現代生物技術應用課件

現代生物技術應用現代生物技術應用121世紀是生物技術的世紀未來學家說：21世紀是生物技術的世紀；科學家預言：

21世紀世界即將在生物技術上取得重大突破，新世紀之初，科學方面的主要將在生物學、遺傳學和醫(yī)學、新型生物材料、能源、環(huán)境保護上有所突破；經濟學家則認為：21世紀20年代，生物經濟將由目前的形成階段進入成長階段，即工業(yè)生產與商業(yè)開發(fā)階段。

21世紀是生物技術的世紀未來學家說：21世紀是生物技術的世紀2

醫(yī)藥衛(wèi)生（醫(yī)藥生物技術）

生命科學農林牧漁（農業(yè)生物技術）環(huán)境保護（環(huán)境生物技術）生命科學直觀影響的相關領域生命科學直觀影響的相關領域3生物科學成為當今世界自然科學的熱點和重點二十世紀后葉，分子生物學領域一系列突破性成就，使生命科學在自然科學中的地位發(fā)生了革命性的變化；近50年生命科學的發(fā)展超過了此前500年的總和建立在實驗室研究基礎上的生物技術的發(fā)展為人類帶來了巨大的利益和財富。生物科學成為當今世界自然科學的熱點和重點二十世紀后葉，分子生4生物技術將是未來經濟發(fā)展的新動力

第一次技術革命 工業(yè)革命 解放人的雙手 第二次技術革命 信息技術 擴展人的大腦 第三次技術革命 生物技術 改造生命本身“生命產業(yè)是一個朝陽、永恒的產業(yè)”生物技術將是未來經濟發(fā)展的新動力 第一次技術革命 工業(yè)革命 5什么是生物技術？生物技術=生物工程

應用自然科學及工程學原理，以微生物體、動物體、植物體或其組成部分作為生物反應器將物料進行加工，以提供產品來為社會服務的技術。

現代生物工程：發(fā)酵工程酶工程細胞工程基因工程什么是生物技術？生物技術=生物工程6生物技術在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用生物技術在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用7基因工程藥品的生產許多藥品的生產是從生物組織中提取的。受材料來源限制產量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產。若將生物合成相應藥物成分的基因導入微生物細胞內，讓它們產生相應的藥物，不但能解決產量問題，還能大大降低生產成本。基因工程藥品的生產許多藥品的生產是從生物組織中提取的。受材8

基本方法是：將目的基因用DNA重組的方法連接在載體上，然后將載體導入靶細胞，使目的基因在靶細胞中得到表達，最后將表達的目的蛋白質提純并做成制劑，即為蛋白類藥或疫苗。

基因工程制藥基本方法是：將目的基因用DNA重組的方法連接在9現代生物技術應用ppt課件10現代生物技術應用ppt課件11基因工程胰島素胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產量之低和價格之高可想而知。胰島素分子結構基因工程胰島素胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來依靠從豬、12將合成的胰島素基因導入大腸桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產不但解決了這種比黃金還貴的藥品產量問題，還使其價格降低了30%-50%!胰島素生產車間將合成的胰島素基因導入大腸桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產生113基因工程干擾素干擾素是治療病毒感染的輔助藥物。過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產車間干擾素分子結構基因工程干擾素干擾素是治療病毒感染的輔助藥物。過去從人血中提14基因工程人干擾素α-2b（安達芬）是我國第一個全國產化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物?；蚬こ倘烁蓴_素α-2b（安達芬）是我國第一個全國產化基因15生長激素1985年，美國的FDA批準了第一代重組人生長激素上市。第一代重組人生長激素在大腸桿菌中表達，蛋白質的N端比天然的人生長激素多了一個甲硫氨酸。目前生產和使用的是第二代生物工程生長激素。第二代生物工程生長激素是以分泌蛋白的形式表達的，信號肽在分泌的過程中被自動切除而產生與天然蛋白完全一致的序列。生長激素：是由動物腦垂體前葉分泌的一種能促進生長的蛋白類激素。生長激素1985年，美國的FDA批準了第一代重組人生長激素上16其它基因工程藥物人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現工業(yè)化生產，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產其它基因工程藥物人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程17基因診斷運用基因工程技術，設計制造“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒性流行病及某些嚴重遺傳疾病，不但準確而且迅速。我國研究人員正在制備用于基因治療的基因工程細胞基因診斷運用基因工程技術，設計制造“DNA探針”檢測肝炎病毒18基因治療許多遺傳性疾病是因為病人的DNA發(fā)生了改變，通過基因工程技術，給患有遺傳病的人體內導入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。基因治療許多遺傳性疾病是因為病人的DNA發(fā)生了改變，通過基因19SCID的基因工程治療重癥聯合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細菌或者病毒感染，就會發(fā)病死亡。這個病的機理是細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡稱ADA）的基因（ada）發(fā)生了突變。可以通過基因工程的方法治療。SCID患者生存在無菌環(huán)境中SCID的基因工程治療重癥聯合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正20現代生物技術應用ppt課件21現代生物技術應用ppt課件22現代生物技術應用ppt課件23現代生物技術應用ppt課件24現代生物技術應用ppt課件25生物反應器將外源基因在動、植物體內表達并生產出我們所需的營養(yǎng)（蛋白）或工業(yè)用原材料的動植物基因改良（操作）的個體稱為生物反應器。技術原理與操作主要是依據轉基因技術動物生物反應器：是指利用動物作為載體（平臺）的反應器體系。生物反應器將外源基因在動、植物體內表達并生產出我們所需的營養(yǎng)26動物生物反應器乳腺生物反應器:使外源基因在哺乳動物的乳腺組織（上皮細胞）中進行特異表達我們需要的蛋白產物；血液生物反應器細胞生物反應器已生產的藥物：α2抗胰蛋白酶、抗凝血因子Ⅸ、TPA、蛋白質C、凝血因子Ⅷ、白細胞介素22等

從轉基因羊的羊奶中提取出治療心臟病的藥物tPA（組織型纖溶酶原激活物）動物生物反應器從轉基因羊的羊奶中提取出治療心臟病27目前已制作成功并產生重大社會、經濟效益（應）的乳腺生物反應器（動物）有:轉基因牛(荷蘭Phraming公司-人乳鐵蛋白、EPO)轉基因羊（山羊、綿羊）(英PPL公司-抗胰蛋白酶;美GTC-人凝血酶原III)等目前已制作成功并產生重大社會、經濟效益（應）的乳腺生物反應器28現代生物技術應用ppt課件29轉基因牛乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)轉基因牛乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)30

長期以來，人類一直在研究和尋找能治愈各種疾病、抗衰老甚至長生不老的方法。隨著現代科學技術的發(fā)展，尤其是干細胞的研究，人類的這些幻想正在逐步變成現實。1998年，美國《科學》雜志將干細胞的研究成果列在十大科學進展的首位。干細胞工程長期以來，人類一直在研究和尋找能治愈各種疾病、31

干細胞（Stemcell）即起源細胞。在細胞的分化過程中，細胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機體在發(fā)展適應過程中為了彌補這一不足，保留了一部分未分化的原始細胞。因此，干細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。干細胞（Stemcell）即起源細胞32干細胞的分類全能干細胞多能干細胞單能干細胞按分化潛能按發(fā)育狀態(tài)胚胎干細胞成體干細胞干細胞的分類全能干細胞按分化潛能按發(fā)育狀態(tài)胚胎干細胞33干細胞的用途治療遺傳性疾病和惡性腫瘤。以干細胞為種子培育成某些組織和器官，用于移植醫(yī)學?？顾ダ?，延年益壽。干細胞的用途治療遺傳性疾病和惡性腫瘤。34干細胞工程

核移植去核胚胎干細胞組裝胚胎干細胞組織干細胞各種組織器官體外誘導培養(yǎng)干細胞工程核移植去核胚胎干細胞組裝胚胎干細胞組織干細胞各種35醫(yī)藥生技動物模型資料來源：麻省理工學院Dr.JayVacanti醫(yī)藥生技動物模型資料來源：麻省理工學院Dr.JayVac36動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)37干細胞治療的進展科學家們認識到干細胞可能成為一種“拯救生命”的有效的疾病治療手段。例如：小劑量純化的造血干細胞足可使患者骨髓再生，可以避免腫瘤病人進行自體骨髓移植時所致的瘤細胞（尤其是白血病細胞）污染。例如：成熟的神經系統中存在的干細胞，在某些因素誘導作用下，可增殖和定向分化，給神經退行性疾?。ㄈ缗两鹕喜。?、骨髓損傷患者帶來新的希望。干細胞治療的進展科學家們認識到干細胞可能成為一種“拯救生命”38生物技術在農牧業(yè)、食品工業(yè)的應用生物技術在農牧業(yè)、食品工業(yè)的應用39轉基因動物轉基因動物：是指人類按照自己的意愿有目的、有計劃、有根據、有預見地將外源基因導入動物細胞內，通過與染色體基因組進行穩(wěn)定的整合，將生物性狀傳遞給后代動物。轉基因動物的應用利用轉基因動物改良動物品種轉基因動物作為生物反應器轉基因動物篩選藥物轉基因動物轉基因動物：是指人類按照自己的意愿有目的、有計劃、40中國科學院水生生物研究所朱作言首次用人的生長激素基因(hGH)構建了轉基因魚，制作的主要目的是提高生長速度、增加抗逆性以及為發(fā)育生物學和插入突變提供研究的材料。自1984年以來先后進行了泥鰍、鯉魚、鯽魚等的轉基因研究。中國科學院水生生物研究所朱作言首次用人的生長激素基因(hGH41現代生物技術應用ppt課件42受到轉基因巨型小鼠獲得成功的鼓舞,科學家又在培育生長迅速、營養(yǎng)品質優(yōu)良的轉基因家畜、家禽方面,不斷取得輝煌成就.同時,科學家還把轉基因動物變成生物反應器受到轉基因巨型小鼠獲得成功的鼓舞,科學家又在培育生長43轉基因魚生長快、耐不良環(huán)境、肉質好的轉基因魚(中國)轉基因鮭魚轉基因魚生長快、耐不良環(huán)境、肉質好的轉基因魚(中國)轉基因鮭44世界上首例轉基因靈長類動物—轉基因猴“安迪”

在猴子的未受精卵中加入附加基因。世界上首例轉基因靈長類動物—轉基因猴“安迪”

在猴子的未受精452000年，法國科學家利用基因技術“制造”出了一只可以發(fā)出綠色熒光的兔子“Alba”。應用了受精卵顯微注射技術，從水母身上采集了熒光蛋白，基因改良后，使它的發(fā)光率比原先提高了兩倍，再將該基因植入到了兔子的受精卵中，由此培養(yǎng)出了會發(fā)光的兔子Alba。在普遍光線下，它看上去與其它同類沒有區(qū)別，但是在較暗的光線下，它的身體就會放射出奇異的綠光來。

2000年，法國科學家利用基因技術“制造”出了一只可以發(fā)出綠46轉基因熒光鼠轉基因熒光鼠47觀賞熒光魚觀賞熒光魚48能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的49現代生物技術應用ppt課件50抗病、抗蟲、抗逆作物基因工程為培育抗病蟲的作物提供了新的手段目前，已經獲得的轉基因抗蟲農作物包括煙草、番茄、馬鈴薯、棉花、玉米等在抗逆境育種上的應用為克服干旱、鹽堿等提供新思路美國斯坦福大學把仙人掌基因導入小麥、大豆等作物，育成抗旱、抗逆的新品種。我國已克隆了耐鹽堿相關基因，通過遺傳轉化已獲得了耐鹽煙草、水稻、西紅柿、草莓等。

抗病、抗蟲、抗逆作物基因工程為培育抗病蟲的作物提供了新的手段51轉基因抗蟲棉

我國是世界上最大的棉花生產國和消費國，約占世界產棉總量的25%以上。自90年代以來，由于棉鈴蟲在我國大部分棉區(qū)持續(xù)性大發(fā)生或暴發(fā)，給我國棉花生產帶來了巨大的威脅，棉農談蟲色變，面積、單產、總產一直處于低谷的徘徊階段。轉基因抗蟲棉我國是世界上最大的棉花生產國和消費國，約占世52目前,科學家已經培育出了大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑、抗逆等全新性狀的農作物.目前,科學家已經培育出了大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑、抗逆等53轉魚抗寒基因的番茄同時具有高產、穩(wěn)產和抗逆性等優(yōu)良品質的農作物新品種.抗蟲害的玉米轉魚抗寒基因的番茄同時具有高產、穩(wěn)產和抗逆性等優(yōu)良品質的農作54

美國1997年引種80萬公頃抗蟲轉基因棉；中國河北引種4700公頃，1998年又引種2萬公頃抗蟲轉基因棉；美國孟三都公司種植了320萬公頃轉

基因大豆，140萬公頃轉基因玉米，4000公頃轉基因土豆；美國引進轉基因昆蟲來吞食危害農作物的食肉螨。美國1997年引種80萬公頃抗蟲轉基因55轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒抗CMV病毒轉基因甜椒轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒抗CMV病毒轉基因甜椒56轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯57抗除草劑作物抗除草劑作物58不會引起過敏的轉基因大豆不會引起過敏的轉基因大豆59普通棉花轉兔毛基因棉花抗除草劑大豆普通棉花轉兔毛基因棉花抗除草劑大豆60

預防乙肝不用打針，只要吃幾個西紅柿就行。這可不是玩笑，中國農科院生物技術研究中心經過十年研究，培育出的抗乙肝西紅柿順利通過前三個階段的測試，明年有望上市?？挂腋挝骷t柿與普通西紅柿口感一樣酸中帶甜，不但可以直接食用，還可以榨成汁或炒菜吃，對人體沒有任何毒副作用。據該項目負責人劉德虎研究員介紹，食用抗乙肝西紅柿，雖不能治愈乙肝，但一年只吃幾個，就完全能代替注射乙肝疫苗?？挂腋挝骷t柿屬于轉基因食品，就是將乙肝疫苗植入西紅柿內，經多代繁殖，使轉入的基因穩(wěn)定化。這種西紅柿上市后將論個出售，每個售價大概在２元左右吃西紅柿能防乙肝?預防乙肝不用打針，只要吃幾個西紅柿就行。這可不是玩笑61Improvednutritionalcontentanddelayedripeningaretransgenictraitsofinterestintomatoes.Source:USDACanolaisamajoroilseedcrop.TransgenicresearchhasfocusedonimprovingthenutritionalqualityofcanolaoilbyenhancingtheVitaminEcontentorbymodifyingthebalanceoffattyacids.Nicotine-freetobaccoisnowbeinggrownforaprojectedintroductionofnicotine-freecigarettesImprovednutritionalcontenta62Decaffeinatedcoffeeisnowmadebytreatingcoffeebeanstoremovethecaffeine.Othermethodsarecriticizedforremovingsomeofthedesirable,flavor-producingcomponentsalongwiththeundesirablecaffeine.PapayaisatropicalfruitrichinVitaminsAandC,butsusceptibletoanumberofseriouspestsanddiseases.ThetransgenicvarietyUHRainbow,resistanttothepapayaringspotvirus,iscurrentlyinproductioninHawaii.Decaffeinatedcoffeeisnowma63Foodcropsengineeredtoproduceediblevaccinesagainstinfectiousdiseaseswouldmakevaccinationmorereadilyavailabletochildrenaroundtheworld.Whitemold(Sclerotinia)isaseriousproblemforsunflowerproducersinsomeareas.Resistancetothisdiseasewouldexpandtheareainwhichsunflowerscanbegrownandmightimproveyieldsinareasofcurrentcultivation.Acommerciallyavailablecultivarisnotexpectedbefore2005.Foodcropsengineeredtoprodu64中國雜交水稻之父——袁隆平中國雜交水稻之父——袁隆平65超級雜交稻

2005年5月13日，位于三亞市田獨鎮(zhèn)新村田洋的中國超級雜交稻第一塊“百畝片試種示范田”正式通過了海南省級驗收。經由全國多位農業(yè)專家共同檢測，這批超級雜交稻的畝產高達833.23公斤。

超級雜交稻66生物技術與糧食

提高產量、品質普通大米實際上不是“健康食品”。大米中含有一種叫做肌醇六磷酸的小分子，它能與鐵緊緊地結合，使得小腸難以吸收食物中的鐵；以大米為主食的人，易患鐵缺乏癥而導致貧血哪種大米更有益身體健康？生物技術與糧食

提高產量、品質普通大米實際上67轉基因“金大米”：轉入胡蘿卜素合成相關基因提高大米中維生素A前體的含量，以減少亞洲人普遍存在的維生素A缺乏癥解決鐵吸收的問題，往“金大米”中再轉入三種基因：一種是來自真菌的酶基因，這種酶能夠把肌醇六磷酸降解掉；一種是來自菜豆的鐵蛋白基因，鐵蛋白能夠儲存鐵；還有一種是來自印度香米的基因，它生產的蛋白質有助于人的腸道吸收鐵轉基因“金大米”：轉入胡蘿卜素合成相關基因提高大米中68Swissresearchershaveproducedricecapableofsynthesizingbeta-carotene,theprecursorofVitaminA(Yeetal.,2000).Thisricevarietyisnowbeingcrossedintoadaptedvarieties,withfieldtestspossibleinayearortwo.

Swissresearchershaveproduce69功能稻米

基爾米：擁有降血壓、改善睡眠、減肥美容等功能的大米，售價最高的一種達１８元錢１斤。功能稻米70基因一旦被改動，一方面可能引起生物體內一系列未知的結構與功能的變化；另一方面，轉基因操作對生物體的影響會通過遺傳傳遞。

轉基因技術的安全性問題外源基因引入后，是否會影響其他重要的調節(jié)基因，甚至會激活原癌基因？轉基因技術廣泛應用是否會導致難以消滅的新病原物出現是否會造成生態(tài)學災難？人類攝食大量轉基因食品是否會影響人類及其后代的健康基因一旦被改動，一方面可能引起生物體內一系列未知的結構與功能71轉基因生物回歸大自然的風險

“種”已經延續(xù)了30多億年的進化歷史，目前面臨著被人類改變的危險?；蛑亟M打破了物種之間的界限，打亂了自然進化歷程，改變了生態(tài)系統結構，這對人類來說是福還是禍？轉基因生物回歸大自然的風險72花卉基因工程花色工程花卉香味工程通過合成酶的引入，增強單萜的合成花卉保鮮通過導入反義ACC合成酶基因及反義ACC氧化酶基因可阻止乙烯生化合成，延長花期和鮮切花壽命

花卉抗性基因工程花卉基因工程花色工程73圓個繽紛的夢－－花色工程花色素主要由類黃酮、類胡蘿卜素、生物堿三類物質決定影響花色的因子還有共色作用、液泡的酸堿值及細胞的形狀等圓個繽紛的夢－－花色工程花色素主要由類黃酮、類胡蘿卜素、生物74基因工程改變花色的途徑通過引入外源基因來補充某些品種缺乏合成某些顏色的能力利用反義RNA和共抑制技術抑制基因的活性，造成無色底物的積累，使花的顏色變淺或變成無色基因工程改變花色的途徑通過引入外源基因來補充某些品種缺乏合成75蝴蝶蘭試管苗工廠化生產蝴蝶蘭試管苗工廠化生產76現代生物技術應用ppt課件77巧克力型香水文心蘭不僅外貌獨特，聞起來還有一股濃郁的巧克力味，并且還能夠讓人們在大飽眼福的同時大飽口福。巧克力型香水文心蘭不僅外貌獨特，聞起來還78彩色馬蹄蓮彩色馬蹄蓮79改變花色的轉基因矮牽牛花轉查爾酮合酶矮牽?；?查爾酮合酶是植物花色素苷等類黃酮化合物生物合成途徑中的一個關鍵酶,而這些類黃酮化合物在花瓣中的含量可以改變花的顏色,

改變花色的轉基因矮牽?；ㄞD查爾酮合酶矮牽?；?查爾酮合酶是植80藍色玫瑰一直是人類美麗的夢想基因工程正在將它變?yōu)楝F實藍色玫瑰一直是人類美麗的夢想基因工程正在將它變?yōu)楝F實81生物技術與農藥綠色農藥包括微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑、農畜抗菌素、植物源農藥等植物源生物水劑農藥（松脂酸鈉和茶皂素的復合制劑、苦楝油）生物農藥菌種資源（蘇云金桿菌）特點環(huán)保，良好的環(huán)境相容性先天弱勢：藥效慢、擊倒慢、適應力差綜合防治生物技術與農藥綠色農藥包括微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑、農畜抗82生物技術在能源開發(fā)上的應用能源分不可再生能源：煤、天然氣和石油（包括核能）等化石原料可再生能源：太陽能、風能、地熱能、生物能、海洋能和水能生物能源是從太陽能轉化而來的綠色植物就是光能轉換器和能源之源，碳水化合物是光能儲藏庫。

我國擁有豐富的生物質資源每年7億多噸作物桔稈、2億多萬噸林地廢棄物、25億多噸畜禽糞便及大量有機廢棄物.生物能源制煤氣：柴草桔桿氣化爐生物技術在能源開發(fā)上的應用能源分生物能源制煤氣：柴草桔桿氣化83（一）沼氣沼氣是微生物發(fā)酵秸稈、禽畜糞等有機物產生的混合氣體，主要成分是可燃的甲烷。生產沼氣的設備簡單，方法簡易，適合在農村推廣使用。目前，沼氣的規(guī)?；a需要解決的是設備及提高甲烷含量等技術問題。（一）沼氣沼氣是微生物發(fā)酵秸稈、禽畜糞等有機物產生的混合氣體84（二）

氫氣氫氣的燃燒產物只有水，因此氫氣是最清潔的能源。可利用生物質通過微生物發(fā)酵得到，這一過程被稱為生物制氫。實現生物制氫的產業(yè)化，還有許多技術和經濟問題需要解決。