《生命科学概论》教案（第14～15次课4学时）一、授课题目第8章生物技术与人类发展二、教学目的和要求掌握生物技术的概念及其应用了解基因工程育种的原理掌握细胞克隆技术的程序三、教学重点和难点重点生物技术的概念及其应用难点细胞克隆技术的程序四、教学过程1、教学内容：生物技术是指运用基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程以及分子育种等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。2.教学方法：课堂讲授3.辅导手段：查阅文献资料、图片和网络4.学时分配：4学时1
1 《生命科学概论》教案 （第 14～15 次课 4 学时） 一、授课题目 第 8 章 生物技术与人类发展 二、教学目的和要求 掌握生物技术的概念及其应用 了解基因工程育种的原理 掌握细胞克隆技术的程序 三、教学重点和难点 重点生物技术的概念及其应用 难点细胞克隆技术的程序 四、教学过程 1. 教学内容： 生物技术是指运用基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工 程以及分子育种等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物 及微生物新品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。 2. 教学方法：课堂讲授 3. 辅导手段：查阅文献资料、图片和网络 4. 学时分配：4 学时
5.板书：第8章生物技术与人类发展第一节对人类社会发展的影响三、生物技术与食品安全性检测一、生物技术与农业生产第三节生物技术与环境保护二、抗性基因工程育种一、环境污染监控技术三、花卉基因工程二、环境污染治理第二节在食品领域的应用第四节与疾病诊断及治疗一、在食品加工过程的应用第五节生物技术与生物制药二、农副产品深加工和综合利用第六节细胞克隆技术五、作业1.说明生物技术在社会生活中的应用。2.说明细胞核移植技术的操作程序。六、主要参考资料1.吴庆余编著，基础生命科学，第二版，高等教育出版社，2006年2.陈阅增主编，普通生物学，第二版，高等教育出版社，2005年3.查阅网络资料七、课后记2
2 5. 板书： 第 8 章 生物技术与人类发展 第一节 对人类社会发展的影响 三、生物技术与食品安全性检测 一、生物技术与农业生产 第三节 生物技术与环境保护 二、抗性基因工程育种 一、环境污染监控技术 三、花卉基因工程 二、环境污染治理 第二节 在食品领域的应用 第四节 与疾病诊断及治疗 一、在食品加工过程的应用 第五节 生物技术与生物制药 二、农副产品深加工和综合利用 第六节 细胞克隆技术 五、作业 1. 说明生物技术在社会生活中的应用。 2. 说明细胞核移植技术的操作程序。 六、主要参考资料 1. 吴庆余编著，基础生命科学，第二版，高等教育出版社，2006 年 2. 陈阅增主编，普通生物学，第二版，高等教育出版社，2005 年 3. 查阅网络资料 七、课后记
第8章生物技术与人类发展第一节生物技术对人类社会发展的影响一、生物技术与农业生产农业生物技术是指运用基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程以及分子育种等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。1.农业科技革命·20世纪初开始的农业科技革命-达尔文、孟德尔（19世纪下半叶）：育种技术（30%）-李比希、缪勒（20世纪30年代）：化肥和农药（50%）水利、灌溉（20%）以育种技术和农业化学技术为主导的第一次农业科技革命，建立了现代农业。.20世纪下半叶，2个重大的科学事件，拉开了新的农业科技革命的序幕-DNA双螺旋的发现、DNA重组成功：分子生物学、生物技术一计算机、信息技术：覆盖面广、渗透性极强·其它现代技术-航空航天、自动控制、新型材料、先进制造等3
3 第 8 章 生物技术与人类发展 第一节 生物技术对人类社会发展的影响 一、生物技术与农业生产 农业生物技术是指运用基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程以及分子 育种等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新 品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。 1.农业科技革命 ▪ 20 世纪初开始的农业科技革命 – 达尔文、孟德尔（19 世纪下半叶）：育种技术（30％） – 李比希、缪勒（20 世纪 30 年代）：化肥和农药（50％）水利、 灌溉（20％） 以育种技术和农业化学技术为主导的第一次农业科技革命，建立了现代农 业。 ▪ 20 世纪下半叶，2 个重大的科学事件，拉开了新的农业科技革 命的序幕 – DNA 双螺旋的发现、DNA 重组成功：分子生物学、生物技术 – 计算机、信息技术：覆盖面广、渗透性极强 ▪ 其它现代技术 – 航空航天、自动控制、新型材料、先进制造等
2.生物技术引发的生物育种细胞和胚胎工程育种、分子标记技术、转基因技术等已趋成熟，在动植物育种中得到应用一、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-动物品质改良、提高动物快速生长能力或抗病能力：功能性食品：可饲性疫苗、富含VE的不饱和油料等。3.转基因植物用携带外源基因的农杆菌Ti质粒转化植物材料，使外源DNA与植物染色体DNA整合，通过进一步组织培养，转化的植物材料分化成愈伤组织，最后发育成具有新性状的完整植株一一转基因植物。土境杆菌抗原基因按入缴体员粒提出编码抗原蛋白转入土墙杆苗的监因病原体希有病原基因的质粒特装批指维息整合刻纫扇染色体中生脱新拍练K我原基典植物组胞植物细胞K4、生物技术与粮食转基因水稻
4 2.生物技术引发的生物育种 细胞和胚胎工程育种、分子标记技术、转基因技术等已趋成熟，在动植物 育种中得到应用 – 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 – 动物品质改良、提高动物快速生长能力或抗病能力； – 功能性食品：可饲性疫苗、富含 VE 的不饱和油料等。 3.转基因植物 用携带外源基因的农杆菌 Ti 质粒转化植物材料，使外源 DNA 与植物染色 体 DNA 整合，通过进一步组织培养，转化的植物材料分化成愈伤组织，最后 发育成具有新性状的完整植株——转基因植物。 4、生物技术与粮食 转基因水稻
-“金大米”：转入胡萝卜素合成相关基因提高大米中维生素A前体的含量，以减少亚洲人普遍存在的维生素A缺之症一解决铁吸收的问题，往“金大来”中再转入三种基因：。一种是来自真菌的酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉；·一种是来自菜豆的铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；·还有一种是来自印度香米的基因，它生产的蛋白质有助于人的肠道吸收铁-低过敏性转基因水稻一低蛋白转基因水稻超级杂交稻2005年5月13日，位于三亚市田独镇新村田洋的中国超级杂交稻第一块“百亩片试种示范田”正式通过了海南省级验收。经由全国多位农业专家共同检测，这批超级杂交稻的亩产高达833.23公斤。功能稻米基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大米，售价最高的一种达18元钱1斤。5、生物技术与农药·绿色农药包括微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、农畜抗菌素、植物源农药等一植物源生物水剂农药（松脂酸钠和茶皂素的复合制剂、苦油）一生物农药菌种资源（苏云金杆菌）·特点一环保，良好的环境相容性5
5 – “金大米” ：转入胡萝卜素合成相关基因提高大米中维生素 A 前体的 含量，以减少亚洲人普遍存在的维生素 A 缺乏症 – 解决铁吸收的问题，往“金大米”中再转入三种基因： • 一种是来自真菌的酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉； • 一种是来自菜豆的铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁； • 还有一种是来自印度香米的基因，它生产的蛋白质有助于人的肠道吸 收铁 – 低过敏性转基因水稻 – 低蛋白转基因水稻 超级杂交稻 2005 年 5 月 13 日，位于三亚市田独镇新村田洋的中国超级杂交稻第一块 “百亩片试种示范田”正式通过了海南省级验收。经由全国多位农业专家共同检 测，这批超级杂交稻的亩产高达 833.23 公斤。 功能稻米 基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大米，售价最高的一 种达 18 元钱 1 斤。 5、生物技术与农药 ▪ 绿色农药包括微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、农畜抗菌素、植 物源农药等 – 植物源生物水剂农药（松脂酸钠和茶皂素的复合制剂、苦楝油） – 生物农药菌种资源（苏云金杆菌） ▪ 特点 – 环保，良好的环境相容性
一先天弱势：药效慢、击倒慢、适应力差综合防治二、抗性基因工程育种·基因工程为培育抗病虫的作物提供了新的手段一目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、马铃薯、棉花、玉米等·在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供新思路一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、抗逆的新品种。我国已克隆了耐盐碱相关基因，通过遗传转化已获得了耐盐烟草、水稻、西红柿、草莓等。转基因抗虫棉我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，约占世界产棉总量的25%以上。11109盐师48自90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或爆发，给我国棉花生产带来了巨大的威胁，棉农谈虫色变，面积、单产、总产一直处于6
6 – 先天弱势：药效慢、击倒慢、适应力差 ▪ 综合防治 二、抗性基因工程育种 ▪ 基因工程为培育抗病虫的作物提供了新的手段 – 目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、马铃薯、 棉花、玉米等 ▪ 在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供新思路 – 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、 抗逆的新品种。 – 我国已克隆了耐盐碱相关基因，通过遗传转化已获得了耐盐烟草、 水稻、西红柿、草莓等。 转基因抗虫棉 我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，约占世界产棉总量的 25%以上。 自 90 年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或爆发，给 我国棉花生产带来了巨大的威胁，棉农谈虫色变，面积、单产、总产一直处于
低谷的排何阶段。1990年，美国利用生物技术，合成苏云金芽孢杆菌（B.t）杀虫基因，导入棉花获得抗虫转基因棉花。我国现已有18个国产抗虫棉品种通过了审定，目前种植的转基因品种中约有一半是国产品种。在全国各棉区正在大面积推广。抗植物虫害的基因有多种，日前经常使用的主要有三种：■Bt基因-从植物中分离出的昆虫的蛋白酶抑制剂，其中应用最广泛的是豇豆胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI■植物凝集素基因(lectingene)三、花卉基因工程圆个缤纷的梦一一花色工程花色素主要由类黄酮、类胡萝下素、生物碱三类物质决定影响花色的因子还有共色作用、液泡的酸碱值及细胞的形状等。基因工程改变花色的途径通过引入外源基因来补充某些品种缺之合成某些颜色的能力利用反义RNA和共抑制技术抑制基因的活性，造成无色底物的积累，使花的颜色变浅或变成无色。四、在畜牧业中的应用运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动物。中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人的生长激素基因(hGH)构建了转基因鱼，制作的主要目的是提高生长速度、增加抗逆性以及为发育生物学和7
7 低谷的徘徊阶段。 1990 年，美国利用生物技术，合成苏云金芽孢杆菌 （B.t）杀虫基因，导 入棉花获得抗虫转基因棉花。 我国现已有 18 个国产抗虫棉品种通过了审定，目前种植的转基因品种中 约有一半是国产品种。在全国各棉区正在大面积推广。 抗植物虫害的基因有多种，日前经常使用的主要有三种： ◼ Bt 基因 ◼ 从植物中分离出的昆虫的蛋白酶抑制剂，其中应用最广泛的是 豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI) ◼ 植物凝集素基因(lectin gene) 三、花卉基因工程 圆个缤纷的梦－－花色工程 花色素主要由类黄酮、类胡萝卜素、生物碱三类物质决定。 影响花色的因子还有共色作用、液泡的酸碱值及细胞的形状等。 基因工程改变花色的途径 通过引入外源基因来补充某些品种缺乏合成某些颜色的能力 利用反义 RNA 和共抑制技术抑制基因的活性，造成无色底物的积累，使 花的颜色变浅或变成无色。 四、 在畜牧业中的应用 运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的畜、禽新品种， 还可以培养出具有特殊用途的动物。 中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人的生长激素基因(hGH)构建了 转基因鱼，制作的主要目的是提高生长速度、增加抗逆性以及为发育生物学和
插入突变提供研究的材料。使用鱼类自身的基因元件构建转基因鱼，可以解决基因表达强度问题和推广转基因鱼的环境和伦理道德问题，自1984年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、鲫鱼等的转基因研究。第二节生物技术在食品领域的应用■主要应用在食品生物资源的改造、提高食品品质和改善食品风味、油脂生产以及食品卫生检测等。-不是仅仅解决粮食问题，更重要的是，满足人们对食物感官舒适、营养丰富、功能全面的完美要求一、在食品加工过程的应用■工程菌改良食品微生物的生产性能■改变合成途径，改善风味-氨基酸生产-生产食品酶制剂，提高活性、稳定性（淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等，添加酶类进行食品组分的改性）-食品保鲜：乳酸菌肽防腐二、农副产品深加工和综合利用■玉米等深加工作为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精以及工业用材料提供优质充足的原料-肉、奶、水产品加工图植物纤维素资源00
8 插入突变提供研究的材料。 使用鱼类自身的基因元件构建转基因鱼，可以解决基因表达强度问题和推 广转基因鱼的环境和伦理道德问题，自 1984 年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、 鲫鱼等的转基因研究。 第二节 生物技术在食品领域的应用 ◼ 主要应用在食品生物资源的改造、提高食品品质和改善食品风 味、油脂生产以及食品卫生检测等。 ◼ 不是仅仅解决粮食问题，更重要的是，满足人们对食物感官舒 适、营养丰富、功能全面的完美要求 一、在食品加工过程的应用 ◼ 工程菌改良食品微生物的生产性能 ◼ 改变合成途径，改善风味 ◼ 氨基酸生产 ◼ 生产食品酶制剂，提高活性、稳定性（淀粉酶、纤维素酶、蛋 白酶等，添加酶类进行食品组分的改性） ◼ 食品保鲜：乳酸菌肽防腐 二、农副产品深加工和综合利用 ◼ 玉米等深加工 作为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精以及工业用材料 提供优质充足的原料 ◼ 肉、奶、水产品加工 ◼ 植物纤维素资源
三、生物技术与食品安全性检测在食品检测中的应用一食源性病原菌快速检测转基因食品检测我国农业转基因生物安全管理-2004年10月，我国制定《农业转基因生物安全管理条例》一一般应经过中间试验、环境释放和生产性试验四、生物技术在能源开发上的应用■能源分不可再生能源：煤、天然气和石油（包括核能）等化石原料可再生能源：太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能生物能源是从太阳能转化而来的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藏库。我国拥有丰富的生物质资源每年7亿多吨作物桔秆、2亿多万吨林地废弃物、25亿多吨畜禽粪便及大量有机废弃物。1、沼气.沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生的混合气体，主要成分是可燃的甲烷。生产沼气的设备简单，方法简易，适合在农村推广使用。.-目前，沼气的规模化生产需要解决的是设备及提高甲烷含量等技术问题。2、氢气9
9 三、生物技术与食品安全性检测 ▪ 在食品检测中的应用 – 食源性病原菌快速检测 – 转基因食品检测 ▪ 我国农业转基因生物安全管理 – 2004 年 10 月，我国制定《农业转基因生物安全管理条例》 – 一般应经过中间试验、环境释放和生产性试验 四、生物技术在能源开发上的应用 ▪ 能源分 – 不可再生能源：煤、天然气和石油（包括核能）等化石原料 – 可再生能源：太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能 ▪ 生物能源是从太阳能转化而来的 – 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藏库。 ▪ 我国拥有丰富的生物质资源 – 每年 7 亿多吨作物桔秆、2 亿多万吨林地废弃物、25 亿多吨畜禽粪 便及大量有机废弃物。 1、沼气 ▪ 沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生的混合气体，主 要成分是可燃的甲烷。 ▪ 生产沼气的设备简单，方法简易，适合在农村推广使用。 ▪ 目前，沼气的规模化生产需要解决的是设备及提高甲烷含量等 技术问题。 2、氢气
氢气的燃烧产物只有水，因此氢气是最清洁的能源。可利用生物质通过微生物发酵得到，这一过程被称为生物制氢。实现生物制氢的产业化，还有许多技术和经济问题需要解决。-3、生物柴油-利用生物酶将植物油或其它油脂分解后得到的液体燃料，作为柴油的替代品更加环保-欧洲、美国已专门种植油料作物用来生产生物柴油-一些微生物也能合成油脂，可以为克服生物柴油的原料问题4、燃料乙醇.燃料乙醇是以玉米等为原料，经过粉碎、液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水等一系列精密工艺流程而制成的，在汽油中混配10%的燃料乙醇即成为乙醇汽油，排放的尾气更清洁。·我国的燃料乙醇生产已形成规模，主要是以玉米为原料，同时正在积极开发甜高梁、薯类、秸秆等其他原料生产乙醇，目前产量居世界第三。5、微生物与生物能源:微生物将在生物能源领域扮演重要的角色，生物能源的制备离不开微生物.利用生物技术尤其是基因工程改良相关微生物，势必能够提高生物能源的开发利用。（一）燃料乙醇发酵微生物/（二）产氢细菌10
10 ▪ 氢气的燃烧产物只有水，因此氢气是最清洁的能源。 ▪ 可利用生物质通过微生物发酵得到，这一过程被称为生物制氢。 ▪ 实现生物制氢的产业化，还有许多技术和经济问题需要解决。 3、生物柴油 ◼ 利用生物酶将植物油或其它油脂分解后得到的液体燃料，作为 柴油的替代品更加环保 ◼ 欧洲、美国已专门种植油料作物用来生产生物柴油 ◼ 一些微生物也能合成油脂，可以为克服生物柴油的原料问题 4、燃料乙醇 ▪ 燃料乙醇是以玉米等为原料，经过粉碎、液化、糖化、发酵、 蒸馏、脱水等一系列精密工艺流程而制成的，在汽油中混配 10%的燃料 乙醇即成为乙醇汽油,排放的尾气更清洁。 ▪ 我国的燃料乙醇生产已形成规模，主要是以玉米为原料，同时 正在积极开发甜高粱、薯类、秸秆等其他原料生产乙醇，目前产量居世 界第三。 5、微生物与生物能源 ▪ 微生物将在生物能源领域扮演重要的角色，生物能源的制备离 不开微生物 ▪ 利用生物技术尤其是基因工程改良相关微生物，势必能够提高 生物能源的开发利用。 – （一）燃料乙醇发酵微生物 – （二）产氢细菌