生物技術(shù)概論

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1、一、生物技術(shù)的定義生物技術(shù)（biotechnology），有時(shí)也稱生物工程（bioengineering），是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ),結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，采用先進(jìn)的工程技術(shù)手段，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的。因此，生物技術(shù)是一門新興的、綜合性的學(xué)科。先進(jìn)的工程技術(shù)手段是指基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程等新技術(shù)。改造生物體是指獲得優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物、植物或微生物品系。生物原料則指生物體的某一部分或生物生長(zhǎng)過程所能利用的物質(zhì)，如淀粉、糖蜜、纖維素等有機(jī)物，也包括一些無機(jī)化學(xué)品，甚至某些礦石。為人類生產(chǎn)出所需的

2、產(chǎn)品包括糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、能源、金屬等各種產(chǎn)品。達(dá)到某種目的則包括疾病的預(yù)防、診斷與治療、環(huán)境污染的檢測(cè)和治理等。二、生物技術(shù)的研究?jī)?nèi)容根據(jù)生物技術(shù)操作的對(duì)象及操作技術(shù)的不同，生物技術(shù)主要包括以下5項(xiàng)技術(shù)（工程）。（1）基因工程基因工程（geneengineering）是應(yīng)用人工方法把生物的遺傳物質(zhì)（DNA）分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組。然后將重組了的DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳品性;有時(shí)還使新的遺傳信息（基因）在新的宿主細(xì)胞或個(gè)體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物（多肽或蛋白質(zhì)）。這種創(chuàng)造新生物并給予新生物以特殊功能的過程就稱為基因工程，也稱為

3、DNA重組技術(shù)。（2）細(xì)胞工程細(xì)胞工程（cellengineering）是指以細(xì)胞為基本單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖，或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而達(dá)到改良生物品種和創(chuàng)造新品種，加速繁育動(dòng)、植物個(gè)體，或獲得某種有用的物質(zhì)的過程。細(xì)胞工程應(yīng)包括動(dòng)、植物細(xì)胞的體外培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)（也稱細(xì)胞雜交技術(shù))、細(xì)胞器移植技術(shù)等。（3）發(fā)酵工程發(fā)酵工程（fermentationengineering）是利用微生物生長(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)條件簡(jiǎn)單以及代謝過程特殊等特點(diǎn)，在合適條件下通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，由微生物的某種特定功能生產(chǎn)出人類所需的產(chǎn)品稱為發(fā)酵工程,有時(shí)也稱

4、微生物工程。（4）酶工程酶工程（enzymeengineering）是利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能，或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。它包括酶的固定化技術(shù)、細(xì)胞的固定化技術(shù)、酶的修飾改造技術(shù)及酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)等技術(shù)。（5）蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程（proteinengineering）是指在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)化學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，通過對(duì)基因的人工定向改造等手段，從而達(dá)到對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造、拼接以產(chǎn)生能滿足人類需要的新型蛋白質(zhì)。一、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺（1）提高農(nóng)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)

5、1、培育抗逆的作物優(yōu)良品系通過基因工程技術(shù)對(duì)生物進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，使生物體獲得新的優(yōu)良品性，稱之為轉(zhuǎn)基因技術(shù)。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以培育出具有抗寒、抗旱、抗鹽、抗病蟲害等抗逆特性及品質(zhì)優(yōu)良的作物新品系，如轉(zhuǎn)蘇云金芽胞桿菌（Bacillusthuringiensis，Bt）毒蛋白基因的抗蟲棉花。2、植物種苗的工廠化生產(chǎn)利用細(xì)胞工程技術(shù)對(duì)優(yōu)良品種進(jìn)行大量的快速無性繁殖，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，即植物微繁殖技術(shù)，又稱植物微繁殖技術(shù)。利用這種無性繁殖技術(shù)，可在短時(shí)間內(nèi)得到遺傳穩(wěn)定的、大量的小苗（試管苗），并可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。利用植物微繁殖技術(shù)還可培育出不帶病毒的脫毒苗。植物的微繁殖技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于

6、花卉、果樹、蔬菜、藥用植物和農(nóng)作物的快速繁殖。3、提高糧食品質(zhì)生物技術(shù)除了可培育高產(chǎn)、抗逆、抗病蟲害的新品系外，還可培育品質(zhì)好、營養(yǎng)價(jià)值高的作物新品系。例如，科學(xué)家將水仙花和玉米合成β-胡蘿卜素的基因?qū)胨九嘤龈擀?胡蘿卜素含量的水稻（GoldenRice，黃金稻）（圖1-1）。圖1-1黃金稻a：普通水稻；b：轉(zhuǎn)水仙花β-胡蘿卜素合成基因水稻；c：轉(zhuǎn)玉米β-胡蘿卜素合成基因水稻4、生物固氮，減少化肥使用量現(xiàn)代農(nóng)業(yè)均以化學(xué)肥料，如尿素、硫酸銨作為氮肥的主要來源。化肥的使用不可避免地帶來了土地的板結(jié)，肥力的下降；化肥的生產(chǎn)又將導(dǎo)致環(huán)境的污染。科學(xué)家們正努力將具有固氮能力的細(xì)菌

7、的固氮基因轉(zhuǎn)移到作物根際周圍的微生物體內(nèi)，希望由這些微生物進(jìn)行生物固氮，減少化肥的使用量。5、生物農(nóng)藥，生產(chǎn)綠色食品近年來，人們?cè)絹碓阶⒁廪r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展及人與環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別是由于化學(xué)農(nóng)藥的毒性作用及篩選新農(nóng)藥的艱難，企業(yè)和研究人員開始把注意力轉(zhuǎn)向生物農(nóng)藥的研究開發(fā)與使用。因其不污染環(huán)境，對(duì)人和動(dòng)植物安全，不傷害天敵，所以發(fā)展生物農(nóng)藥已成為保障人類健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。（2）發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)1、動(dòng)物的大量快速無性繁殖1997年2月英國Roslin研究所的Wilmut等在《Nature》雜志