现代生物技术导论——第一章 绪论

化学化工学院主讲教师：黄磊第一章绪论人之初被精子包围的卵子胚胎的开始16个星期之后受精卵发育成初具雏形的胎儿一、生命的本质特征•生长发育•繁殖与遗传•化学成分的同一性•严整有序的结构——细胞•新陈代谢•调节•应激性和运动•适应1、生长发育•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，而外界环境也有很大影响。2、繁殖与遗传•生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以延续。•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，生物就不可能进化。•生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质。遗传学家和模特儿3、化学成分的同一性•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C、H、O、N、P、S等无机元素组成。4、严整有序的结构•生命的基本单位是细胞。5、新陈代谢•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物而被排出体外。6、调节•新陈代谢是在高度自动、非常精细的调节下进行的。•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。7、应激性和运动•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。8、适应•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截至2005年6月，世界人口已达64.77亿2005年1月6日，中国人口总数达到13亿（不包括香港、澳门特别行政区和台湾省），约占世界总人口的21％粮食联合国粮农组织水稻研究所（菲律宾，马尼拉）研究人员培育的“超级水稻”，在产量和蛋白质含量两个方面均优于寻常品种，从而开始绿色革命。健康80年代，在美国发现第一例艾滋病，至今美国已有超过100万的感染者。E.Johnson是洛杉矶湖人队的球星，1991年被检查出为HIV病毒阳性。两个月时因为输血感染上艾滋病的男孩资源矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。图为生长在淡水和海水中的一种硅藻。一个20米直径的水池年产4吨藻类，加工后可得相当于3000升柴油的燃料。环境这是最早一份关于环境对生物种群影响的研究。工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；工业化之后，黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。工人正向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。面对工业发展所带来的越来越严重的社会问题人口粮食环境资源健康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——生命科学能够迎接21世纪的挑战生物学经历了三个发展阶段：描述生物学阶段（19世纪中叶以前）实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）（1）描述生物学阶段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化脉络。达尔文《物种起源》（1859）22岁的达尔文开始贝格尔舰航行当时报纸上刊登的讽刺达尔文的漫画（2）实验生物学阶段利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律。巴斯德在实验室曲颈瓶实验证明“种质论”批驳“腐生论”（3）创造生物学阶段分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种。沃森和克里克在讨论DNA双螺旋模型1953年Watson（美）与Crick（英）提出DNA分子的双螺旋结构模型，1962年共获诺贝尔奖。1972年第一例基因工程实验三、现代生物技术革命生物技术的定义：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、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。1、传统生物技术•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：•第一步：上游处理过程。•第二步：发酵和转化。•第三步：下游处理过程。2、现代生物技术•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；•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；3、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；•阐明生物体（目前主要有人类、水稻、拟南芥等）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。•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。•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域中，形成了引人注目、用途广泛的生物信息学。•拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的。•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。•美国于2001年启动了“2010年计划”，目标是到2010年确定拟南芥中所有基因的功能。农业方面•遗传育种——农作物、畜牧业的优良品种•无籽西瓜医药卫生方面•干扰素细菌造雪•美国科学家发现假单胞菌能在寒冷的环境中将水雾凝结成雪花。无法假冒的生物笔•利用在墨水中加入含有特定序列的DNA片段，使别人无法假冒你的墨迹。