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Whatisbiotechnology?第一节生物技术概述*原意：（生物）原材料——产品。*延伸：泛指对所有利用生物体本身、代谢产物及功能等技术。一、生物技术的概念*（1）学科基础–生命科学*特点：综合性强、跨学科多*（2）技术特征主要技术特征：打破了物种界限，使动物与植物、微生物与动物、微生物与植物之间，越过交配屏障，实现“杂交”；根据人们的意愿，改造生物遗传特性，创造新的物种，并有可能对人类自身的进化过程产生影响；直接改造遗传物质核酸，创造新生物类型的速度比自然变异极大地加快。1）创造新的物种：打破了种属间杂交的界限，能将一种基因引入生命体而赋予它新的遗传特征，开创了育种历史上的新纪元。*2）生产有用蛋白：能利用生物反应器（bioreactor）生产有用蛋白。*3）生物治疗：生物治疗，就是采用DNA重组技术或其它新生物技术进行疾病的预防和治疗；*①重组蛋白质药物：*②重组DNA药物：包括寡核苷酸药物、基因治疗、基因疫苗等。*二、生物技术的内涵*(1)《中国生物技术政策纲要》（1986）：以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其它基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需新产品或达到某种目的。*(2)OECD（organizationforeconomiccooperationanddevelopment）（1982）：“生物技术是应用自然科学及工程学原理，依靠生物作用剂（biologicalagent）的作用将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术”.*(3)加拿大（1997）：“生物技术是指在自然或人工状态下，直接或间接地将科学和工程学方法应用于有机体的活体或部分组织，以实现对生产和服务过程进行创新或改进现状的目的”.*(4)美国在2001年则认为：生物技术是应用分子和生物细胞的工艺来解决问题、进行研究、生产产品并提供服务。*(5)日本(1999)：生物技术是一种技术，它应用或模仿了活体有机物的能力以改变物质，如：治理、传输信息或转化能量。*(6)新西兰生物技术协会（1998/1999）关于现代生物技术的定义如下：“利用科学和工程学的原理，通过生物学方法进行材料加工，以及通过分离、修改和合成，与实际生物性过程相关的基因结构，对生物材料进行处理、加工，以提高生活质量”.生物技术的定义“生物技术是以生命科学为基础，利用生物的特性或功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理和技术相结合进行社会生产或为社会服务的综合性技术领域”.第二节生物技术发展简史*一、生物技术发展史上的重要事件*1.生物技术的萌芽;*含糖野果自然发酵的现象，始于距今4—5万年前旧石器时代的“新人”阶段。*——最早的简单重复大自然的自酿过程*真正称得上有目的的人工酿酒生产活动，是在人类进入新石器时代，即出现了农业之后开始的。*比较充裕的粮食——陶制器皿*天然发酵”时代——fermentation*虎克（L.Hock,1632～1723）－显微镜现代发酵工业的奠基人汉逊（E.C.Hansen,1842～1909）和林德（M.E.Linder）于1878——“啤酒酵母”的单一培养技术；*李斯德（J.Lister,1827～1912）和柯赫（R.Koch,1843～1910）“细菌”的纯培养技术；*巴斯德，柯赫、汉逊2.生物技术发展*技术层面：发酵原理的发现和纯培养技术的成功*需求层面：战争的爆发。*一战：丙酮－火药的原料（使发酵工业成为向化学工业即非食品工业发展的开端）*二战：救治伤员－抗生素*1941年，英美合作开发青霉素；1943年，进入大规模工业生产。*6000多种具有不同作用机制、不同的作用专一性、不同来源的抗生素。二、生物技术的发展历史二、生物技术的发展历史*1.传统生物技术阶段*“传统生物技术”（traditionalbiotechnology）：其核心是指该历史发展阶段以发酵产品为主干的工业微生物技术体系，这种“把农牧渔业排斥在外的微生物发酵技术”称作传统生物技术的“狭义”概念。*而传统生物技术“广义”的概念则包括任何一种以活的机体制作和改进产品，改良动植物，培育专用微生物的技术。*特点：这一时期的生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产食品，其应用仅仅局限在化学工程和微生物工程的领域，通过对粗材料进行加工、发酵和转化来生产纯化人们需要的产品，如乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等。*2.近代生物技术阶段*“近代生物技术”可以理解为是随着显微镜的发现和发明，在细胞层面上改造生物体的技术。*特点：二十世纪四十年代抗菌素的提取，五十年代氨基酸的发酵到六十年代酶制剂工程为线索，仍以“微生物发酵技术”为技术特征的。*这一时期抗生素工业、氨基酸发酵和酶制剂工程相继得到发展，细胞工程相关技术日臻完善，但从技术特征上看还不具备高新技术的诸要素，因此只能被视为近代生物技术。二、生物技术的发展历史*3.现代生物技术阶段*20世纪70年代DNA重组技术——标志*孟德尔(G.J.Mendel)的“遗传因子”（Geneticfactor）的提出。（1865-1900）*摩尔根《基因论》（TheTheoryoftheGene）——本质是什么，1926.*1943年－薛定谔（E.Schrodinger，1887～1961）指出，必定存在一种生物大分子，其中包含着数量巨大的遗传密码的排列组合。*1944年，加拿大细菌学家艾弗里（O.T.Avery,1877～1955）等通过肺炎双球菌转化实验——DNA在染色体上，是遗传物质；试分析和说明？(分析和结论)*1953年4月，美国生物学家沃森（J.Watson，1928～）和英国物理学家克里克（F.Crick，1916～）在《Nature》杂志发表了一篇划时代的论文—核酸的分子结构。*“中心法则“DNA－RNA－蛋白质*1954年：“三联密码说”*1966年：64种遗传密码得到破译。*1972年：1972年美国斯坦福大学的伯格（P.Berg）首先实现了DNA体外重组技术，标志着生物技术的核心技术—基因工程技术的开始。二、生物技术的发展历史“现代生物技术”是指在传统生物技术基础上发展起来的，是对二十世纪七十年代以来出现的新的生物体操纵技术的称呼，包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等。第三节现代生物技术的技术组成生物技术的技术组成一、基因工程基因工程（geneengineering），又称为重组DNA技术，是按照人们的科研或生产需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遗传物质，在生物体外切割，拼接形成重组DNA。然后将重组DNA与载体的遗传物质重新组合，再将其引入到没有该DNA的受体细胞中，进行复制和表达，生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并使之稳定地遗传给下一代。基因工程-基本步骤（4）二、发酵工程发酵工程（fermentengineeringormicrobiologyengineering）技术：是利用现代工程技术手段，利用微生物的特殊功能生产有用的物质，或直接将微生物应用于工业生产的一种技术。*特点：厌氧－有氧（”工程“）*两个核心：菌种和生物反应器。*步骤：培养基的配制菌种选育灭菌扩大培养和接种发酵过程的控制和产品的分离纯化等等。应用基因工程和发酵工程的基本流程三、细胞工程*细胞工程（cellengineering）技术是根据生命体细胞的性质，应用细胞生物学的方法，按照人们预想的方案，在细胞水平上进行精细操作，把一种生物的染色体或细胞核等移植到另一种生物细胞中去，从而改变其细胞的遗传性，达到改良物种或创造新物种的目的。*主要步骤：细胞工程主要包括它包括细胞融合、细胞重组、染色体工程、细胞器移植、原生质体诱变及细胞和组织培养技术。因此，研究者称细胞工程为细胞操作技术。四、酶和蛋白质工程*酶工程（enzymeengineering），就是在一定的生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的底物原料转化成所需物质的技术。蛋白质工程*蛋白质工程（proteinengineering），是以蛋白质分子结构的规律及其与生物功能的关系为基础，借助计算机分子图像显示和辅助设计，通过有控制的基因修饰和基因合成，再结合基因工程途径，对现有蛋白质加以定向改造，设计、构建并最终生产出性能比自然存在的蛋白质更加优良、更符合人类社会需要的新型蛋白质。*一般基因工程技术主要是“基因搬家”，它所产生的仍是天然蛋白质，而蛋白质工程通过预定的设计，通过基因改造，所产生的则是原自然界中不存在的，具有人们所期望的新型蛋白质分子。因此，蛋白质工程亦称第二代基因工程。蛋白质工程的主要技术流程第四节现代生物技术的应用及发展前景*目的：健康、食物、能源、资源和环境等诸多重大问题*历史进程（三次大的变革）*（1）红色生物技术（redbiotechnology）：医药生物技术领域－其标志是1982年重组人胰岛素上市*（2）绿色生物技术（greenbiotechnology）：标志为1996年转基因大豆、玉米和油菜相继上市；*（3）白色生物技术（whitebiotechnology）：2000年聚乳酸上市为标志的工业生物技术*生物产业（bio-industry,BI）是以生物工程原理和技术为基础，利用生物（或生物组织、细胞及其它组成部分）或其代谢物质的特性和功能，从事生物技术产品开发、生产、流通和服务的行业集群。一、现代生物技术的产业化概况*1.国际生物技术产业的发展现状*（1）医药生物产业捷足先登*（2）农业生物产业蓬勃发展*（3）工业生物产业迅速兴起*2.我国生物技术产业的发展现状*（1）我国发展生物技术产业的优势*（2）我国生物技术产业的现状二、现代生物技术的应用发展前景*（1）农业领域转基因技术、组织培育技术、动物胚胎移植与克隆技术，极大地促进了农作物与畜禽的改良，大幅度地提高了农产品的产量与品质，增强农产品的营养功能，全面提高人类的健康水平。二、现代生物技术的应用发展前景（3）医学领域生命科学将从根本上揭示各种遗传病、癌症、心血管病、精神病等重大疾病的机理和防治途径。（4）生态环境领域植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将能彻底改变干旱地区的生态环境，使盐碱地变为良田。（5）能源领域生物技术将会使甘蔗、油菜籽、作物秸秆、林产品废弃有机物转化为生物乙醇、生物柴油、生物发电、生物氢等生物质能，使“绿色能源”替代“黑色能源”第二章生物技术与农业联合国粮农组织2012-3-14就叙利亚的粮食安全形势发出特别警报，对叙利亚国内的弱势群体表示关切。粮农组织在一份报告中说，自2011年3月中旬以来，叙利亚持续不断的动乱导致大约140万人陷入粮食短缺状态，成千上万的民众逃往邻国。一些地区的食物、水和燃料供应越来越困难，而且这种情况也影响到牧民，他们的牛群活动受限，兽药和其他物资匮乏。粮农组织自1981年起，将每年的10月16日定为世界粮食日，以引起人们对世界粮食短缺问题的重视，敦促各国政府采取行动增加粮食产量。基因改良作物被许多人看成解决粮食短缺的救星第二章生物技术与农业转维生素A(前体)基因的金色稻GoldenRice第一节植物生物技术*一、植物生物技术（plantbiotechnology）的概念（1）概念：~是指对植物品质和性状进行改造的生物技术，包括植物组织培养技术、细胞工程、基因工程等多种生物技术，主要是指植物基因工程和与之相关的植物组织细胞培养技术、分子标记育种技术等。“广义”的植物生物技术指提高和改良农作物产量、品质的所有技术；“狭义”的植物生物技术指利用植物器官、组织、细胞和通过分子水平的操作，促进植物繁殖、有用物质生产和植物品种遗传改良的技术。（2）主要内容：花药培养技术、植物组织和体细胞变异培养技术、植物原生质体培养技术和基因工程技术。二、植物生物技术的发展简史*1.细胞全能性理论的提出1902年，德国植物生理学家G.Haberlandt提出植物细胞全能性的理论，即植物体细胞在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株的能力。*2.20世纪70年代，美国