现代生物技术导论——第一章章节-绪论资料课件

化学化工学院化学化工学院主讲主讲教师：黄教师：黄 磊磊第一章第一章 绪绪 论论人之初人之初被精子包围的被精子包围的卵子卵子胚胎的开始胚胎的开始16个星期之后个星期之后受精卵发育成初具受精卵发育成初具雏形的胎儿雏形的胎儿一、生命的本质特征一、生命的本质特征生长发育生长发育繁殖与遗传繁殖与遗传化学成分的同一性化学成分的同一性严整有序的结构严整有序的结构细胞细胞新陈代谢新陈代谢调节调节应激性和运动应激性和运动适应适应1、生长发育、生长发育生物体能通过新陈代谢的作用而不断的生生物体能通过新陈代谢的作用而不断的生长、发育，其中遗传因素起决定性作用，长、发育，其中遗传因素起决定性作用，而外界环境也有很大影响。而外界环境也有很大影响。2、繁殖与遗传、繁殖与遗传生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以延续。延续。生物的遗传是有基因决定的，生物的某些生物的遗传是有基因决定的，生物的某些性状会发生变异；没有可遗传的变异，生性状会发生变异；没有可遗传的变异，生物就不可能进化。物就不可能进化。生命通过繁殖而生命通过繁殖而延续，延续，DNA是是生物遗传的基本生物遗传的基本物质。物质。遗传学家和模特儿遗传学家和模特儿3、化学成分的同一性、化学成分的同一性生物体是由蛋白质、核酸、脂类、糖类、生物体是由蛋白质、核酸、脂类、糖类、维生素等多种有机分子以及维生素等多种有机分子以及C、H、O、N、P、S等无机元素组成。等无机元素组成。4、严整有序的结构、严整有序的结构生命的基本单位是细胞。生命的基本单位是细胞。5、新陈代谢、新陈代谢生物体不断地吸收外界的物质，在生物体生物体不断地吸收外界的物质，在生物体内发生一系列变化，最后成为代谢最终产内发生一系列变化，最后成为代谢最终产物而被排出体外。物而被排出体外。6、调节、调节新陈代谢是在高度自动、非常精细的调节新陈代谢是在高度自动、非常精细的调节下进行的。下进行的。生物体在没有强烈的外界因素的影响下，生物体在没有强烈的外界因素的影响下，有某些机制使其内环境能保持动态稳定性。有某些机制使其内环境能保持动态稳定性。7、应激性和运动、应激性和运动生物接受外界刺激后会发生反应，生物的生物接受外界刺激后会发生反应，生物的运动受神经系统的控制。运动受神经系统的控制。8、适应、适应适应是生物界普遍存在的现象。适应是生物界普遍存在的现象。人口问题是人类社会面临的极大挑战人口问题是人类社会面临的极大挑战截至截至2005年年6月，世界人口已达月，世界人口已达64.77亿亿2005年年1月月6日，中国人口总数达到日，中国人口总数达到13亿（不包括香港、亿（不包括香港、澳门特别行政区和台湾省），约占世界总人口的澳门特别行政区和台湾省），约占世界总人口的21粮粮 食食联合国粮农组织联合国粮农组织水稻研究所（菲水稻研究所（菲律宾，马尼拉）律宾，马尼拉）研究人员培育的研究人员培育的“超级水稻超级水稻”，在产量和蛋白质含量两个方面均，在产量和蛋白质含量两个方面均优于寻常品种，从而开始优于寻常品种，从而开始绿色革命。绿色革命。健健 康康80年代，在美国发现第一例年代，在美国发现第一例艾滋病艾滋病，至今美国已有超过，至今美国已有超过100万万的感染者。的感染者。E.Johnson是洛杉矶湖人队是洛杉矶湖人队的球星，的球星，1991年被检查出为年被检查出为HIV病毒阳性。病毒阳性。两个月时因为输血感两个月时因为输血感染上艾滋病的男孩染上艾滋病的男孩资资 源源矿物能源（石油、煤）必将枯竭，矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源生物能源已在开发之中。已在开发之中。图为生长在淡水和海水中的一种硅藻。图为生长在淡水和海水中的一种硅藻。一个一个20米直径的水池米直径的水池年产年产4吨藻类，加工吨藻类，加工后可得相当于后可得相当于3000升柴油的燃料。升柴油的燃料。环环 境境这是最早一份关这是最早一份关于环境对生物种于环境对生物种群影响的研究。群影响的研究。工业化前英国乡村有很多工业化前英国乡村有很多白色蛾子白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上，停在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；不易被鸟发现；工业化之后，工业化之后，黑色蛾子黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。色蛾子更易藏身。工人正向被工人正向被石油污染石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌细菌长长起来。起来。面对工业发展所带来的越来越严重面对工业发展所带来的越来越严重的社会问题的社会问题人口人口 粮食粮食 环境环境资源资源 健康健康 人们意识到要从生命科学中去寻求出路人们意识到要从生命科学中去寻求出路二、从传统生物学到现代生命科学二、从传统生物学到现代生命科学生命科学能够迎接生命科学能够迎接2121世纪的挑战世纪的挑战生物学经历了三个发展阶段：生物学经历了三个发展阶段：描述生物学阶段（描述生物学阶段（1919世纪中叶以前）世纪中叶以前）实验生物学阶段（实验生物学阶段（1919世纪中到世纪中到2020世纪中）世纪中）创造生物学阶段（创造生物学阶段（2020世纪中叶以后）世纪中叶以后）（1）描述生物学阶段）描述生物学阶段 主要从外部形态特征观察、描述、记载主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物，寻找它们之间的异同和进各种类型生物，寻找它们之间的异同和进化脉络。化脉络。达尔文达尔文 物种起源物种起源（18591859）2222岁的达尔文开始贝格尔舰航行岁的达尔文开始贝格尔舰航行当时报纸上刊登的讽刺达当时报纸上刊登的讽刺达尔文的漫画尔文的漫画（2）实验生物学阶段）实验生物学阶段 利用各种仪器工具，通过实验过程，探利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律。索生命活动的内在规律。巴斯德在实验室巴斯德在实验室曲颈瓶实验证明曲颈瓶实验证明“种质论种质论”批驳批驳“腐生论腐生论”（3）创造生物学阶段）创造生物学阶段 分子生物学和基因工程的发展使人们有分子生物学和基因工程的发展使人们有可能可能“创造创造”新的物种。新的物种。沃沃森森和和克克里里克克在在讨讨论论DNA双双螺螺旋旋模模型型1953年年 Watson（美）与（美）与 Crick（英）提出（英）提出DNA分子的双螺旋结分子的双螺旋结构模型，构模型，1962年共获诺贝尔奖。年共获诺贝尔奖。1 19 97 72 2年年第第一一例例基基因因工工程程实实验验三、现代生物技术革命三、现代生物技术革命生物技术的定义：生物技术的定义：生物技术是应用自然科学及工程学的原生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作为反应理，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来为社会服器将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。务的技术。1、传统生物技术、传统生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产商品，主要是通过微生物的初级发酵来生产商品，包括三个重要步骤：包括三个重要步骤：第一步：上游处理过程。第一步：上游处理过程。第二步：发酵和转化。第二步：发酵和转化。第三步：下游处理过程。第三步：下游处理过程。2、现代生物技术、现代生物技术主要是有效的分离、鉴定、克隆基因的方法；主要是有效的分离、鉴定、克隆基因的方法；DNA重组技术使得生物技术过程中生物转化重组技术使得生物技术过程中生物转化这个环节的优化过程变得更加有效；这个环节的优化过程变得更加有效；可以人工制造高产量的菌株；可以人工制造高产量的菌株；植物、动物都可以作为天然的生物反应器，用植物、动物都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；来生产新的或改造过的基因产物；3、现代生物技术的发展趋势、现代生物技术的发展趋势基因操作技术日新月异，不断完善；基因操作技术日新月异，不断完善；基因工程药物和疫苗研究与开发突飞猛进；基因工程药物和疫苗研究与开发突飞猛进；转基因植物和动物取得重大突破；转基因植物和动物取得重大突破；阐明生物体（目前主要有人类、水稻、阐明生物体（目前主要有人类、水稻、拟南芥拟南芥等）基因组及其编码蛋白质的结构与功能是当等）基因组及其编码蛋白质的结构与功能是当今生命科学发展的一个主流方向。今生命科学发展的一个主流方向。基因治疗取得重大进展，有可能革新整个疾病基因治疗取得重大进展，有可能革新整个疾病的预防和治疗领域。的预防和治疗领域。蛋白质工程是基因工程的发展。蛋白质工程是基因工程的发展。国际上信息技术的飞速发展渗透到生命科学领国际上信息技术的飞速发展渗透到生命科学领域中，形成了引人注目、用途广泛的生物信息域中，形成了引人注目、用途广泛的生物信息学。学。拟南芥的基因组是目前已知植物拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的。基因组中最小的。拟南芥是国际上第一个完成全部拟南芥是国际上第一个完成全部基因组序列测定的高等植物。基因组序列测定的高等植物。美国于美国于2001年启动了年启动了“2010年计年计划划”，目标是到，目标是到2010年确定拟南年确定拟南芥中所有基因的功能。芥中所有基因的功能。农业方面农业方面遗传育种遗传育种农作物、畜牧业的优良品种农作物、畜牧业的优良品种无籽西瓜无籽西瓜医药卫生方面医药卫生方面干扰素干扰素细菌造雪细菌造雪美国科学家发现美国科学家发现假单胞菌能在寒假单胞菌能在寒冷的环境中将水冷的环境中将水雾凝结成雪花。雾凝结成雪花。无法假冒的生物笔无法假冒的生物笔利用在墨水中加利用在墨水中加入含有特定序列入含有特定序列的的DNA片段，使片段，使别人无法假冒你别人无法假冒你的墨迹。的墨迹。