生物技术应用市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第六章第六章 生物技术应用生物技术应用第1页 医药卫生（医药生物技术）医药卫生（医药生物技术）生命科学生命科学 农林牧渔（农业生物技术）农林牧渔（农业生物技术）环境保护（环境生物技术）环境保护（环境生物技术）生命科学直观影响相关领域生命科学直观影响相关领域第2页人类面临与生命科学相关六大问题人类面临与生命科学相关六大问题环境污染资源枯竭生态破坏能源危机气候反常人口爆炸以绿色环境保护和可连续发展为特征第3页生物科学成为当今世界自然科学热点和重点生物科学成为当今世界自然科学热点和重点n二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中地位发生了革命性改变；n近50年生命科学发展超出了以前5总和n建立在试验室研究基础上生物技术发展为人类带来了巨大利益和财富。第4页生物技术将是未来经济发展新动力生物技术将是未来经济发展新动力第一次技术革命工业革命解放人双手第二次技术革命信息技术扩展人大脑第三次技术革命生物技术改造生命本身“生命产业是一个朝阳、永恒产业”第5页生物技术应用与评价生物技术应用与评价q人类基因组计划（人类基因组计划（HGPHGP）q动物克隆技术动物克隆技术q生物技术与医药生物技术与医药q生物技术与农业生物技术与农业q生物技术与工业生物技术与工业q生物技术与食品生物技术与食品q生物能源生物能源q生物技术与环境生物技术与环境第6页第一节第一节 人类基因组研究人类基因组研究 Human Genomic Project 揭开生命奥秘揭开生命奥秘第7页u人类遗传信息以核苷酸次序形式贮存在DNA分子中，它们以功效单位(基因)在染色体上占据一定位置u基因组就是细胞内遗传信息携带者DNA总体。u人类基因组包含着决定人类生、老、病、死以及精神、行为等活动全部遗传信息。人类基因组计划人类基因组计划第8页HGPHGP介绍介绍n人类基因组计划n1990年正式开启。n美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参加了这一价值达30亿美元人类基因组计划。n计划意在为30多亿个碱基对组成人类基因组作图、准确测序，基因判定和功效分析，破译人类全部遗传信息 n曼哈顿计划n阿波罗计划20世纪科学史上3个里程碑第9页HGPHGP意义意义了解生命起源与进化认识种属之间和个体之间存在差异起因五种“模式生物”基因组研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠解码生命，认识本身了解生命体生长发育规律认识疾病产生机制，掌握生老病死规律疾病诊疗和治疗第10页人类单倍体基因组人类单倍体基因组n含 32亿碱基对(bp)DNA序列n编码序列约占3%，非编码序列约占97%。n包含约34万个基因，分布于22条常染色体和 X、Y性染色体。人类基因组计划人类基因组计划第11页人类基因组研究技术原理人类基因组研究技术原理一、人类基因组研究方案及技术一、人类基因组研究方案及技术人类基因组计划人类基因组计划第12页n遗传图谱（连锁图谱，遗传图谱（连锁图谱，linkage map)linkage map)n经过家谱分析和测量不一样性状一起遗传（即连锁）频率，将基因或经过家谱分析和测量不一样性状一起遗传（即连锁）频率，将基因或其它其它DNADNA次序标定在染色体上构建连锁图次序标定在染色体上构建连锁图n单位：厘摩（单位：厘摩（cMcM，即每次减数分裂重组频率为，即每次减数分裂重组频率为1%1%）；）；MbMb水平标识水平标识n作用作用n确定基因或确定基因或DNADNA片断在染色体定位片断在染色体定位n各基因或各基因或DNADNA片断相对距离片断相对距离n方法：家系分析方法：家系分析n1 12222染色体：染色体：8 8个家系个家系 134 134个个体个个体nX X染色体：染色体：1212家系，家系，170 170个个体个个体1 1 遗传图谱遗传图谱 -孟德尔孟德尔“新生新生”人类基因组计划人类基因组计划第13页2 2 物理图谱物理图谱 -路标与路轨路标与路轨n是经过对是经过对DNADNA化学测度化学测度而绘而绘制，反应是制，反应是DNADNA序列上两点序列上两点之间之间实际距离实际距离n目标：把相关基因遗传信息目标：把相关基因遗传信息及其在每条染色体上相对位及其在每条染色体上相对位置线性而系统地排列出来。置线性而系统地排列出来。n以碱基正确数目为衡量单位，以碱基正确数目为衡量单位，精度在精度在100kb100kb水平水平人类基因组计划人类基因组计划第第21号染色体物理图谱号染色体物理图谱第14页3 3 大片段外源大片段外源DNADNA克隆体系克隆体系人类基因组计划人类基因组计划酵母人工染色体（酵母人工染色体（YACYAC）克隆体系构建克隆体系构建重合群组建（步移法）重合群组建（步移法）第15页 4 DNA 4 DNA序列测定序列测定 序列图谱序列图谱-重中之重重中之重nDNADNA序列分析技术是一序列分析技术是一个包含制备个包含制备DNADNA片段化片段化及碱基分析、及碱基分析、DNADNA信息信息翻译多阶段过程翻译多阶段过程n经过测序得到基因组经过测序得到基因组序列图谱序列图谱 人类基因组计划人类基因组计划第16页大规模基因组测序大规模基因组测序 Megabace 测序仪测序仪3700 测序仪测序仪人类基因组计划人类基因组计划第17页利用计算机软件进行序列拼接利用计算机软件进行序列拼接人类基因组计划人类基因组计划第18页现在，你能否设计较理现在，你能否设计较理想人基因组计划？想人基因组计划？第19页人类基因组测序完成人类基因组测序完成4月14日，美国联邦国家人类基因组研究项目责任人弗朗西斯柯林斯博士在华盛顿宣告基因组测序图已由美、英、日、德、法、中六国经努力完成第20页5.5.基因确实定与分析基因确实定与分析 基因转录图谱基因转录图谱-生命乐谱生命乐谱断裂基因人类基因组计划人类基因组计划转录图谱是在识别基因组所包含蛋白质编码序列基础上绘制相关基因序列、位置及表示模式等信息图谱。第21页确定特定基因方法确定特定基因方法n经过经过DNADNA全序列分析确定基因全序列分析确定基因n依据人类基因组依据人类基因组DNADNA测序，利用计算机分析，找出测序，利用计算机分析，找出ORFORFn功效克隆功效克隆n依据基因功效，分离并测定基因结构依据基因功效，分离并测定基因结构 n定位克隆：已知基因染色体定位然后进行克隆定位克隆：已知基因染色体定位然后进行克隆n已完成几十个疾病基因克隆分离已完成几十个疾病基因克隆分离n判定基因判定基因n据基因编码蛋白质氨基酸序列分析蛋白质类型、功效据基因编码蛋白质氨基酸序列分析蛋白质类型、功效人类基因组计划人类基因组计划第22页我国对人类基因组计划贡献我国对人类基因组计划贡献n1994年，我国HGP在吴旻、强伯勤、陈竺、杨焕明提倡下开启n最初由国家自然科学基金会和863高科技计划支持下，先后开启了“中华民族基因组中若干位点基因结构研究”和“重大疾病相关基因定位、克隆、结构和功效研究”；n1998年在上海成立了南方基因中心；n1999年在北京成立了北方人类基因组中心；n1999年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域测序任务，该区域约占人类整个基因组1。n1999年11月12日：科技部、中科院、“863”计划生物领域教授委员会讨论决定“863”计划出资3000万元，中科院出资1000万元人类基因组计划人类基因组计划第23页国际人类基因组测序任务分配情况国际人类基因组测序任务分配情况人类基因组计划人类基因组计划第24页遗传病基因克盛大大突破遗传病基因克盛大大突破夏家辉教授试验室1998年克隆了高频耳聋疾病基因上海和北京科学家发觉遗传性乳光牙本质II型基因人类基因组计划人类基因组计划第25页后基因组时代后基因组时代n结构基因组学向结构基因组学向功效基因组学功效基因组学转变转变n研究基因表示、调控，以及在生长发研究基因表示、调控，以及在生长发育、疾病发生、药品反应等方面作用育、疾病发生、药品反应等方面作用n研究上：研究上：n系统研究系统研究：不是针对单个基因或蛋白，：不是针对单个基因或蛋白，而是对一个细胞或个体内整个基因或而是对一个细胞或个体内整个基因或蛋白质研究；蛋白质研究；n组学研究组学研究：功效基因组、结构基因组、：功效基因组、结构基因组、蛋白质组学蛋白质组学n技术上：高通量基因、蛋白筛选与判技术上：高通量基因、蛋白筛选与判定，基因敲除动物等定，基因敲除动物等n在基因功效与利用上有望突破在基因功效与利用上有望突破第26页第二节第二节 克隆技术与克隆技术与“多莉多莉”克隆，是Clone译音，意为生物体经过细胞进行无性繁殖形成基因型完全相同后代个体组成种群，简称为无性繁殖。第27页从细胞到个体从细胞到个体n细胞分化细胞分化：在个体：在个体发育中，细胞后代在发育中，细胞后代在形态结构和功效上发形态结构和功效上发生差异过程。生差异过程。n细胞全能性细胞全能性：细胞：细胞含有形成完整个体潜含有形成完整个体潜能称细胞全能性。能称细胞全能性。克隆技术克隆技术第28页n植物植物n分化成熟植物细胞体，仍有可能发育成完整植株。n动物动物n伴随分化演进，分化成熟细胞逐步丧失其分化潜能,不能发育成为完整动物个体。n试验证实，囊胚阶段细胞乃至成熟体细胞，保持着全套基因组细胞核仍含有全能性可能发育成完整个体。n细胞质中有着决定细胞分化全能性物质，称为分化决定子。决定动物细胞全能性关键在于细胞质。植物体细胞含有全能性克隆技术克隆技术第29页“多莉多莉”羊试验设计和实施羊试验设计和实施 细胞工程材料细胞工程材料多莉羊与生母多莉羊与生母,1997n芬兰道塞特绵羊：芬兰道塞特绵羊：n提供细胞核提供细胞核n苏格兰黑面母绵羊苏格兰黑面母绵羊2 2只只：n提供卵细胞提供卵细胞n子宫子宫:胚胎发育环境胚胎发育环境 多莉生母多莉生母第30页实 验 过 程细胞核受体 黑面母绵羊细胞核供体6岁道塞特母绵羊培养于0.5%胎牛血清培养基中，使从生长周期中出来停顿于G。3436h取出核注射促性腺激素释激素经 28-33 h 排卵乳腺细胞克隆技术克隆技术第31页移入苏格兰黑面母羊子宫分裂成长至桑椹期或囊胚期克隆技术克隆技术第32页多莉羊与寄母多莉羊与寄母,19971998年,美国夏威夷大学Yanagimachi等成功地用卵丘细胞进行了小鼠克隆、克隆再克隆按供体细胞类型不一样分为三个阶段同种胚胎细胞克隆同种体细胞克隆异种体细胞克隆动物克隆发展动物克隆发展第33页治疗性克隆治疗性克隆 动物模型动物模型器官移植器官移植濒危动物濒危动物转基因动物乳腺转基因动物乳腺生物反应器生物反应器基础研究基础研究遗传育种遗传育种 克克 隆隆生产蛋白质药品克隆技术及其应用克隆技术及其应用第34页移植日期:.5.12流产日期:.7.15移植日期:.5.3流产日期:.8.4动物克隆研究中动物克隆研究中普遍存在问题普遍存在问题存在不分裂胚供体核受体卵细胞受胎率低（26.2%）流产率高(53.8%)克隆动物存活率低（35.7%)克隆技术克隆技术第35页第三节第三节 生物技术在医药生物技术在医药卫生领域应用卫生领域应用（P171)生物制药（基因工程制药）基因诊疗（Gene Diagnosis）基因治疗（and Gene Therapy）干细胞工程第36页一、生物医药行业特点一、生物医药行业特点高技术（精细和密集技术）产品起源于试验室科学家往往就是企业领导人高投入尤其是前期科研投入,生物药品平均13亿美元长周期：一个新生物药品需要68年时间高利润美Amgen企业，开发上市EPO（促红细胞生长素）、细胞集落因子（G-SCF）到1997年销售额达20亿美元高风险全世界不超出100家生物技术企业有自己产品;其中真正盈利企业极少。政策风险产品潜在安全风险第37页基本方法是：将基本方法是：将目标基因目标基因用用DNADNA重组方法连接在重组方法连接在载体载体上，然后将载体导入上，然后将载体导入靶细胞靶细胞，使目标基因在，使目标基因在靶细胞中得到表示，最终将表示目标靶细胞中得到表示，最终将表示目标蛋白质蛋白质提纯提纯及做成制剂，从而成为蛋白类及做成制剂，从而成为蛋白类药或疫苗。药或疫苗。二、基因工程制药二、基因工程制药第38页1976年第一家基因工程技术开发药品企业建立；1982年第一个基因工程药品重组人胰岛素正式生产，推向市场全球生物技术企业总数已达4284家，美国占34。年基因重组生物技术药品年销售额已经突破400亿美元；。20市场上生物技术药品到达200种左右，而在研药品为600种。全世界已经有2.5亿人使用生物技术药品和疫苗。国外生物医药发展国外生物医药发展生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第39页第40页第41页19891989年年我我国国同同意意了了第第一一个个在在我我国国生生产产基基因因工工程程药药品品-重重组人干扰素组人干扰素1b1b近年来我国生物制药业销售收入以平均超出近年来我国生物制药业销售收入以平均超出20%20%速度增加。速度增加。国内生物医药发展国内生物医药发展 起步晚，起点低，但发展快速起步晚，起点低，但发展快速第42页许多药品生产是从许多药品生产是从生物组织生物组织中中提取。受材料起源限制提取。受材料起源限制产量有产量有限限，其，其价格价格往往十分往往十分昂贵昂贵。如胰岛素长久以来只能依靠从如胰岛素长久以来只能依靠从猪、牛等动物胰腺中提取。猪、牛等动物胰腺中提取。将合成胰岛素基因导入大肠杆将合成胰岛素基因导入大肠杆菌，每菌，每L L培养液培养液就能产生就能产生100g100g胰胰岛素！相当于岛素！相当于1000Kg1000Kg猪胰脏猪胰脏中中提取量。提取量。基因工程药品生产基因工程药品生产生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第43页生物反应器生物反应器将外源基因在动、植物体内将外源基因在动、植物体内表示并生产出我们所需营养表示并生产出我们所需营养（蛋白）或工业用原材料动（蛋白）或工业用原材料动植物基因改良（操作）个体植物基因改良（操作）个体称为生物反应器。称为生物反应器。动物乳腺生物反应器生产药用蛋白质技术原理与操作主要是依据转基因技术技术原理与操作主要是依据转基因技术动物生物反应器：是指利用动物作为载体（平台）反应动物生物反应器：是指利用动物作为载体（平台）反应器体系。器体系。生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第44页 动物生物反应器动物生物反应器乳腺生物反应器乳腺生物反应器:使外源基因在哺乳使外源基因在哺乳动物乳腺组织（上皮细胞）中进行动物乳腺组织（上皮细胞）中进行特异表示我们需要蛋白产物；特异表示我们需要蛋白产物；血液生物反应器血液生物反应器细胞生物反应器细胞生物反应器已生产药品：已生产药品：22抗胰蛋白酶、抗凝血因抗胰蛋白酶、抗凝血因子子、TPA TPA、蛋白质、蛋白质C C、凝血因子、凝血因子、白、白细胞介素细胞介素2222等等 从从转转基基因因羊羊羊羊奶奶中中提提取取出出治治疗疗心心脏脏病病药药品品tPAtPA（组织型纤溶酶原激活物）（组织型纤溶酶原激活物）第45页血液、尿腺、乳腺、禽卵、昆虫当前已制作成功并产生重大社会、经济效益（应）乳腺生物当前已制作成功并产生重大社会、经济效益（应）乳腺生物反应器（动物）有反应器（动物）有:转基因牛转基因牛(荷兰荷兰PhramingPhraming企业企业-人乳铁蛋白、人乳铁蛋白、EPO)EPO)转基因羊（山羊、绵羊）转基因羊（山羊、绵羊）(英英PPLPPL企业企业-抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶;美美GTC-GTC-人凝血酶原人凝血酶原III)III)等等生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第46页治疗用转基因牛研究时间与资金要求生物技术药品与化学药品和中药将形成三足鼎立局面生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第47页二、基因诊疗（二、基因诊疗（Gene DiagnosisGene Diagnosis）nG G到到T T一个碱基改变，决定了一一个碱基改变，决定了一个人命运个人命运n小皓珩出生小皓珩出生2323个月就出现皮疹、个月就出现皮疹、便血等病状，患上了罕见原发性便血等病状，患上了罕见原发性免疫缺点病。免疫缺点病。nDNADNA序列分析，证实了小皓珩序列分析，证实了小皓珩WASWAS蛋白基因蛋白基因13881388位核苷酸由位核苷酸由G G突变突变为为T T，使编码谷氨酸密码，使编码谷氨酸密码GAGGAG突变突变为终止密码为终止密码TAGTAGnWASWAS蛋白突变为无功效蛋白突变为无功效WASWAS蛋白，蛋白，造成患儿血小板降低，淋巴细胞造成患儿血小板降低，淋巴细胞形态和功效异常形态和功效异常 n希望：希望：WASWAS当前已经能够用骨髓当前已经能够用骨髓移植或干细胞移植根治移植或干细胞移植根治经过从患者体内提取样本(DNA)用基因检测方法来判断患者是否有基因异常或携带病原微生物方法，就是基因诊疗。生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第49页传统与基因诊疗比较 传统诊疗n望 问 听 触经验n化验/检验微生物、免疫学、生物化学、病理学等对细胞、组织、酶、代谢物等检测n影像学X线、B超、CT、核磁共振、内窥镜等n特殊检验肌电/脑电/心电、骨密度等基因诊疗n应用分子生物学方法：如应用分子生物学方法：如PCRPCR技术或技术或PCRPCR与分子杂交与分子杂交标识标识n主要应用于主要应用于n先天遗传性疾患（苯丙酮尿先天遗传性疾患（苯丙酮尿症、血红蛋白病）症、血红蛋白病）n后天基因突变引发疾病（肿后天基因突变引发疾病（肿瘤、糖尿病）瘤、糖尿病）n病原生物侵入（流感、肝炎、病原生物侵入（流感、肝炎、艾滋病）艾滋病）n个体识别、法医物证个体识别、法医物证生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第50页感染性疾病检测感染性疾病检测n 利用PCR技术或PCR与分子杂交标识相结合，能够快速准确地检测出病原性物质n乙型肝炎病毒n丙型肝炎病毒n结核杆菌和疟原虫分型第51页n公安司法系统公安司法系统罪犯及受罪犯及受害人身份识别及亲子判定害人身份识别及亲子判定n部队部队 伤亡士兵身份识别；伤亡士兵身份识别；印尼海啸中死难人员身份识印尼海啸中死难人员身份识别别n保安保安 个人个人DNADNA身份证，身份证，用于人员识别用于人员识别1985年Jeffreys应用RFLP进行亲子判定,创建DNA指纹分析方法Jeffreys和DNA指纹个体识别个体识别第52页三三 基因治疗（基因治疗（Gene TherapyGene Therapy）当前，基因疗法对象基因病、肿瘤、心血管病、糖尿病、血友病、严重贫血、关节炎、爱滋病等15种以上疑难顽症基因治疗人类遗传性疾病,仍在探索阶段基因治疗是将正常外源基因导入靶细胞中以填补靶细胞所缺失或突变基因、或抑制异常表示基因生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第53页基因治疗策略基因治疗策略原位修复(基因修复）对有缺点基因在原来位置上进行修复，使该基因恢复正常基因替换疗法治疗策略是切除发生缺点基因，再转入有功效正常基因增强将目标基因导入靶细胞，目标基因表示产物能够赔偿缺点细胞功效基因抑制导入外源基因以抑制原有基因，目标在于阻断有害基因表示生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生基因治疗掀起了一场临床医学革命第54页基因治疗基本方式基因治疗基本方式n体细胞介导基因治疗体细胞介导基因治疗 回体法回体法 ex vivoex vivon体内直接转基因体内直接转基因 体内法体内法 in vivoin vivo生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第55页基因治疗应用基因治疗应用 转入功效基因（单基因遗传病）n血友病B 薛京伦等用逆转录病毒载体将IX因子cDNA至血友病B患者皮肤成纤维细胞中，再回植患者皮下，患者凝血因子IX表示显著增高，症状得到改进n重症综合性免疫缺乏症（SCID）第56页重症综合性免疫缺乏症（重症综合性免疫缺乏症（SCIDSCID）n腺苷脱氨酶（腺苷脱氨酶（ADAADA）缺乏症）缺乏症是常染色体隐性遗传致死性是常染色体隐性遗传致死性疾病，患者因为疾病，患者因为ADAADA缺乏造缺乏造成脱苷腺氨酸增多，改变了成脱苷腺氨酸增多，改变了甲基化能力，致使淋巴细胞甲基化能力，致使淋巴细胞受损，从而造成免疫缺点受损，从而造成免疫缺点生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生n19901990年，年，首次将首次将ADAADA转基因转基因T T淋巴细胞注射淋巴细胞注射到人体骨髓组织到人体骨髓组织（患有患有腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶（ADAADA）缺乏症）缺乏症4 4岁儿童岁儿童），治疗SCID第57页转基因治疗问题与危险性转基因治疗问题与危险性n有效目标基因过少；有效目标基因过少；n安全性安全性:导入基因缺乏调控导入基因缺乏调控伎俩；伎俩；n有效性和稳定性：有效性和稳定性：缺乏高效缺乏高效和导向载体系统；和导向载体系统；n当前人们多重视分子水平研当前人们多重视分子水平研究而忽略了整体研究，对整究而忽略了整体研究，对整体宏观水平缺乏了解。体宏观水平缺乏了解。1999年年9月月17日，美国日，美国Arizona州州18岁岁青年青年格格尔辛格辛格在宾夕法尼亚大学人类在宾夕法尼亚大学人类基因治疗研究所接收基因治疗基因治疗研究所接收基因治疗4天后不天后不幸死亡，成为基因治疗实施以来第幸死亡，成为基因治疗实施以来第1个个直接死于这种试验病人。直接死于这种试验病人。生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第58页四四 创建遗传病动物模型创建遗传病动物模型 n意义n研究癌症基因致病机理；癌症基因表示调控过程；新药品疗效n研究基因治疗良好材料 n当前已建立了人类动脉粥样硬化、镰刀形红细胞贫血、初老期痴呆症、本身免疫病、淋巴组织生成、真皮炎及前列腺癌等遗传病动物模型 生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第59页在猴子未受精卵中加入附加基因（如老年性痴呆病基因、帕金森病基因等），并利用它成功培育出健康活泼小猴“安迪”。加紧针对这类疾病疫苗开发研究。经过研究“基因敲除”小鼠将帮助研究人类癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传关系。生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第60页五五 干细胞工程干细胞工程n干细胞是指还未发育成熟细胞，它含有再生为各种组织器官潜能，可称其为种子细胞。n是一类含有自我更新和分化潜能细胞n含有多能性，甚至全能性第61页干细胞类型干细胞类型n全能干细胞n它含有形成完整个体分化潜能n胚胎干细胞n多能干细胞n含有分化出各种细胞组织潜能，失去了发育成完整个体能力n专能干细胞n只能向一个类型或亲密相关两种类型细胞分化Microinjection Manipulation Facility生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第62页胚胎干细胞含有发育成全部细胞、组织和器官能力生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第63页生物技术与医药卫生生物技术与医药卫生第64页详细应用举例详细应用举例骨髓移植造血干细胞n造血干细胞是体内各种血细胞唯一起源，主要存在于骨髓、脐带血中n造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病有效方法。第65页脐血干细胞库脐血干细胞库 n新生儿脐血主要直接用于血液病和免疫功效不全临床治疗 n不足n脐血采集量有限，其中所含核细胞数较少，不能满足成人患者移植所需。n遗传病第66页第四节第四节 生物技术在生物技术在农业科学方面应用农业科学方面应用第67页农业科技革命农业科技革命n20世纪初开始农业科技革命n达尔文、孟德尔（19世纪下半叶）：育种技术（30）n李比希、缪勒（20世纪30年代）：化肥和农药（50）水利、浇灌（20）以育种技术和农业化学技术为主导第一次农业科技革命，建立了当代农业。n20世纪下半叶，2个重大科学事件，拉开了新农业科技革命序幕nDNA双螺旋结构发觉、DNA重组成功：分子生物学、生物技术n计算机、信息技术：覆盖面广、渗透性极强n其它当代技术n航空航天、自动控制、新型材料、先进制造等第68页生物技术引发生物育种生物技术引发生物育种 细胞和胚胎工程育种、分子标识技术、转基因技术等已趋成熟，在动植物育种中得到应用n高产、稳定、优质、抗虫、抗病、除草剂、固氮酶基因等如：抗除草剂大豆、抗黄矮病小麦、抗病毒马铃薯、耐贮运番茄n动物品质改良、提升动物快速生长能力或抗病能力；n功效性食品：可饲性疫苗、富含VE不饱和油料等生物技术与农业科学生物技术与农业科学第69页转基因植物转基因植物用携带外源基因农杆菌用携带外源基因农杆菌TiTi质粒转化植物材料，使外源质粒转化植物材料，使外源DNADNA与植物染色体与植物染色体DNADNA整合，经过深入组织培养，转化整合，经过深入组织培养，转化植物材料分化成愈伤组织，最终发育成含有新性状完植物材料分化成愈伤组织，最终发育成含有新性状完整植株整植株转基因植物转基因植物生物技术与农业科学生物技术与农业科学第70页n有有3535个科个科120120各种转基因各种转基因植物，一些主要农作物取植物，一些主要农作物取得商品化转基因品种得商品化转基因品种n种植面积迅猛发展种植面积迅猛发展n发展趋势发展趋势n采取基因正在从抗除草剂、采取基因正在从抗除草剂、抗菌素、抗病虫害基因到抗菌素、抗病虫害基因到抗逆境、高品质抗逆境、高品质方向发展。方向发展。n由单个质量性状基因向由单个质量性状基因向多多基因基因数量性状转变。数量性状转变。n植物反应器植物反应器生产稀有蛋白生产稀有蛋白转基因植物现实状况及趋转基因植物现实状况及趋势势生物技术与农业科学生物技术与农业科学第71页1 1、生物技术与粮食、生物技术与粮食 提升产量、品质提升产量、品质n普通大米实际上不是普通大米实际上不是“健康食品健康食品”。n大大米米中中含含有有一一个个叫叫做做肌肌醇醇六六磷磷酸酸小小分分子子，它它能能与与铁铁紧紧紧地结合，使得小肠难以吸收食物中铁；紧地结合，使得小肠难以吸收食物中铁；n以大米为主食人，易患铁缺乏症而造成贫血以大米为主食人，易患铁缺乏症而造成贫血哪种大米更有益身体健康？第72页n转基因水稻转基因水稻 n“金金大大米米”：转转入入胡胡萝萝卜卜素素合合成成相相关关基基因因提提升升大大米米中中维维生生素素A A前前体体含含量量，以以降降低低亚亚洲洲人人普普遍遍存存在在维维生生素素A A缺缺乏乏症症n处理铁吸收问题，往处理铁吸收问题，往“金大米金大米”中再转入三种基因：中再转入三种基因：n一个是来自真菌酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉；一个是来自真菌酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉；n一个是来自菜豆铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；一个是来自菜豆铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；n还还有有一一个个是是来来自自印印度度香香米米基基因因，它它生生产产蛋蛋白白质质有有利利于于人人肠肠道道吸吸收铁收铁n低过敏性转基因水稻低过敏性转基因水稻n低蛋白转基因水稻低蛋白转基因水稻哪种大米更有益身体健康？哪种大米更有益身体健康？第73页n超级杂交稻n5月13日，位于三亚市田独镇新村田洋中国超级杂交稻第一块“百亩片试种示范田”正式经过了海南省级验收。经由全国多位农业教授共同检测，这批超级杂交稻亩产高达833.23千克。n功效稻米n基尔米：拥有降血压、改进睡眠、减肥美容等功效大米，售价最高一个达元钱斤。生物技术与农业科学生物技术与农业科学第74页2 2、抗性基因工程育种、抗性基因工程育种n基因工程为培育抗病虫作物提供了新伎俩基因工程为培育抗病虫作物提供了新伎俩n当前，已经取得转基因抗虫农作物包含烟草、番茄、当前，已经取得转基因抗虫农作物包含烟草、番茄、马铃薯、棉花、玉米等马铃薯、棉花、玉米等n在抗逆境育种上应用为克服干旱、盐碱等提供新在抗逆境育种上应用为克服干旱、盐碱等提供新思绪思绪n美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物，美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物，育成抗旱、抗逆新品种。育成抗旱、抗逆新品种。n我国已克隆了耐盐碱相关基因，我国已克隆了耐盐碱相关基因，经过遗传转化已取得了耐盐烟草、经过遗传转化已取得了耐盐烟草、水稻、西红柿、草莓等。水稻、西红柿、草莓等。生物技术与农业科学生物技术与农业科学第75页转基因抗虫棉转基因抗虫棉 我国是世界上最大棉花生产国我国是世界上最大棉花生产国和消费国，约占世界产棉总量和消费国，约占世界产棉总量25%以上。以上。自自90年代以来，因为棉铃虫在年代以来，因为棉铃虫在我国大部分棉区连续性大发生或我国大部分棉区连续性大发生或暴发，给我国棉花生产带来了巨暴发，给我国棉花生产带来了巨大威胁，棉农谈虫色变，面积、大威胁，棉农谈虫色变，面积、单产、总产一直处于低谷徘徊阶单产、总产一直处于低谷徘徊阶段。段。第76页n我国现已经有我国现已经有1818个国产抗虫棉品种经个国产抗虫棉品种经过了审定过了审定 ，当前种植转基因品种中约，当前种植转基因品种中约有二分之一是国产品种。在全国各棉有二分之一是国产品种。在全国各棉区正在大面积推广。区正在大面积推广。n19901990年，美国利用生物技术，合成苏年，美国利用生物技术，合成苏云金芽孢杆菌云金芽孢杆菌 （B.tB.t）杀虫基因，导）杀虫基因，导入棉花取得抗虫转基因棉花。入棉花取得抗虫转基因棉花。n抗植物虫害基因有各种，日前经常使抗植物虫害基因有各种，日前经常使用主要有三种：用主要有三种：nBtBt基因基因n从植物中分离出昆虫蛋白酶抑制剂，从植物中分离出昆虫蛋白酶抑制剂，其中应用最广泛是豇豆胰蛋白酶抑其中应用最广泛是豇豆胰蛋白酶抑制剂基因制剂基因(CpTI)(CpTI)n植物凝集素基因植物凝集素基因(lectin gene)(lectin gene)生物技术与农业科学生物技术与农业科学第77页3 3、花卉基因工程、花卉基因工程n花色工程花色工程n花卉香味工程花卉香味工程n经过合成酶引入，增强单萜合成经过合成酶引入，增强单萜合成n花卉保鲜花卉保鲜n经过导入反义经过导入反义ACCACC合成酶基因及反义合成酶基因及反义ACCACC氧化酶基因可阻止乙烯生化合成，延长氧化酶基因可阻止乙烯生化合成，延长花期和鲜切花寿命花期和鲜切花寿命 n花卉抗性基因工程花卉抗性基因工程第78页圆个缤纷梦圆个缤纷梦花色工程花色工程n花色素主要由类黄酮、类胡萝卜素、生物碱三类物质决定 n影响花色因子还有共色作用、液泡酸碱值及细胞形状等生物技术与农业科学生物技术与农业科学第79页基因工程改变花色路径n经过引入外源基因来补充经过引入外源基因来补充一些品种缺乏合成一些颜一些品种缺乏合成一些颜色能力色能力n利用反义利用反义RNARNA和共抑制技和共抑制技术抑制基因活性，造成无术抑制基因活性，造成无色底物积累，使花颜色变色底物积累，使花颜色变浅或变成无色浅或变成无色星条、网状：共抑制法、反义RNA技术黄色：直接导入外源结构基因第80页n花卉基因转移结果常无法取得预期效果n因为育成蓝色月季需要同时具备三个条件，即翠雀素合成、黄酮醇共染剂和较高PH值，其中关键是改变植物细胞液泡液PH值 生物技术与农业科学生物技术与农业科学第81页利用基因工程技术，不但能够培养优质、高产、抗性好畜、禽新品种，还能够培养出含有特殊用途动物4、在畜牧业中应用生物技术与农业科学生物技术与农业科学第82页中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人生长激素基因中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人生长激素基因(hGH)(hGH)构建了转基因鱼，制作主要目标是提升生长速度、构建了转基因鱼，制作主要目标是提升生长速度、增加抗逆性以及为发育生物学和插入突变提供研究材料。增加抗逆性以及为发育生物学和插入突变提供研究材料。使用鱼类本身基因元件构建转基因鱼，能够处理基因表示使用鱼类本身基因元件构建转基因鱼，能够处理基因表示强度问题和推广转基因鱼环境和伦理道德问题。强度问题和推广转基因鱼环境和伦理道德问题。自自19841984年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、鲫鱼等转基因研究。年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、鲫鱼等转基因研究。第83页5 5、生物技术与农药、生物技术与农药n绿绿色色农农药药包包含含微微生生物物杀杀虫虫剂剂、微微生生物物杀杀菌菌剂剂、农农畜畜抗抗菌菌素素、植物源农药等植物源农药等n植植物物源源生生物物水水剂剂农农药药（松松脂脂酸酸钠钠和茶皂素复合制剂、和茶皂素复合制剂、苦楝油）苦楝油）n生物农药菌种资源（苏云金杆菌）生物农药菌种资源（苏云金杆菌）n特点特点n环境保护，良好环境相容性环境保护，良好环境相容性n先先天天弱弱势势：药药效效慢慢、击击倒倒慢慢、适适应力差应力差n综合防治综合防治生物技术与农业科学生物技术与农业科学第84页农业领域拓展农业领域拓展 n拓展领域拓展领域n向食品轻工领域发展：酶工程、向食品轻工领域发展：酶工程、L-L-乳酸发酵工程乳酸发酵工程n向能源：燃料：石油（黑金）向能源：燃料：石油（黑金）作物（绿金）作物（绿金）n向材料环境保护：向材料环境保护：n全淀粉全淀粉乳酸乳酸聚合塑料、生物全降解塑料聚合塑料、生物全降解塑料n生物农药及生物防治技术生物农药及生物防治技术n发展趋势发展趋势n生物资源创新工程生物资源创新工程专业、区域、企业、市场化专业、区域、企业、市场化n传统农业传统农业“高投入、低产出高投入、低产出”“”“低投入、高产出低投入、高产出”n投身生命科学投身生命科学生物技术与农业科学生物技术与农业科学第85页第六节第六节 生物技术在食品领域应用生物技术在食品领域应用 (p181)(p181)n主要应用主要应用在食品生物在食品生物资源改造资源改造、提升食品品质提升食品品质和和改改进食品风味进食品风味、油脂生产油脂生产以及食品卫生检测等。食品卫生检测等。n不是仅仅处理粮食问题，不是仅仅处理粮食问题，更主要是，满足人们更主要是，满足人们 对食物感官舒适、营养对食物感官舒适、营养 丰富、功效全方面完美丰富、功效全方面完美 要求。要求。食品级壳聚糖：用于功效性食品，保健品，胶粘剂，人体补铁剂，可降解性食品包装袋等第86页一、一、应用现实状应用现实状况况n主要技术n基因工程n细胞工程n酶工程n应用领域n发酵工程n食品添加剂:用生物法代替化用生物法代替化学合成，要大力开发功效性学合成，要大力开发功效性食品添加剂等。食品添加剂等。生物技术与食品业生物技术与食品业第87页二、在食品加工过程应用二、在食品加工过程应用n工程菌改良食品微生物生产性能n改变合成路径，改进风味n氨基酸生产n生产食品酶制剂，提升活性、稳定性（淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等，添加酶类进行食品组分改性）n食品保鲜：乳酸菌肽防腐生物技术与食品业生物技术与食品业第88页三、农副产品深加工和综合利用三、农副产品深加工和综合利用n玉米等深加工玉米等深加工 作为新型糖源、变性淀作为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精以及工业用材料提供状糊精以及工业用材料提供优质充分原料优质充分原料n 肉、奶、水产品加工肉、奶、水产品加工n 植物纤维素资源植物纤维素资源 生物技术与食品业生物技术与食品业第89页n在食品检测中应用n食源性病原菌快速检测n转基因食品检测n我国农业转基因生物安全管理n10月，我国制订农业转基因生物安全管理条例n普通应经过中间试验、n环境释放和生产性试验四、生物技术与食品安全性检测四、生物技术与食品安全性检测生物技术与食品业生物技术与食品业第90页第七节第七节 生物技术在生物技术在能源开发上应用能源开发上应用n能源分能源分n不可再生能源：煤、天然气和石油（包含核能）不可再生能源：煤、天然气和石油（包含核能）等化石原料等化石原料n可再生能源：太阳能、风能、地热能、生物能、可再生能源：太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能海洋能和水能 n生物能源是从太阳能转化而来生物能源是从太阳能转化而来n绿色植物就是光能转换器和能源之源，碳水化绿色植物就是光能转换器和能源之源，碳水化合物是光能储备库。合物是光能储备库。n我国拥有丰富生物质资源我国拥有丰富生物质资源 n每年每年7 7亿多吨作物桔秆、亿多吨作物桔秆、2 2亿多万吨林地废弃物、亿多万吨林地废弃物、2525亿多吨畜禽粪便及大量有机废弃物亿多吨畜禽粪便及大量有机废弃物生物能源制煤气：柴草桔杆气化炉 第91页（一）沼气n沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生混合气体，主要成份是可燃甲烷。n生产沼气设备简单，方法简易，适合在农村推广使用。n当前，沼气