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1、现代生物技术概述Modern Biotechnology,实验室守则,实验室安全须知,微生物安全使用须知,什么是生物技术？,1、生物技术 生物技术是应用自然科学及工程学的原理，以微生物、动物、植物作为反应器，将物料进行加工，以提供产品为社会服务的技术。2、现代生物工程：发酵工程、酶工程、细胞工程、基因工程、蛋白质工程,=生物工程,生物技术现状如何？,生物技术现状如何？,世界生物技术产业现状（2001统计数据）全球生物技术公司4284家；美国1457家。全球收入384.7亿美元；美国253.19亿美元 全球研发费用164.27亿美元；美国115.32亿美元我国生物技术产业现状300家公司，有能力
2、生产的150家，上市40多家。产品总销售额200亿RMB。,基因工程,细胞工程,植物细胞工程：植物组织培养和植物体细胞杂交，用来繁殖和培育新品种。白菜-甘蓝是植物体细胞杂交的成果。动物细胞工程:细胞培养、细胞融合、单克隆抗体的产生、胚胎移植、核移植等。如：克隆羊多利是核移植的成果。,发酵工程,概念 指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术.应用：微生物菌体生产如利用酵母制作面包、利用再生资源生产饲料蛋白、利用微生物细胞作为生物催化剂等微生物代谢产物的生产在医药工业上的应用在食品工业上的应用微生物机能的利用,蛋白质工程,对
3、蛋白质进行加工改造。如：改变个别氨基酸的种类来改变蛋白质的性质。,酶工程,利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门技术。它包括酶制剂的制备、酶的固定化、酶的修饰与改造等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。如：加酶洗衣粉,基因工程,20世纪70年代随着DNA重组技术的出现而发展出来。对基因进行加工，使生物体发展成为新的有机生物体。各种生物工程在实施上大多离不开基因工程手段，现代生物技术中，主要的是基因工程。,基因工程定义,基因工程(gene engineering)又称转基因技术(gene manipulation),
4、重组DNA(recombinant DNA)。基因工程是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因(DNA分子),按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性,获得新品种,生产新产品,或是研究基因的结构和功能。,转基因鱼,转基因鱼,转基因鱼,转基因蚕,转基因蚕,转基因猴,这种蚕被导入了水母、珊瑚等的荧光蛋白质基因，所结的茧在自然光照射下呈淡绿色或粉色，但经蓝色发光二极管等光线照射后，通过滤镜观察则呈荧光色。该成果有望应用于衣料及家装等领域。,转基因番茄,为人类最终战胜糖尿病、乳腺癌、爱滋病、帕金森氏症和艾滋病等顽症提
5、供帮助。,世界上首例转基因灵长类动物转基因猴“安迪”,转基因番茄,问题,以色列研究人员日前宣布，他们利用转基因技术培育出一种具有柠檬和玫瑰香味的新品种番茄。生成类胡萝卜素的其他农作物和花也可以像番茄一样，通过转基因技术改变气味和口味。,吃个番茄也能抗乙肝，这绝非天方夜谭。每天坐在家里，吃上三五只西红柿，人们体内就能产生乙型肝炎病毒的抗体，达到和注射疫苗一样的效果。中国农科院生物研究所有关研究人员指出，“利用转基因植物生产乙型肝炎口服疫苗”是国家863高新生物技术领域中的一项研究，该项研究经过研究人员的共同努力，现已取得重大成果，科研人员在研制出转基因马铃薯后，现又将乙型肝炎病毒包膜中蛋白抗原基
6、因成功导入西红柿并获得稳定和高效表达，这就意味着，人们不必忍痛，轻松地吃几个西红柿就能将谈之色变的乙型肝炎轻松拒之于身外。,问题：1.已学过的育种方法有哪些？,杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、转基因技术,2.基因工程方法育种的优越性体现在哪里?,能定向改造生物的性状,3.什么是基因工程?基因工程的原理是什么?,1、基因工程：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术 通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,2、原理：,通过基因重组技术,让目的基因在受体细胞中稳定和高效表达,操作水平,3、操作水平：,4
7、、结果：,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,想一想,为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？,推测这种“嫁接”怎样才能实现？,DNA是生物的主要遗传物质DNA都是由四种脱氧核苷酸形成的规则的双螺旋结构,基因工程操作的工具,基因工程操作的工具,将目的基因片断从受体细胞内提取，需要基因的剪刀限制性核酸内切酶。将目的基因与质粒DNA连接，需要基因的针线DNA连接酶。将目的基因运入大肠杆菌，需要基因的运输工具运载体。,限制性核酸内切酶,1、限制性内切酶作用过程,限制性核酸内切酶,一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,酶分布在细菌中特点特异性,限制性核酸内
8、切酶,2、分布：,主要在细菌中。,3、特点：,特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点,例如：大肠杆菌的一种限制性核酸内切酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开,4、结果：,产生黏性未端,被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,基因的针线：DNA连接酶,被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,用同种限制酶切割,DNA连接酶,另一类是切割部位也有特异性的，在某一部位进行平切，切割部位不形成粘性末端。,DNA连接酶,磷酸二酯键，不是氢键。,1、连接酶的作用：,将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,2、连接的部位：,运载体,运载体,
9、要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去。能将外源基因送入细胞的工具就是运载体,1、条件：,2、种类：,细菌、酵母质粒、改造和修饰后的噬菌体、病毒DNA,质粒,质粒是能自主复制的双链环状DNA分子,质粒,质粒,质 粒,标记基因，便于进行检测,基因操作的基本步骤,基因操作的基本步骤,获取目的基因形成重组DNA分子将重组DNA分子导入受体细胞4.筛选含有目的基因的受体细胞5.目的基因的表达,提取目的基因的方法,将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来,取 出DNA,用限制酶切断DNA,目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基
10、因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。,提取目的基因的方法,1、直接分离基因,人工基因合成法,2、人工基因合成法,直接合成法：已知某基因的序列的前提下,可以用化学方法合成或 用PCR技术扩增大量获取目的因.(如胰岛素基因)想一想:还有其他的方法可以合成目的基因吗?逆转录法:以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。,DNA合成仪,PCR扩增仪,目的基因与运载体结合-形成重组DNA,目的基因与运载体结合-形成重组DNA,用限制
11、酶切割目的基因和用相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子,提取质粒并用限制酶切割,用连接酶将目的基因和质粒连接,将重组DNA导入受体细胞并扩增,将重组DNA导入受体细胞并扩增,基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。如用质粒作运载体,则选大肠杆菌为受体细胞导入受体细胞常用的方法是借鉴细菌或者病毒侵染细胞的途径。通常还要对一些受体细胞进行增大通透性的处理。目的基因可以随着受体细胞进行快速的繁殖，在很短的时间内获得大量的基因。,将目的基因导入受体细胞,将受体细胞进行扩增,筛选含有目的基因的受体细胞,筛选含有目的基因的受体细胞,前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。,受体细胞是否具运载体特有的“标记基因”所控制的性状,检测依据：,目的基因的表达,目的基因的表达,是否有目的基因表达的产物,1、外源基因在受体细胞内表达的理论基础 基因是控制生物性状的基本单位 生物界共用一套遗传密码 遗传信息的传递都遵循中心法则的信息流动方向,2、表达的依据：,
