1、,第七章 生物工程,第1节 生物工程概述,生物工程：应用生命科学理论和工程科学技术手段，按照预先设计的蓝图，大规模地生产人类所需要的物质和产品的技术。,一、生物工程的主要领域,四大工程，基因工程是核心技术。,发酵工程,通过工程技术手段，由微生物生产人类所需产品的技术,基因工程,通过体外DNA重组创造生物新类型，获得多肽或蛋白质等产品的技术,细胞工程,植物组织和细胞培养技术,动物组织和细胞培养技术,干细胞技术,细胞融合技术,细胞核移植技术,胚胎移植技术,酶工程,借助生物反应装置和工艺过程，生产人类所需酶产品的技术,生物工程主要领域之间的关系,基因工程,微生物,工程菌,发酵工程,酶,酶工程,动植物
2、个体或细胞,细胞工程,优良品种,产品,核心技术,二、生物工程的特点,高效性和经济性。例：过去：450kg猪胰脏产10g胰岛素。 现在：转基因工程菌发酵只需要200L发酵液就产10g胰岛素。,清洁和低耗：主要反应在生物体或活细胞内完成，有害废物极少,强调技术设计。,可遗传和可扩散：主要是基因工程改造的生物可能破坏生态平衡。,对人类伦理道德观的影响。,应用的原理和方法,细胞生物学理论和技术,细胞水平,研究、开发和利用细胞,概念,研究的目的,研究的水平,第2节 细胞工程,在细胞水平上，以细胞生物学理论和技术为基础，结合现代工程技术手段以及其他学科的科学原理和技术，研究、开发和利用细胞的现代生物技术。
3、,第七章 生物工程,一、植物组织和细胞培养技术,1、植物组织培养技术,1958年美Steward等将胡萝卜根切片（韧皮部细胞）诱导成愈伤组织，在添加了椰乳（含细胞分裂素）的液体中培养，经过分化发育成完整植株。,证明植物细胞具有全能性,理论基础：植物细胞具有全能性,愈伤组织：形态多样、不定形、未分化状态的薄壁细胞。,外植体：用于培养的植物器官和组织。,注：不同阶段细胞分裂素和生长素的比值不同,植物组织培养技术 将无菌的外植体接种在含有营养物质和植物激素等的培养基中进行无菌培养，使其形成芽、根，并发育成完整植株的技术。,2、操作过程（1）预备阶段： 选合适的外植体：幼嫩的、分裂旺盛且来源丰富的组织
4、或器官。 外植体表面消毒：选用合适的消毒剂。 选合适的培养基：通常用MS培养基（需加植物激素）。（2）诱导去分化：外植体经细胞分裂素和生长素的诱导，形成未分化细胞，或进一步诱导形成愈伤组织。（3）诱导再分化：愈伤组织经细胞分裂素和生长素的诱导，一般先形成芽，再诱导形成根。注：细胞分裂素和生长素的摩尔浓度的比值1诱导出芽；若1诱导出根；=1诱导形成愈伤组织。芽形成后，将芽切下接种到细胞分裂素和生长素比值很小或仅含生长素的培养基中诱导芽基部形成根。,（4）移栽：上一步的试管苗长到510cm后，移栽到土壤。,移栽初期，由于幼苗吸水能力差，生理功能较弱，需保持高湿度和适宜的温度，并避免强光照射。,2、
5、植物细胞大规模培养技术,将分离的细胞或愈伤组织细胞，置于培养罐进行液体培养，从细胞内或培养液中提取、纯化有效物质。如用细胞培养的方法生产黄连素、紫杉醇、天然色素、香料等。,3、植物组织和细胞培养技术的应用前景,快速培养试管苗，实现珍贵植物品种的快速繁殖,对于繁殖比较困难的植株，可用愈伤组织或试管苗保存种质资源,通过组培方法去除马铃薯等由于病毒感染引起的退化,用植物细胞培养的方法生产药物和天然色素等,将基因工程改造的细胞培养成植株,二、动物组组织和细胞培养技术,2、理论基础：动物细胞增殖（有丝分裂）。,1、定义：从动物体分离出组织或细胞，在无菌和适宜的条件下，使组 织或细胞生长繁殖的技术。,3、
6、培养条件：比植物和微生物细胞培养更严格，要控制好温度、PH、 氧、渗透压等，培养基应添加动物血清。,盖玻片,凹窝载玻片,美哈里森开创了动物组织体外培养技术。上图为悬滴培养法示意图。,悬滴培养法将蛙胚的神经组织置于一滴淋巴液中，然后将滴有淋巴液的盖玻片倒置覆盖于凹窝载玻片上,三、干细胞技术,1、干细胞：具有自我更新和增殖、分化能力的细胞。 通常圆型或椭圆形，体积小，核质比大。,2、干细胞类型,胚胎干细胞：早期胚胎（囊胚期）内部一群内细胞，具有全能性，能分化成各种类型的细胞。,成体干细胞：在成体组织或器官中，某些细胞仍具有分裂和分化产生不同组织细胞的能力。,多能干细胞：如骨髓多能造血干细胞,单能干
7、细胞：如皮肤中的皮肤基底层干细胞、脑组织和外周神经系统中的神经干细胞等,根据来源,全能干细胞：如胚胎干细胞,根据发育潜能,成体干细胞,四、细胞融合技术,细胞融合是指用人工方法，使不同来源的细胞相互融合，形成一个新的细胞，即重组细胞的过程。,1、植物细胞融合技术（体细胞杂交）,促融剂：聚乙二醇,番茄马铃薯,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,植物体细胞杂交的意义：克服远源杂交的不亲和性，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围，从而培育出新品种。,利用杂交瘤细胞生产单克隆抗体（1984诺贝尔奖）,能产生相应单一的特异性抗体的B淋巴细胞,2、动物细胞融合技术,用某种抗原刺激过的小鼠，抗原可以是细胞、细菌、病毒或某一种
8、蛋白质,由单个杂交瘤细胞增殖产生的杂交瘤细胞群持续分泌的成分单一的特异性抗体称为单克隆抗体。,可注射到小鼠腹腔或在容器中体外培养,单克隆,五、细胞核移植技术和胚胎移植技术,细胞核移植技术：将一种细胞的细胞核移植到另一种去核的细胞中的技术。,其中供体是一种生物的细胞核，受体是另一种生物的去核细胞，因此杂种生物可称为核质杂种生物。,胚胎移植技术：将动物的受精卵或早期胚胎移植到母体子宫内，使之继续了妊娠发育成新个体的技术。,例：童第周 鲤鲫核质杂交鱼,动物克隆过程（多利羊的培育）：,A绵羊去核卵细胞,B绵羊乳腺细胞核,重组细胞,细胞核移植,体外培养,早期胚胎,胚胎移植,C羊子宫,妊娠,多利,思考多利
9、羊的培育应用了哪些细胞工程技术？,试管婴儿培育过程：,卵细胞,精子,受精卵,体外受精,体外培养,早期胚胎,胚胎移植,子宫,妊娠,幼体,意义：A.解决不孕、不育B.避免遗传病C.提高优生优育,克隆技术（第二册P95）,克隆：不用雌雄两性生殖细胞，而仅仅用一个个体的部分组织或一个体细胞，通过细胞分裂和分化产生新个体的过程。,无性生殖,克隆在植物界和低等动物中很常见。,格登英的“非洲爪蟾移核实验”,动物的第一次人工克隆：,第一次证明了动物的体细胞核具有全能性。,“多利”羊的诞生,哺乳动物的首次克隆：,多利的培育过程,动物克隆技术的应用,园艺业和畜牧业中繁育遗传性状稳定的优质品种和良种家畜。,结合转基因技术和克隆技术，使后代保持转基因生物的特性。,挽救珍稀、濒危动物。,医学领域：治疗性克隆。,动物克隆技术与社会伦理,
