现代生物技术精
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现代生物技术摘要:现代生物技术,主要包括五项技术:基因工程,细胞工程,酶工程,蛋白质工程,发酵工程。
五项技术的应用十分广泛,在人们的生产生活中占有重要地位。
关键词:基因工程细胞工程酶工程蛋白质工程发酵工程应用随着时代的发展,现代生物技术在人们的生活中也越来越重要了。
现代生物技术对解决人类面临的重大问题如:粮食、健康、环境和能源等将开辟广阔的前景,因此越来越为各国政府和企业界所关注,现代生物技术已经与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱,是21世纪高新技术产业的先导。
生物技术(biotechnology),也称生物工程(bioengineering),指人们以现代生命科学为基础,结合先进的工程技术手段,按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需产品的技术。
生物技术是由多个学科综合而成的一门新学科。
主要包括以下5项技术:1.基因工程(gene engineering)2.细胞工程(cell engineering)3.酶工程(enzyme engineering)4.发酵工程(fermentation engineering)5.蛋白质工程(protein engineering )。
一、基因工程基因工程原称遗传工程。
从狭义上讲,基因工程是指将一种或多种生物体(供体)的基因与载体在体外进行拼接重组,然后转入另一种生物体(受体)内,使之按照人们的意愿遗传并表达出新的性状。
广义的基因工程定义为DNA重组技术的产业化设计与应用,包括上游技术和下游技术两大组成部分。
上游技术指的是外源基因重组、克隆和表达的设计与构建;而下游技术则涉及到含有重组外源基因的生物细胞的大规模培养以及外源基因表达产物的分离纯化过程。
基因工程之所以能够实现,主要有六个原因:1.不同基因具有相同的物质基础;2. 基因是可切割的;3. 基因是可以转移的;4. 多肽和基因之间存在对应关系;5. 遗传密码是通用的;6. 基因可以通过复制把遗传信息传给下一代。
第四章现代生物技术【教课目的】1.能够举例说出转基因技术、克隆技术的应用。
2.能够划分基因工程和细胞工程,举例说出生物技术在工业、农业、环境保护、医药等领域的作用。
【教课要点】转基因技术和克隆技术的看法及应用。
【教课难点】转基因技术和克隆技术的看法及应用。
【教课准备】1.教师准备:PPT课件、视频、图片2.学生准备:课前预习;收集生物技术和平时生活关系的资料,收集生物技术波及的安全性和社会伦理问题的资料。
【教课内容】一、导入新课教师:最近几年来转基因食品在我们的生活中愈来愈常有,大家能够举一些例子吗学生:举例,如:玉米、番茄、大豆等等。
教师:播放克隆羊多莉视频,发问同学们能否知道创建多莉所应用的是什么技术。
学生:议论回答是克隆技术教师:大家都或多或少的听闻过转基因技术和克隆技术,它们都属于现代生物技术,那么终究什么是现代生物技术呢今日我们就来认识一下。
二、转基因技术教师:第一指导学生阅读课本P71 资料剖析内容,学生阅读议论转基因番茄的形成原理。
接着用多媒体演示转基因抗虫棉的培养过程。
同时请同学们思虑两个问题:什么是基因工程什么是转基因技术师生共同议论,沟通,总结。
学生:基因工程是依据人的意向,运用人工方法,对生物的基因构成进行“移花接木”式改造的重组技术。
转基因技术是将人工分别,修饰过的基因(外源基因)导入生物体(动植物体或它们的受精卵内)的基因组中,并能在细胞中发挥作用。
因为外源基因的表达,惹起生物性状的可遗传的变化,这类技术叫转基因技术。
教师:经过课前你们收集的资料,大家谈谈你们所知道的转基因生物。
学生纷繁讲话,介绍各样转基因动、植物。
教师:应用转基因技术建立的生物称为转基因生物,包含转基因植物、转基因动物和转基因微生物。
转基因食品就是用转基因生物生产和加工的食品。
三、克隆技术教师:方才的视频短片中除了介绍基因工程之外,还介绍了一种此刻常常说到的生物技术是什么生:细胞工程和克隆技术。
师:请同学们阅读课本上的内容,思虑什么是细胞工程和克隆技术教师指导学生阅读课本 P73 资料剖析内容,学生疏组议论剖析克隆牛的形成原理。
现代生物技术概论现代生物技术是指利用生物学原理和方法,运用现代科学技术手段进行生物学研究和应用的一门学科。
它涉及到生物学、化学、物理学、计算机科学等多个学科的交叉与融合,是当代科技发展的一个重要方向。
现代生物技术在农业、医学、环境保护等领域发挥着重要作用。
在农业领域,通过基因工程技术可以将外源基因导入作物中,使作物获得抗病虫害、耐逆性等特性,提高作物产量和品质。
例如,转基因玉米可以抵抗玉米螟的侵袭,转基因水稻可以抗虫害和耐盐碱。
这些转基因作物的应用有助于解决全球食品安全问题。
在医学领域,现代生物技术的应用也十分广泛。
通过基因测序技术,可以诊断并预测一系列遗传性疾病。
基因治疗技术则可以通过修复或替换患者体内缺陷基因,治疗一些遗传性疾病。
此外,生物制药技术可以利用重组蛋白、抗体等生物制剂生产药物,提高药物的疗效和安全性。
例如,重组人胰岛素的生产技术已经成功应用于糖尿病治疗。
在环境保护领域,现代生物技术也发挥着重要作用。
生物降解技术可以利用微生物降解有机污染物,减少环境污染。
例如,利用特定的细菌和真菌可以降解石油污染物,恢复受污染的土壤和水体。
此外,生物能源技术可以利用植物和微生物转化生物质为可再生能源,减少对传统能源的依赖。
现代生物技术的发展离不开基础研究的支持。
基因组学、蛋白质组学等研究领域的不断突破,为现代生物技术的应用提供了丰富的资源和理论基础。
同时,生物信息学的发展也为大规模数据的处理和分析提供了有力工具,加速了生物技术的进步。
然而,现代生物技术的应用也面临一些挑战和争议。
生物安全问题是其中之一,转基因作物的引入引发了对食品安全和环境风险的担忧。
此外,伦理道德问题也是现代生物技术争议的焦点之一,如基因编辑技术的应用引发了对人类基因改造的争议。
在未来,随着科技的不断进步,现代生物技术将继续发展,为人类社会带来更多的福祉。
同时,我们也需要加强相关法律法规的制定和监管,确保生物技术的安全和可持续发展。
现代生物学新技术
现代生物学新技术涵盖了广泛的技术和应用,其中一些主要的技术包括:
合成生物学:这是一种综合性的新兴生物技术,主要通过构建人造基因回路来探究和改造生物系统的生物功能,如人工合成新型生物材料和生物燃料等。
组织工程:这是一种利用多种细胞和生物材料构建、修复和再生生物组织和器官的技术,可以用于医学上的治疗和生物学研究。
生物芯片技术:这是一种高通量生物分析技术,可以对大量的生物分子进行同时检测和分析,广泛应用于基因检测、蛋白质分析、生物标记物鉴定等领域。
精准医学:这是一种基于个体基因组信息的医疗模式,将基因测序和其他生物信息技术应用于医学临床实践,实现针对个体的精准诊断和治疗,从而提高治疗效果和降低医疗成本。
微生物组工程:这是一种利用工程学手段调控和改造微生物的代谢途径和基因表达,生产高价值的生物材料和化合物,如抗生素、酶、化学品和生物柴油等。
基因编辑技术:利用分子生物学和生物化学的技术,通过针对DNA分子的编辑和改造,实现对基因组的精确修改,包括CRISPR/Cas9、TALEN等技术。
3D生物打印技术:使用生物工程技术构建复杂的3D细胞结构和组织,以模拟人体器官或研究生物系统的技术,有助于开发新药和个体化医疗。
这些新技术正在迅速发展和推广,将为医学、农业、环境保护和工业等领域带来新的突破和机遇。
不过,这些技术也带来了一些挑战,
如伦理、安全性和社会接受度等问题,因此需要在发展和应用过程中进行充分的评估和讨论。
现代生物技术包含的内容及其应用领域篇一《现代生物技术都藏了啥》嘿,你知道吗?现代生物技术那可就像是个神奇的大百宝袋,里面藏着好多让人惊叹的玩意儿。
就拿基因编辑技术来说吧。
我有个朋友啊,他在农业科研所工作。
有一回,他跟我讲了他们做的一个特别有意思的事儿。
他们当时想要改良一种西红柿的品种,让它更抗病虫害,口感还得好。
他们就用上了基因编辑技术。
这基因编辑啊,就像是一个超级精细的小工匠,能精准地给西红柿的基因来个“小手术”。
科研人员们在实验室里,眼睛紧紧盯着显微镜,那认真劲儿啊,就跟在雕琢一件绝世珍宝似的。
他们小心翼翼地把负责抗病虫害的那些优秀基因找出来,然后巧妙地把它们整合到西红柿的基因组里。
经过一番努力,新的西红柿品种终于培育出来了。
这新的西红柿啊,那真是不得了。
一个个长得又大又红,就跟小灯笼似的。
而且啊,真的特别抗病虫害,以前那些让普通西红柿叫苦不迭的害虫,在它们面前都没了辙。
口感那更是没得说,咬上一口,酸甜的汁水就在嘴里爆开,那滋味,嘿,真让人忘不了。
除了基因编辑,现代生物技术里还有细胞工程呢。
比如说克隆技术,就像能复制“粘贴”生物一样神奇。
想象一下,要是能克隆出特别优秀的奶牛,那产奶量不得蹭蹭往上涨啊。
总之啊,现代生物技术这个大百宝袋里的宝贝,在农业、医药等好多领域都大显身手,给我们的生活带来了不少惊喜。
篇二《现代生物技术的花样应用》现代生物技术不光能让我们的食物变得更好,在医疗领域那也是“神通广大”啊。
我家邻居张大爷就亲身经历了一件跟生物技术有关的神奇事儿。
张大爷之前啊,一直受糖尿病的折磨。
每天都得打针吃药,那小日子过得别提多郁闷了。
后来啊,医生告诉他有一种新的治疗方法,是利用生物技术研发出来的胰岛素类似物。
这种胰岛素类似物的研发可不容易。
科研人员们在实验室里没日没夜地研究,各种实验设备整天嗡嗡响,就跟在开一场热闹的科技派对似的。
他们从胰岛素的分子结构入手,像搭积木一样,一点点地调整和优化,终于研制出了这种更符合人体生理需要的胰岛素类似物。
、现代生物技术的概念、涵盖的领域现代生物技术是一种利用生物领域的知识和技术来解决生物学问题或应用生物资源的技术。
它涵盖了广泛的领域,如农业、医学、环境保护、食品加工等方面。
下面将详细介绍现代生物技术的概念以及其涵盖的领域。
# 现代生物技术的概念现代生物技术指的是通过对生命体内部结构和功能的深入了解, 运用工程技术手段加以控制和调控的一种综合性技术,其主要特点是通过分子生物学和细胞生物学等技术手段,对生物体进行修改和改良,从而达到人为改变生物体特性的目的。
现代生物技术是一种高新技术,它在许多领域都发挥着重要作用。
# 现代生物技术的涵盖领域## 农业领域现代生物技术在农业领域的应用包括基因工程育种、转基因作物、植物细胞培养等方面。
基因工程育种使得农作物能够抵抗病虫害、耐受干旱、耐盐碱等,从而提高产量和质量。
转基因作物广泛应用于玉米、大豆、棉花等作物的改良中,使这些植物具有更好的抗逆性和更高的产量。
植物细胞培养技术也被广泛用于植物组织的培育和繁殖。
## 医学领域在医学领域,现代生物技术被应用于基因治疗、细胞治疗、疫苗研发等方面。
基因治疗可以通过修复或替换受损的基因,来治疗遗传性疾病。
细胞治疗则是利用干细胞等细胞培养技术来治疗各种疾病。
现代生物技术也推动了疫苗研发的进步,例如利用重组DNA技术生产疫苗。
## 环境保护领域生物技术在环境保护领域的应用包括生物污水处理、生物材料降解等方面。
利用生物技术进行污水处理可以高效地降解有机废水,净化环境。
生物材料的降解也可以通过生物技术手段进行加速,从而减少对环境的影响。
## 食品加工领域现代生物技术在食品加工领域的应用主要包括发酵工艺、酶工程等方面。
利用生物技术可以生产出高品质、高附加值的食品,例如通过发酵生产的酸奶、酒类产品、酿造酱油等。
酶工程技术也可以被应用于食品加工中,改善食品的口感、保存期限等。
现代生物技术在农业、医学、环境保护、食品加工等领域发挥着重要的作用。
、现代生物技术的概念、涵盖的领域现代生物技术是指利用现代生物学、生物化学、分子生物学、细胞生物学等学科的理论和方法,结合工程技术,对生物体进行改良、利用和开发的一种前沿技术。
现代生物技术在医疗保健、农业生产、环境保护、工业生产等领域都有着广泛的应用。
它不仅在提高生产效率和品质上发挥着重要作用,还为解决传统技术难以解决的问题提供了新的思路和途径。
下面我们将从不同的角度,对现代生物技术进行深入的探讨。
一、现代生物技术的概念现代生物技术是指运用生物学、化学、物理学等相关学科的原理和方法,利用现代分子技术、基因技术以及组织培养、细胞培养等技术手段,对生物系统进行研究、改良和利用的综合性技术。
它的本质是通过干涉生物体内部的基因组、蛋白质组等分子结构和组织结构,使得生物体的特性得以改良和优化,从而实现更好的科研、生产和应用目标。
1.基因技术在现代生物技术中的应用基因技术是现代生物技术中的重要手段之一。
它包括基因克隆技术、基因工程技术、基因编辑技术等。
基因技术的应用范围非常广泛,包括医学上的疾病诊断和治疗、农业上的作物改良和疾病防治、工业生产上的生物制药和生物能源等多个领域,对生物体进行基因改良,加速了生物研究和产业发展的步伐。
2.细胞培养技术在现代生物技术中的应用细胞培养技术是现代生物技术中的另一项重要技术。
它主要指利用无菌技术和组织培养技术,将生物组织中的细胞在无菌条件下进行培养、传代和扩增,为生物研究和生产应用提供了丰富的细胞资源。
这项技术在药物研发、生物材料生产、再生医学等方面有着重要的应用前景。
3.蛋白质工程技术在现代生物技术中的应用蛋白质工程技术是指利用分子生物学和蛋白质化学的原理,通过对蛋白质结构和功能的理解,对蛋白质进行改良、合成和应用的技术。
蛋白质工程技术被广泛应用于生物药物的研发、工业酶的生产、食品添加剂的开发等领域,为提高生产效率和产品质量做出了重要贡献。
二、现代生物技术的涵盖领域现代生物技术在医疗保健、农业生产、环境保护、工业生产等领域都有着广泛的应用。
现代生物科技的作用是什么?生物科技是指在生物体中使用分子生物学、细胞生物学、遗传学、微生物学等相关学科的基础理论和实验方法,从而通过对生物体的研究和改造,直接或间接地服务于人类。
现代生物科技是当今世界上最为前沿和快速发展的科技领域之一,在医学、农业、工业、环保等领域起到了重要作用。
下面,我们来分别介绍现代生物科技的作用。
1.改善医疗现代生物科技在医疗领域的应用非常广泛,其中最为显著的就是基因治疗。
通过对人类基因进行改造,可以治疗各种遗传性疾病,例如:癌症、糖尿病、肺炎等。
同时,生物技术也可以加速药物研发和生产,减少药物研发时间和成本,让更多疾病得到有效治疗。
另外,生物技术还为人类提供了智能医疗解决方案,在数据采集、监测、医学诊断等方面发挥了积极作用。
2.改善农业生产现代生物科技还被广泛地应用于农业领域,例如:利用基因编辑技术改良作物的基因,提高其产量和质量,增强作物的抗病性和适应性,从而保障农业生产可持续发展。
此外,生物技术还可以用于生产农业生产所需的化肥、种子、农药等化学品,以避免使用化学品造成的环境污染。
3.改善环境保护现代生物科技具有优良的生物加工、资源化和环保特性,例如:利用目标微生物解决废水、废气、固体废弃物等问题,从而达到减少或排除污染物的目的。
同时,生物技术还可以利用生物材料,替代传统工业材料,从而减少大气污染,保护生态环境。
总结生物科技作为当今世界上最为前沿和快速发展的科技领域之一,在医疗、农业、环保等领域起到了非常重要的作用。
并且,随着生物技术的进一步发展和创新,未来它的应用领域还将不断扩大,进一步推动人类应对社会和经济发展中遇到的各种问题。
论述现代生物技术在医药领域方面的应用现代生物技术在医药领域方面的应用广泛且深远,为医学研究和临床实践带来了巨大的突破和进步。
以下将从基因工程、生物制药、细胞治疗等方面探讨现代生物技术在医药领域的应用。
基因工程为药物研究和生产提供了重要的手段。
基因工程技术可以通过改变生物体的基因组,实现目标基因的插入或删除,从而改变生物体的性状和生理功能。
基因工程技术使得科研人员能够精确地设计和合成特定的基因序列,用以生产药物。
例如,通过基因工程技术,科研人员可以将人类生长激素基因插入细菌中,使得细菌能够大量产生人类生长激素,从而用于治疗儿童生长激素缺乏症。
另外,基因工程还可用于生产人工胰岛素、抗体和疫苗等药物,大大提高了药物的产量和质量。
生物制药是现代医药领域中的一个重要分支,利用生物体的细胞工程技术生产药物。
生物制药技术通常包括两个主要步骤,即基因克隆和蛋白表达。
先利用基因工程技术将目标基因插入细胞中,然后通过细胞培养和蛋白表达,将目标蛋白大量合成和分离。
这种方法可以生产大量纯度高的药物,包括重组蛋白药物如重组人胰岛素、重组抗体药物和重组疫苗。
细胞治疗是近年来生物技术在医药领域的热点研究领域之一。
细胞治疗是指利用特定类型的细胞来修复或替代受损细胞或组织以治疗疾病。
干细胞治疗是细胞治疗的一个重要分支,这种治疗方法通过将干细胞注入患者体内,使其分化成需要的细胞类型,如神经细胞、心肌细胞等。
干细胞治疗在再生医学和组织工程领域具有巨大的潜力,可以用于治疗多种慢性疾病和器官损伤。
除了上述几个方面,现代生物技术在医药领域还有许多其他应用。
例如,基因测序技术的发展使得个体基因组测序成为可能,有助于了解疾病的发生机制和个体化治疗。
再如,CRISPR-Cas9基因编辑技术的出现,使得科研人员能够精确地编辑人类基因组,对遗传疾病进行治疗。
综上所述,现代生物技术在医药领域的应用如基因工程、生物制药和细胞治疗等方面取得了巨大的突破和进展。
现代生物技术的发展历程和未来前景自然界中存在着大量的生物类别,其中有些生物被我们利用,并形成了我们的生活方式和经济活动,而有些则是我们所不希望出现的不良生物。
在人类长期的历史演变过程中,一些生命科学家通过对天然生物的深入探索与研究,开发出了许多的生物技术,这些技术在医学、农业和环境改良等方面都发挥了重要作用。
一、现代生物技术的发展历程1.基因工程技术的兴起基因工程技术是现代生物技术的重要组成部分,它起源于20世纪60年代。
当时,人类已经掌握了DNA的序列信息,并开始构建一些的基因库。
1972年,斯坦福市立大学的保罗•伯格在进行的实验中第一次成功将大肠杆菌的DNA转入噬菌体晶体体内,从而证明了基因工程在生物学上是可行的。
1981年,一名美国科学家在基因工程技术的支持下,第一次研制成功了人工合成基因,这次的成功标志着基因工程技术已经达到了令人瞩目的高峰。
2.基因组学的诞生基因组学是生物学中的一个新的分支领域。
随着DNA序列技术的发展,人类能够掌握大量的基因信息。
在1995年,人类第一次测定了更加复杂的生物体门的基因组,促成了基因组学的发展。
到了2000年,人类也较好地解密了人类自身的基因组序列,为基因诊断研究提供了重要的数据。
从基因组学发展历史上看,这个应用领域是非常有前途的。
3.疫苗与药物的研制生物体存在着各种疾病的侵袭。
其中,一些疾病是因为生物体与其自身的免疫系统之间的抗原联系,而导致免疫系统的失调。
通过生物技术,我们可以在研制过程中细致地研究抗原与B细胞之间联系,从而成功研制针对某些健康问题的疫苗与药物。
如人乳头瘤病毒疫苗、埃博拉药物等高效的药物和疫苗的问世,都是基因工程技术为人类所带来的福音。
二、未来生物科技的前景1.基因制药基因制药是“定制”药物的一种方法,能够准确地基于特定基因对患者进行治疗。
这种方法不仅可以减少药物在人体内的负面影响,而且能够促进针对特定疾病的医学发展。
基因制药的发展趋势将立足于为更多的疾病开发治疗方法。
第一章现代生物技术革命医学遗传学发展到现代医学分子遗传学与先进技术的发展密切相关, 特别两项生物技术: 细胞融合技术和DNA重组技术所起的作用十分重要。
19世纪:细胞是生命的基本单位。
细胞学说:细胞是动植物结构和功能的基本单位,一切生命现象都是以细胞为基础表达的。
分子生物学、分子遗传学:20世纪生物学的主流以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命现象的共同物质基础,细胞和有机体所有生命活动都是以这些生物大分子及其复合物的结构、运动和相互作用来实现的。
人类对自然界的要求认识—利用—再造—改造—创造随着反向生物学的问世, 在20世纪八十年代诞生了生物技术(Biotechnology这门新学科。
生物技术学科的地位生物技术是世界新技术革命的主角之一, 生物技术与新材料、信息技术(包括微电子、计算机一起已成为新产业革命三大支柱;阳光技术,朝阳产业,黄金工程,倍受世界各国重视。
21世纪是生物生命世纪,生物技术将成为21世纪高技术革命的核心内容。
生物技术的重要性有助于解决全球的重大难题:资源(能源、人口、粮食、生态环境、健康与疾病和战争与灾害;促进传统产业的技术改造和新产业的形成,对人类社会生活产生深远的革命性影响;生物技术这一新生事物正迅速走向老百性日常生活各个方面, 将对人类的发展做出贡献。
重点掌握1、生物技术的概念、内容2、生物技术的特点和重要性3、学习生物技术的意义在于创新4、结合专业选择自己所需的生物技术第一节生物技术的概念和内容一、生物技术的定义及内涵生物技术(Biotechnology, BT, 亦称为生物工程(bioengineering, 现统一称: 生物技术。
1、定义:“生物技术”这个词最初是由一位匈牙利工程师Karl · Ereky于1917年提出的。
当时,他提出的生物技术这一名词的涵义是:“用甜菜作为饲料进行大规模养猪,即利用生物将原材料转变为产品”。
国际上沿用1982年的概念生物技术是指应用生物科学及工程学原理,依靠生物体系作反应器,将物料进行加工改造,获得人类所需产品的技术。
现代生物技术应用领域引言:现代生物技术是指利用生物学原理和方法,结合化学、物理、计算机科学等多学科知识,以及先进的仪器设备,对生物体进行研究、改良和利用的技术手段。
随着科学技术的不断进步,现代生物技术在许多领域都发挥着重要作用。
本文将重点介绍现代生物技术在医学、农业和环境保护等领域的应用。
一、医学领域1. 基因诊断和基因治疗:现代生物技术可以通过对人体基因组的分析,快速准确地诊断出遗传性疾病,并为患者提供个性化的治疗方案。
基因治疗则是利用载体将正常基因导入患者体内,修复或替代异常基因,从而治疗一些无法根治的疾病。
2. 生物药物研发:生物技术可以通过基因工程技术制备出大量的重组蛋白,如重组人胰岛素、重组人生长激素等,用于治疗糖尿病、生长激素缺乏症等疾病。
这些生物药物具有高效、低毒副作用等优点。
3. 细胞工程和组织工程:现代生物技术可以通过体外培养和改造人体细胞,制造人工器官和组织,用于替代和修复受损的组织器官,如人工皮肤、人工角膜等。
这些技术对于重大烧伤、器官移植等领域具有重要意义。
二、农业领域1. 转基因作物:利用现代生物技术,可以向植物中导入具有特定功能的外来基因,使植物具备抗虫、抗病、耐旱等特性。
转基因作物的种植可以提高农作物的产量和质量,减少对化学农药的依赖,对解决全球粮食安全问题具有重要意义。
2. 种质资源保护和利用:现代生物技术可以通过遗传工程和细胞工程技术,对珍稀濒危物种进行保护和繁育。
同时,也可以通过基因编辑等技术手段,改良农作物的性状,提高其抗逆性和适应性。
3. 生物育种和遗传改良:生物技术可以辅助传统育种方法,通过基因分析和基因工程技术,选育出高产、优质、抗病虫害的新品种。
这对于提高农作物的产量和品质,推动农业可持续发展具有重要意义。
三、环境保护领域1. 微生物降解技术:现代生物技术可以利用一些特殊菌种及其代谢产物,对污染物进行快速降解,如利用石油降解菌清除石油泄漏污染、利用动物肠道微生物分解有机废水等。
第一章现代生物技术革命 医学遗传学发展到现代医学分子遗传学与先进技术的发展密切相关, 特别两项生物技术: 细胞融合技术和DNA重组技术所起的作用十分重要。
19世纪:细胞是生命的基本单位。 细胞学说:细胞是动植物结构和功能的基本单位,一切生命现象都是以细胞为基础表达的。
分子生物学、分子遗传学:20世纪生物学的主流 以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命现象的共同物质基础,细胞和有机体所有生命活动都是以这些生物大分子及其复合物的结构、运动和相互作用来实现的。
人类对自然界的要求认识—利用—再造—改造—创造 随着反向生物学的问世, 在20世纪八十年代诞生了生物技术(Biotechnology这门新学科。
生物技术学科的地位 生物技术是世界新技术革命的主角之一, 生物技术与新材料、信息技术(包括微电子、计算机一起已成为新产业革命三大支柱;阳光技术,朝阳产业,黄金工程,倍受世界各国重视。 21世纪是生物生命世纪,生物技术将成为21世纪高技术革命的核心内容。
生物技术的重要性 有助于解决全球的重大难题:资源(能源、人口、粮食、生态环境、健康与疾病和战争与灾害;促进传统产业的技术改造和新产业的形成,对人类社会生活产生深远的革命性影响;生物技术这一新生事物正迅速走向老百性日常生活各个方面, 将对人类的发展做出贡献。
重点掌握 1、生物技术的概念、内容 2、生物技术的特点和重要性 3、学习生物技术的意义在于创新 4、结合专业选择自己所需的生物技术 第一节生物技术的概念和内容 一、生物技术的定义及内涵 生物技术(Biotechnology, BT, 亦称为生物工程(bioengineering, 现统一称: 生物技术。
1、定义:“生物技术”这个词最初是由一位匈牙利工程师Karl · Ereky于1917年提出的。当时,他提出的生物技术这一名词的涵义是:
“用甜菜作为饲料进行大规模养猪,即利用生物将原材料转变为产品”。 国际上沿用1982年的概念 生物技术是指应用生物科学及工程学原理,依靠生物体系作反应器,将物料进行加工改造,获得人类所需产品的技术。
现代生物技术定义: 以现代生命科学为基础, 把生物体系与工程学技术有机结合在一起,按照预先的设计,定向地在不同水平上改造生物遗传性状或加工生物原料, 产生对人类有用的新产品(或达到某种目的之综合性科学技术。 2、概念要点: (1对象是具遗传特性有生命物质:包括病毒、细菌、植物、动物、直到人类。 (2生物体系多个不同水平研究: 从大分子 (DNA、RNA、蛋白质、酶、亚细胞、细胞、组织、器官到整个机体。
(3应用工程学原理: 经人类思维, 设计方案、定向修饰、加工制作过程、经过体外环节。
(4有目的产品: 目的产品有三新特征: 新遗传功能新遗传性状、新物种要有合乎人类所需的工业
‘农业、医疗和食品产品。 (5高新技术起重要作用。 3、生物技术的主要内容包括五个方面或领域 (1细胞工程(2基因工程(3酶工程(4发酵工程(5蛋白质工程 4、根据研究对象不同,生物技术又可分为: (1植物生物技术(2动物生物技术(3微生物生物技术 二、生物技术的产生与发展 生物技术的发展分为两个阶段:生物技术是既古老又现代的应用技术。按照它的发展历程,大致可以分为三个阶段:
1、传统生物技术 2、近代生物技术 3、现代生物技术 生命科学经历了三个发展阶段:描述生物学阶段(19世纪中叶以前实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中创造生物学阶段(20世纪中叶以后
1传统生物技术发展 石器时代后期(距今8000多年前我国制曲酿酒,最早的发酵技术。公元前6000年古巴比伦开始啤酒发酵。公元前4000年埃及人制作面包。公元前2500年春秋战国时代中国制造酱油和醋。公元十世纪宋朝中国预防天花活疫苗。1676年荷兰人列文虎克发明显微镜首次观察微生物。1885年,巴斯德首先证实发酵有微生物引起并建立微生物纯种培养技术。20世纪20年代工业大规模纯种培养技术发酵生产丙酮和丁醇。1897年德国人布切尼无细胞的酵母菌压榨汁中的酒化酶对葡萄糖进行酒精发酵成功开创微生物生化研究新时代
(一传统生物技术和近代生物技术的发展 实际上生物技术的发展和应用可以追溯到l000多年以前,而人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生产是在19世纪。当时人类用发方法制备酒、醋、酱及食品等,此时主要是生物技术的经验阶段。并形成产业。
1、传统生物技术阶段 在20世纪30年代之前时期,主要是通过微生物的初级发酵来生产食品,是以发酵产品为主干的工业微生物技术体系。产品如乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等微生物的初级代谢产物。
(1主要包括以下三个步骤: 第一步:上游处理过程。第二步:发酵和转化。第三步:下游处理过程。 (2步骤第一步:上游处理过程------粗材料进行加工过程,作为微生物的营养和能量来源; 第二步:发酵和转化------ 发酵指的是目的微生物的大量生长。发酵过程必须在一个大的生物反应器内进行,反应器容积通常大于l00L。可连续生产某一个目的产品,比如抗生素氨基酸或蛋白质等;
第三步:下游处理过程-----所需目的产物的纯化过程,人们既可以从细胞的培养液个纯化,也可以直接从细胞中纯化。
1929年英国人弗莱明发现青霉素,二战期间得到广泛应用。工业上开始采用大规模发酵产生抗生素酶制剂和其他化工原料是近代生物技术建立和全胜时期。20世纪60年代随着遗传学的建立和应用产生了遗传育种学,细胞学广泛应用产生了细胞工程发酵工程取得辉煌成就,被誉为第一次绿色革命
2、近代生物技术阶段 1928年,Flemming爵士发现了青霉素,从此生物技术产品中增加了一大类新的产品即抗生素。也使生物技术从单纯的食品、饲料制备扩展到抗生素产品,该产业至今长盛不衰。
20世纪30年代到70年代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,更为突出的是植物组织培养技术日臻完善。
(二生物技术研究的主要目标 生物技术研究的主要目标是(1最大限度地提高这3个步骤的整体效率;(2同时寻找一些可以用来制备食品、食品添加剂和药物的微生物。
从20世纪60—70年代起,生物技术的研究主要集中在上游处理过程、生物反应器的设计和下游的纯化过程方面,这些研究使得下面四个方面都有了很大的发展。
①在发酵过程的监测;②生物反应体系的检测技术和;③有效地大量培养微生物的技术及;④相关仪器。 二生物技术研究的主要目标 在利用微生物生产商品的整个过程中,生物转化这个环节是条件最难优化的一个环节。通常用于大规模生产的培养条件往往不是自然条件下微生物的最佳生长条件。因此,人们一般都通过化学突变、化学诱变或者紫外线照射来产生突变体,从而改良菌种,提高产量;传统的诱导突变和选择的方法在生物技术生产中获得了较大的成功。多种抗生素的大量生产就是这种方法的成功例证。但是,传统生物技术仍然的有其一定局限性。
(三传统和近代生物技术的特点(局限性 (1主要通过微生物初级发酵获得产品,仅仅局限在微生物发酵和化学工程领域。
(2没有改变微生物的遗传物质,也没有出现新的微生物遗传性状。 (3生产过程简单,上游主要是培养大量的微生物、对材料进行加工即进行发酵和转化,通过诱变选育良种,下游主要对产品进行纯化。
(4生产周期长,费用高,产量低,效率差。 (四现代生物技术的产生 在1953年Watson和Crick发现DNA双螺旋结构的基础上,1973年DNA重组技术的诞生意味着现代生物技术阶段的开始。而源于近代生物技术的细胞工程,在现代生物技术阶段有了突破性发展。
现代生物技术是以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志的。1944年艾弗里等人通过实验证明DNA是遗传物质。
2、DNA重组技术 1973年,美国加利福尼亚大学旧金山分校的Herber Boyer教授和斯坦福大学的Stanley Cohen 教授共同完成了一项著名的实验----DNA重组实验,这是人类历史上第一次有目的的基因重组的尝试,并获得成功。
这是人类历史上第一次有目的的基因重组的尝试。虽然这两位科学家在这次实验中没有涉及到任何有用的基因,但是他们还是敏感地意识到了这一实验的重大意义,并据此提出了“基因克隆”的策略。
特别是DNA重组技术可以 1、改变生物的遗传性状, 使分离高产量的工程菌变的容易,简化了生产过程; 2、扩大了反应器范围,从发酵罐发展到细胞、植物及动物个体天然生物反应器。
3、 DNA重组技术对生物技术产生的影响 (1DNA重组技术使得生物技术过程中生物转化环节的优化过程变得更为有效它所提供的方法不仅可以分离到那些高产量的微生物菌株,还可以人工制造高产量的菌株,原核生物细胞和真核细胞都可以作为生物工厂来生产胰岛素、干扰素、生长激素、病毒抗原等大量外源蛋白;DNA重组技术还可以简化许多有用化合物和大分子的生产过程。
(2植物和动物也可以作为天然的生物反应器,用来生产新的或改造过的基因产物
3DNA重组技术大大简化了新药的开发和检测系统。 DNA重组技术在很大程度上得益于分子生物学、细菌遗传学和核酸酶学等领域的发展;反过来DNA重组技术的逐步成熟和发展对生命科学的许多其它领域都产生了革命性的影响,这些领域包括生物行为学、发育生物学、分子进化、细胞生物学和遗传学等,从而使得生命科学日新月异,其进展一日千里,成为20世纪以来发展最快的学科之一。