1、现代生物技术概论及发展趋势现代生物技术概论及发展趋势国家认证认可监督管理委员会认证认可技术研究所主讲人：吴海文教师简介教师简介 博士、博士后，高级工程师 2009.6在中国农业科学院获农产品质量与食物安全专业博士学位；2009年12月-2013年2月在北京交通大学博士后流动站工作，主要研究方向为企业战略管理。2013年2月就任于国家认证认可监督管理委员会认证认可技术研究所至今；主持中国博士后科学基金项目1项，作为骨干参与项目8项。其中国家“十二五”科技支撑计划项目3项、质检行业公益性科研专项1项、国家质检总局科技计划项目2项、国家认监委“短平快”项目2项，获得国家质检总局科技兴检奖三等奖1项、
2、中华农业科技奖一等奖1项、中国粮油学会科学技术奖一等奖1项、中国农业科学院科学技术成果奖一等奖1项，二等奖1项。发表文章30余篇。吴海文高级工程师导读导读随着国民经济的不断发展，除关注食品的营养外，人们对于食品安全、食品的添加剂等方面也越发重视。传统的食品生产，从原材料处理到加工的整个流程中均存在诸多问题，食品安全保障较弱，无法满足当代消费者的需求。现代生物技术在食品领域的应用大大改善了传统工艺的缺点，对食品的营养和安全等方面都将会有卓越的贡献。学习目标学习目标现代生物技术的基本概念和分类、特征和技术内涵现代生物技术的应用现状及国内外研究进展现代生物技术未来的发展趋势010203目目录录04现
3、代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的特征和技术内涵现代生物技术的特征和技术内涵现代生物技术的应用现状及现代生物技术的应用现状及国内外研究进展国内外研究进展现代生物技术的发展趋势现代生物技术的发展趋势现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类01料转变为产品。生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。传统生物技术是指旧有的制酒、醋、奶酪、酸奶和有机酸的传统工艺；现代生物技术是指以现代生命科学为基础（分子生物学、细胞生物学），结合先进的工程技术手段利用生物体及其亚细胞结构和分子，研究、设计和制造新产品，或预期性地改变生物的特性乃至创造新的物种和品种，使人
4、们得到所期望的品质的技术。现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类生物技术的基本概念生物技术有时也称为生物工程，生物技术最初的含义是指利用生物将原材 基因工程 细胞工程 发酵工程 蛋白质工程 酶工程 生物医学工程等 2 主要技术范畴现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类 3 特征及技术内涵 基因工程基因工程是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因（DNA分子），按照预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新品种的过程。外源核酸分子能在不同的寄主生物中进行繁殖，
5、可以跨越天然物种屏障，实现很少量DNA样品“拷贝”出大量的无污染其他DNA序列的DNA群。特征：现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类 基因工程的相关技术：DNA体外重组技术：核心技术 克隆技术：通过细胞的无性繁殖 基因工程的应用：转基因生物：超级细菌、转基因动物的“乳腺制药厂”基因诊断与治疗 基因工程药品：如用大肠杆菌生产人工胰岛素、干扰素及疫苗等 真核基因的表达调控现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类 特征及技术内涵 细胞工程应用细胞生物学的方法，有计划的改变细胞遗传物质并使之增殖，从而生产有用的
6、产物或引向成体化的综合科学技术。细胞工程包括：细胞大量培养及控制生长、增殖并引向成体化等一系列技术、细胞融合技术、细胞拆合技术、向细胞内引入高分子物质等技术。现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类细胞培养：指将动物、植物或微生物的细胞或组织经无菌处理后置于人工培养基上，使细胞增殖，进而按需要进行培养的技术。细胞融合：指在一定的条件下2个或多个细胞融合为一个细胞的过程，又叫细胞杂交。常用的促融因子有聚乙二醇、灭活的仙台病毒等。现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类细胞重组：指在体外条件下，运用一定的实验技术从活细胞中分离出各种细胞的结构或组成部件，再把它们在不
7、同的细胞之间重新进行装配，成为具有生物活性的细胞，主要有核移植、叶绿体移植、核糖体重建和线粒体装配等技术。如多莉的产生。现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类发酵工程利用微生物的生长与代谢活动，通过现代化工程技术手段进行工业规模的生产各种有用物质的工程技术，由于它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。现代发酵技术指在传统发酵的基础上，结合了现代DNA重组、细胞工程分子修饰和改造等技术。（把微生物或细胞造就成无数微型工厂，将神话变成现实的桥梁）现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类 5 特征及技术内涵 发酵工程的内容：菌种的选育：菌种的来源包括细菌、放线菌、酵
8、母菌和霉菌发酵条件的优化与控制反应器的设计产物的分离、提取与精致 发酵类型：微生物菌体发酵微生物酶发酵微生物代谢产物发酵微生物的转化发酵生物过程细胞的发酵现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类 发酵流程现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类酶工程酶工程是利用酶的催化作用进行物质转化的技术，是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术，也就是利用离体酶或直接利用微生物细胞、动植物细胞、细胞器的特定功能，借助工程学手段为人们提供产品的一门学科。酶工程包括的内容：各类酶的开发与生产酶的分离、纯化、及鉴定技术酶的固定化技术多酶反应器的研制和应用酶结构改造修饰现代生物技术
9、的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类 6 特征及技术内涵 酶工程流程现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的基本概念和分类现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状02现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状随着生物工程的发展 21 世纪的今天，生物技术已在农业、食品、医疗、工业、环境及海洋等方面得到了广泛的应用。在这个科学知识蓬勃发展的世纪，生物技术将成为影响国计民生的科学支柱和高新技术产业的先导，从而为人类作出巨大的贡献。近年来，生物技术在农业发展领域中取得了重大的突破，结合基因组学和转基因技术的发展我国获得了一些优质、丰产、抗病、抗虫的新品种，其中转基因的棉花、玉米、水稻
10、、大豆、油菜在国内的优势比较明显。如杂交水稻的开发，抗虫棉的研究，优良小麦的育种等都体现出了现代生物技术在农业生产上所取得的良好成绩。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状农林业农林业 1 农业生物技术 植物生物技术 植物育种：将组织培养、细胞融合、基因工程等生物技术用于植物远缘杂交育种，培育优质品种。改进农产品的品质，提高作物采后贮藏能力，改变花卉色泽和形状 植物的抗逆性研究：抗除草剂作物抗昆虫作物抗真菌作物抗病毒作物现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状农林业农林业生物农药及生物控制生物控制是指运用微生物等去控制害虫和疾病，类似以昆虫的天敌达到控制昆虫的目的。生物控制最成功的例
11、子是苏云金芽孢杆菌的运用，它能产生毒蛋白特异性的杀死鳞翅目昆虫。生物农药是指对病菌和害虫有抑制作用，而对植物有促进生长作用的微生物。人造种子利用组织培养将植物组织培养成有生根发芽的胚状体，然后再用一种聚合物包裹作为人造种皮，制成像小鱼肝油一样的人造种子。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状农林业农林业 动物生物技术 转基因动物：将外源基因导入动物的基因组并获得表达，由此产生的动物称为转基因动物。转基因技术利用基因重组，打破动物的种间隔离，实现了动物种间遗传物质的交换，为动物性状的改良或新性状的获得提供了新方法。例如转基因猪、牛、羊、鸡和鱼。动物胚胎工程：是指对哺乳动物的排卵、受精、胚胎
12、早期发育等繁殖过程进行人工操作的现代生物技术。提高良种繁殖率、改善生物性状。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状农林业农林业在医药领域，现代生物技术在预防、诊断和治疗影响人类健康的疾病方面都发挥了重要的作用，并且由此形成高速成长的生物医药产业，这也是目前为止生物技术最大的应用领域。生物药品是以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织为起始原料，采用生物学工艺或分离纯化技术制备，并以生物学技术，分析控制中间产物和成品质量制成的生物活化剂，包括菌苗、疫苗、毒素、类毒素、血清、免疫制剂、抗原、单克隆抗体及基因工程产品（DNA重组产品、体外诊断试剂）等。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状医
13、疗医疗 2 医疗生物技术 医疗生物技术 人类基因组计划：其全称是“人类基因组作图和测序计划”，此计划是以美国为主，通过国际合作，在15年内由美国政府投资30亿美元，完成人体基因组23对染色体上约10万个基因的作图，和DNA全长的测序，并进一步研究生物和医学上有重要意义的基因的结构和功能。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状医疗医疗 生物技术与疫苗 生物技术疫苗：病毒疫苗，细菌疫苗，寄生虫疫苗 生物技术制药：利用发酵工程制药基因工程药物细胞工程制药基因治疗疾病 生物技术与疾病诊断现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状医疗医疗环境，由于人类活动自身造成的各种污染（包括工业废水、废气和
14、废渣等）对环境生态的破坏，已成为威胁人类健康、制约经济发展的严重问题。治理环境污染，改善人类生活环境质量已成为人类共同努力的长期任务。而生物技术在环境治理上发挥着不可替代的作用。3 环境生物技术环境生物技术是 21 世纪国际生物技术的一大热点领域，人类赖以生存的现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状环境生物技术环境生物技术生物技术处理废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物大都可以被生物重新利用，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，同时也对废弃物进行资源化利用。如对污水中的有毒物质的处理常利用微生物自身的生命活动解除污水的毒害作用从而使污水得以净化。现代生物技术的
15、应用现状现代生物技术的应用现状环境生物技术环境生物技术 生物技术与环保 大气污染物的治理：微细菌藻类生物具有清除空气中的NO、二氧化碳的能力，通过光合作用减少二者含量。黑曲霉可有效清除空气的重金属污染，可吸附捕获这些金属离子，某些植物也有吸附金属的能力。污水处理：稳定池塘，人工湿地系统等现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状环境生物技术环境生物技术 石油污染物的微生物治理 微生物采矿，固体垃圾的治理现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状环境生物技术环境生物技术随着海洋生物学的发展和海洋生物资源开发规模的扩大，海洋生物技术的研究得到了迅速的发展。其中包括探索、开发和利用有价值的海洋生
16、物，优良养殖品种的培育和病虫害防治，海洋生物天然产物的利用，海洋特殊功能的利用，海洋生态系统的利用，海洋生物利用系统和辅助系统。海水养殖、海洋生物、天然生物开发和海洋环境保护的生物技术是三大研究热点。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状海洋生物技术海洋生物技术 4 海洋生物技术在水产养殖方面，如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等都取得了较好成效。在海洋天然产物开发方面，利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等，已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂
17、等新一代生物制品和化学品的产业化开发。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状海洋生物技术海洋生物技术 生物技术与海洋 改良海洋生物品种 开发海洋生物能源 开发海洋生物药物 开发海洋生物酶制剂 开发海洋生物新材料 海洋污染及其生物防治现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状海洋生物技术海洋生物技术改良食品原料的质量品质现代生物技术可以通过基因改良、DNA 重组等手段对粮食作物、水果、蔬菜等进行改良，从而改变其果实的基本性状，如颜色、形状、大小等外表，以及对营养成分、产量进行调整，最后达到满足消费者基本要求和食品加工所需最优条件。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状食品食品 5
18、生物技术与食品科学家通过修改合成乙烯酶 ACC,减少水果内源乙烯含量，最后成功的延长了水果保鲜时间，防止了水果过早软化所带来的口感差和营养降低的缺点。此外，通过生物技术获得转基因水果具有生物免疫功能，即转基因生物疫苗，这种植物基因被导入到诸如香蕉、水蜜桃、苹果等水果里，通过食用此类水果即可获取相应疫苗。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状食品食品改良加工食品过程的发酵菌类食品加工过程中的发酵菌类的品质直接关系到食品成品的营养价值和食品安全。以分子遗传学为基础，DNA重组技术为核心的现代生物技术，在工程育种中更是起着重要作用。例如，啤酒酿造中科学家通过基因重组手段将编码木聚糖酶和葡聚糖酶
19、的基因转入酵母体内，使得酵母具有降解阿拉伯木聚糖和葡聚糖的能力；乳酸菌是益生菌的主要工程受体菌，对乳酸菌基因的重组，进行有目的性的改良，有选择性的提高有益于人体吸收的营养成分的表达酶，从而在乳酸发酵过程中获取营养丰富的乳酸类食品。现代生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状食品食品结合其他技术对食品安全的检测传统食品安全检测只是通过宏观手段进行，检测结果粗略，无法达到食品安全的要求。现代生物技术结合先进的其他交叉学科，在很大程度上满足了食品安全的要求。例如，在食品安全检测中利用生物芯片和生物传感器等技术，不但可以从微观层面上对食品安全进行检测，还可以在生产过程中对食品的品质等进行全程监控。现代
20、生物技术的应用现状现代生物技术的应用现状食品食品现代生物技术的国内外研究进展现代生物技术的国内外研究进展03现代生物技术国内外研究进展现代生物技术国内外研究进展 基本特点：现代生物技术产品销售额增长迅速新医药是现代生物技术的主体产品农业领域将掀起生物技术产业发展的第二个浪潮 发展战略：实施“立足创新、集成创新、需求导向、重点突破”的发展战略 1 国外生物技术产业发展概况现代生物技术的发展趋势现代生物技术的发展趋势04在经历了第一次生物技术浪潮后，迎来了第二次浪潮，重点发展以下领域：农业生物技术、环境生物技术、海洋生物技术、生物制造和生物处理工艺及能源研究。基因组学技术生物信息学基因克隆、重组基
21、因表达技术、动物体细胞克隆技术生物芯片技术现代生物技术的发展趋势现代生物技术的发展趋势 现代生物技术研究热点生物芯片技术生物芯片技术的概念源于计算机芯片，是指包被在固相载体如硅片、玻璃、塑料和尼龙膜上的DNA微阵列、寡糖核苷酸微阵列和蛋白质微阵列。现代生物技术的发展趋势现代生物技术的发展趋势 发展趋势 新技术交织应用，育种跨越生物“界”的鸿沟。基因工程药物、疫苗研究与开发突飞猛进。转基因植物与动物取得重大突破。阐明生物体基因组及其编码蛋白质的结构与功能发展迅速，如人、斑马鱼等全基因组测序已经完成。基因治疗取得重大进展，可能革新整个疾病的预防和治疗领域。分子生物学、结构生物学、计算机等学科结合紧
22、密，生物信息学发展迅速。现代生物技术的发展趋势现代生物技术的发展趋势现代生物科学的新进展，许多是在采用先进的技术和手段的条件下取得的，这些新技术有：DNA 重组技术，DNA合成技术，快速DNA序列测定技术，蛋白质人工合成技术，蛋白质序列测定技术，核酸分子杂交技术，限制性内切酶片段长度多样性技术，反义RNA技术，聚合酶链反应扩增技术，单克隆抗体技术，脉冲电泳技术，磁力共振技术，扫描隧道和原子力显微技术，同步辐射技术，电子计算机技术，等等。可见，研究技术和手段的革新是当代生物科学的另一个显著特点和发展趋势。现代生物技术的发展趋势现代生物技术的发展趋势近年来，生物技术正逐渐成为科技革命的主体和代表。随着生命科学和生物技术的不断发展，基因组学、蛋白质组学、生物芯片、生物信息等重大技术相继出现，这大大的扩展了生物技术的涵盖范围。其应用范围也将随着时代的发展遍及世界的各个领域，从而成为解决人类社会各种问题的最有潜力的技术手段。现代生物技术的发展趋势现代生物技术的发展趋势感谢聆听感谢聆听好医生医学教育中心
