第一章 绪论

第一章绪论在人类历史发展过程中经历了三次技术革命：第一次技术革命——工业革命（开始于18世纪60年代）：解放人的双手。

是以机器生产逐步取代手工劳动，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产的一场生产与科技革命，第二次技术革命——信息技术：扩展人的大脑。

智能计算机、智能机器人是其标志技术。

包括卫星通讯、遥感和全球定位系统、宽频带高速数字综合网络、信息压缩与高速传输、人工智能、多媒体技术和虚似现实技术等。

第三次技术革命——生物技术：改造生命本身。

当今世界，我们所处的这个时代，是科学技术飞速发展、知识信息爆炸的知识经济时代，世界各国都在相互竞争，竞争的焦点集中在科学技术上，谁的科技发达，谁的综合国力就强大。

现在世界七大高新技术分别是现代生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。

其中生物技术列在首位，生物技术之所以令世界各国如此重视，是因为它是解决人类所面临的诸如食物短缺、人类健康、环境污染和资源匮乏等重大问题上有着不可比拟的优越性，还因为它与理、工、农、医等科技的发展、与伦理道德、法律等社会问题都有着密切的关系。

所以世界各国争相投巨资发展，确定生物技术为21世纪经济和科技发展的优先领域。

在20世纪90年代初，“21世纪是生命科学的世纪”还是科学家的预言，仅仅十年的发展，在刚刚进入21世纪，这个预言正在变成现实。

«圣经»载，上帝在创世纪中创造了果木、动物和人；21世纪人类将成为造物主，因为基因的发现使人类能够改变生命并创造生命，西游记中孙猴子拔几根猴毛吹出几个小猴子的神话正在变成现实。

生物技术的发展可谓日新月异，如同20世纪五六十年代开始计算机改变从制造业、旅游业、到保险业的每一个行业一样，生物技术也将改变许多行业，影响我们的生活和社会。

如大家耳熟能详的转基因食品、转基因农作物（抗虫棉等）、胰岛素、干扰素、疫苗、人类说明书（人类基因组图谱）。

专家预测，未来二十年，生化和医学的诺贝尔奖很可能会授予有关基因的成果，比尔·盖茨预言：下一个首富可能是从事生物技术的投资者，------生物经济时代开始了。

第一节细胞工程在现代生物技术中的地位一．何谓生物技术（一）概念人们运用现代生物科学、工程学和其他基础学科的知识，按照预先的设计，对生物进行控制和改造或模拟生物及其功能，用来发展商业性加工、产品生产和社会服务的新兴技术领域。

（二）发展历程1. 传统生物技术发展阶段古代，人们就会利用微生物发酵法来制醋、做酱、醇酒等，但古代人并不知道微生物的存在，更不懂得什么是发酵，他们对微生物利用完全靠着多年来摸索出来的经验。

19世纪中期，法国微生物学家巴斯德发现了发酵现象，这可以说是生物工程的一个里程碑。

20世纪初，第一次世界大战期间，人们用发酵法生产原料，制造炸药，从此发酵工业开始出现。

20世纪40年代实现了青霉素的人工提取和规模生产（1928年由英国人弗莱明发现），抗生素工业开始出现。

20世纪60年代，日本人在制造氨基酸产品时发明了固定化酶连续使用的新技术，于是使酶制剂、氨基酸、核酸、有机酸发酵工业相继获得了发展。

2. 现代生物技术发展阶段到了20世纪70的代初，随着分子生物学的发展、杂交瘤技术的产生、单克隆抗体的出现、固定化技术的提高，逐渐出现了生物技术（biotechnology）这个词，形成了现代新生物工程。

二．生物技术的研究领域现代生物技术主要包括六大领域：发酵工程、酶工程、细胞工程、基因工程、蛋白质工程、生物化学工程。

蛋白质组学：“后基因组时代”将是“蛋白质组学时代”，即从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究，包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白质相互关系和作用。

蛋白质工程：就是在对蛋白质的化学、晶体学、动力学等结构与功能认识的基础上，对蛋白质人工改造与合成，最终获得商业化的产品。

细胞工程是现代生物技术的桥梁和纽带。

细胞工程是除生物化学工程之外涉及面最为广泛的一门技术。

现代生物技术所取得的许多里程碑式的成果都与细胞工程有关，有些甚至就是细胞工程领域的重大发现。

三．生物技术与人类的生存息息相关1）改善农业生产，解决世界粮食短缺2）提高生命质量，延长人类寿命3）解决能源危机，治理环境污染4）制造工业原料，生产贵重金属第二节细胞工程的概念与研究范畴一细胞工程的定义（一）定义随着细胞生物学和分子生物学突飞猛进的发展，20世纪70年代末至80年代初出现了细胞工程这一新型学科。

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或特种细胞产品的一门综合性科学技术。

细胞工程的研究对象主要有染色体、细胞核、原生质体、整个细胞、受精卵、胚胎、组织或器官等。

当然也有一个例外，那就是转基因动物，它所采用的技术主要是基因水平上的转基因技术。

（二）优势：避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能形成杂交细胞，可提高基因的转移效率。

（种间杂交）（三）构成根据研究对象的不同，可将细胞工程分为微生物细胞工程、植物细胞工程和动物细胞工程。

根据其技术范围可分为：动植物细胞组织培养技术、细胞融合技术、染色体导入技术、胚胎和细胞核移植技术、细胞遗传工程。

从研究水平来划分，可分为：细胞水平、组织水平、细胞器水平和基因水平等及格不同的研究层次。

二细胞工程的研究范畴1．动植物细胞与组织培养早期的植物细胞与组织培养技术主要应用在农业育种方面，但真正意义上的植物细胞工程应该与生物反应器工程紧密相关。

通过植物细胞工程可以大量培养细胞获得药物和其他有用物质。

如日本等国家已用生物反应器大量培养人参等高价值生物的细胞生产有效药用成分。

动物细胞培养技术可用于制取许多有应用价值的细胞产品，如多种单克隆抗体、疫苗、生长因子等此外在组织与器官培养方面也已展现了美好前景，其中以胚胎干细胞培养与人工诱导分化最具价值。

2．细胞融合采用自然或人工的方法使两个或几个不同的细胞（或原生质体）融合为一个细胞。

用于产生新的物种或品系（植物上用得多，动物上用得少）及产生单克隆抗体。

其中单克隆抗体技术能利用杂交瘤细胞分泌高度纯一的单克隆抗体，具有很高的应用价值和实用价值。

细胞融合最大的贡献是在动植物、微生物新品种的培育方面。

1975年Milstein和konler将小鼠骨髓瘤细胞与羊红血球免疫过的小鼠淋巴细胞融合形成杂种细胞能分泌抗羊红血球抗体，用于制备单克隆抗体。

由于这一创新性工作，他们获得了1984年诺贝尔生理和医学奖。

3．染色体工程染色体工程是按人们的需要来添加、削减或替换生物的染色体的一种技术。

主要分动物染色体工程和植物染色体工程两种。

染色体工程技术最大的价值体现在新品种的培育，主要是单倍体和多倍体育种方面。

4．胚胎工程这项技术主要是对哺乳动物的胚胎进行某种人为的工程技术操作获得人们所需要的成体动物。

胚胎工程最成功的应用领域体现在畜牧业，主要是采用胚胎移植技术进行优良品种的快速繁殖与胚胎保存，已经产生了巨大的经济效益。

5．细胞遗传工程主要包括克隆和转基因技术。

前者主要指无性繁殖，如动物克隆是指由一个动物无性繁殖而产生的遗传性状完全相同的后代个体。

转基因技术是指将歪源基因整合到生物体内，得到稳定表达，并使该基因能稳定地遗传给后代的实验技术。

转基因技术可以说代表了现代细胞工程，甚至是整个生物工程的前沿领域。

几乎所有细胞工程的最新科研成果都与此相关，所产生的社会反响争议也是其他细胞工程技术无法比拟的，也可能对生物伦理学、生物哲学等新型学科的发展产生巨大影响。

第三节细胞工程的发展简史一．动物细胞工程的发展1. 细胞融合现象的发现2. 细胞培养技术的建立3. 细胞融合技术的建立和杂交瘤技术的诞生4. 动物克隆技术的建立举例：曹谊林教授在小鼠身上培育的人耳。

曹谊林教授目前担任中国医学科学院整形外科医院、整形外科研究所院所长。

波尔山羊：波尔山羊原产于南非，作为种用，已被非洲许多国家以及新西兰、澳大利亚、德国、美国、加拿大、英国等国家引进。

波尔山羊被称为世界“肉用山羊之王”，具有体型大、生长快、繁殖力强、产羔多、屠宰率高、产肉多、肉质细嫩、耐粗饲、适应性强和抗病力强的特点。

波尔山羊是优良公羊的重要品种来源，作为终端父本能显著提高杂交后代的生长速度和产肉性能。

二．植物细胞工程的发展1.探索阶段2.培养技术建立阶段（20世纪30年代至50年代末）3. 运用阶段第四节细胞工程的主要应用1．优质植物快速培育与繁殖基于植物细胞的全能性，在适当的生长条件下（一定的光照、温度、pH等）使细胞、组织生长和不断增殖，达到人工优良育种和大量置备次生代谢产物的目的。

例如，可通过植物胚胎（成熟或未成熟胚）或器官（根尖、茎尖、叶原基、花药等）的离体培养，再生成新植株（或试管苗）。

2．动物胚胎工程快速繁殖优良、濒危品种目前，人工受精、胚胎移植等技术应用广泛：通过体外受精将人工控制的新型受精卵种植到种质较差的母畜子宫内，繁殖优良新个体。

综合利用胚胎分隔、核移植、细胞融合、显微操作等技术在细胞水平上改造出高产奶牛、瘦肉型猪等新品种。

此外，试管婴儿等技术发展也为解决一些人类的生育疾苦作出了很大贡献。

3．利用动植物细胞培养生产活性产物、药品如可以利用淋巴细胞杂交瘤技术分别用于生产单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或毒素相结合，注入体内会产生同癌细胞结合、能在原位杀死癌细胞，而对其他正常细胞毫无损伤。

4．新型动植物品种的培育利用细胞融合技术可以用不同种、属间的细胞或原生质体之间进行融合获得杂交体细胞，使不同种、属的优良性状组合在一起，这样就克服了种间和属间的生殖隔离。

5．供医学器官修复或移植的组织工程6．转基因动植物的生物反应器工程7．珍稀动植物资源的保存与保护8．在遗传学、发育学等领域的理论研究9．在能源环境保护等领域的应用利用蓝藻、绿藻、光合细菌等生产氢气，以开发清洁能源。

三峡大坝的弊端：（1）潜在地质灾害，主要包括滑坡、崩塌、泥石流。

（2）对生态环境的影响：建了水库以后，它的流速变缓，导致它很多污染物质在水中不断地累积。

由于水质变坏，出现大量的包括水藻的繁殖，主要是绿藻和蓝藻。

（3）水文条件变鱼类繁殖难。