生物技术实践 专题4 ppt课件.ppt

• 生物技术的发展为人类带来了巨大的利益和财 富，将是未来经济发展的新动力。
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生物工程简史
• 传统发酵酿酒、制酱、制醋技术 • 1860年，单一霉菌纯粹培养技术 • 1878年，啤酒酵母单一培养技术 • 1881年，细菌的纯粹培养技术 • 1929年，发现抗菌素“盘尼西林” • 1946年，用细菌生产出氨基酸 • 1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功 • 1953年，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构 • 1956 年，Kornberg 发现了 DNA 聚合酶 • 1966 年，破译了氨基酸三联密码子
• 质粒是细菌细胞中自然存在于染色体外可 以自主复制的一段环状DNA分子。进入到
宿主细胞中的一个质粒可以大量增加其拷 贝数。
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细菌质粒pUC18
多克隆 位点
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2.2 重组DNA的一 般操作步骤
• 1、获得目的基因 • 2、构建重组DNA分子 • 3、转化受体细胞 • 4、筛选和鉴定转化子 • 5、培养转化细胞获得
• 该种酶已经发现和鉴定了200多种
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EcoRI特异
识别GAATTC
粘性 末端
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EcoRI 和T4 连接酶
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常见限制性内切酶
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载体——运送基因的工具
• 载体是运送目的基因片段进入宿主细胞的 工具，目前最常用的载体包括细菌质粒、 噬菌体、cosmid质粒和YAC载体等。
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生物工程的内容和特点
• 生物工程的四大体系：
– 基因工程
– 细胞工程
– 蛋白质工程
– 发酵工程

1.科学家成功地把人的抗病毒干扰素基因连接到烟草细胞的DNA分子上，使烟草获得了抗病毒能力。这项技术称为（ ） A.克隆技术 B.嫁接技术 C.组织培养 D.转基因技术 2.转基因技术在农业上的应用不包括（ ） A.培育抗虫农作物 B.增强农作物的抗病性 C.提高农作物适应不良环境的能力 D.增加农药的用量
首次基因治疗的成功案例
~
~~
转基因
虫侵害
虫侵害
苏云金杆菌
转基因技术与农业
抗虫棉
二、克隆技术可以复制出遗传上的相同个体
克隆，是Clone的译音，意为不经过两性生殖细胞的结合的无性生殖。克隆技术即无性生殖技术 。
1996年7月5日在英国的罗斯林研究所里诞生的克隆羊多利
克隆羊“多莉”是如何产生的？
现代生物技术
- .
1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的双 螺旋结构，揭开了基因的面纱，引发了生命科学 领域的一场革命。1997年威廉姆特掀起一场震惊全球的“克隆风 。2000年“人类基因组计划”的研究成果则将21世纪生命科学世纪的大幕徐徐拉开。克隆技术、转基因技术等都属于现代生物技术。
D
D
3.转基因细菌能够在短时间内生产大量人胰岛素的原因是（ ）A.细菌繁殖速度很快 B.细菌的新陈代谢旺盛 C.细菌对繁殖条件要求严格 D.细菌个体很小 4.克隆羊"多莉"问世的时间是 （ ）A.1998年 B.1997年 C.1996年 D.1995年 5.下列药品中不是转基因产品的是（ ）A.胰岛素 B.干扰素 C.凝血因子 D.青霉素
生物高新技术带来的诸多便利， 并期待着它们在防治疾病、 提高营养水平、 改善生活质量、 满足生育需要、 延长健康寿命等方面为人类带来更多的福利。 然而， 与此同时， 人们也已经强烈感受到了生物高新技术对传统道德观念和伦理体系形成的挑战， 看到或预感到了由此引发的许多社会和法律问题。

纳米基因载体
肿瘤的基因治疗：缺乏靶向性强、转染效率高的基因载体， 临床效果不是很理想
纳米基因载体：缓释药物、靶向输送、保护核苷酸、毒性 小
• 脂质体基因载体 • 树状多聚体的基因载体
纳米基因载体 1: 纳米脂质体基因载体
表面正电荷与核苷酸发生静电作用，形成纳米载体与质粒DNA的复合物。通过其 表面阳离子与细胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用进入细胞质，实现基因治疗。
O
O
O O
O
O O PO
OH
+ N H C O P E G T a t
N C H 3O
NH S NHCO PEG APRPG NO
1. 磷脂的改性及功能化
2. 2. 靶向基团的引入
O
物理偶联
O
O
O O
O PO OH
N H C O P E G T _a t
+
抗肿瘤药物 复合
SD PEG APRPG
3. 3. 抗肿瘤药物磷脂 复合物纳米粒的制备
纳米阳离子脂质体
纳米脂质体基因载体
以avβ3 整合蛋白为靶向的基因纳米材料 (a): av β 3-NP/RAF(-)表达的ATPu-RAF与 avβ3整合蛋白结合;(b):内皮细胞凋亡(c): 肿瘤细胞饥饿死亡.
Andrew R. Reynolds, S. Trends Mol Med. 9 (2003 ): 2-4
纳米基因载体 2:树突状物的多聚体
美国密西根州大学James等研制的对聚酰胺-胺型 (PAMAM)树突状聚合物。装 载了DNA的树突状聚合体注入组织，内吞作用的方式进入细胞，DNA分子释放出来， 实现基因的整合。
PAMAM
Eichman JD, James R.Baker. et al. Pharm Sci Techonol Today. 3 (2000): 232-245

质粒转化大肠杆菌的过程
感受态
非定向克隆 +
或
定向克隆
克隆的片段只能按
+ 特定方向连接基因组DNA的构建基因组DNA的类型
质粒（﹤10kb)噬菌体质经双向电泳之后，用蛋白质水解酶裂解成肽段，可 用于质谱分析。通过电离源将蛋白质分子转化为气相离子， 然后用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比 值（M/Z值）的蛋白离子分离开，经过离子检测器收集分离 的离子，确定离子的M/Z值，分析鉴定未知蛋白质。
两种离子发生方法： 基质辅助激光解吸附/离子化（MALDI)、电喷雾离子化 （ESI)
噬菌体展示技术
噬菌体展示技术是将编码目的蛋白的基 因与编码噬菌体表面蛋白的基因融合后， 以融合蛋白的形式表达在噬菌体表面的一 种技术。
将不同蛋白的cDNA插入噬菌体载体进 行表达，得到表达不同蛋白的一定规模的 噬菌体展示库 。
将“诱饵”蛋白固定化，基于“诱饵”蛋白与 “猎物”蛋白之间的相互作用，可将展示库 中与固定化的“诱饵”蛋白有相互作用的“猎 物”蛋白分离纯化出来，再对“猎物”蛋白进 行质谱鉴定。
四、蛋白组学研究
蛋白质分离 蛋白质分析 蛋白质相互作用的研究方法： 酵母双杂交技术，噬菌体展示技术，表
面等离子共振技术，荧光共振能量转移 技术，蛋白质微阵列芯片技术，免疫共 沉淀技术，pull-down技术
蛋白质分离
最常用的蛋白质分离技术是20世纪70年代发明的双 向电泳（2-DE），是根据蛋白质的等电点不同在pH 梯度介质中进行第一次分离，即等点聚焦（IEF)，然 后根据蛋白质分子量的不同进行第二次分离，即 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。
重叠延伸PCR原理
重叠延伸PCR技术由于使用了具有互补末端的引物， 使PCR 产物形成了重叠链，从而在随后的扩增反应中通过 重叠链的延伸，将不同来源的扩增片段重叠拼接起来。可 简单迅速的将两个DNA片段连在一起，用于嵌合基因的构 建

01
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04
发酵原理
利用微生物的代谢活动，将底 物转化为目标产物。
发酵过程控制
通过控制温度、pH值、溶氧 、营养物浓度等参数，优化发
酵条件。
发酵动力学
研究微生物生长、底物消耗和 产物生成的动力学关系。
发酵设备与技术
包括发酵罐设计、传质与传热 、在线监测与控制等。
发酵产品的分离与纯化
预处理
去除发酵液中的菌体、杂质等 ，提高后续分离纯化效率。
生物质能源
利用微生物发酵技术将生物质转化为燃料乙醇、 生物柴油等可再生能源。
沼气发酵
利用微生物厌氧发酵技术将有机废弃物转化为沼 气，用于发电或供热。
微生物燃料电池
利用微生物代谢产生的电子传递过程，将化学能 转化为电能，用于低功率设备的供电。
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微生物技术及应用PPT课件
目录
• 微生物技术概述 • 微生物培养技术 • 微生物代谢与发酵技术 • 微生物酶工程与基因工程技术 • 微生物在环境保护中的应用 • 微生物在食品工业中的应用 • 微生物在其他领域的应用
01
微生物技术概述
微生物的定义与分类
微生物的定义
微生物是一类形体微小、结构简 单、必须借助光学显微镜或电子 显微镜才能观察到的微小生物的 总称。
03
基因工程在微生物技术中的应用
01
02
03
开发新型微生物产品与 工艺
利用基因工程菌生产新 功能物质
开发高效、环保的微生 物转化工艺
05
微生物在环境保护中的应用
微生物对污染物的降解与转化
微生物降解污染物的机制
通过分泌胞外酶将大分子污染物分解为小分子，进而吸收到细胞 内进行代谢。

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综合实践项目 利用细菌或真菌制作发酵食品
组别
甲
乙
菌种
酵母菌(2克)
根霉菌(2克)
原料
糯米(500克)
糯米(500克)
糯米浸泡24小时→蒸熟→淋凉开水，晾至室温→加入相应菌种 过程 并搅拌均匀→装进相应容器并加盖→置于30 ℃环境中→2天
后，由至少3人同时观察、品尝
结果
酒味很淡，甜味不明显
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酒味浓郁，甜味明显
玻璃瓶
A
B
C
D
实验 步骤
将2 L鲜牛奶倒入洁净烧杯中，加适量蔗糖煮沸，冷 第一步 却到常温后，平均分装到A、B、C、D四个玻璃瓶
中
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综合实践项目 利用细菌或真菌制作发酵食品
玻璃
瓶
A
B
C
D
实 验 步 骤
第 二 步
加入1 g“川”牌乳 酸菌酸奶发 酵粉，搅拌 均匀
加入1 g“钻” 牌乳酸菌酸奶发 酵粉，搅拌均匀
萄糖和半乳糖，乳酸菌中含有的酶进一步将葡萄糖等营养物质转化
为 乳酸 ，因此，牛奶会变得酸涩，同时蛋白质凝结，最终形成了一
种具有细菌或真菌制作发酵食品
任务二：制作酸奶并探究影响酸奶制作的因素。
同学们将四个相同的已消毒玻璃瓶分别标记为A、B、C、D，选取两 种不同品牌的乳酸菌酸奶发酵粉(不同品牌的乳酸菌酸奶发酵粉中含有的 乳酸菌种类不同)，按照下表中的步骤进行实验，得到如下结果。
菌”)发酵技术。 (5)酵母菌在环境适宜时主要进行 生殖。
出芽
生殖，根霉菌主要进行
孢子 ⁠
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综合实践项目 利用细菌或真菌制作发酵食品
2. 酸奶是用鲜牛奶经乳酸菌发酵制成的，其口味酸甜细滑，营养丰富，

意义：证明了外源基因可以直接导入动植物体 内或他们的受精卵内，并能在细胞中发挥作用
转基因技术
转基因技术 外源基因直接导入动植物体内或他们的受
精卵内，并能在细胞中发挥作用的技术称为 转基因技术。 转基因生物
被导入外源基因的动植物。
~~
~ 转基因
虫侵害
虫侵害
转基因鱼
生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中 国)
非洲爪蟾 卵细胞
去核的卵细胞
有1.5% 的发育至蝌蚪期 说明：体细胞核仍具有发育为完整个体的遗传全能性
克隆技术
概念：
不经过受精过程而获得新个体的方法。
应用：
1.利用人体细胞克隆组织或器官，解决可 供移植器官严重缺乏的难题，而且还可 以消除人体器官移植中的排异反应；
2.克隆技术可能用于拯救濒危动物； 3.培育新品种。
现代生物技术的应用
自主学习
1.现代生物技术包括哪些？ 2.什么是基因工程？基因工程应用于哪些领域？ 3.描述“巨型小鼠”的培育过程，并指出其实验成 功的意义。 4.什么是转基因技术？什么是转基因生物？描述 “抗虫烟草”的培育过程。 5.什么是细胞工程？什么事件标志细胞工程发展取 得重大进展？描述克隆羊多利的诞生过程? 6.什么是克隆？说出克隆技术的应用。
现代生物技术
基因工程 发酵工程
细胞工程 酶工程
基因工程
概念 按照人的意愿，运用人工的方法，对生物的
基因组成进行“移花接木”式改造的重组技术。 应用范围
被广泛应用于农业、医药、环境保护等。
大鼠
小鼠变大鼠 小鼠
分离出大 鼠生长激 素基因 （外源基 因）
注射到小鼠受精卵中 生出巨型 小鼠
带有大鼠 基因
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专题十五 │ 要点热点探究
例 1 图 7－15－1 为“大肠杆菌的培养和分离”实验的基本流程
请回答：
图 7-15-1
(1)配制细菌培养基时通常要加入一定量的氯化钠，其目的是______。
(2)培养基和培养皿常用高压蒸汽灭菌，灭菌后，要待_________时才能
打开高压蒸汽锅锅盖，倒平板和接种前要用________擦手。大肠杆菌先接
专题十五 │ 要点热点探究
► 探究点二 酶的应用
1．探究温度和 pH 对果胶酶活性的影响需要注意的问题： (1)将果泥和果胶酶分装在不同的试管中___恒__温__处_理___，可以保证底物 和酶在混合时的温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的 温度，从而影响果胶酶活性的问题。 (2)在探究温度或 pH 的影响时，需要设置___对__照__试_验___，不同的温度 梯度之间或不同的 pH 梯度之间就可以作为对照，这种对照称为相互对照。 不同的温度梯度之间或不同的 pH 梯度之间就可以作为对照，这种对 照称为相互对照。
专题十五 │ 要点热点探究
3．固定化酶和固定化细胞的比较
类型
优点
不足
直接使 用酶
催化效率高，低耗 能，低污染
对环境非常敏感，易失活，难回 收，不能再次利用，与产物混在一
起，可能影响产品质量
固定化 酶
酶与产物分开，可反 复利用
一种酶只能催化一种化学反应， 生产实践中，很多产物的形成是通
过一系列的酶促反应得到的
专题十五 生物技术实践
专题十五 生物技术实践
专题十五 │ 要点热点探究
要点热点探究 ► 探究点一 微生物的分离、培养和计数
1．不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的 营养与摄食型的动物(包括人类)和光合自养型的植物非常相 似，它们之间存在着“营养上的统一性”，微生物有六种营养

Countries of CCC authors
Belgium Taiwan Netherland Brazil AustriaSri Lanka Canada Singapore Australia United Arab New Zealand Iran Portugal Denmark Emirates Colombia India Spain Sweden Hong Kong Norway Italy S Korea Czech republic Nigeria Poland China
根据化学工业出版社的选题和出版计划， 张天佑作为编委会主任，正在组织编撰 《现代分离科学与技术丛书》。 第一期计划出版十个分册，五百余万字。
其中包括： 《溶剂萃取》,《沉淀与结晶》,《膜分离》 《离心分离》,《超声提取分离》,《柱色谱技术》 《超临界流体萃取》,《模拟移动床色谱技术》 《高速逆流色谱技术》,《分离科学概论》
我国执行三级标准的管理体系： 国家标准、行业标准、企业标准。 国家标准带有行政强制的属性。 国际上执行的是标准的统一定义和相互 认证。 例如：通过ISO、IEEE等国际 平台的标准制定导则和标准跨国互认。 国际互认不含有行政管辖的属性。
对照品和标准品的主要功能
原料、提取物和终端产品的含量测定 和质量控制的物质依据.
近年，每年在国外主要刊物发表的相关论文 约 200-300篇。 国内学报和各科技刊物（例如：《色谱》， 《分析化学》等）也有中文论文发表。
生物碱类化合物的分离：
辣椒生物碱 莲子心生物碱 吴茱萸生物碱 雷公藤生物碱 黄连生物碱 黄花乌头生物碱 夏天无生物碱 骆驼蓬生物碱 防己生物碱 苦参生物碱
辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱等 莲心碱、异莲心碱、3-甲基莲心碱等 吴茱萸碱、吴茱萸次碱、吴茱萸新碱等 雷公藤碱、雷公藤次碱、雷公藤宁碱、 雷公藤晋碱等 巴马亭、小檗碱、表小檗碱、黄连碱等

❖ 生物工程下游技术对食品工业发展的推动作 用
❖ 现代分离技术可以很好地克服常规提取技 术的缺点。
❖ 一、生物技术的含义 ❖ 二、生物技术研究和应用进展 ❖ 三、食品生物技术发展简史 ❖ 四、食品生物技术在食品工业发展中的地位
和作用 ❖ 五、转基因食品的安全性
五、转基因食品的安全性
❖ 转基因技术的优势：使植物育种的过程变得更为快 速和精确。
❖ 转基因食品：利用遗传工程技术, 根据转入某种特 定基因的作物加工成的食品。
❖ 转基因食品的安全管理受到各国的重视
❖ 在美国，食品与药品管理局负责对包括基 因修饰食品在内的所有食品进行监督。要求 新型食品的生产商要遵守相应法规，包括：
❖
①保证基因修饰食品中一些已知的有
毒物质含量不会升高，不含有新的有害物质，
和作用 ❖ 五、转基因食品的安全性
四、食品生物技术在食品工业发 展中的地位和作用
❖ 基因工程在食品工业发展中的核心位置
❖ 可以根据需要人为地设计新型的食品及食 品原料，可以为发酵工程提供更优良的工程 菌株。
❖ 食品发酵工程在食品工业中占有举足轻重的 作用
❖ 食品发酵技术是人类制造食品最重要的技 术手段之一，在生产食品添加剂等食品生产 原料方面更是其他技术无法替代的。
❖ 应用现代分离纯化技术从海洋生物中分离纯化出功能保健因子,加工成功 效明确的海洋保健品，可使海洋资源向高附加值、低资源成本方向发展。
❖ 应用组织培育及细胞工程技术，对虾、贝类三倍体海洋生物进行育种技 术的研究,有利于降低海产食品资源的生产成本，提高海水养殖效益。
环境工程领域
❖ 利用生物有机体的吸收、吸附、积累、降解、 结合等机能达到降低或净化环境中污染成分 的目的。

食物 转基因生物食 安全 品使用后对人 体是否有害 生物 转基因生物体 安全 释放到环境中， 对生物多样性 是否构成威胁
1、转基因生物的生命力 1、扩散到种植区外变为 有限2、存在生殖隔离3、 野生种类2、可能成为 农作物花粉传播距离有 “入侵的外来物种”3、 限4、植物花粉存活时间 外源基因与细菌或病毒 有限 杂交，重组有害病原体4、 出现“超级杂草”
课堂练习
4．1982年，美国科学家将人的生长激素基因转移到了小鼠的体内，得 到了超级小鼠，此转基因技术的受体细胞是（ ） A．卵细胞 B．去核卵细胞 C．受精卵细胞 D．乳腺上皮细胞 5．引发伦理问题的生物技术要包括（ ） ①克隆人 ②设计试管婴儿 ③基因身份证 ④转基因生物[ A．①② B．①②③ C．①②③④ D．④ 6.（多选）设计试管婴儿利用了下列哪些技术手段（ ） A．体外受精技术 B．胚胎移植技术 C．植入前胚胎遗传学诊断技术 D．转基因技术 7.对转基因生物引发的安全性问题的叙述错误的是( )。 A.转基因生物引发的安全性问题包括食物安全、生物安全、环境安全 B.转基因生物引发安全性问题的原因之一是外源基因插入宿主基因组 的部位往往是随机的 C.转基因生物引发的安全性问题是无法弥补的 D.转基因生物有可能造成安全性问题,但不能一概而论
生物入侵
“生物入侵”是指：某种生物从外地自然传 入或人为引入后成为野生状态，并对当地生态 系统造成一定的危害的现象。 一般经历：传播-定居-生长繁衍等几个阶 段。 入侵种一般具有：繁殖力强、传播能力强、 适应能力强等特点。 入侵原因：当地有外来物种足够的可利用 资源；缺乏天敌等。
克隆人
“克隆人”：利用细胞核移植技术获得的生命 个体。 伦理学家：克隆人严重违反人类的伦理道德， 是克隆技术的滥用；克隆人冲击了现有的婚姻、 家庭和两性等伦理道德观念；克隆人是在人为的 制造心理上和社会地位上都不健全的人。 中国政府：禁止生殖性克隆，坚持“四不 原则”（不赞成、不允许、不支持、不接受任何 生殖性克隆）；但是不反对治疗性克隆。

意义：①减少施氮肥费用，降低粮食 生产成本； ②减少氮肥生产，有利于 节省能源； ③避免氮肥施用过量造成 水体富营养化,有利于环境的保护。
四、基因工程
基因工程也称为遗传工程，是生物技术的主体技术。基 因工程是指按照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在 体外人工剪切并和载体重组后转入细胞内进行扩增，并 表达产生所需蛋白质的技术。基因工程能够打破种属的 界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化为 人类提供有用产品及服务。
1．基因工程的基本步骤
反转录酶法：先分离出特定的mRNA，再用反转录酶做 催化剂，以RNA为模板合成所需要的DNA目的基因。
分子杂交法：采用加碱或加热的方法使DNA变成单链， 而后加入有放射性标记的RNA，让DNA在特定的条件下， 结合成DNA和RNA的杂交分子，再用多聚酶制备出足够 数量的双链DNA分子，进而获得DNA目的基因。
3．细胞培养技术
细胞培养技术是将生物体内的某一组织分散成单个细 胞，接种在人工配制的适于细胞生长发育的培养基上， 然后在适当的无菌的生长条件下(如一定的光照、温度 或pH值等)进行培养，使细胞能够生长和不断增殖的技 术。由于从组织中分离单细胞并分化成生物体的技术 难度较大，目前多采用组织培养技术。如通过植物胚 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（试管苗）。这 种方法能快速、大量繁殖一些有价值的苗林、花卉、 药材和濒危植物等。
一种最可取（ C ）
A．超速离心法
B．分子杂交法
C．逆转录酶法
D．合成法
生物圈
大气圈的底部、 水圈的全部、 岩石圈的上部
地球上全部生物和它们的无机环境 的总和
水生、厌氧 水生、光能自养 水生、需氧 陆生、需氧