物、动物和微生物 上述三种的器官、组织、细胞、细胞器 无细胞系统、酶系统
利用生物特有的方式，在适当的条件下，经济地制备人类所 需要的生物活性物质。
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基因工程与建筑工程
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基因工程的应用
稀少珍贵的蛋白质药物：
1982年，美国食品与药物管理局 批准了首例基因工程产品—人胰 岛素投放市场——它标志了基因 工程产品正式进入到商业化阶段。
人生长激素、表皮生长因子、肿 瘤坏死因子、a-干扰素、纤维素 酶、抗血友病因子、红细胞生成 素、尿激酶原、白细胞介素-2、 集落刺激因子、乙肝疫苗等等。
②外植体块在培养基上形成疏松的愈伤组织，由愈伤组织分化出芽 并可诱导形成根的小植株。
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植物组织培养
过程 离体的植物器官、组织或细胞 脱分化
外植体
愈伤组织 再分化
植物激素： 细胞分裂素、生长素
植物组织培养条件：
根、芽 含有全部营养成分的培养
基、一定的温度、空气、
无菌环境、适合的PH、适
生物技术将是未来经济发展的新动力 第一次技术革命 工业革命 解放人的双手 第二次技术革命 信息技术 扩展人的大脑 第三次技术革命 生物技术 改造生命本身
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第一节 生物技术概述
一、何为生物技术
组成生物技术的三个互相关联的基本要素：
1、采用现代科学的基本理论和技术
生命科学涉及生物学、医学和农学等与生命有关的学科领域。 生物学理论和技术是现代生物技术最重要的基础 探讨的问题有：

基因工程的应用
医学领域
基因工程在医学领域的应用包括基因治疗、疾病诊断、药 物研发等。例如，利用基因工程技术治疗遗传性疾病和癌 症。
工业领域
基因工程在工业领域的应用包括生物制药、生物能源、生 物材料等。例如，利用基因工程技术生产疫苗和蛋白质药 物。
农业领域
基因工程在农业领域的应用包括作物改良、抗虫抗病、高 产优质等。例如，利用基因工程技术培育抗虫抗病的转基 因作物。
1980年代以后，随着基因组学 、蛋白质组学等研究的深入， 现代生物技术进入快速发展阶 段。
当前现状
目前，现代生物技术已经广泛 应用于农业、工业、医学等领 域，成为推动人类社会发展的
重要力量。
现代生物技术的应用领域
农业领域
利用现代生物技术培育抗逆、抗病、 抗虫的转基因作物，提高农作物的产 量和品质。
基因工程的基本技术
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基因克隆技术
通过特定的酶切和连接技 术，将外源DNA片段插入 到载体DNA中，实现 DNA片段的复制和表达。
基因表达技术
通过调控基因的表达，实 现生物体的特定性状改变 。包括转录调控和翻译调 控等手段。
基因编辑技术
利用特定的酶（如 CRISPR-Cas9系统）对生 物体的基因进行精确的编 辑和改造。
工业领域
利用现代生物技术生产各种酶、有机 酸、生物材料等工业产品，以及进行 废水处理、环境保护等。
医学领域
利用现代生物技术进行基因治疗、免 疫治疗、细胞治疗等医学研究和实践 ，提高人类健康水平。
其他领域
现代生物技术在食品、化工、能源等 领域也有广泛的应用前景。
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CHAPTER
基因工程
基因工程简介

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7
转基因超ppt课级件 大南瓜
8
蓝玫瑰
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“蓝”玫瑰9
是将三色紫 罗兰所含的一 种刺激蓝色素 产生的基因植 入玫瑰中，使 得花瓣自然生 长成蓝色。
蓝玫瑰
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10
转 基 因 超 级 鼠
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转基因农作物
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乳汁中含有人生长激素的转基因牛
转基因ppt课牛件 “滔滔”
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基因改造设想
能否让细菌 “吐出”蚕
丝？
家蚕能够吐出p蚕pt课件丝为人类利用
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能否让其它植 物也能够固定 空气中的氮？
豆科植物的根瘤能ppt课够件 固定空气中的氮 22
能否让植 物发光？
萤火虫会发光
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世界上首例接受ppt课基件 因治疗的病人
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亚香提生来缺乏某种基因，因而患有重症联
第四章 现代生物技术
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1
怎样使寒冷地带的人吃上美味的西红柿呢？
美洲拟蝴蝶鱼 抗冻基因 转基因抗冻番茄
普通番茄
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2
什么是转基因技术？
• 转基因技术：按照人们设计的蓝图，把所 需基因从一种生物体内提取出来，再导入 另一生物体细胞内，从而改造生物的遗传 特性，创造出新品种。
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3
合免疫综合症。这是一种非常罕见的遗传疾病，
会导致患者缺乏一个健康完备的免疫系统，因而
一些儿童常见疾病(如感冒和水痘)都有可能将亚香
提置于死地。在这次临床试验中，医生们首先将
她体内的白细胞移出，然后将缺失的基因插入其
中，并刺激细胞增殖，而后再把细胞输回体内。

2.1.2 在生物技术中的地位
基因工程在生物技术中站住龙头地位，是其他生物技 术进步的源泉。转基因生物有着广泛的应用：药物、农作 物、动物、观赏动植物、微生物、基因治疗、环保、能源 等等。
2.1.3 基本原理
绝大部分生物的遗传物质是DNA，或遗传时需要经过 DNA
2.1.3 基本原理
遗传密码的通用性
1943年前，表面培养法生产青霉素，发酵效价40U／mL， 纯度20％，回收率30％; 1943年，采用机械通风发酵罐进行 深层发酵，效价200U／mL，纯度60％，回收率75％。
不久，其他抗生素如链霉素、新霉素相继问世。 1950年代，氨基酸发酵工业迅猛发展。 1960年代，酶制剂和有机酸工业发展迅速。
基 因 克 隆 操 作
外源基因在宿主细胞中的表达
重组DNA 目的基因 的mRNA 表达蛋白质
大肠杆菌（ E.coli）受体细胞
2.1.5 基因工程需要的材料
目的基因：有无毒害？ 载体：选择标记的安全性？抗生素、除草剂抗性、其他 宿主：有无病原、毒害和生态危害？ 剪切与连接工具: 限制性核酸内切酶和DNA连接酶 转基因的设备: 基因枪、电转仪等
微生物处理石油污染
现代生物技术有助于环境问题的最终解决
生物技术花卉与环境美化
1.1.1 传统生物技术 指利用自Hale Waihona Puke 界已有的生物或生物机能为人类服务 。
年代 公元前6000年 公元前4000年 公元前2000年 公元前221年 公元10世纪
传统生物技术产品追溯
事件 啤酒制作，苏美尔人和巴比伦人 面包制作 酒器，中国龙山文化 制酱、酿醋、制作豆腐，中国天花的活疫苗 酱油、泡菜、奶酒、干酪制作以及面团发酵、粪 便和秸秆沤制等

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现代生物技术
•交流讨论
自第一种转基因生物问世，人类有 关转基因技术和转基因食品的争论就从未停止。 对转基因技术的主要担心有：
1、含有抗虫害基因的食品是否会威胁人类健 康。
2、转基因产品对环境的影响。 3、基因重新组合会不会产生灾难性的新病毒？ 4、转基因产品是否会破坏生物多样性等等。
现代生物技术
•2、转基因技术与遗传病诊治
转基因技术还可用于遗传病 的诊断与治疗。
如果基因诊断的结果确实发 现了某人有基因缺陷或基因破损等问题， 可以通过转换病人细胞中损坏了的基因 或引入正常的基因，使其遗传病得到根 治。
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现代生物技术
•血友病为遗传缺陷
•腺病毒
•修正基因
•取出病人細胞
你对这些问题的看法是怎样的呢？
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现代生物技术
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/23
现代生物技术
•插入修正基因
•感染病人細胞
•修正基因 •转入病人 •細胞中
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•注射修正細胞
现代生物技术
•3、转基因技术与农业
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现代生物技术
苏云金杆菌体内能产生一种毒蛋
白，农作物害虫吃下这种毒蛋白就会死亡，这种 毒蛋白对人和牲畜五任何毒害作用。科学家讲这
种毒蛋白基因转移到棉花等作物体内，使农作物
研究证实:遗传密码在动物、植物、 微生物之间是通用的。
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现代生物技术ຫໍສະໝຸດ •转基因过程图解•思考：人的生长素基因在细菌细胞内得到了表
达，这说明什么问题？

细胞工程的基本原理包括细胞全能性 理论、细胞生长与分化理论、细胞融 合与基因转移理论等。
细胞工程的主要技术
细胞培养技术
通过体外培养细胞，实 现细胞的增殖、分化、
融合等操作。
细胞融合技术
将不同物种或同种不同 品系的细胞融合，以获 得具有新表型的杂种细
胞。
基因转移技术
将外源基因导入细胞， 实现基因的过表达、基 因敲除或基因修饰等操
有机酸的生产
氨基酸的生产
利用某些微生物发酵生产柠檬酸、乳酸等 有机酸，用于食品、医药和化工等领域。
利用微生物发酵法生产氨基酸，如谷氨酸 、赖氨酸等，用于食品、饲料和制药等领 域。
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蛋白质工程
蛋白质工程的基本原理
蛋白质的结构与功能关系
蛋白质的结构决定了其功能，通过改变蛋白质的结构可以实现对其功能的调控 。
蛋白质的合成与表达
利用基因工程技术，将目的基因导入受体细胞，实现蛋白质的合成与表达。
蛋白质工程的主要技术
基因突变技术
通过基因突变技术，改变蛋白质的氨基酸序列，从而改变其结构 和功能。
蛋白质定向进化技术
通过模拟自然进化过程，对蛋白质进行定向进化，提高其性能或产 生新的功能。
蛋白质表达技术
利用基因工程技术，将目的基因导入受体细胞，实现蛋白质的合成 与表达。
合成生物学
02
通过设计和构建人工生物系统，实现新功能或优化现有功能，
为解决能源、环境等问题提供新思路。
细胞疗法
03
利用患者自身细胞进行疾病治疗，具有个性化、低副作用等优
势，是未来医疗领域的重要发展方向。
现代生物技术的社会影响与伦理问题
社会影响
现代生物技术的发展将改变农业生产方式、提高医疗水平和生活质量，但也可能 导致就业结构调整、基因歧视等问题。