1__生物技术总论

第一章生物技术总论

学习目的：

①概要了解生物技术的含义、特点以及生物技术的发展史。

②了解生物技术的各项技术及其相互关系。

③认识生物技术的应用领域及其对人类社会发展的影响。

新技术革命的浪潮正在世界各地兴起，生物技术、信息技术、微电子技术、新能源、新材料等各领风骚。生物技术被是一项高新技术，世界各国都很重视，它广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会生活将产生深远的革命性的影响。

生物技术对于提高综合国力，迎接人类所面临的诸如食品短缺、健康问题、环境问题及经济问题的挑战是至关重要的；生物技术是现实生产力，也是具有巨大经济效益的潜在生产力，是21世纪高技术革命的核心内容。

生物技术产业是21世纪的支柱产业，许多国家都将生物技术确定为增长国力和经济实力的关键性技术之一。我国政府同样把生物技术列为高新技术之一并组织力量攻关。

生物技术是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代生物技术两部分。传统的生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传统工艺；现代生物技术则是指20世纪70年代末80年代初发展起来的，以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。当前所称的生物技术基本上都是指现代生物技术。

第一节生物技术的含义

一、生物技术的定义

生物技术(biotechmlogy)也称生物工程(biengineering)，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用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或达到某种目的。

生物技术是一门新兴的、综合性的学科。先进的工程技术手段是指基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技术。改造生物体是指获得优良品质的动物、植物或微生物品系。生物原料则指生物体的某一部分或生物生长过程产生的能利用的物质，如淀粉、糖蜜、纤维素等有机物，也包括一些无机化学品，甚至某些矿石。为人类生产出所需的产品包括粮食、医药、食品、化工原料、能源、金属等。达到某种目的则包括疾病的预防、诊断与治疗和食品的检验以及环境污染的检测和治理等。

生物技术是由多学科综合而成的一门新学科。就生物科学而言，它包括了微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学、育种技术等几乎所有与生命科学有关的学科，特别是现代分子生物学的最新理论成就更是生物技术发展的基础。现代生命科学的发展已在分子、亚细胞、细胞、组织和个体等不同层次上，揭示了生物的结构和功能的相互关系，从而使人们得以应用其研究成就对生物体进行不同层次的设计、控制、改造或摸拟，并产生了巨大的生产能力。

二、生物技术的种类及其相互关系

近几十年来，科学和技术发展的一个显著特点就是人们越来越多地采用多学科的方法来解决各种问题。这将导致综合性学科的出现，并最终形成了具有独特概念和方法的新领域。生物技术

就是在这种背景下产生的一门综合性的新兴学科。根据生物技术操作的对象及操作技术的不同，生物技术主要包括以下五项技术(工程)。

（一）基因工程

基因工程(geneengineering)是20世纪70年代以后兴起的一门新技术，其主要原理是应用人工方法把生物的遗传物质，通常是脱氧核糖核酸(DNA)分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组了的DNA导人某种宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还使新的遗传信息(基因)在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物(多肽或蛋白质)。这种通过体外DNA 重组创造新生物并给予特殊功能的技术就称为基因工程，也称DNA重组技术。

（二）细胞工程

细胞工程(cellengmeenng) 是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖；或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种；或加速繁育动、植物个体；或获得某种有用的物质的过程。所以细胞工程应包括动、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术(也称细胞杂交技术)、细胞器移植技术、克隆技术、干细胞技术等。

（三）酶工程

酶工程(enzymeengineenng)是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。

（四）发酵工程

发酵工程(fermentation enganeenng)利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品称为发酵工程。

（五）白质工程

蛋白质工程(protem engmeenng)是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质的技术。

五项工程技术并不是各自独立的，彼此之间是互相联系、互相渗透的。基因工程和细胞工程是两大核心技术，它能带动其他技术的发展：比如通过基因工程对细菌或细胞改造后获得的“工程菌”或“工程细胞”，都必须分别通过发酵工程或细胞工程来生产有用的物质；又如，通过基因工程技术对酶进行改造以增加酶的产量、酶的稳定性以及提高酶的催化效率等(图1—1)。

三、生物技术涉及的学科

现代生物技术是所有自然科学领域中涵盖范围最广的学科之一。它以包括分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫生物学、人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生理学、生物化学、生物物理学、遗传学等几乎所有生物科学的次级学科为支撑，又结合了诸如化学、化学工程学、数学、微电子技术、计算机科学、信息学等生物学领域之外的尖端基础学科，从而形成一门多学科互相渗透的综合性学科(图1-2)。其中又以生命科学领域的重大理论和技术的突破为基础。例如，没有Watson和Crick的DNA双螺旋结构及阐明DNA的半保留复制模式，没有遗传密码的破译以及DNA与蛋白质的关系等理论上的突破，没有发现DNA限制性内切酶、DNA连接酶等工具酶，就不可能有基因工程高技术的出现；没有动植物细胞培养方法以及细胞融合方法的建立，就不可能有细胞工程的出现；没有蛋白质结晶技术及蛋白质三维结构的深入研究以及化工技术的进步，就不可能有酶工程和蛋白质工程的产生；没有生物反应器及传感器以及自动化控制技术的应用，就不可能有现代发酵工程的出现。另外，所有生物技术领域还使用了大量的现代化高精尖仪器，如超速离心机、电子显微镜、高效液相色谱仪、DNA合成仪、DNA序列分析仪等(表1—1)。这些仪器全部都是由微机控制的、全自动化的。这就是现代微电子学和计算机技术与生物技术的结合和渗透。没有这些结合和渗透，生物技术的研究就不可能深入到分子水平，也就不会有今天的现代生物技术。

人类已进入知识经济时代，知识经济的基本特征就是知识不断创新，高新技术迅速产业化。作为高技术领域重要组成部分的生物技术，必然在知识经济的发展过程中大显身手并做出特殊的贡献。我国是发展中国家，农业经济、工业经济、知识经济二元并存，面临着新的机遇和挑战。在这种形势下，大力发展高新技术及其产业，加大知识经济在经济结构中的比重具有特别重要的意义。生物技术与其他高新技术一样具有“六高”的基本特征：高效益，可带来高额利润；高智力，具有创造性和突破性；高投入，前期研究及开发需要大量的资金投人；高竞争，时效性的竞争非常激烈；高风险，由于竞争的激烈，必然带来高风险；高势能，对国家的政治、经济、文化和社会发展有很大的影响，具有很强的渗透性和扩散性，有着很高的态势和潜在的能量。

另一方面，生物技术广阔的应用前景，高额的利润也促使生物技术的快速发展。生物技术的应用领域非常广泛，它包括医药、农业、畜牧业、食品、化工、林业、环境保护、采矿冶金、材料、能源等领域(图1—2)。这些领域的广泛应用必然带来经济上的巨大利益，所以各种与生物技术相关的企业如雨后春笋般地涌现。概括地说，生物技术相关的行业可分为八大类型(表1—2)

第二节生物技术发展简史

生物技术不是一门新学科，它可分为传统生物技术和现代生物技术。现代生物技术是从传统生物技术发展而来的。

一、传统生物技术的产生

传统生物技术应该说从史前时代起就一直为人们所开发和利用，以造福人类。在石器时代后期，我国人民就会利用谷物造酒，这是最早的发酵技术。在公兀前221年，周代后期，我国人民就能制作豆腐、酱和醋，并一直沿用至今。公元10世纪，我国就有了预防天花的活疫苗；到了明代，就已经广泛地种植痘苗以预防天花。16世纪，我国的医生已经知道被疯狗咬伤可传播狂犬病。在西方，苏美尔人和巴比伦人在公元前6000年就已开始啤酒发酵。埃及人则在公元前4000年就开始制作面包。

1676年荷兰人Leeuwen Hoek(1632—1723)制成了能放大170～300倍的显微镜并首先观察到了微生物。19世纪60年代法国科学家Pasteur(1822—1895)首先证实发酵是由微生物引起的，并首先建立了微生物的纯种培养技术，从而为发酵技术的发展提供了理论基础，使发酵技术纳入了科学的轨道。到了20世纪20年代，工业生产中开始采用大规模的纯种培养技术发酵化工原料丙酮、丁醇。20世纪50年代，在青霉素大规模发酵生产的带动下，发酵工业和酶制剂工业大量涌现。发酵技术和酶技术被广泛应用于医药、食品、化工、制革和农产品加工等部门。20世纪初，遗传学的建立及其应用，产生了遗传育种学，并于20世纪60年代取得了辉煌的成就，被誉为“第一次绿色革命”。细胞学的理论被应用于生产而产生了细胞工程。在今天看来，上述诸方面的发展，还

只能被视为传统的生物技术，因为它们还不具备高技术的诸要素。

二、现代生物技术的发展

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Avery等阐明了DNA是遗传信息的携带者。1953年Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型，阐明了DNA 的半保留复制模式，从而开辟了分子生物学研究的新纪元。由于一切生命活动都是由包括酶和非酶蛋白质行使其功能的结果，所以遗传信息与蛋白质的关系就成了研究生命活动的关键问题。1961年Khorana和Nirenberg破译了遗传密码，揭开了DNA编码的遗传信息是如何传递给蛋白质这一秘密。基于上述基础理论的发展，1972年Berg首先实现了DNA体外重组技术，标志着生物技术的核心技术——基因工程技术的开始。它向人们提供了一种全新的技术手段，使人们可以按照意愿在试管内切割DNA、分离基因并经重组后导人其他生物或细胞，藉以改造农作物或畜牧品种；也可以导人细菌这种简单的生物体，由细菌生产大量有用的蛋白质，或作为药物，或作为疫苗；也可以直接导人人体内进行基因治疗。显然，这是一项技术上的革命。以基因工程为核心，带动了现代发酵工程、现代酶工程、现代细胞工程以及蛋白质工程的发展，形成了具有划时代意义和

战略价值的现代生物技术。

第三节生物技术对经济社会发展的影响

近代科技史实表明，每一次重大的科学发现和技术创新，都使人们对客观世界的认识产生一次飞跃；每一次技术革命浪潮的兴起，都使人们改造自然的能力和推动社会发展的力量提高到一个新的水平。生物技术的发展也不例外，它的发展将越来越深刻地影响着世界经济、军事和社会发展的进程。

一、改善农业生产、解决食品短缺

“民以食为天”，粮食问题是一个国家经济健康发展的基础。目前，世界人口已达60亿，而耕地面积不但不会增加，反而有减少的趋势。所以在今后几十年的发展中如何满足人们对食品增加的需求，将是各国政府首先要解决的问题。

（一）提高农作物产量及其品质

(1)培育抗逆的作物优良品系通过基因工程技术对生物进行基因转移，使生物体获得新的优良品性，称之为转基因技术。通过转基因技术获得的生物体称为转基因生物，例如转基因植物，就是对植物进行基因转移，其目的是培育出具有抗寒、抗旱、抗盐、抗病虫害等抗逆特性及品质优良的作物新品系。至1996年，全世界推广转基因作物的种植面积为250万公顷，到了2000年已达4420万公顷。据预测2010年全世界转基因植物的交易额将达280亿美元。涉及的作物种类包括马铃薯、油菜、烟草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大豆、苜蓿等。转基因性能包括抗除草剂、抗病毒、抗盐碱、抗旱、抗虫、抗病以及作物品质改良等。

我国是人口大国，人多地少，粮食问题更是我国经济发展、社会稳定的关键。我国政府对农业生物技术极为重视，投入了大量的人力、物力并取得了举世瞩目的成就，已培育了包括水稻、棉花、小麦、油菜、甘蔗、橡胶等一大批作物新品系。目前我国正在研究开发的转基因植物多达刃余种，涉及的基因达100多种(不含标记基因)。研究成功了两系杂交水稻，平均亩产达800kg以上，累计推广面积已达1000万亩，创造产值10多亿元。自1996年11月我国正式公布实施《农

业生物基因工程安全管理实施办法》以来，我国已批准6种转基因植物商品化，其中5种是我国自主开发的，包括抗虫棉、耐贮番茄、抗病毒甜椒、抗病毒番茄等。

(2)植物种苗的工厂化生产利用细胞工程技术对优良品种进行大量的快速无性繁殖，实现工业化生产。该项技术又称植物的微繁殖技术。植物细胞具有全能性，一个植物细胞犹如一株潜在的植物。利用植物的这种特性，可以从植物的根、茎、叶、果、穗、胚珠、胚乳、花药或花粉等植物器官或组织取得一定量的细胞，在试管中培养这些细胞，使之生长成为所谓的愈伤组织。愈伤组织具有很强的繁殖能力，可在试管内大量繁殖。在一定的植物激素作用下，愈伤组织又可分化出根、茎、叶，成为一株小苗。利用这种无性繁殖技术，可在短时间内得到遗传稳定的、大量的小苗(这种小苗称之为试管苗，以区别于种子萌发的实生苗)，并可实现工厂化生产。一个10m2的恒温室内，可繁殖1万～50万株小苗。所以该项技术可使有价值的、自然繁育慢的植物在很短的时间内和有限的空间内得到大量的繁殖。

利用植物微繁殖技术还可培育出不带病毒的脱毒苗。由于植物的根尖或茎尖分生细胞常常是不带毒的，用这种细胞在试管中进行无菌培养而繁育的小苗也是不带毒的，减少了病毒感染的可能性。

植物的微繁殖技术已广泛地应用于花卉、果树、蔬菜、药用植物和农作物快速繁殖，实现商品化生产。我国已建立了多种植物试管苗的生产线，如葡萄、苹果、香蕉、柑橘、花卉等。

(3)提高粮食品质生物技术除了可培育高产、抗逆、抗病虫害的新品系外，还可培育品质好、营养价值高的作物新品系。例如美国威斯康星大学的学者将菜豆储藏蛋白基因转移到向日葵中，使向日葵种子含有菜豆储藏蛋白。利用转基因技术培育的西红柿可延缓其成熟变软，从而避免运输中的破损。大米是我们的主要粮食，含有人体自身不能合成的8种必需氨基酸，但其蛋白质含量很低。人们正试图将大豆储藏蛋白基因转移到水稻中，培育高蛋白质的水稻新品系。

(4)生物固氮，减少化肥使用量现代农业均以化学肥料，如尿素、硫酸铵作为氮肥的主要来源。化肥的使用不可避免地带来了土地的板结，肥力的下降；化肥的生产将导致环境的污染。科学家们正努力将具有固氮能力的细菌的固氮基因转移到作物根际周围的微生物体内，希望由这些微生物进行生物固氮，减少化肥的使用量。例如日本学者将固氮基因转移到水稻根际微生物中，使这些微生物提供了水稻需氮量的五分之一。我国已成功地构建了12株水稻粪产碱菌的耐胺工程菌。施用这种细菌可节约化肥五分之一，平均增产5％～12．5％。

(5)生物农药，生产绿色食品近年来，人们越来越注意农业生产的可持续发展以及人与环境的协调，特别是由于化学农药的毒副作用及筛选新农药的艰难，使得企业和研究人员开始把注意力转向了生物农药的研究开发与使用。因其不污染环境、对人和动植物安全，不伤害害虫天敌，所以发展生物农药已成为保障人类健康和农业可持续发展的重要趋势。我国加入世界贸易组织之后，在国际农产品和食品贸易中，将面对苛刻的农药残留标准，而这同时也为生物农药的发展提供了巨大的机遇。当前，国际上生物农药占全部农药的市场份额仅2．5％左右，其中仅苏云金杆菌(Bt)杀虫剂就占了90％。在我国，Bt杀虫剂只占市场的2％，棉铃虫病毒杀虫剂占0．2％，农用抗生素占9％。今后10年内，生物农药将取代20％以上的化学农药。因此，生物农药发展潜力是巨大的。

（二）发展畜牧业生产

(1)动物的大量快速无性繁殖植物细胞有全能性，所以可采用微培养技术大量快速无性繁殖，达到工厂化生产的目的。那么，动物细胞是否可能呢?这在1997年之前，还只能证实高等动物的胚胎2细胞到64细胞团具有全能性，可进行分割培养，即所谓的胚胎分割技术。1997年2月英国Roslin研究所在世界著名的权威刊物《自然》杂志上刊登了用绵羊乳腺细胞培育出一只小

羊——“多莉”。这意味着动物体细胞也具有全能性，同样有可能进行动物的大量、快速无性繁殖。

(2)培育动物的优良品系利用转基因技术，将与动物优良品质有关的基因转移到动物体内，使动物获得新的品质。人类第一例转基因动物是1983年美国学者将大鼠的生长激素基因导人小鼠的受精卵里，再把受精卵转移到借腹怀胎的雌鼠内。生下来的小鼠因带有大鼠的生长激素基因而使其生长速度比普通小鼠快50％，并可遗传给下一代。除了小鼠外，科学家们已成功地培育了转基因羊、转基因兔、转基因猪、转基因鱼等多种动物新品系。

我国在转基因动物研究方面，同样做了大量的工作，有的已达到了国际领先水平。先后培育了生长激素转基因猪、抗猪瘟病转基因猪、生长激素转基因鱼(包括红鲤、泥鳅、镜鱼、鲫鱼)等。

二、提高生命质量、延长人类寿命

医药生物技术是生物技术领域中最活跃、产业发展最迅速、效益最显著的领域。其投资比例(图1-3)及产品市场(表1-3)均占生物技术领域的首位。这是因为生物技术为探索妨碍人类健康的因素和提高生命质量提供了最有效的手段。生物技术在医药领域的应用涉及到新药开发、新诊断技术、预防措施及新的治疗技术。

（一）开发制造奇特而又贵重的新型药品

抗生素是人们最为熟悉、应用最为广泛的生物技术药物。目前已分离到6000多种不同的抗生素，其中约100种被广泛地使用。每年的市场销售额约100亿美

1977年，美国首先采用大肠杆菌生产了人类第一个基因工程药物——人生长激素释放抑制激素，开辟了药物生产的新纪元。该激素可抑制生长激素、胰岛素和胰高血糖素的分泌，用来治疗

肢端肥大症和急性胰腺炎。如果用常规方法生产该激素，50万头羊的下丘脑才能生产5mg，而用大肠杆菌生产，只需9L细菌发酵液，其价格降至每克300美元。

由于细菌与人体在遗传体制上的差异较大，许多人类所需的蛋白质类药物用细菌生产往往是没有生物活性的，人们不得不放弃用细菌发酵这种最简单的方法而另找其他方法来生产。利用细胞培养技术或转基因动物来生产这些蛋白质药物是近几年发展起来的另一种生产技术，如利用转基因羊生产人凝血因子Ⅸ、转基因牛生产人促红细胞生成素、转基因猪生产人体球蛋白等。

用基因工程生产的药物，除了人生长激素释放抑制激素外，还有人胰岛素、人生长激素、人心钠素、人干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子等。从1982年重组胰岛素批准上市以来，现已有近40种基因工程蛋白质药物投放市场，主要用于治疗癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎、细菌感染、骨损伤、创伤、代谢病、外周神经病、矮小症、心血管病、糖尿病、不孕症等疑难病。另外还有约400多种生物制剂正在进行临床试验，2000多种处于前期的实验室研究阶段。1987年所有亡市的基因工程药品产值约5．4亿美元，到了1993年，10种主要基因工程药品的经销额已接近77亿美元。专家们预测到2003年全球基因工程药物产值将达到130亿美兀，且每年以20％的速度增长。医药行业是我国增长速度最快的行业之一，1978～1998年间年均增长率达18％，生物药品也保持高速增长，1990年中国生物技术药品产值为18亿元，1997年则超过30亿元，到2000年已达100亿元。近年来，由于生活方式、环境变化及人口老龄化等因素，全球肿瘤、心血管病和遗传性疾病患者大幅增加，中国也不例外，以上疾病已经成为中国患者人数最多的病种，患者人数年增长速度超过10％，由于生物药品在治疗以上疾病方面比传统药品效果更显著，因此对生物药品的需求日益增大，专家预测，2005年中国生物药品市场规模将达到300亿元。这清楚地表明，基因工程药物的产业前景十分光明，21世纪整个医药工业将进行更新换代。

（二）疾病的预防和诊断

前面提到，我国人民早在公元10世纪就已开始种痘预防天花，这是利用生物：手段达到疾病预防的最早例子。但由于传统的疫苗生产方法对某些疫苗的生使用，存在着免疫效果不够理想、被免疫者有被感染的风险等不足，科学家们在寻找着新的生产手段和工艺，而用基因工程生产重组疫苗可以达到安全、高目的，如已经上市或已进入临床试验的病毒性肝炎疫苗(包括甲型和乙型肝炎肠道传染病疫苗(包括霍乱、痢疾等)；寄生虫疫苗(包括血吸虫、疟疾等)；流行血热疫苗、EB 病毒疫苗等。1998年初，美国食品和药物管理局(FDA)批准了首个艾滋病疫苗进入人体试(后又有多个新型疫苗进入人体试验。这预示着艾滋病或许可以像乙型肝炎、灰质炎等病毒性疾病那样得到有效的预防。利用细胞工程技术可以生产单克隆抗体。单克隆抗体既可用于疾病治疗，又可用于疾病的诊断。如用于肿瘤治疗的“生物导弹”，就是将治疗肿瘤的药物与抗肿瘤细胞的抗体联结在一起，利用抗体与抗原的亲和性，使药物集中于肿瘤部位以杀死肿瘤细胞，减少药物对正常细胞的毒副作用。单克隆抗体更多地是用于疾病的诊断和治疗效果的评价。目前在生物制药领域中单克隆抗体占了31％，有人预2010年单克隆抗体药物的销售额可达200亿美元。用基因工程技术还可生产诊断用的DNA试剂，称为DNA探针，主要用来诊断遗传性疾病和传染性疾病。

基因芯片是生物芯片的一种，是近年来发展起来的一种高通量、高特异性的DNA-诊断新技术。基因芯片(gene chip)又称寡核苷酸芯片(oligonucleotide chip)、DNA微阵列(DNA microarray)或DNA芯片，它是通过把大量的DNA片段以可寻址的方式，高密度地固定到一块指甲大小的玻璃片或硅片上，利用核酸碱基之间的配对，进行样品DNA高通量、高特异性、并行的分析信息的工具。基因芯片具有广泛的用途，它可用于包括遗传性疾病、传染性疾病及肿瘤等疾病的诊断、DNA序列分析、药物筛选、基因表达水平的测定等领域。

（三）基因治疗

导人正常的基因来治疗由于基因缺陷而引起的疾病一直是人们长期以来追求的目标。但由于

其技术难度很大，困难重重。一直到1990年9月，美国FDA批准了用ada(腺苷脱氨酶基因)基因治疗严重联合型免疫缺陷病(一种单基因遗传病)，并取得了较满意的结果。这标志着人类疾病基因治疗的开始。目前已有涉及到恶性肿瘤、遗传病、代谢性疾病、传染病等多个治疗方案正在实施中。我国则有包括血友病、地中海贫血、恶性肿瘤等多个基因治疗方案正在实施中。

（四）人类基因组计划

1986年美国生物学家、诺贝尔奖获得者Dulhecco首先倡议，全世界的科学家联合起来，从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的全部序列以获得人类基因所携带的全部遗传信息。毫无疑问，该项工作的完成，将使人们深入认识许多困扰人类的重大疾病的发病机制；阐明种族和民族的起源与演进；进一步揭示生命的奥秘。1990年春，美国国立卫生研究院(NIH)和能源部(DOE)联合发表了美国的人类基因组计划，1990年10月1日正式启动，历时三个五年计划(1990～2005年)，耗资30亿美元。

人类基因组计划(human genome project，HGP)与阿波罗登月计划、曼哈顿原子弹计划并称为人类科学史上的三大计划。经过参与国众多科学家的共同努力，2000年6月26日，美国总统克林顿在白宫举行记者招待会，郑重宣布：经过上千名科学家的共同努力，被比喻为生命天书的人类基因组草图已经基本完成(测序完成97％，序列组装完成85％)。2001年2月12日，由美国、日本、德国、法国、英国和中国组成的研究机构及美国Celera公司联合宣布对人类基因组的初步分析结果。2003年4月14日，美国国家HGP项目负责人Collins博士在华盛顿隆重宣布，美国、英国、日本、法国、德国和中国的科学家经过13年的不懈努力，人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划所有目标全部实现。同年4月15日，我国总理温家宝与美国、英国、日本、法国、德国的政府首脑联合发表声明，祝贺人类基因组序列图绘制成功。

三、解决能源危机、治理环境污染

（一）解决能源危机

我们日常生活中的每一个方面，包括衣、食、住、行都离不开能源。目前，石油和煤炭是我们生活中的主要能源。然而，地球上的这些化石能源是不可再生的，也终将枯竭，寻找新的替代能源将是人类面临的一个重大课题。生物能源将是最有希望的新能源之一，而其中又以乙醇最有希望成为新的替代能源。

远古时代，人们就已开始了乙醇的发酵生产。但由于它使用谷物作为原料，且发酵得率较低，成本较高，不适合于能源生产。科学家们希望找到一种特殊的微生物，这种微生物可以利用大量的农业废弃物如杂草、木屑、植物的秸秆等纤维素或木质素类物质或其他工业废弃物作为原料。同时改进生产工艺以提高乙醇得率，降低生产成本。

通过微生物发酵或固定化酶技术，将农业或工业的废弃物变成沼气或氢气，也是一种取之不尽，用之不竭的能源。

生物技术还可用来提高石油的开采率。目前石油的一次采油，仅能开采储量的30％。二次采油需加压、注水，也只能获得储量的20％。深层石油由于吸附在岩石空隙间，难以开采。加入能分解蜡质的微生物后，利用微生物分解蜡质使石油流动性增加而获取石油，称之为三次采油。

（二）环境保护

传统的化学工业生产过程大多在高温高压下进行，呈现在人们面前的几乎都是大烟囱冒浓烟的景象。这是一个典型的耗能过程并带来环境的严重恶化。如果改用生物技术方法来生产，不仅可以节约能源还可以避免环境污染。例如用化学方法生产农药，不仅耗能而且严重污染环境，如改用苏云金杆菌生产毒性蛋白，既可节约能源而且该蛋白对人体无毒。

现代农业及石油、化工等现代工业的发展，开发了一大批天然或合成的有机化合物，如农药、

石油及其化工产品、塑料、染料等工业产品，这些物质连同生产过程中大量排放的工业废水、废气、废物已给我们赖于生存的地球带来了严重的污染。目前已发现有致癌活性的污染物达1100多种，严重威胁着人类的健康。但是小小的微生物有着惊人的降解这些污染物的能力。人们可以利用这些微生物净化有毒的化合物、降解石油污染、清除有毒气体和恶臭物质、综合利用废水和废渣、处理有毒金属等作用，达到净化环境、保护环境、废物利用并获得新产品的目的。

四、制造工业原料、生产贵重金属

（一）制造工业原料

利用微生物在生长过程中积累的代谢产物，生产食品工业原料，种类繁多。概括起来，主要有以下几个大类：

①氨基酸类，目前能够工业化生产的氨基酸有20多种，大部分为发酵技术生产的产品，主要的有谷氨酸(即味精)、赖氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、缬氨酸等；

②酸味剂，主要有柠檬酸、乳酸、苹果酸、维生素C等；

③甜味剂，主要有高果糖浆、天冬精(甜味是砂糖的24加倍)、氯化砂糖(甜味是砂糖的600倍)。

发酵技术还可用来生产化学工业原料。主要有传统的通用型化工原料如乙醇、丙酮、丁醇等产品。还有特殊用途的化工原料，如制造尼龙、香料的原料癸二酸，石油开采使用的原料丙烯酰胺，制造电子材料的粘康酸，制造合成树脂、纤维、塑料等制品的主要原料衣康酸，制造工程塑料、树脂、尼龙的重要原料长链二羧酸，合成橡胶的原料2，3—丁二醇，合成化纤、涤伦的主要原料乙烯等。

（二）生产贵重金属

在冶金工业方面，高品位富矿不断耗尽。面对数量庞大的废渣矿、贫矿、尾矿、废矿，采用一般的采矿技术已无能为力，惟有利用细菌的浸矿技术才能对这类矿石进行提炼。可浸提的金属包括金、银、铜、铀、锰、钼、锌、钴、镍、钡、铊等10多种贵重金属和稀有金属。

五、生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响

生物技术是一把双刃剑。人们在享受生物技术所带来的种种好处的同时，生物技术也可能给人类社会带来意想不到的冲击，可能产生人们始料不及的严重后果。人们的担忧主要来自以下几个方面：

(1)基因工程对微生物的改造是否会产生某种有致病性的微生物，这些微生物都带有特殊的致病基因，如果它们从实验室逸出并且扩散，有可能造成类似鼠疫那样的可怕疾病的流行。

(2)转基因作物及食品的生产和销售，是否对人类和环境造成长期的影响，擅自改变植物基因是否可能引起一些难以预料的危险。

(3)分子克隆技术在人类身上的应用可能造成巨大的社会问题，并对人类自身的进化产生影响；而应用在其他生物上同样具有危险性，因为所创造出的新物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。

(4)生物技术的发展将不可避免地推动生物武器的研制与发展，使笼罩在人类头上的生存阴影越来越大。

(5)动物克隆技术的建立，如果被某些人用来制造克隆人、超人，将可能破坏整个人类社会的和平。

应该说，这种种忧虑在理论上都是有一定道理并且都有其现实基础，因此，人们从生物技术诞生那天起就一直对其加以关注并采取防御措施。

人们除了对生物技术的安全性表示关注外，近年来人们对生物技术可能带来

的对人类社会的伦理、道德、法律的冲击越来越关注。目前人们关注的主要在以下几个方面：

(1)转基因技术某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中，这可能触怒这些团体，例如将猪的基因转入绵羊；将动物基因转入食用植物可能会引起一些素食主义者的特别关注；用含人类基因的生物体作为动物饲料而可能引发的伦理问题。

(2)动物克隆技术上面已经提到人的克隆可能对人类社会的破坏。从法律层面看，人的克隆同样给人们带来困扰，提供体细胞的人与被克隆的人从法律上看是父子、母子或兄弟?

(3)人类基因组与基因诊断技术一个人的遗传信息(基因组序列)是不是一种隐私?基因诊断过程会不会侵犯个人隐私?保险公司或工厂的顾主是否有权力要求投保人或被雇佣者进行基因组检测，预测他们将来可能罹患某些疾病，再决定是否接受投保或雇佣?

小结

生物技术是一项高技术，它具有高新技术的诸多特征。被许多国家确定为增长国力和经济实力的关键性技术之一，受到了许多国家的高度重视。

生物技术是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需的产品或达到某种目的。它至少包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等五项工程。这五项工程是互相联系、互相渗透的，其中以基因工程为核心。

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。现代生物技术是一门集生物学、医学、工程学、数学、计算机科学、电子学等多学科互相渗透的综合性学科。

现代生物技术的应用领域非常广泛，它对人类社会产生了巨大的影响。其应用领域包括农业、工业、医学、药物学、能源、环保、冶金、化工原料等。这些领域的应用又必然对人类社会的政治、经济、军事等方面带来影响。

现代生物技术是一把双刃剑。它在给人类带来种种好处的同时，也可能给人类带来安全隐患以及对人类社会的伦理、道德、法律等方面带来冲击。

复习思考题

1.现代生物技术是一项高技术，它具有高技术的“六高”特征是指哪“六高”?

2.什么是生物技术，它包括哪些基本的内容?它对人类社会将产生怎么样的影响?

3.为什么说生物技术是一门综合性的学科，它与其他学科有什么关系?

4.简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的关系。

5.生物技术的应用包括哪些领域?

生物技术概论复习题

生物技术概论复习题 一、名词解释 1、细胞融合：两个或多个细胞相互接触后，其细胞膜发生分子重排，导致细胞合并、染色体等遗传物质重组的过程。P55 2、干细胞：动物胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的理想种子细胞。P81 3、原生质体：脱去细胞壁的细胞叫原生质体P60 4、目的基因：在基因工程设计和操作中，被用于基因重组、改变受体细胞性状和获得预期表达产物的基因。P37 5、固定化酶技术：将酶素服在特殊的相上，让它既保持酶的特有活性，又能长期稳定反复使用，同时又可以实现生产工艺的连续化和自动化。方法大致可以分为三类，即载体结合法、共价交联法和包埋法。P126 6、工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。P114 7、转化：通过生物学、物理学和化学等方法使外源裸露DNA进入受体细胞，并在受体细胞内稳定维持和表达的过程。P43 8、胚胎分割；借助显微操作技术或徒手操作方法切割早期胚胎成二、四等多等份再移植给受体母畜，从而获得同卵双胎或多胎的生物学新技术。173 9、限制性内切核酸酶：是一类能识别双链DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链一定位点上的磷酸二脂键断开，产生具有5’-磷酸基（-P）和3’-羧酸（-OH）的DNA片段的内切脱氧核糖核酸酶。P21 10、SCP ：单细胞蛋白，生产蛋白质的生物大都是单细胞或丝状微生物个体，而不是多细胞复杂结构的生物。P184 11、外植体：即能被诱发产生无性增殖系的器官或组织切段。P56 12、生物传感器：用生物活性物质做敏感器件，配以适当的换能器所构成的分析工具。P136 13、基因芯片：利用反相杂交原理，使用固定化的的探针阵列样品杂交，通过荧光扫描和计算机分析，获得样品中大量基因及表达信息的一种高通量生物信息分析技术。又称为DNA芯片P49 14、脱毒植物：用脱毒剂除去寄生病毒的植物。P68 15、植物次级代谢产物：许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。植物次生代谢途径是高度分支的途径，这些途径在植物体内或细胞中并不全部开放，而是定位于某一器官、组织、细胞或细胞器中并受到独立的调控。 16、基因治疗：指将目的基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。P240 17、生物能源： 18、单克隆抗体:利用细胞融合技术，在体外大量培养融合细胞，由融合细胞产生大量的抗体。（优点：特异性强、成分均一、灵敏度高、产量大和容易标准化生产。）P226 19、RNA反义技术：天然存在的或人工合成的一类RAN分子，它不能编码蛋白质，但它的核苷酸顺序与某种mRNA可互补配对，所以这种反义RNA可与mRNA结合配对从而干扰mRNA的翻译，使相应的基因不能表达。P243 20、HGP：人类基因组计划，旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。P245 二、基础知识 1、基因工程研究的理论依据是什么？P12 ①不同基因具有相同的物质基础；②基因是可以切割的；③基因是可以转移的；④多肽与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递给下一代。

生物技术复习资料汇总

第一章生物技术总论 1.生物技术：是指人们以现代生命科学为基础、结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人们生产出所需产品或达到某种目的的一门新兴的、综合性的学科。 2.传统生物技术：主要是通过微生物的初级发酵来生产产品，包括制造酱、醋、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传统工艺。 3.现代生物技术：指在20世纪中叶后随着一些生物学领域的重要发现，以及随后产生的新手段和新技术，从而形成以现代生物科学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。 4.现代生物技术的标志：是以1953年DNA双螺旋结构模型建立为基础。以70年代DNA重组技术的建立为标志 5.生物技术的重要性：1）生物技术是解决全球性经济问题的关键技术，可以解决人类所面临的诸如食品短缺问题、健康问题、环境问题、及资源问题；2）生物技术广泛应用于医药卫生、农林牧渔、化工和能源等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成；3）生物技术还与与伦理、道德、法律等社会问题都有着密切的关系，对国计民生产生重大的影响。 6.生物技术的特征：高效益，高智力，高投入，高竞争，高风险，高势能。 7.生物技术的种类：时间上分：传统生物技术，现代生物技术；操作对象和操作对象的不同：基因工程，细胞工程，酶工程，发酵工程，蛋白质工程，生化工程等 8.现代生物技术对经济社会发展的影响：1）改善农业生产、解决食品短缺，包括提高农作物的产量及品质，培育抗逆的作物优良品系，培养动物的优良品系。2）提高生命质量，延长人类寿命。3）解决能源危机、治理环境污染。4）制造工业原料、生产贵重金属。 第二章基因工程 9.基因工程：按照人为的愿望，进行严密的设计，通过体外DNA重组和转移等技术，有目的地改造生物种性，使现有物种在较短的时间内趋于完善，从而创造出新的生物类型，这就是基因工程。 10.基因工程克隆载体：外源基因必须先同某种传递者结合后才能进入细菌和动植物受体细胞，把这种能承载外源DNA片断（基因）带入受体细胞的传递者称之为基因克隆载体。11.目的基因：基因工程的目的是通过优良性状基因的重组，获得有价值的新物质，为此须从现有生物群体中，分离出可用于克隆的相关基因，这样的基因通常称之为目的基因，目的基因主要是结构基因。 12.结构基因：是决定合成某一种蛋白质分子结构相应的一段DNA。结构基因的功能是把携带的遗传信息转录给mRNA（信使核糖核酸）,再以mRNA为模板合成具有特定氨基酸序列的蛋白质。 13.转化：携带基因的外源DNA分子通过与膜结合进入受体细胞，并在其中稳定维持和表达的过程； 14.转导：通过噬菌体颗粒感染，把DNA导入受体细胞的过程。 15.感受态细胞： 16.受体细胞：从技术上讲是能摄取外源基因并能使其稳定维持的细胞；从目的上讲是有应用和研究价值的细胞； 17.植物转基因技术：是将功能基因导入植物的基因组中，从而引起植物体性状的可遗传改变的技术。 13.基因工程的主要操作内容：1）目的基因的获取：从生物基因组中，分离出带有目的基因的DNA片断。2）重组体的制备：将目的基因的DNA片断插入到载体分子上。3）重组体的转化：将重组体转入到受体细胞中。4）克隆鉴定：挑选转化成功的细胞克隆。5）目的基因表达：使导入寄主细胞的目的基因表达出需要的基因产物。 14.基因工程的特征：跨物种性，无性扩增。 跨物种性: 外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。无性扩增: 外源DNA在寄主细胞内可大量扩增和高水平表达 15.基因工程诞生的理论基础：DNA是遗传物质，DNA双螺旋结构，中心法则和遗传密码。 1、DNA是遗传物质：核酸的组成和分类？（DNA和RNA ） 2、DNA双螺旋结构：1953年James D. Watson和Francis H. C. Crick 揭示了DNA分

生物技术概论考试复习题解答

现代生物技术概论复习题 一、名词解释 1、生物技术：也称生物工程，是人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和 其他基础科学的科学原理，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或达到某种目的的一门新兴的、综合性的学科。 2、基因组DNA文库：将某一种基因DNA用适当的限制酶切断后，与载体DNA重组，再全 部转化宿主细胞，得到含全部基因组DNA的种群，称为基因组DNA文库。 3、蛋白质工程是指：利用基因工程的手段，在目标蛋白的氨基酸序列上引入突变，从而改 变目标蛋白的空间结构，最终达到改善其功能的目的。 4、基因工程：在体外将外源基因进行切割并与一定的载体连接，构成重组DNA分子并导 入相应受体细胞，使外源基因在受体细胞中进行复制、表达，使目的基因大量扩增或得到相应基因的表达产物或进行定向改造生物性状。简单概括，就是将外源目的基因与载体重组后再进入宿主细胞的过程。 5、发酵工程：是发酵原理与工程学的结合，是研究由生物细胞（包括动植物、 微生物）参与的工艺过程的原理和科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。 6、基因和基因组DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene）。一个生物体 的全部DNA序列称为基因组（genome） } 5、载体：把一个有用的目的DNA片段通过重组DNA技术，送进受体细胞中去进行繁殖或 表达的工具称为载体。 6、cDNA文库：即由mRNA经过反转录成cDNA,然后来构建文库，构建的文库不包含内含子。 7、转化:外源DNA导入宿主细胞的过程称之为转化。 8、重叠基因：一个基因序列中，含有另一基因的部分或全部序列。 9、基因组文库：把某种生物基因组的全部遗传信息通过载体贮存在一个受体菌克隆子群体中，这个群体即为这种生物的基因组文库。 10、细胞工程：以生物细胞、组织或器官为研究对象，运用工程学原理，按照预定目标，改变生物性状,生产生物产品，为人类生产或生活服务的科学。 11、.外植体：指用于离体培养的活的植物组织、器官等材料。 12、愈伤组织：在离体培养过程中形成的具有分生能力的一团不规则细胞，多在外植体切面上产生。 （ 13、体细胞杂交：（原生质体融合）指在人工控制条件下不经过有性过程，两种体细胞原生质体相互融合产生杂种的方法。 14、悬浮培养：是将植物游离细胞或细小的细胞团，在液体培养基中进行培养的方法。 15、原生质体：指除去细胞壁的细胞或是说一个被质膜所包围的裸露细胞。 16、传代：将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶即称为传代或传代培养。 17、原代培养：也称初代培养期。从体内取出组织接种在培养瓶中培养到第一次传代前阶段，一般持续1-4周。 18、细胞系：经过再培养后而形成的具有增殖能力、特性专一、类型均匀的培养细胞。 19、细胞株：将所得到的纯净细胞群，以一定的密度接种在lmm厚的薄层固体培养基上，进行平板培养，使之形成细胞团，尽可能地使每个细胞团均来自一个单细胞，这种细胞团称为“细胞株”。 20、干细胞：干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，它可以化成多种功能细胞。（

生物技术概论书本复习思考题参考答案

一、生物技术总论 1.现代生物技术是一项高新技术，它具有高新技术的“六高”特征是指哪“六高”高效益；高智力；高投入；高竞争；高风险；高势能。 2.什么是生物技术，它包括那些基本的内容它对人类社会将产生怎样的影响 生物技术，有时也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，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或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。它主要包括发酵技术和现代生物技术。 其包括：基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程，现代生物技术发展到高通量组学芯片技术、基因与基因组人工设计与合成生物学等系统生物技术。 生物技术设计人类各个的层面，大到人类基因组的研究，小到我们平时吃到的米饭，在医药、动植物设计广泛，在电子产品中也有运用到生物技术。 3.为什么说生物技术是一门综合性的学科，它与其他学科有什么关系 因为生物技术设计到很多个方面，有医药、林农业、食品、环境、能源、化学品、设等等，不仅仅是局限于生物这一方面，例如研究使用到了高科技电子设备，两者必须结合才能进行研究，生物分子学也被运用到计算机的研发中去。 4.简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的关系。 现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而加快发展起来的。两者的差别：传统生物技术的研究水平是细胞或组织水平，现代生物技术的研究水平是在分子水平。 两者的关系：现代生物技术的研究是以传统生物技术为基础。现代生物技术的研究能够促进传统生物技术研究。 5. 生物技术的应用包括那些领域 其涉及到：农业、食品、人类健康、能源问题、环境问题、工业、金属、军事、电子 二、基因工程 1. 基因工程研究的理论依据是什么 不同基因具有相同的物质基础；基因是可以切割的；基因是可以转移的；多肽与基因之间存在对应关系；遗传密码是通用的；基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代。 2. 简述基因工程研究的基本技术路线。 通过基因文库筛选、PCR扩增或人工化学合成等手段获得目的基因；构建所需基因载体；目的基因与载体在体外重组后导入受体细胞，进行增值或表达等。 3. 简述限制性内切酶和DNA连接酶的作用机制。 限制性内切酶是特异性地打断磷酸二酯键；DNA连接酶是特异性地形成磷酸二酯键。

生物技术概论期末重点

一、生物技术总论 1、生物技术定义：生物技术（biotechnology），也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，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或达到某种目的。 2、范畴：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程 3、简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的关系。 现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而加快发展起来的。 两者的差别：传统生物技术的研究水平是细胞或组织水平，现代生物技术的研究水平是在分子水平。 两者的关系：现代生物技术的研究是以传统生物技术为基础。现代生物技术的研究能够促进传统生物技术研究。 4、“六高”特征：高效益；高智力；高投入；高竞争；高风险；高势能。 二、基因工程 1、基因工程：按照人们的愿望，进行严密的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，有目的地改造生物特性，在较短时间内使现有物种的性能得到改善，创造出符合人们需求的新生物类型，或者利用这种技术对人类疾病进行基因治疗。 2、基因工程研究的理论依据： （1）不同基因具有相同的物质基础； （2）基因是可以切割的； （3）基因是可以转移的； （4）多肽与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递给下一代。 3、基因工程操作步骤p17 ①获取目的基因；②构建基因的表达载体；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定. 4、PCR概念：PCR是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸等反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。它不仅可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究,还可用于疾病的诊断或任何有DNA，RNA的地方。PCR又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。 5、目的基因导入受体细胞的常用方法：①化合物诱导转化法；②农杆菌转化法；③电穿孔转化法；④花粉管通道法；⑤基因枪法；⑥超声波处理转化法；⑦脂质体介导转化法；⑧体内注射转化法；⑨精子介导法；⑩病毒（噬菌体）颗粒转导法等 6、基因文库定义：把某种生物基因组的全部遗传物质信息通过克隆载体储存在一个受体菌克隆子群体中，这个群体即这种生物的基因组文库。 7、克隆载体定义：把能够承载外源基因，并将其带入受体细胞得以稳定维持的DNA分子。 分类：质粒载体、病毒克隆载体、人工染色体载体、基因表达载体。 8、人类基因组计划概论 人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约2.5万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体2.5万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。被誉为生命科学的“登月计划”。 人类基因组计划（英语：Human Genome Project, HGP）是一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程。其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。基因组计划是人类为了探索自身

生物技术概论

《生物技术概论》复习题及参考答案 一、名词解释 1. 生物技术（biotechnology）：有时也称为生物工程（bioengineering），是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，利用生物得体或其体系或它们的衍生物来制造人类所需要的各种产品或达到某种目的的一门新兴的、综合性的学科。 2．基因工程（gene enginerring）：是指在基因水平上的操作并改变生物遗传特性的技术。即按照人们的需要，用类似工程设计的方法将不同来源的基因（DNA分子）在体外构建成杂种DNA分子，然后导入受体细胞，并在受体细胞内复制、转录和表达的操作，也称DNA重组技术。 3．细胞工程（cell engineering）：是指在细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种的目的，加速繁育动植物个体，或获得某种有用物质的技术。 4．酶工程（enzyme engineering）：是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。 5．发酵工程（fermentation engineering）：是指利用包括工程微生物在内的某些微生物或动、植物细胞及其特定功能，通过现代工程技术手段（主要是发酵罐或生物反应品的自动化、高效化、功能多样化、大型化）生产各种特定的有用物质；或把微生物直接用于某些工业化生产的一种技术。由于发酵多与微生物密切联系在一起，所以又称之为微生物工程或微生物发酵工程。 6. 生物反应器（bioreactor）：主要包括微生物反应器、植物细胞培养反应器，动物细胞培养反应器以及新发展起来的有活体生物反应器之称的转基因植物生物反应器，转基因动物生物反应器等。 7. 转基因动物：是指在基因组中稳定地整合有导入的外源基因的动物。 8. 转基因植物：是指通过体外重组DNA技术将外源基因转入到植物细胞或组织，从而获得新遗传特性的再生植物。 9. 细胞培养（cell culture）：是指微生物细胞或动物细胞、植物细胞在体外无菌条件下的保存和生长，即细胞或组织在体外人工条件下的无菌培养、生长增殖。 10. 抗原：凡能刺激机体免疫系统发生免疫应答的物质均称为抗原。 11. 组织培养：指在无菌和人为控制外因（营养成分、光、温、湿）的条件下，培养研究植物组织、器官，甚至进而从中分化发育出整个植株的技术。 一、简答题（每小题10分，共60分）

生物技术概论精编版

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《生物技术概论》复习题及参考答案 一、名词解释 1.生物技术（biotechnology）：有时也称为生物工程（bioengineering），是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，利用生物得体或其体系或它们的衍生物来制造人类所需要的各种产品或达到某种目的的一门新兴的、综合性的学科。 2．基因工程（geneenginerring）：是指在基因水平上的操作并改变生物遗传特性的技术。即按照人们的需要，用类似工程设计的方法将不同来源的基因（DNA分子）在体外构建成杂种DNA分子，然后导入受体细胞，并在受体细胞内复制、转录和表达的操作，也称DNA重组技术。 3．细胞工程（cellengineering）：是指在细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种的目的，加速繁育动植物个体，或获得某种有用物质的技术。 4．酶工程（enzymeengineering）：是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。 5．发酵工程（fermentationengineering）：是指利用包括工程微生物在内的某些微生物或动、植物细胞及其特定功能，通过现代工程技术手段（主要是发酵罐或生物反应品的自动化、高效化、功能多样化、大型化）生产各种特定的有用物质；或把微生物直接用于某些工业化生产的一种技术。由于发酵多与微生物密切联系在一起，所以又称之为微生物工程或微生物发酵工程。 6.生物反应器（bioreactor）：主要包括微生物反应器、植物细胞培养反应器，动物细胞培养反应器以及新发展起来的有活体生物反应器之称的转基因植物生物反应器，转基因动物生物反应器等。 7.转基因动物：是指在基因组中稳定地整合有导入的外源基因的动物。 8.转基因植物：是指通过体外重组DNA技术将外源基因转入到植物细胞或组织，从而获得新遗传特性的再生植物。 9.细胞培养（cellculture）：是指微生物细胞或动物细胞、植物细胞在体外无菌条件下的保存和生长，即细胞或组织在体外人工条件下的无菌培养、生长增殖。 10.抗原：凡能刺激机体免疫系统发生免疫应答的物质均称为抗原。 11.组织培养：指在无菌和人为控制外因（营养成分、光、温、湿）的条件下，培养研究植物组织、器官，甚至进而从中分化发育出整个植株的技术。

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课程名称：现代生物技术概论 授课主题：绪论 授课教师：生命科学系王国霞 第一章生物技术总论 目的要求： 1、了解现代生物技术的涵义、范畴、技术特点和生物技术的发 展过程； 2、认识现代生物技术前景及其对人类社会所产生的深刻影响； 3、了解中国在现代生物技术领域取得的成就和面临的挑战。 内容重点：现代生物技术的涵义、范畴研究技术。 内容难点：现代生物技术的应用与挑战。 生物技术被世界各国视为一项高新技术，被广泛应用于医药卫生、农林牧渔、食品、化工和能源领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，将对人类社会产生深远的影响。因此它对于提高综合国力，迎接人类所面临的食品短缺、健康、环境及经济等问题的挑战是至关重要的，生物技术所以很多国家都把生物技术确定为增强综合国力的关键性技术之一。 通过本章主要要掌握以下几个方面的内容： 什么是生物技术？ 生物技术的范畴和技术手段有那些？ 生物技术是如何产生和发展的？ 生物技术对人类社会有那些影响? 第一节生物技术的含义 1，生物技术的定义： 生物技术（ biotechnology）——有时也叫生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产所需产品或达到某种目的。 现代生命科学为基础：细胞生物学、分子生物学、微生物学等。 先进的工程手段：是指基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技术。

改造生物体：是指获得优良品质的动物、植物或微生物品系。 生物原料：指的是生物体的某一部分或生物生长过程中产生的可利用的物质，如淀粉、糖类、蛋白质、纤维素等有机物， 生产所需产品：包括粮食、医药、食品、化工原料、能源和金属等各种产品。 达到某种目的：疾病预防、诊断与治疗，食品的检验、环境污染的检测和治理等。 生物技术是一门新兴的、综合性的学科。 它包括了微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学、遗传学、育种学、分子生物学等几乎所有与生命科学有关的学科，在分子、亚细胞、细胞、组 织和个体等不同层次上解释生物的结构和功能的相互关系，使人们可以利用 其研究成果创造生产力。 2生物技术的范畴与相互关系 根据生物技术操作的对象及操作技术的不同，生物技术主要包括五项技术， 也就是常说的五大工程：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程。（ 1）基因工程 是 20 世纪 70 年代以后兴起的一门新技术。 原理:人工方法把生物的遗传物质（DNA ）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。再将新 DNA 植入某种生物细胞中，使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表达，以达到定向改造或重建新物种的目的。 通过体外 DNA 重组创造新生物并给予特殊功能的技术就称为基因工程，也 称DNA 重组技术。 基因克隆流程图（ PPT） 转基因鱼，转基因番茄，转基因牛，等 基因工程的特点：（ PPT） ①应用 DNA 重组技术，直接从事基因的加工改造和创新。

2020年(生物科技行业)生物技术概论

（生物科技行业）生物技术 概论

生物技术被世界各国视为壹项高新技术，它广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会生活将产生深远的、革命性的影响。七大高科技：生物，航天，信息，激光，自动化，新能源，新材料 生物技术概念：生物技术（biotechnology），是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，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或达到某种目的。 生物技术的种类：生物技术不完全是壹门新兴学科，包括传统生物技术（指旧有的制造酱、酒、面包、奶酪、酸奶及其它食品的传统工艺）和现代生物技术（包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程）俩部分。 ?基因工程是20世纪70年代随着DNA重组技术的发展应运而生的壹门新技术。是指在基因水平上操作且改变生物遗传特性的技术，也称为DNA重组技术。 细胞工程是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种的目的，加速繁育动植物个体，或获得某种有用物质的技术。动物细胞工程（胚胎移植细胞融合细胞培养单克隆抗体，核移植） ?酶工程是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能或对酶进行修饰改造，且借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。 发酵工程是指利用包括工程微生物在内的某些微生物或动植物细胞及其特定功能，通过现代工程技术手段生产各种特定的有用物质，或者把微生物直接用于某些工业化生产的壹种技术。 蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其和生物功能的关系为基础，通过有控制的修饰和合成，对现有蛋白质加以定向改造和设计，构建且最终生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更符合人类需要的新型蛋白质。 不同生物技术间的相互关系 微生物工程菌发酵工程 基因工程蛋白质或酶蛋白质工程或酶工程产品 动、植物个体或细胞细胞工程 优良动、植物品系 生物技术所涉及的学科 ?现代生物技术是所有自然科学领域中涵盖范围最广的学科之壹。它以包括分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫生物学、人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生理学、生物化学、生物物理学、遗传学等几乎所有生物科学的次级学科为支撑，又结合了诸如化学、化学工程学、数学、微电子技术、计算机科学、信息学等生物学领域之外的尖端基础学科,从而形成壹门多学科互相渗透的综合性学科。其中又以生命科学领域的重大理论和技术的突破为基础。 生物技术所涉及的行业种类 行业种类运营范围 疾病治疗用于控制人类疾病的医药产品及技术,包括抗生素、生物药 品、基因治疗、干细胞利用等 诊断临床检测和诊断，食品、环境和农业检测 农业、林业和园艺新的农作物或动物，肥料，生物农药 食品扩大食品、饮料及营养素的来源 环境废物处理、生物净化、环境治理 能源能源的开采、新能源的开发 化学品酶、DNA/RNA及特殊化学品

生物技术概论试题(2016版)

2016年生物技术概论试题库 一、名词解释 1.基因工程：分子水平的遗传工程，按照人的意愿将某一生物的遗传信息转移 到另一生物体内，以改变其生物机能或创造新生物物种的技术。 2.蛋白质工程：通过改造与蛋白质相对应的基因中碱基顺序，或设计合成新的基因，将它克隆到受体细胞，通过基因表达获得新的特性的蛋白质技术。 3.同尾酶：指识别序列不同，但是酶切DNA分子产生的DNA片段具有相同的粘性末端的一组限制性内切核酸酶。 4.转化：通过生物学、物理学和化学等方法使外源裸露DNA进入受体细胞，并在受体细胞内稳定维持和表达的过程。 5.包埋法：是将酶包埋在高聚物凝胶网格中或高分子半透膜内的固定方法。 6.cDNA文库：某种生物基因组转录的全部mRNA经反转录产生的各种cDNA 片段分别与克隆载体重组，贮存在一种受体菌克隆子群体之中，这样的群体称为cDNA文库。 7.基因组DNA文库：将某一种基因DNA用适当的限制酶切断后，与载体DNA 重组，再全部转化宿主细胞，得到含全部基因组DNA的种群，称为基因组DNA文库。 8.发酵：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。 9.生物技术：综合运用现代生物学、化学、工程手段，直接或间接的利用物体、生命体系和生命活动过程生产物质的一门高级应用技术科学。 10.基因克隆载体：把能够承载外源基因，并将其带入受体细胞得以稳定维持的DNA分子称为基因克隆载体。 11.蛋白质组学：研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学，在蛋白质组层次上揭示生命活动的本质及其规律。 12.基因组文库:把某种生物基因组的全部遗传信息通过载体贮存在一个受体菌克隆子群体中，这个群体即为这种生物的基因组文库。 13.限制性内切核酸酶（基因工程P21）:是一类能识别双链DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链一定位点上的磷酸二酯键断开，产生具有5‘—磷酸基和3‘—羟基的DNA片段的内切脱氧核糖核酸酶。 二、填空题 1.脱氧核苷酸分子由脱氧核糖、碱基、磷酸基团。

生物技术概论书本复习思考题参考答案完整版

生物技术概论书本复习思考题参考答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

一、生物技术总论 1.现代生物技术是一项高新技术，它具有高新技术的“六高”特征是指哪“六高” 高效益；高智力；高投入；高竞争；高风险；高势能。 2.什么是生物技术，它包括那些基本的内容它对人类社会将产生怎样的影响 生物技术，有时也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，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或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。它主要包括发酵技术和现代生物技术。 其包括：基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程，现代生物技术发展到高通量组学芯片技术、基因与基因组人工设计与合成生物学等系统生物技术。 生物技术设计人类各个的层面，大到人类基因组的研究，小到我们平时吃到的米饭，在医药、动植物设计广泛，在电子产品中也有运用到生物技术。 3.为什么说生物技术是一门综合性的学科，它与其他学科有什么关系？ 因为生物技术设计到很多个方面，有医药、林农业、食品、环境、能源、化学品、设等等，不仅仅是局限于生物这一方面，例如研究使用到了高科技电子设备，两者必须结合才能进行研究，生物分子学也被运用到计算机的研发中去。 4.简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的关系。 现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而加快发展起来的。 两者的差别：传统生物技术的研究水平是细胞或组织水平，现代生物技术的研究水平是在分子水平。 两者的关系：现代生物技术的研究是以传统生物技术为基础。现代生物技术的研究能够促进传统生物技术研究。 5. 生物技术的应用包括那些领域？ 其涉及到：农业、食品、人类健康、能源问题、环境问题、工业、金属、军事、电子 二、基因工程 1. 基因工程研究的理论依据是什么？ 不同基因具有相同的物质基础；基因是可以切割的；基因是可以转移的；多肽与基因之间存在对应关系；遗传密码是通用的；基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代。 2. 简述基因工程研究的基本技术路线。 通过基因文库筛选、PCR扩增或人工化学合成等手段获得目的基因；构建所需基因载体；目的基因与载体在体外重组后导入受体细胞，进行增值或表达等。 3. 简述限制性内切酶和DNA连接酶的作用机制。 限制性内切酶是特异性地打断磷酸二酯键；DNA连接酶是特异性地形成磷酸二酯键。 4. 在什么情况下最好使用粒载酶或γ噬菌体载体或cosmid载体？ γ噬菌体载体适用于建立cDNA基因文库；cosmid载体适用于克隆大片段的外源DNA 片段，所以被广泛地用于构建基因文库。 5. 阐述人工染色体作为载体的特点。

31生物技术导论

《生物技术导论》教学大纲 适用专业：生物科学、生物技术 课程类别：专业主干 授课学时：32 学分：2 总纲 课程的性质： 现代生物技术概论是由一门多学科综合而成的边缘学科，包括了微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学和育种技术等几乎所有与生命科学有关的学科，特别是现代分子生物学的最新理论成就更是生物技术发展的基础。 课程基本任务： 使学生熟悉生物技术的基本原理、技术和方法，了解生物技术在农业、食品、人类健康、能源及环境诸方面的作用和成果，认识生物技术对人类社会生活产生的深刻影响，进一步了解国内外生物技术发明创新保护与生物安全性政策。 课程内容概要： 全面介绍现代生物技术的概念、原理、研究方法、实际应用及发展方向。内容涉及基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程，以及生物技术在农业、食品、医药、能源、环境保护等领域的应用，同时还概要介绍了对生物技术发明创新的保护以及生物技术的安全性等。 课程教学形式： 多媒体教学 课程学时分配： 章节内容总学时备注第一章生物技术总论2 第二章基因工程6 第三章细胞工程6 第四章发酵工程4 第五章酶工程4 第六章蛋白质工程2 第七章生物技术与农业2 第八章生物技术与食品2 第九章生物技术与环境2 第十章生物技术与能源1 第十一章生物技术发明创新保护与生物安全性1 合计32

课程考核方式： 考试 成绩评定： 采用总分百分制计分方式。 平时成绩（考勤、作业、态度等）占30%，考试成绩占70%。 选用教材及参考书目： 教材（指导书）：《生物技术概论》宋思扬主编，科学出版社，第二版 参考书（资料）目录：《现代生物技术导论》吕虎主编科学出版社，第一版 课程教学内容提要 第一章绪论 （一）基本要求： 通过课堂讲授，使学生理解生物技术的含义，明确生物技术的特点和特征，识记生物技术所包含的五大工程概念，了解生物技术包含的各工程之间的相互关系，进而使学生明确本课程学习的目的和重要性。 （二）主要教学内容： 生物技术的含义、特点和特征；生物技术的发展史；生物技术各项技术的概念及其相互关系；生物技术的应用领域及其对人类社会发展的影响。 （三）教学重点难点： 生物技术的含义、特点和特征（六高特征），生物技术各项技术的概念，生物技术在社会、经济和人类生活中的重要性。生物技术各项技术之间的相互关系。 第二章基因工程 （一）基本要求： 通过课堂讲授，并辅以多媒体课件演示手段，使学生了解基因工程的基本概念、理论、步骤和技术，熟悉主要工具酶的作用机理和用途，明确基因载体的作用和用途，理解基因分离克隆的策略和基本方法，掌握PCR、载体构建、外源基因导入受体细胞和重组子筛选鉴定等技术，并对基因工程的应用及其发展方向有一定的认识。 （二）主要教学内容： 基因工程诞生的理论基础和技术，基因工程的基本步骤，主要工具酶的作用机理和用途，基因载体的特点和用途，目的基因的来源及获得途径，PCR反应的原理和技术，受体细胞及其重组DNA导入技术，重组子的筛选和鉴定方法，基因工程应用领域及发展方向。 （三）教学重点难点： 基因工程的技术路线，主要工具酶的催化机理和用途，常用载体的特点和用途，目的基因克隆的途径和方法，重组DNA导入受体细胞的途径，重组克隆的筛选与鉴定方法。 第三章细胞工程

生物技术概论的期末复习总结

第一章生物技术总论 1.生物技术的应用包含哪些领域？ 答：生物技术现已广泛应用于化工、农业、食品、医药、环境、能源等众多领域，主要的应用有： （1）农业方面：改善农业生产、解决食品短缺，主要有： A.提高农作物产量及其品质 ①培育抗逆的作物优良品系；②植物种苗的工厂化生产；③提高粮食品质；④生物固氮，减少化肥使用量。 B.发展畜牧业生产 ①动物的大量快速无性繁殖;②培育动物的优良品系:采用基因打靶技术培育转基因克隆羊;利用乳腺生产药用蛋白的转基因羊;用于人体器官移植的转基因猪. （2）提高生命质量，延长人类寿命 A .开发制造奇特而又贵重的新型药品:1977年，美国首先采用大肠杆菌生产了人类第一个基因工程药物--人生长激素释放抑制激素。 B 疾病的预防和诊断:1998年初，美国食品和药物管理局（FDA）批准了首个艾滋病疫苗进入人体试验。DNA探针，主要用来诊断遗传性疾病和传染性疾病。 C 基因治疗:1990年9月，美国FAD批准了用AIJA(腺昔脱氨酶)基因治疗严重联合型免疫缺陷病(一种单基因遗传病)，并取得了较满意的结果。标志着人类疾病基因治疗的开始。

D．人类基因组计划（HGP）:1986年美国生物学家诺贝尔奖获得者Dulbecco首先倡议，全世界的科学家联合起来从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的全部序列以获得人类基因所携带的全部遗传信息。该项工作的完成，将使人们深入认识许多困扰人类的重大疾病的发病机理；阐明种族和民族的起源与演进；进一步揭示生命的奥秘。1990启动，2003年完成，美、英、日、法、德、中六国共同参加。这些领域的广泛应用必然带来经济上的巨大利益。 第二章基因工程 1.基因工程的研究理论依据是什么？ （1）不同基因具有相同的物质基础：地球上几乎所有的生物的基因都是具有一个遗传信息的DNA片段，而所有生物的DNA的组成和基本结构都是一样的。因此，不同生物的基因原则是可以重组互换的。（2）基因是可以切割的：基因直线排列在DNA分子上，除了少数基因重叠排列之外，大多数基因彼此之间都存在着间隔序列，因此，作为DNA分子上一个特定的核苷酸序列的基因，允许从DNA分子上一个一个完整的切割下来。 （3）基因是可以转移的：基因可以在不同生物体之间转移，或者在生物体内染色体DNA上迁移，甚至可以在不同染色体间跳跃，插入到靶DNA分子之中。 （4）多肽与基因之间存在对应关系：一种多肽就有一种相应的基因。因此，基因的转移或重组最终可以根据其表达产物多肽的性质来考察。

生物技术概论论文最终版

植物与氮素营养的关系及氨基酸转运蛋白的分类 摘要： 氮素是陆地生态系统中植物生长发育必需的元素，氨基酸作为植物体内重要的有机氮化合物在植物生长代谢中起着非常重要的作用，氨基酸转运蛋白是位于生物膜上转运氨基酸的蛋白家族，主要由归属于两个超家族的八个亚家族成员构成，家族成员的氨基酸残基数在400～650之间，含有8-14个不等的跨膜结构域。本论文收集氨基酸转运蛋白家族成员的序列信息进行系统发育及保守性研究，并针对部分有代表性的成员进行了序列的分析和结构的预测。氨基酸转运蛋白被划分为8个亚家族，在亚细胞结构中的分布存在较大的差异。 关键词：氮；乔木；基因组；序列分析；生物信息 一、氮的重要性 氮是植物生长发育过程中必需的大量元素之一，其对作物最终产量的贡献高达40%-50%，是植物体内蛋白质、核酸、磷脂和一些生长激素的重要组成部分。植物体内的氮素水平直接或间接的影响着植物的光合作用：氮元素不仅作为叶绿素的重要组成，也在暗反应中通过影响关键酶活性对碳同化速率产生影响；同时，氮元素可以NO的形式作为信号分子可以参与植物生长发育过程的调控[1]。 地球上大部分氮元素存在于岩石圈和大气圈中。在大气中，以分子态氮为主的惰性气体占到大气总量的78%；土壤中的氮元素主要以硝酸盐的形式存在。环境中的氮元素大部分不能够被植物直接利用，需要通过微生物的生物化学反应转化为可利用的形式被植物吸收。氮素是植物生长发育所必须的营养元素，也是提高生产能力的主要限制因子，由此，增加土壤的氮肥力和研究植物氮同化途径来提高植物的氮利用率就显得尤为重要。目前，氮肥的利用效率较低，仅30%，且氮肥的过量使用造成的负面影响也愈演愈烈，因此，从植物代谢的角度增加氮的利用率就显得尤为重要。 许多乔木品种是泛原生态环境中的多年生森林植物，其生活环境由于地表径流的作用导致氮元素无法被充分利用，因此，对于乔木物种来说，氮素营养对其有相对其他物种更为重要的作用。

生物技术总论教案

第一章生物技术总论教案 教学目的：1、理解掌握生物技术的定义、种类及其相互关系；2、了解生物技术的发展简史；3、认识生物技术对人类经济社会发展的影响，增强学习生物技术的兴趣 教学重点：1、生物技术定义、种类及其相互关系；2、生物技术的特点； 3、生物技术对人类经济社会发展的影响 教学难点：生物技术是一门综合性学科及与其它学科关系 课型：理论型 教学方法：讲授为主，借助多媒体课件及幻灯片穿插演示法、提问法、讨论法和启发式教学 教学用具：多媒体课件、投影仪、黑板 教学时数：2学时 教学内容：本次课讲授《生物技术概论》-1 生物技术总论（P1-14），包括生物技术的含义、生物技术发展简史、生物技术对经济社会发展的影响、我国生物技术现状、面临的问题；其中重点讲授：生物技术定义、种类及其相互关系，物技术的特点，生物技术对人类经济社会发展的影响. 教学过程及教学设计： 一、组织教学（约5min） （一）与学生相互认识 （二）提出本课程的学习要求及注意事项 二、讲授新课：（约80min） （一）生物技术的含义（约30 min） 1、生物技术的定义 生物技术是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类的生产出所需要产品或达到某种目的。 幻灯片演示生物技术定义中的几个关键术语含义：现代生命科学，先进的工程技术手段，生物原料，达到某种目的。 提问：生物技术是否是由多学科综合而成的一门综合性学科？ 2、生物技术涉及的种类及其相互关系

1）生物技术种类 ①生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。 传统生物技术：指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传统工艺。 现代生物技术：指20世纪70年代末80年代初发展起来的，以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。目前所称的生物技术基本上是指现代生物技术。 ②现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。基因工程（gene engineering）：是应用人工的方法把生物的遗传物质，如脱氧核糖核酸（DNA）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组了的DNA 导入某种宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还使新的遗传信息（基因）在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物（多肽或蛋白质）。这种通过体外DNA重组创造新生物并给予特殊功能的技术就是基因工程，也称DNA 重组技术。 细胞工程（cell engineering）：是指以细胞为基本单位进行培养、增殖（细胞、组织培养）或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而创造新的生物和物种，以获得具有经济价值的生物产品。它主要由两部分构成，其一是上游工程，包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤。另一个则是下游工程，是将已转化的细胞应用到生产实践中去，以生产生物产品的过程。 发酵工程（fermentation engineering）：人们把在合适条件下，通过现代化工程技术手段，利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制造人类所需的产品（微生物菌体或其代谢产物的过程）统称为发酵工程。 蛋白质工程（protein engineering）：在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要人类需要的新型蛋白质技术。 酶工程（enzyme engineering）：是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。 2）五大工程间的关系