【正文】 第一章復習題 “生物技術(shù)”一詞是由誰提出來的，其最初的含義是什 么？國際上沿用 1982年的概念是什么？ ( 9） 現(xiàn)代生物技術(shù)的概念是什么？ （ 8） 傳統(tǒng)的生物技術(shù)的重要步驟有哪些？ （ 15） 人類社會發(fā)展的三次技術(shù)革命分別是什么？ （ 2） 生物技術(shù)的特點是什么？ （ 37） 生物技術(shù)包括哪些種類的工程？ （ 42） 中國生物技術(shù)發(fā)展存在的問題是什么？ （ 104） 第一章 現(xiàn)代生物技術(shù)革命 醫(yī)學遺傳學發(fā)展到現(xiàn)代醫(yī)學分子遺傳學與先進技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān) , 特別兩項生物技術(shù) : 細胞融合技術(shù) 和 DNA重組技術(shù)所起的作用十分重要。 科學技術(shù)與學科 19世紀： 細胞是生命的基本單位。 細胞學說： 細胞是動植物結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，一切生命現(xiàn)象都是以細胞為基礎(chǔ)表達的。 分子生物學、分子遺傳學： 20世紀生物學的主流 以核酸和蛋白質(zhì)為中心的生物大分子是生命現(xiàn)象的共同物質(zhì)基礎(chǔ)，細胞和有機體所有生命活動都是以這些生物大分子及其復合物的結(jié)構(gòu)、運動和相互作用來實現(xiàn)的。 人類對自然界的要求 認識 — 利用 — 再造 — 改造 — 創(chuàng)造 隨著反向生物學的問世 , 在 20世紀八十年代誕生了生物技術(shù)（ Biotechnology）這門新學科。 生物技術(shù)學科的地位 生物技術(shù)是世界新技術(shù)革命的主角之一 , 生物技術(shù)與新材料、信息技術(shù) (包括微電子、計算機 )一起已成為新產(chǎn)業(yè)革命三大支柱； 陽光技術(shù)，朝陽產(chǎn)業(yè)，黃金工程，倍受世界各國重視。 21世紀是生物生命世紀 ， 生物技術(shù) 將成為21世紀高技術(shù)革命的核心內(nèi)容。 生物技術(shù)的重要性 有助于解決全球的重大難題：資源（能源）、人口、糧食、生態(tài)環(huán)境、健康與疾病和戰(zhàn)爭與災害；促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和新產(chǎn)業(yè)的形成，對人類社會生活產(chǎn)生深遠的革命性影響； 生物技術(shù)這一新生事物正迅速走向老百性日常生活各個方面 , 將對人類的發(fā)展做出貢獻。 重點掌握 生物技術(shù)的概念、內(nèi)容 生物技術(shù)的特點和重要性 學習生物技術(shù)的意義在于創(chuàng)新 結(jié)合專業(yè)選擇自己所需的生物技術(shù) 第一節(jié) 生物技術(shù)的概念和內(nèi)容 一、生物技術(shù)的定義及內(nèi)涵 生物技術(shù) (Biotechnology, BT), 亦稱為生物工程（ bioengineering), 現(xiàn)統(tǒng)一稱 : 生物技術(shù)。 定義 “生物技術(shù)”這個詞最初是由一位匈牙利工程師Karl Ereky于 1917年提出的。當時，他提出的生物技術(shù)這一名詞的涵義是： “ 用甜菜作為飼料進行大規(guī)模養(yǎng)豬，即利用 生物 將原材料 轉(zhuǎn)變?yōu)?產(chǎn)品 ”。 國際上沿用 1982年的概念 生物技術(shù)是指 應用生物科學及工程學原理，依靠生物體系作反應器，將物料進行加工改造，獲得人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。 現(xiàn)代生物技術(shù)定義： 以現(xiàn)代生命科學為基礎(chǔ) , 把生物體系與工程學技術(shù)有機結(jié)合在一起， 按照預先的設(shè)計，定向地在不同水平上改造生物遺傳性狀或加工生物原料 , 產(chǎn)生對人類有用的新產(chǎn)品 (或達到某種目的 )之綜合性科學技術(shù)。 概念要點 : （ 1） 對象 是具遺傳特性有生命物質(zhì) :包括病毒、細菌、 植物、動物、直到人類。 （ 2）生物體系多個不同水平研究 : 從大分子 (DNA、 RNA、蛋白質(zhì)、酶 )、亞細胞、細 胞、組織、器 官到整個機體。 （ 3）應用工程學原理 : 經(jīng)人類思維 , 設(shè)計方 案、定向修 飾、加工制作過程、經(jīng)過體 外環(huán)節(jié)。 （ 4）有目的產(chǎn)品 : 目的產(chǎn)品有三新特征 : 新遺傳功能、 新遺傳性狀、新物種 要有合乎人類所需的工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、 醫(yī)療和食品產(chǎn)品。 （ 5）高新技術(shù)起重要作用。 生物技術(shù)的主要內(nèi)容包括五個方面或領(lǐng)域 （ 1）細胞工程 （ 2）基因工程 （ 3）酶工程 （ 4）發(fā)酵工程 （ 5）蛋白質(zhì)工程 根據(jù)研究對象不同，生物技術(shù)又可分為： （ 1）植物生物技術(shù) （ 2）動物生物技術(shù) （ 3）微生物生物技術(shù) 二、 生物技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 生物技術(shù)的發(fā)展分為兩個階段：生物技術(shù)是既古老又現(xiàn)代的應用技術(shù)。 按照它的發(fā)展歷程，大致可以分為三個階段： 傳統(tǒng)生物技術(shù) 近代生物技術(shù) 現(xiàn)代生物技術(shù) （一）傳統(tǒng)生物技術(shù)和近代生物技術(shù)的發(fā)展 實際上生物技術(shù)的發(fā)展和應用可以追溯到 l000多年以前，而人類有意識地利用酵母進行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)是在 19世紀。當時人類用發(fā)方法制備酒、醋、醬及食品等，此時主要是生物技術(shù)的經(jīng)驗階段。并形成產(chǎn)業(yè)。 傳統(tǒng)生物技術(shù) 階段 在 20世紀 30年代之前時期，主要是通過 微生物的初級發(fā)酵來生產(chǎn)食品 ，是以發(fā)酵產(chǎn)品為主干的工業(yè)微生物技術(shù)體系。產(chǎn)品如乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶 等 微生物的初級代謝產(chǎn)物 。 （ 1）主要包括以下三個步驟： 第一步：上游處理過程。 第二步：發(fā)酵和轉(zhuǎn)化。 第三步：下游處理過程。 （ 2）步驟 第一步： 上游處理過程 粗材料進行加工過程， 作為微生物的營養(yǎng)和能量來源； 第二步： 發(fā)酵和轉(zhuǎn)化 發(fā)酵指的是目的微生物的 大量生長。發(fā)酵過程必須在一個大的生物 反應器內(nèi)進行，反應器容積通常大于 l00L。 可連續(xù)生產(chǎn)某一個目的產(chǎn)品，比如抗生素、 氨基酸或蛋白質(zhì)等； 第三步： 下游處理過程 所需目的產(chǎn)物的純化過 程，人們既可以從細胞的培養(yǎng)液個純化， 也可以直接從細胞中純化。 近代生物技術(shù)階段 1928年 ， Flemming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉素 ，從此生物技術(shù)產(chǎn)品中增加了一大類新的產(chǎn)品即 抗生素 。也使生物技術(shù) 從單純的食品、飼料制備擴展到抗生素產(chǎn)品，該產(chǎn)業(yè)至今長盛不衰。 20世紀 30年代到 70年代這一時期 抗生素 工業(yè)、 氨基酸發(fā)酵 和 酶制劑 工程相繼得到發(fā)展 ,更為突出的是 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 日臻完善。 （二） 生物技術(shù)研究的主要目標 生物技術(shù)研究的主要目標是 （ 1）最大限度地提高這 3個步驟的整體效率； （ 2）同時尋找一些可以用來制備食品、食品添加劑和藥物的微生物。 從 20世紀 60— 70年代起，生物技術(shù)的研究主要集中在上游處理過程、生物反應器的設(shè)計和下游的純化過程方面，這些研究使得下面四個方面都有了很大的發(fā)展。 ①在發(fā)酵過程的監(jiān)測； ②生物反應體系的檢測技術(shù)和； ③有效地大量培養(yǎng)微生物的技術(shù)及； ④相關(guān)儀器。 （二） 生物技術(shù)研究的主要目標 在利用微生物生產(chǎn)商品的整個過程中，生物轉(zhuǎn)化這個環(huán)節(jié)是條件最難優(yōu)化的一個環(huán)節(jié)。通常用于大規(guī)模生產(chǎn)的培養(yǎng)條件往往不是自然條件下微生物的最佳生長條件。 因此，人們一般都通過化學突變、化學誘變或者紫外線照射來產(chǎn)生突變體，從而改良菌種，提高產(chǎn)量；傳統(tǒng)的誘導突變和選擇的方法在生物技術(shù)生產(chǎn)中獲得了較大的成功。多種抗生素的大量生產(chǎn)就是這種方法的成功例證。 但是，傳統(tǒng)生物技術(shù)仍然的有其一定局限性。 （三）傳統(tǒng)和近代生物技術(shù)的特點 （局限性） （ 1）主要通過微生物初級發(fā)酵獲得產(chǎn)品，僅僅局限在微 生物發(fā)酵和化學工程領(lǐng)域。 （ 2）沒有改變微生物的遺傳物質(zhì)，也沒有出現(xiàn) 新的微生 物遺傳性狀 。 （ 3）生產(chǎn)過程簡單，上游主要是培養(yǎng)大量的微生物、對 材料進行加工即進行發(fā)酵和轉(zhuǎn)化，通過誘變選育良 種，下游主要對產(chǎn)品進行純化。 （ 4）生產(chǎn)周期長，費用高，產(chǎn)量低，效率差。 （四）現(xiàn)代生物技術(shù)的產(chǎn)生 在 1953年 Watson和 Crick發(fā)現(xiàn) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 1973年 DNA重組技術(shù)的誕生意味著現(xiàn)代生物技術(shù)階段的開始。而源于近代生物技術(shù)的細胞工程，在現(xiàn)代生物技術(shù)階段有了突破性發(fā)展。 Watson and Crick 1962年諾貝爾醫(yī)學獎 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) DNA重組技術(shù) 1973年，美國加利福尼亞大學舊金山分校的 Herber Boyer教授和斯坦福大學的 Stanley Cohen教授共同完成了一項著名的實驗 DNA重組實驗，這是人類歷史上第一次有目的的基因重組的嘗試，并獲得成功。 Herbert Boyer and Stanley Cohen opened the door to geic engineering and laid the foundations for gene therapy and the biotechnology industry. For these outstanding achievements, the two collaborators received the $500,000 LemelsonMIT Prize in 1996. Herbert Boyer Stanley Cohen 這是 人類歷史上第一次 有目的的基因重組的嘗試。雖然這兩位科學家在這次實驗中沒有涉及到任何有用的基因，但是他們還是敏感地意識到了這一實驗的重大意義，并據(jù)此提出了“ 基因克隆 ”的策略。