第十三章、生物技術(shù)

第十二章、現(xiàn)代生物技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)，又稱為生物工程。它是以現(xiàn)代生物學(xué)根底實(shí)際為指點(diǎn)開展起來的生物操作技術(shù)。

它的主要研討領(lǐng)域有細(xì)胞工程基因工程蛋白質(zhì)工程酶工程微生物工程〔發(fā)酵工程〕現(xiàn)代生物技術(shù)的中心第一節(jié)細(xì)胞工程細(xì)胞工程是指運(yùn)用現(xiàn)代生物學(xué)的實(shí)際和方法，根據(jù)人們的需求和設(shè)計(jì)，在細(xì)胞程度上重組細(xì)胞的構(gòu)造和內(nèi)含物，以改動(dòng)生物的構(gòu)造和功能的生物工程技術(shù)。是一門在細(xì)胞程度上的生物工程技術(shù)。細(xì)胞工程是生物工程的中心技術(shù)，它包括：細(xì)胞培育技術(shù)、細(xì)胞交融技術(shù)、胚胎移植技術(shù)、細(xì)胞核移植技術(shù)和染色體工程。一、細(xì)胞培育技術(shù)細(xì)胞培育又稱為組織培育。其方法：從動(dòng)物或植物內(nèi)取出器官、組織或經(jīng)處置分散的細(xì)胞，置于一種模擬生物體內(nèi)環(huán)境的人工培育基中培育，使其在離體的情況下，生存、生長(zhǎng)、發(fā)育乃至繁衍。細(xì)胞培育包括單個(gè)細(xì)胞培育、組織培育和器官培育。植物的細(xì)胞具有發(fā)育的全能性。運(yùn)用：?jiǎn)伪扼w育種。動(dòng)物的細(xì)胞雖然具有遺傳的全能性，但除卵細(xì)胞外，都不具有發(fā)育的全能性，只需卵細(xì)胞具有發(fā)育成完好個(gè)體的才干。運(yùn)用：干細(xì)胞培育。動(dòng)、植物的細(xì)胞和組織培育技術(shù)是細(xì)胞工程的根底技術(shù)，也是整個(gè)生物工程的重要技術(shù)?？寺∨嘤簩⒏叨认♂尩挠坞x細(xì)胞懸液參與培育瓶中，各個(gè)細(xì)胞貼壁后，彼此間隔較遠(yuǎn)，生長(zhǎng)增殖。群體培育：將含有一定數(shù)量細(xì)胞的懸液置于培育瓶中，讓細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)，集合后構(gòu)成均勻的單細(xì)胞層；細(xì)胞培育組織培育1958美國(guó)斯蒂伍德用胡蘿卜切片在培育液中培育成整株。細(xì)胞先分裂愈傷組織，后經(jīng)適當(dāng)激素誘導(dǎo)，分化出根莖葉。組織培育最早用于名貴花卉繁衍。荷蘭如今是最大的花卉消費(fèi)國(guó)。細(xì)胞培育技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的運(yùn)用我國(guó)育種專家利用細(xì)胞培育技術(shù)中的單倍體育種技術(shù)已培育出多種玉米、小麥、水稻、煙草等農(nóng)作物優(yōu)良種類。細(xì)胞培育技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：〔1〕不受土地限制〔試管育苗〕?！?〕不受季節(jié)影響?！?〕育苗速度快。〔4〕節(jié)省種子，降低播種本錢。動(dòng)物細(xì)胞培育是動(dòng)物細(xì)胞工程的一項(xiàng)根本技術(shù)，是動(dòng)物細(xì)胞交融、細(xì)胞核移植和基因工程的根底。二、細(xì)胞交融技術(shù)〔細(xì)胞雜交技術(shù)〕細(xì)胞交融技術(shù)，是經(jīng)過人工誘導(dǎo)，把兩種或兩種以上遺傳性不同的生物細(xì)胞交融在一同，從而獲得兼?zhèn)鋬蓚€(gè)親本遺傳性狀的雜交細(xì)胞的技術(shù)。方法：可用植物的各種組織為資料，經(jīng)過果膠酶或纖維素酶等處置，使細(xì)胞膜溶解掉，成為沒有細(xì)胞膜的“裸細(xì)胞〞，再進(jìn)展不同細(xì)胞的雜交，構(gòu)成雜種細(xì)胞。例如：曾經(jīng)勝利的有蘿卜+甘藍(lán)、粉藍(lán)煙草+郎氏煙草、番茄+馬鈴薯等等。運(yùn)用：1、細(xì)胞交融育種；2、研制單克隆抗體。細(xì)胞交融生物方法：某些病毒如：仙臺(tái)病毒、副流感病毒和新城雞瘟病毒的被膜中有交融蛋白〔fusionprotein〕，可介導(dǎo)病毒同宿主細(xì)胞交融，也可介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞的交融，因此可以用紫外線滅活此類病毒誘導(dǎo)細(xì)胞交融。化學(xué)方法〔聚乙二醇PEG〕、物理方法〔電激和激光〕：使膜脂分子陳列的改動(dòng)，去掉作用要素之后，質(zhì)膜恢復(fù)原有的有序構(gòu)造，在恢復(fù)過程中便可誘導(dǎo)相接觸的細(xì)胞發(fā)生交融。世界雜交水稻之父

----袁隆平單克隆抗體技術(shù)正常淋巴細(xì)胞〔如小鼠脾細(xì)胞〕具有分泌抗體的才干，但不能在體外長(zhǎng)期培育，瘤細(xì)胞〔如骨髓瘤〕可以在體外長(zhǎng)期培育，但不分泌抗體。1975年英國(guó)科學(xué)家將兩種細(xì)胞雜交而創(chuàng)建了單克隆抗體技術(shù)。雜合細(xì)胞三、胚胎移植技術(shù)是從動(dòng)物體內(nèi)取出卵細(xì)胞，在試管里進(jìn)展授精，并培育成胚胎，然后再植入母體輸卵管內(nèi)，孕育產(chǎn)仔。例如：試管羊、試管兔等。試管嬰兒使精子與卵子在體外相遇并受精，這就是試管嬰兒。試管嬰兒的醫(yī)學(xué)術(shù)語稱體外受精-胚胎移植。由于體外受精、胚胎發(fā)育所需外界條件較高，所以做一例“試管嬰兒〞的費(fèi)用也較高。1978年，世界上第一例“試管嬰兒〞在英國(guó)奧德海姆總醫(yī)院誕生。1988年我國(guó)第一例“試管嬰兒〞在北京出世?！霸嚬軏雰酣暤某霈F(xiàn)為許多沒有子女的夫婦帶來了福音。四、細(xì)胞核移植技術(shù)〔細(xì)胞亞構(gòu)造移植〕五、染色體工程細(xì)胞核移植技術(shù)也稱為克隆技術(shù)，是將一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核，移植到另一個(gè)去核的卵細(xì)胞中，構(gòu)成具有新的遺傳基因的生物個(gè)體的技術(shù)。每一種生物都有本人特殊的染色體組成，同一物種的染色體數(shù)目和組型是穩(wěn)定的。如二倍體、單倍體、三倍體。染色體工程是指以染色體為操作單位，經(jīng)過染色體的添加、換代、易位等方式有目的地改造生物的構(gòu)造和功能的技術(shù)。染色體工程具有高效、平安和簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，是目前進(jìn)展動(dòng)、植物種類改良的主要育種方法。多倍體的獲得體細(xì)胞中僅含有一個(gè)染色體組，那么稱為“單倍體〞。蜜蜂的雄蜂就是單倍體。對(duì)于植物，可以用花藥培育法來獲得單倍體植株。單倍體再經(jīng)過秋水仙堿處置誘導(dǎo)染色體加倍，又成為二倍體。其后代不再發(fā)生孟德爾式的性狀分別，可迅速穩(wěn)定遺傳性，成為一個(gè)新種類。二倍體經(jīng)誘導(dǎo)染色體加倍，就成為“四倍體〞。四倍體植物普通莖粗、葉大、花大、果實(shí)大，在消費(fèi)實(shí)際中頗有利用價(jià)值。但四倍體植物的種子少，不適宜利用種子的農(nóng)作物〔如禾谷類〕。三倍體二倍體與四倍體雜交，可以得到“三倍體〞。三倍體的減數(shù)分裂不正常，不能產(chǎn)生種子。無籽西瓜就是這樣雜交得到的三倍體。香蕉是自然產(chǎn)生的三倍體。〔1〕第二節(jié)基因工程基因工程----又稱為DNA重組技術(shù)，它是利用DNA重組技術(shù)進(jìn)展消費(fèi)或改造生物產(chǎn)品的技術(shù)?；蚬こ滩僮鞯膯挝皇钦麄€(gè)基因，因此，基因工程是在分子程度上進(jìn)展改造和設(shè)計(jì)生物的構(gòu)造和功能的生物工程技術(shù)?；蚬こ淘?jīng)成為現(xiàn)代生物技術(shù)的中心技術(shù)。一、DNA重組的根本工具1、限制性內(nèi)切酶——“分子剪刀〞2、DNA銜接酶——“分子針線〞限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)1960年，瑞士科學(xué)家阿爾伯在察看大腸桿菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種酶。這種酶，它能識(shí)別DNA順序上特定的DNA位置并在這一位置進(jìn)展切割。這種酶被稱為限制性內(nèi)切酶，后來被廣泛地運(yùn)用于基因工程中，阿爾伯因此榮獲了1978年度諾貝爾獎(jiǎng)。DNA銜接酶1967年，世界上有5個(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)而且獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)并提取出一種酶，這種酶可以將兩個(gè)DNA片段銜接起來，修復(fù)好DNA鏈的斷裂口。它和內(nèi)切酶是一對(duì)好同伴，一個(gè)切，一個(gè)接，共同在DNA分子重組中扮演重要角色。只需在用同一種“分子剪刀〞剪切的兩種DNA碎片中加上“分子針線〞，就會(huì)把兩種DNA片段重新銜接起來。3、基因工程的根本原理：生物體的遺傳信息承載于細(xì)胞核里的DNA上，利用限制性內(nèi)切酶可以識(shí)別DNA上的堿基順序并能斷裂DNA的功能，有選擇地獲取DNA上帶有遺傳信息的基因片段，再經(jīng)過銜接酶把斷裂下來的兩個(gè)DNA片段銜接起來，成為一條完好的、曾經(jīng)改動(dòng)了遺傳信息的新的DNA雜種分子。二、基因工程

的操作程序1、獲取所需求的基因〔目的基因〕；2、將目的基因與基因載體相結(jié)合；3、重組目的基因的導(dǎo)入；4、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞或個(gè)體的鑒別與挑選；5、對(duì)挑選出的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞或個(gè)體進(jìn)展培育、檢測(cè)。目的基因獲取質(zhì)粒是細(xì)菌染色體DNA以外的環(huán)狀雙鏈DNA分子目的基因?qū)氘a(chǎn)品表達(dá)獲得目的基因的方法①?gòu)纳锘蚪M中分別。一種方法是用“分子剪刀〞即限制性內(nèi)切酶剪切供體ＤＮＡ分子，把它切成一些比基因略長(zhǎng)的片段，然后再?gòu)闹姓页霭枘康幕虻模模危疗?。②逆轉(zhuǎn)錄合成。通常以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)酶下合成DNA，稱其為ｃDNA。又稱所謂的基因模板合成法，用這種方法人們已先后合成了家兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。③人工合成。假設(shè)某種蛋白質(zhì)的基因是知的?？梢越?jīng)過化學(xué)方法合成?；?qū)敕椒?、直接導(dǎo)入法：〔1〕電擊法：借助電擊儀高壓脈沖把目的基因打入宿主細(xì)胞。〔2〕顯微注射法：利用微量注射器在顯微鏡下直接把目的基因注入宿主細(xì)胞?！?〕直接吸收法：把目的基因和宿主細(xì)胞混在一同，讓其吸收?！?〕基因槍法：在金屬微粒上涂一層目的基因，然后發(fā)射到宿主細(xì)胞中。2、間接導(dǎo)入法：又稱感染，將目的基因放在載體上，感染到要表達(dá)的細(xì)胞中。常用的載體是質(zhì)粒、λ噬菌體、科斯質(zhì)粒。三、人類基因性疾病的研討與基因療法：1、遺傳病的基因療法；2、癌癥的基因療法；3、心臟病的基因療法；四、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研討及運(yùn)用1、轉(zhuǎn)基因魚；2、轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物〔1〕動(dòng)物乳腺生物反響器技術(shù)；〔2〕轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品正走向人類。3、轉(zhuǎn)基因家禽；經(jīng)過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，動(dòng)物的乳腺可以成為我們?nèi)祟惖摹爸扑帍S〞，以消費(fèi)醫(yī)用蛋白。目前人們的研討主要集中在豬、牛、羊、鼠、兔等動(dòng)物身上。估計(jì)，人用蛋白藥物的全球市場(chǎng)每年可達(dá)2000億美圓，而且還在繼續(xù)增長(zhǎng)。美國(guó)弗吉尼亞技術(shù)制藥工程研討院培育轉(zhuǎn)基因豬，其體內(nèi)含有人類的基因，產(chǎn)乳后其乳汁含有人體蛋白。據(jù)估計(jì)，只需300～600只這樣的母豬就能滿足全世界對(duì)這種蛋白的需求。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物五、轉(zhuǎn)基因植物研討進(jìn)展與運(yùn)用1983年首例轉(zhuǎn)基因作物在美國(guó)問世。1994年5月18日，美國(guó)聯(lián)邦食品和藥物管理局正式同意了第一種轉(zhuǎn)基因作物——西紅柿上市銷售，由此開創(chuàng)轉(zhuǎn)基因植物商業(yè)的先河。轉(zhuǎn)基因技術(shù)顯著的提高了農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。到2000年，全世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植面積曾經(jīng)到達(dá)4420萬公頃，其中，大豆占58%；玉米占23%；棉花占12%。在全球轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的總產(chǎn)量中，美國(guó)占68%。美國(guó)加州基因公司將西紅柿中引起腐爛的基因加以復(fù)制之后，再重新以顛倒的方向注回西紅柿，因此中止了西紅柿內(nèi)腐爛過程。這種技術(shù)可以運(yùn)用在任何農(nóng)作物上面，也可以將其中任何不佳的特質(zhì)除掉。關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品的爭(zhēng)論轉(zhuǎn)基因作物從一出世就引起了猛烈的爭(zhēng)論。關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品利弊的爭(zhēng)論還在繼續(xù)，尚無結(jié)論。至少目前還沒有充分的證聽闡明轉(zhuǎn)基因作物及食品會(huì)導(dǎo)致危害人體、動(dòng)物、植物及危害生態(tài)環(huán)境的后果，也沒有一例消費(fèi)者因食用轉(zhuǎn)基因食品而導(dǎo)致安康損害的報(bào)告。國(guó)際消費(fèi)者結(jié)合會(huì)向結(jié)合國(guó)食品委員會(huì)建議：轉(zhuǎn)基因食品應(yīng)有標(biāo)識(shí)，讓消費(fèi)者明明白白地知道食品能否含有轉(zhuǎn)基因，由他們本人決議能否選擇這類食品?；蚬こ趟幬锔蓴_素是兩位美國(guó)科學(xué)家在1957年研討病毒的干擾景象時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種抗病毒的特效藥，能戰(zhàn)勝病毒引起的感染，如水痘、肝炎和狂犬病等。用白細(xì)胞消費(fèi)干擾素，每個(gè)細(xì)胞最多只能產(chǎn)生100～1000個(gè)干擾素分子；用基因工程技術(shù)改造的大腸桿菌發(fā)酵消費(fèi)，在1～2天內(nèi)，每個(gè)菌體能產(chǎn)生20萬個(gè)干擾素分子。1977年，美國(guó)加利福尼大學(xué)的遺傳學(xué)家H·W·博耶等人，用基因重組技術(shù)，在大腸桿菌中制造出5毫克的人生長(zhǎng)激素抑制因子。假設(shè)用傳統(tǒng)的方法從羊腦中提取5毫克生長(zhǎng)激素抑制因子，那就要有50萬個(gè)羊腦。第十三章

21世紀(jì)生物技術(shù)的熱點(diǎn)領(lǐng)域第一節(jié)克隆技術(shù)的研討現(xiàn)狀與運(yùn)用1997年，克隆羊“多莉〞的誕生，引起了全世界的關(guān)注和關(guān)于克隆人問題的爭(zhēng)議。一、克隆與克隆技術(shù)1、克隆的概念：克隆----是英文Clone的音譯，即“無性繁衍〞。是指從同一個(gè)生物個(gè)體經(jīng)過無性繁衍而來的、具有與母體完全一樣的遺傳基因的后代以及由這些后代所組成的群體?？寺〉谋举|(zhì)特征：〔1〕無性繁衍；〔2〕與母體完全一樣的遺傳基因。

2、關(guān)于克隆技術(shù)

克隆有植物克隆和動(dòng)物克隆，兩者在技術(shù)上是有區(qū)別的。植物克隆是指從植物體細(xì)胞〔枝條或小芽〕直接再生出的新個(gè)體。如插扦、嫁接等。植物具有發(fā)育的全能性，因此其技術(shù)非常簡(jiǎn)單，不需求生殖細(xì)胞的參與。動(dòng)物克隆是指不經(jīng)過受精過程，而經(jīng)過細(xì)胞核移植技術(shù)，將體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核卵細(xì)胞中，再運(yùn)用生物學(xué)方法，誘導(dǎo)卵子發(fā)育而構(gòu)成的新個(gè)體。動(dòng)物細(xì)胞不具有發(fā)育的全能性，因此，動(dòng)物克隆需求卵細(xì)胞的參與，且技術(shù)難度大，操作程序復(fù)雜。

二、多莉并不是與母體

完全一樣的克隆1997年，英國(guó)愛丁堡羅斯林研討所利用綿羊的體細(xì)胞，勝利培育了首只哺乳動(dòng)物——克隆綿羊“多莉〞。兩套獨(dú)立的遺傳系統(tǒng)：一套是細(xì)胞核內(nèi)的DNA，是主要的遺傳系統(tǒng)；一套是細(xì)胞質(zhì)中線粒體中的DNA，完全來自于母親。多莉的細(xì)胞核來自于芬蘭母羊，細(xì)胞質(zhì)來自于蘇格蘭黑面母羊，因此在生理上與其母體——芬蘭母羊有明顯的差別。2003年2月14日，“多利〞由于無法治愈的肺部感染，被實(shí)施了安樂死，享年僅6歲半?！惭驂勖?2年〕三、克隆技術(shù)的研討進(jìn)展與運(yùn)用1、克隆技術(shù)的早期開展情況60年代，英國(guó)科學(xué)家培育出“克隆青蛙〞，揭開了克隆時(shí)代的序幕。70年代，我國(guó)生物學(xué)家童第周，將紅鯉魚的細(xì)胞核與鯽魚的細(xì)胞質(zhì)組合，培育出“鯉鯽活核魚〞。生長(zhǎng)快、肉味美蛋白質(zhì)含量高。90年代，人們將含有遺傳信息的細(xì)胞核，移植到一個(gè)沒有受精的去核卵細(xì)胞中，再把它放到一個(gè)母體中培育，產(chǎn)出“克隆〞動(dòng)物。實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)家----童第周童第周28歲時(shí)去比利時(shí)留學(xué)。獲得博士學(xué)位后，他回到了的祖國(guó)，晚年，他和美國(guó)坦普恩大學(xué)牛滿江教授協(xié)作，在生物遺傳中的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的相互關(guān)系的研討方面，獲得了發(fā)明性的成果，居于世界先進(jìn)展列。1979年3月逝世，終年77歲。

我國(guó)著名的生物學(xué)家，也是國(guó)際知名的科學(xué)家。他從現(xiàn)實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的研討近半個(gè)世紀(jì)，是我國(guó)實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的主要開創(chuàng)人。1955年選聘為中國(guó)科學(xué)院院士。2、體細(xì)胞克隆

哺乳動(dòng)物多莉的誕生刮起了世界范圍內(nèi)的強(qiáng)勁的克隆旋風(fēng)，克隆動(dòng)物家族中相繼誕生了克隆牛、克隆鼠、克隆猴、克隆豬、克隆貓等新成員。為了阻止克隆人的步伐，許多國(guó)家都制定了制止克隆人的法律條例。

2002年3月生于美國(guó)泰特拉2001年1月生于美國(guó)波娃生于2002年1月中國(guó)農(nóng)大李寧克隆我國(guó)培育的克隆山羊2005年6月23日我國(guó)培育的世界首批成年體細(xì)胞克隆山羊“陽陽〞，迎來了她5歲的生日?？寺⌒∠阖i2005年8月5日，我國(guó)第一只克隆小香豬在河北誕生。四、關(guān)于克隆人問題多莉的誕生，從實(shí)際上講，這種技術(shù)完全可以用來克隆人。一時(shí)間，關(guān)于克隆人的問題引起了世界性的驚動(dòng)。1、現(xiàn)有技術(shù)無法克隆人美國(guó)科學(xué)家利用現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)724個(gè)恒河猴卵細(xì)胞進(jìn)展的克隆實(shí)驗(yàn)全部失敗。并發(fā)如今剝離母猴卵細(xì)胞DNA時(shí)，具有重要作用的絕大部分蛋白質(zhì)出現(xiàn)缺損。其緣由能夠是靈長(zhǎng)類動(dòng)物的繁衍過程，其技術(shù)要求比其它哺乳動(dòng)物“更為嚴(yán)厲〞。2、克隆人的爭(zhēng)議治療性克隆與生殖性克隆。治療性克隆是利用胚胎干細(xì)胞克隆人體器官和組織，供醫(yī)學(xué)研討和臨床治療運(yùn)用；生殖性克隆即通常說的克隆人。我國(guó)政府和科學(xué)家的觀念：反對(duì)克隆人，但不反對(duì)治療性克隆的研討。第二節(jié)生物芯片技術(shù)的研討及其運(yùn)用前景一、生物芯片與生物芯片技術(shù)二、生物芯片產(chǎn)生的時(shí)代背景三、世界上第一塊生物芯片的產(chǎn)生及其影響四、生物芯片的用途與運(yùn)用前景第三節(jié)干細(xì)胞研討與疾病治療一、干細(xì)胞的概念二、神奇的胚胎干細(xì)胞三、干細(xì)胞研討的進(jìn)展與疾病治療四、世界各國(guó)