生物技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、当代生命科学革命当代生命科学革命第1页1.1 生物技术作用与意义生物技术作用与意义生物技术是生命科学基础生命科学基础学科是生物学生物技术是现实生产力生物技术是巨大潜在生产力生物技术是二十一世纪高新技术核心内容生物技术产业是二十一世纪支柱产业第2页1.2 1.2 生物科学成为当今世界自然生物科学成为当今世界自然科学热点和重点科学热点和重点二十世纪后叶,分子生物学领域一系列突破性成就,使生命科学在自然科学中地位发生了革命性改变,成为领先学科建立在试验室研究基础上,当代生物技术发展,为人类带来了巨大利益和财富第3页1.3 生物技术将是未来经济发展新动力 第一次技术革命 工业革命解放人双手第二次技术革
2、命 信息技术扩展人大脑第三次技术革命 生物技术改造生命本身第4页高技术高投入高利润高风险 1.4 生物技术特点生物技术特点第5页传统发酵酿酒、制酱、制醋技术传统发酵酿酒、制酱、制醋技术18601860年,巴斯德单一霉菌纯粹培养技术年,巴斯德单一霉菌纯粹培养技术18781878年,啤酒酵母单一培养技术年,啤酒酵母单一培养技术18811881年,细菌纯粹培养技术年,细菌纯粹培养技术19291929年,抗菌素盘尼西林发觉年,抗菌素盘尼西林发觉19461946年,用细菌生产出氨基酸年,用细菌生产出氨基酸1.5生物技术简史第6页19521952年,用微生物转化荷尔蒙取得成功年,用微生物转化荷尔蒙取得成功
3、19531953年,沃森和克里克提出了年,沃森和克里克提出了 DNADNA双螺旋结构双螺旋结构19721972年,美国斯坦福大学构建年,美国斯坦福大学构建了第一个重组了第一个重组DNADNA分子分子19771977年,在美国旧金山建立了年,在美国旧金山建立了世界上第一家遗传工程企业世界上第一家遗传工程企业第7页1.6 当代生物技术当代生物技术 又又称称生生物物工工程程或或生生物物工工艺艺学学,是是以以生生命命科科学学为为基基础础,用用先先进进科科学学原原理理和和技技术术伎伎俩俩来来硕硕士士物物体体(材材料料),为为人人类类生生产产出出所所需需要要产产品品或或到到达达某某种种目目标标(如如防防治
4、治疾疾病病、保保护护环环境等境等)。突 破 点DNA双螺旋结构发觉发展方向分子生物学技术突破重组DNA技术第8页1982年,国际合作与发展组织定义为:生物技术是应用自然科学及工程学原理,依靠微生物、动物、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务技术美国政府技术顾问委员会(OAT)定义是:应用生物或来自生物体物质制造或改进一个商品技术,还包含改良有主要经济价值植物与动物,以及利用微生物改良环境技术该定义强调了生物技术商品属性克隆羊“多莉多莉”1.7 生物技术定义:第9页1.8 什么是生物工程 生物工程是生物技术总称,是对生命生物工程是生物技术总称,是对生命有机体在有机体在分子水平分子水
5、平、细胞水平细胞水平、组织组织水平水平、个体水平个体水平进行不一样层次创造进行不一样层次创造性设计和改造,使之能性设计和改造,使之能定向定向组建含有组建含有特定性状新物种或新品系,从而造福特定性状新物种或新品系,从而造福人类当代应用技术人类当代应用技术第10页硕士物工程意义使人类进入了按照自己需要人工创造使人类进入了按照自己需要人工创造新生物伟大时代新生物伟大时代它是世界新技术革命三大支柱之一它是世界新技术革命三大支柱之一(信息、材料、(信息、材料、生物工程生物工程),含有相),含有相当大潜在生产力当大潜在生产力第11页2生物技术四大致系基因工程基因工程细胞工程细胞工程酶工程酶工程发酵工程发酵
6、工程第12页2.1基因工程定义定义将不一样生物外源将不一样生物外源DNA(DNA(基因)插入到基因)插入到载体分子上,形成载体分子上,形成“杂种杂种”DNA”DNA分子,分子,导入受体细胞中扩增和表示导入受体细胞中扩增和表示第13页技术上三大创造技术上三大创造限制性内切酶和连接酶:限制性内切酶和连接酶:DNA“手术刀手术刀”与与“缝纫机缝纫机”载体:载体:运输遗传物质工具,如质粒、病运输遗传物质工具,如质粒、病毒等毒等逆转录酶:逆转录酶:从从mRNA到到 DNA,使真核,使真核基因制备成为可能基因制备成为可能第14页基因工程内容基因工程内容目标基因取得目标基因取得目标基因与载体连接成重组目标基
7、因与载体连接成重组DNA分子分子重组重组DNA分子导入受体细胞分子导入受体细胞筛选重组克隆筛选重组克隆 基因表示与产物分离基因表示与产物分离第15页(1)取得目标基因和载体)取得目标基因和载体(2)切割、连接形成新重)切割、连接形成新重组组DNA分子分子(3)重组)重组DNA分子导入受分子导入受体细胞,并能在受体细胞中体细胞,并能在受体细胞中复制和遗传复制和遗传(4)对转化子筛选和判定)对转化子筛选和判定(5)对取得外源基因细胞)对取得外源基因细胞或生物体经过培养,取得所或生物体经过培养,取得所需遗传性状或表示出所需要需遗传性状或表示出所需要产物产物基因工程基本过程第16页从生物基因组中分离得
8、到从生物基因组中分离得到基因组基因组DNA DNA 酶切产物酶切产物总总RNA mRNA cDNARNA mRNA cDNA人工合成人工合成化学合成化学合成PCRPCR(聚合酶链式反应)(聚合酶链式反应)分离分离逆转录逆转录步骤一获得DNA片段,取得目基因第17页质粒DNA外源DNA酶切酶切外切酶外切酶膜端转移酶膜端转移酶DNA聚合酶DNA连接酶变性、复性步骤二步骤二 DNADNA片段片段和载体和载体DNADNA在体外连接在体外连接第18页转化转化 某一基因型细胞从周围介质中吸某一基因型细胞从周围介质中吸收另一基因型细胞收另一基因型细胞DNADNA,而使其基因型,而使其基因型和表型发生对应改变
9、现象和表型发生对应改变现象转染转染 除去蛋白质外壳病毒核酸感染细除去蛋白质外壳病毒核酸感染细胞或原生质体过程胞或原生质体过程转导转导 用噬菌体做载体,将一个细胞用噬菌体做载体,将一个细胞基因传递给另一个细胞过程基因传递给另一个细胞过程 步骤三步骤三 将重组将重组DNADNA引入宿主细胞引入宿主细胞第19页从大量携带重组体从大量携带重组体DNADNA宿主细胞中分宿主细胞中分离出携带目标基因细胞离出携带目标基因细胞步骤四步骤四 选择、筛选选择、筛选第20页遗传学方法遗传学方法对于带有抗药性基因质粒,可经过检测受体菌是否对于带有抗药性基因质粒,可经过检测受体菌是否由敏感状态变成抗药状态进行筛选由敏感
10、状态变成抗药状态进行筛选.免疫学方法免疫学方法用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳性克隆方法用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳性克隆方法筛筛 选选 方方 法法第21页看新基因能否在新细胞中看新基因能否在新细胞中“定居定居”下下来,能否复制自己稳定传代,能不能来,能否复制自己稳定传代,能不能产生表示作用,指导蛋白合成产生表示作用,指导蛋白合成步骤五步骤五 培养、观察培养、观察第22页基因工程应用制造稀少宝贵蛋白质药品1982年,美国食品与药品管理局同意了首例基因工程产品人胰岛素投放市场,它标志着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、-干扰素、纤维素酶、抗血友病因子
11、、红细胞生成素、尿激酶原、白细胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等第23页转基因植物转基因植物转基因农作物转基因农作物转基因蔬菜转基因蔬菜转基因果树转基因果树转基因花卉转基因花卉转基因草类转基因草类转基因林木转基因林木第24页1983年世界上第一个问世转基因植物年世界上第一个问世转基因植物就是抗除草剂烟草。全球第一个被同就是抗除草剂烟草。全球第一个被同意商业化转基因植物是番茄。意商业化转基因植物是番茄。第25页转基因动物转基因动物第26页l畜牧业中应用动物疫苗、生长激素等例:从转基因羊羊奶中提取出治疗心脏病药品tPA第27页l种植业中应用抗化学除草剂基因转基因西红柿固氮酶基因人类DNAl环境
12、保护等等第28页2.2细胞工程定义定义细胞工程是指经过细胞水平上筛选或改造,取得有商业价值细胞株或细胞系,再经过规模培养,取得特殊商品技术与过程。它包含它包含细胞融合细胞融合、细胞器移植细胞器移植、染色体工程染色体工程、细胞和组培技术细胞和组培技术等等第29页经过生物学、化学或物理学方法,使经过生物学、化学或物理学方法,使两个不一样种类体细胞融合在一起,两个不一样种类体细胞融合在一起,从而产生含有两个亲本遗传性状新细从而产生含有两个亲本遗传性状新细胞胞童鱼童鱼世界上第一条没有父母鱼世界上第一条没有父母鱼 “鲫鲤核质杂交鱼鲫鲤核质杂交鱼”体细胞杂交/细胞融合技术第30页组织培养组织培养/快速无性
13、繁殖快速无性繁殖利用植物组织、植物细胞全能性,进行快速利用植物组织、植物细胞全能性,进行快速无性繁殖。无性繁殖。优点优点 可固定杂种优势可固定杂种优势 免去制种步骤免去制种步骤 对宝贵植物引种生产含有对宝贵植物引种生产含有 尤其意义尤其意义举例举例 组织培养法再生兰花;人工种子组织培养法再生兰花;人工种子植物组织与细胞培养第31页组 织 培 养叶肉组织叶肉组织愈伤组织愈伤组织新植株新植株第32页快速无性繁殖单个单个细胞细胞营养培养基营养培养基克隆植株克隆植株第33页细胞育种细胞育种 诱导突变,筛选新品系、新品种诱导突变,筛选新品系、新品种植物组织与细胞培养突变与突变体筛选突变与突变体筛选第34
14、页植物组织与细胞培养次生代谢产物生成次生代谢产物生成 从培养植物细胞中提取所需代谢产物。从培养植物细胞中提取所需代谢产物。优点优点 比栽培原料作物更易控制最正确生产条比栽培原料作物更易控制最正确生产条件件 培养物为无菌、无虫材料,能确保产品培养物为无菌、无虫材料,能确保产品质量质量 工艺操作较为简单,可降低劳动费用,工艺操作较为简单,可降低劳动费用,提升生产力提升生产力第35页2.3 酶 工 程定义定义 利用酶特异催化功效,将一个物利用酶特异催化功效,将一个物质转化为另一个物质技术质转化为另一个物质技术第36页基本步骤基本步骤 将酶制剂精制成固相酶,然后将其将酶制剂精制成固相酶,然后将其组装在
15、特殊器件中形成生物反应器,利用这种反组装在特殊器件中形成生物反应器,利用这种反应器将底物转化为人类需要产品应器将底物转化为人类需要产品优点优点 快速;高效;产品回收和提纯工艺简便快速;高效;产品回收和提纯工艺简便酶工程研究两个方面 酶分子改造与修饰酶分子改造与修饰经过这种改造来改变酶物化性质及其生物活性,甚经过这种改造来改变酶物化性质及其生物活性,甚至赋予新功效,提升其在不良环境中稳定性,扩至赋予新功效,提升其在不良环境中稳定性,扩大酶应用范围大酶应用范围 酶抑制剂开发研究酶抑制剂开发研究所谓酶抑制剂是指能引发酶分子活力下降甚至完全所谓酶抑制剂是指能引发酶分子活力下降甚至完全丧失物质丧失物质第
16、37页2.4发 酵 工 程定义定义当代发酵工程当代发酵工程主要指利用微生物、包含利用重组主要指利用微生物、包含利用重组DNADNA技术改造微生物在全自动发酵罐或生物反应技术改造微生物在全自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品技术器中生产某种商品技术当代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力学、大当代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等亲密结型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等亲密结合和应用结果合和应用结果包含包含菌种选育菌种选育、菌种生产菌种生产、代谢产物发酵代谢产物发酵和和分离分离以以及及微生物机能利用微生物机能利用等等第38页优点优点 投资省;见效快;污染
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