第一節生物工程也稱生物工藝學，一般稱為生物技術。以生命科學為基礎，利用生物體系和工程學原理生產生物制品和創造新物種的一門綜合技術。換言之，就是利用生物有機體（從微生物直至高等動物）或其組成部分（器官組織細胞）發展新工藝或制造新產品的一種科學技術。本文檔共54頁；當前第1頁；編輯于星期二\5點24分1.生物工程的發展歷程第一代生物工程4000年前釀酒1674顯微鏡列文虎克發現微生物清康熙十九年本文檔共54頁；當前第2頁；編輯于星期二\5點24分8本文檔共54頁；當前第3頁；編輯于星期二\5點24分9本文檔共54頁；當前第4頁；編輯于星期二\5點24分古代的中國是怎么釀酒蒸煮糧食，是中國人釀酒的第一道程序，糧食拌入酒曲，經過蒸煮后，更有利于發酵，在傳統工藝中，半熟的糧食出鍋后，要鋪撒在地面上，這是釀酒的第二道程序，也就是攪拌、配料、堆積和前期發酵的過程。晾曬糧食的地面有一個專門的名字，叫晾堂。酒窖，內壁和底部都用純凈的黃泥土涂抹，窖泥厚度8厘米到25厘米不等。酒窖里進行的是釀酒的第三道程序，對原料進行后期發酵。經過窖池發酵老熟的酒母，酒精濃度還很低，需要經進一步的蒸餾和冷凝，才能得到較高酒精濃度的白酒，傳統工藝采用俗稱天鍋的蒸餾器來完成。在基座上架著巨大的天鍋，天鍋分上下兩層，下面的鍋里裝酒母，上面的鍋里裝冷水，基座上柴火旺盛，蒸煮酒母，含有酒精的氣體被上面的冷水冷卻，凝成液體，從管道流出，這就是蒸餾酒。

本文檔共54頁；當前第5頁；編輯于星期二\5點24分1857巴斯德清朝咸豐年間(1850～1861)證實酒精發酵是由活酵母引起的，其他發酵產物也是由不同微生物的作用而形成。19世紀末到20世紀30年代,工業發酵過程陸續出現，如，乳酸,酒精,丙酮,檸檬酸,淀粉酶等的生產。上述產品大多數是嫌氣發酵過程的產物，產物的化學結構比較簡單，屬于初級代謝產物，同時生產過程也比較簡單，對設備的要求不高，規模不大。本文檔共54頁；當前第6頁；編輯于星期二\5點24分第二代生物工程(近代生物工程)1928發現青霉素，1943年,工業化20世紀40年代第二次世界大戰時期，軍隊需要一種有效而副作用小的抗細菌感染的藥物治療因創傷引起的感染及繼發性疾病。1928弗萊明發現青霉素。1940年證明具有卓越療效和低毒。但是大規模制備困難。本文檔共54頁；當前第7頁；編輯于星期二\5點24分1941年，美國和英國合作對青霉素的大規模生產技術進行研究和開發，1943年開發出一條青霉素沉浸培養工藝。不久，鏈霉素，金霉素，新霉素等相續問世，抗生素工業的興起標志著工業微生物的生產進入了一個新的階段。本文檔共54頁；當前第8頁；編輯于星期二\5點24分抗生素生產的經驗促進其他發酵產品的發展，最突出的是20世紀50年代氨基酸發酵工業和60年代的酶制劑工業，與第一代生物工程產品相比，這一時期的特點是：產品類型多,包括初級代謝產物，次級代謝產物，以及生物轉化，酶反應等產品。技術要求高,生產過程需在無菌條件下進行，大多數為好氣發酵發酵規模大本文檔共54頁；當前第9頁；編輯于星期二\5點24分第三代生物工程(現代生物工程)1953年,美國的沃森和克里克發現了DNA雙螺旋結構，為DNA重組奠定了基礎，1974年美國的波依耳和科恩首次在實驗室中實現了基因轉移，從而使人們有可能在實驗室中組建按照人們意志設計新的生命體。

本文檔共54頁；當前第10頁；編輯于星期二\5點24分20世紀70年代后，隨著基因重組，細胞和組織培養，酶的固定化，動物植物細胞的大規模培養，現代化生物反應器和計算機的應用，以及產品分離，純化等技術的發展，生物工程進入了一個新的發展階段------現代生物工程階段。本文檔共54頁；當前第11頁；編輯于星期二\5點24分這期間的現代生物技術以及產品的特點是運用了DNA重組技術，產品有：干擾素，胰島素，生長激素及其相關因子，淋巴細胞活素，血纖維蛋白溶解劑，疫苗，胸腺素，白蛋白，血因子，促紅細胞生長素，促血小板生長素，降血鈣素，絨帽促性腺激素，抗血友病因子，乙型肝炎疫苗，以及氨基酸，食品加工酶，單細胞蛋白，生物殺蟲劑，生物殺菌劑，生物完全降解塑料等等。本文檔共54頁；當前第12頁；編輯于星期二\5點24分16本文檔共54頁；當前第13頁；編輯于星期二\5點24分其中最具代表性生物技術產品為轉基因生物和克隆動物。目前，美國40％以上的農田種植了經過基因改良的作物。我國批準生產的轉基因作物為棉花和番木瓜。1996年7月英國成功采用成體體細胞克隆出綿羊多莉更是一項里程碑的現代生物工程成果。本文檔共54頁；當前第14頁；編輯于星期二\5點24分18本文檔共54頁；當前第15頁；編輯于星期二\5點24分現代生物工程的特點和組成生物工程與生物學,化學等基礎理論科學的區別顯而易見,后者主要為前者提供某種生物產品的制造的理論支撐。生物工程操作的對象是有生命的物質,這是與化學工程等其他工程類學科最明顯的不同。本文檔共54頁；當前第16頁；編輯于星期二\5點24分20本文檔共54頁；當前第17頁；編輯于星期二\5點24分2.生物技術的組成發酵工程酶工程蛋白質工程基因工程生化工程細胞工程本文檔共54頁；當前第18頁；編輯于星期二\5點24分現代發酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重組技術改造的微生物在全自動發酵罐或生物反應器中生產某種商品的技術。現代發酵工程是生物代謝、微生物生長動力學、大型發酵罐或生物反應器研制、化工原理等密切結合和應用的結果。a.發酵工程本文檔共54頁；當前第19頁；編輯于星期二\5點24分本文檔共54頁；當前第20頁；編輯于星期二\5點24分24本文檔共54頁；當前第21頁；編輯于星期二\5點24分b.酶工程酶可特定地促成某個化學反應而他們本身卻不參與反應，具有反應效率高，反應條件溫和，反應產物污染小，能耗低，反應容易控制等特點。酶工程就是利用酶的催化作用，采用適當的生物反應器工業化地生產人類所需的產品或是達到某一特殊目的的一門生物工程技術。酶工程開發生產的酶主要6大類，氧化還原酶，轉移酶，水解酶，裂解酶，連接酶，異構酶。本文檔共54頁；當前第22頁；編輯于星期二\5點24分蔗糖轉葡糖基酶本文檔共54頁；當前第23頁；編輯于星期二\5點24分27酶工程的研究和應用范圍包括：天然酶的分離純化以及鑒定和生產酶的固定化酶生物反應器的研制和應用本文檔共54頁；當前第24頁；編輯于星期二\5點24分基因工程水平上的蛋白質改造：通過基因融合或基因定位誘變等手段改變蛋白質的結構和功能；將DNA合成技術用于蛋白質功能片斷多肽基因的合成，可創造結構和功能全新的蛋白質。蛋白質修飾：對蛋白質分子進行化學修飾，提高蛋白質的穩定性或催化能力，或更適合酶固定化而用于實踐。還可延長蛋白質藥物的生物半衰期，改變其免疫原性，提高對蛋白酶的抗性。c.蛋白質工程本文檔共54頁；當前第25頁；編輯于星期二\5點24分本文檔共54頁；當前第26頁；編輯于星期二\5點24分“后基因組時代”將是“蛋白質組學時代”，即從對基因信息的研究轉向對蛋白質信息的研究，包括研究蛋白質結構、功能與應用及蛋白質相互關系和作用。蛋白質工程就是在對蛋白質的化學、晶體學、動力學等結構與功能認識的基礎上，對蛋白質人工改造與合成，最終獲得商業化的產品。本文檔共54頁；當前第27頁；編輯于星期二\5點24分基因工程是根據分子生物學和遺傳學原理，設計并實施一項把一個生物體中有用的目的DNA(遺傳信息)轉入另一個生物體中，使后者獲得新的需要的遺傳性狀或表達所需要的產物，最終實現該技術的商業價值。d.基因工程本文檔共54頁；當前第28頁；編輯于星期二\5點24分基因工程與建筑工程本文檔共54頁；當前第29頁；編輯于星期二\5點24分e.生化工程生物化學工程是由生物科學與化學工程相結合的交叉學科，主要研究將生物技術的實驗室研究成果轉化為生產力過程帶有共性的工程技術問題，是生物技術的一個重要組成部分。早期的生物化學工程曾經為發酵和酶反應過程的產品迅速發展做出杰出貢獻。20世紀80年代后，生物化學工程則主要轉向為基因工程，細胞工程等現代生物技術產品的產業化服務。本文檔共54頁；當前第30頁；編輯于星期二\5點24分本文檔共54頁；當前第31頁；編輯于星期二\5點24分今后生物化學工程重點研究方向大致包括以下4個方面：1、新型生物反應器系統以及相關培養和放大技術,工藝的研究與開發;2、新型分離方法和設備的研究開發;3、描述生物反應過程的數學模型的建立;4、生產過程在線檢測和控制手段的完善.本文檔共54頁；當前第32頁；編輯于星期二\5點24分37本文檔共54頁；當前第33頁；編輯于星期二\5點24分38第二節細胞工程本文檔共54頁；當前第34頁；編輯于星期二\5點24分多核細胞發現植物學：1902年德國植物學家發現植物細胞全能性。1934年生長素發現1937年離體培養胡蘿卜組織，并使細胞增殖1960年原生質體制備1972年體細胞雜種植株動物學1907年培養蛙胚神經組織1965年動物細胞融合誘導1.細胞工程的發展歷史本文檔共54頁；當前第35頁；編輯于星期二\5點24分細胞工程發展到今天，人們借助于細胞工程技術可以把生命像積木那樣組裝起來，進行細胞水平上的生命組合。一只老鼠有3個父親、4個母親，而且還都是絕對有“血緣”關系的。這些聽起來有些令人難以置信，但科學家已經將它變成了現實。這是細胞工程在動物身上取得的一次成功試驗。1977年英國采用胚胎工程技術培育出世界首例試管嬰兒；1997年英國利用成年動物體細胞克隆出綿羊多莉。2001年培育出轉基因克隆豬。本文檔共54頁；當前第36頁；編輯于星期二\5點24分412主要研究內容對象：微生物，植物，動物技術：融合，拆合，染色體導入，胚胎和細胞核移植水平：細胞，組織，細胞器，基因

本文檔共54頁；當前第37頁；編輯于星期二\5點24分動植物細胞與組織培養細胞融合染色體工程胚胎工程細胞遺傳工程隨著細胞生物學，分子生物學，遺傳學等學科發展核研究的日益深入，細胞工程近年來得到快速的發展，以及成為現代生物工程的一個重要代表性領域，具體而言，細胞工程的一些研究領域包括：本文檔共54頁；當前第38頁；編輯于星期二\5點24分a.動植物細胞與組織培養該技術最顯著的價值在于優良植物的快速繁育與代謝產物的大量制備方面。動植物細胞與組織培養可分為三個層次上的培養：細胞培養，組織培養和器官培養。以工業生產為目的細胞培養不受氣候季節限制，可以大量培養細胞獲得藥物和其他有用物質，無論在生物學基礎研究，還是生產實踐中都發揮著越來越大的作用。本文檔共54頁；當前第39頁；編輯于星期二\5點24分45b.細胞融合采用自然或人工的方法使兩個或幾個不同細胞（或原生質體）融合為一個細胞，用于產生新的物種或品系及產生單克隆抗體。本文檔共54頁；當前第40頁；編輯于星期二\5點24分46c.染色體工程本文檔共54頁；當前第41頁；編輯于星期二\5點24分47本文檔共54頁；當前第42頁；編輯于星期二\5點24分染色體工程是按照人們的需要來添加，削減或替換生物的染色體的一種技術。染色體工程技術最大的價值體現在新品種的選育，主要是單倍體和多倍體育種方法，四倍體小麥，八倍體小黑麥等。本文檔共54頁；當前第43頁；編輯于星期二\5點24分49本文檔共54頁；當前第44頁；編輯于星期二\5點24分51d.胚胎工程

本文檔共54頁；當前第45頁；編輯于星期二\5點24分這項技術主要對哺乳動物的胚胎進行某種人為的工程技術操作獲得人們所需要的成體動物。胚胎工程采用的新技術包括胚胎分割技術，胚胎融合技術，卵核移植技術，體外受精技術，胚胎培養，胚胎移植，以及性別鑒定技術，胚胎冷凍技術等。胚胎工程的最成功的應用領域體現在畜牧業，主要是胚胎移植技術進行優良品種的快速繁殖和胚胎保存。對于人類，試管嬰兒培育技術也為人類做出了貢獻。本文檔共54頁；當前第46頁；編輯于星期二\5點24分e.細胞遺傳工程主要包括克隆和轉基因技術，前者主要是指無性繁殖，如動物克隆是指由一個動物經無性繁殖而產生的遺傳性狀完全相同的后代個體。后者是指將外源基因整合到生物體內，得到穩定表達，并使該基因能穩定地遺傳給后代的實驗技術，是改變物質遺傳性狀的有效途徑。本文檔共54頁；當前第47頁；編輯于星期二\5點24分3.細胞工程重要應用當今，細胞工程已經稱為生物學家手中經常應用的技術之一。并已經成為生物工程的重要組成部分和主導領域之一，涉及面及其廣泛，在許多領域都有非常重要的應用價值，并且已經取得了驚人成就。如多倍體與單倍體育種，體細胞雜交和染色體工程等。此外細胞器移植，體外受精，胚胎培養等為植物和家畜的品種改良提供了新的途徑。本文檔共54頁；當前第48頁；編輯于星期二\5點24分a.優質植物快速培育與繁殖基于植物細胞的全能性，在適當的生長條件下，能快速、大量繁殖一些有價值的苗木，花卉和藥材和瀕危的植物。本文檔共54頁；當前第49頁