海洋生物基因工程理论.
海洋生物技术在生态修复中的应用
海洋生物技术在生态修复中的应用在当今全球生态环境面临诸多挑战的背景下，海洋生态系统也承受着巨大的压力。
人类活动导致的海洋污染、过度捕捞、气候变化等问题，使得海洋生态平衡遭到破坏，生物多样性减少。
为了恢复海洋生态系统的健康与稳定，海洋生物技术应运而生，并在生态修复中发挥着越来越重要的作用。
海洋生物技术是一个广泛的领域，涵盖了从基因工程、细胞培养到生物修复等多个方面。
其中，生物修复技术是利用生物（主要是微生物、植物和动物）的代谢活动来减少或消除环境中的污染物，从而达到修复生态系统的目的。
在海洋生态修复中，微生物的作用不可小觑。
一些特定的微生物具有分解石油、重金属等污染物的能力。
例如，某些细菌能够将石油中的烃类物质转化为无害的二氧化碳和水。
通过对这些微生物的基因进行改造和优化，可以提高它们的降解效率，使其在海洋石油污染的治理中发挥更强大的作用。
此外，微生物还可以参与海洋氮、磷等营养物质的循环，调节海洋生态系统的物质平衡。
藻类在海洋生态修复中也扮演着重要角色。
大型海藻如海带、紫菜等，能够吸收海水中的氮、磷等营养盐，减少水体的富营养化。
同时，藻类通过光合作用产生氧气，改善海洋的溶氧环境。
利用藻类的这些特性，可以在受污染海域大规模培养藻类，达到净化水质的目的。
而且，藻类还可以为海洋生物提供食物和栖息地，促进海洋生态系统的恢复。
海洋动物在生态修复中同样具有重要意义。
例如，贝类能够过滤海水中的浮游生物和有机颗粒，起到净化水质的作用。
一些鱼类可以控制藻类的生长，维持海洋生态系统的结构和功能稳定。
此外，通过人工增殖放流等手段，增加濒危海洋动物的种群数量，有助于恢复海洋生物多样性。
基因工程技术为海洋生态修复提供了新的思路和方法。
科学家可以通过基因编辑技术，培育出具有更强抗逆性和环境适应性的海洋生物品种。
比如，培育出能够耐受高温、酸化等环境压力的珊瑚品种，有助于缓解全球气候变化对珊瑚礁生态系统的影响。
细胞培养技术在海洋生物技术中也具有应用潜力。
生物工程技术在海洋生物资源开发中的应用前景
生物工程技术在海洋生物资源开发中的应用前景随着海洋资源的逐渐枯竭和对可持续发展的追求，生物工程技术在海洋生物资源开发中的应用前景正日益受到关注。
生物工程技术作为一种综合应用技术，可以利用现代生物学、工程学和化学等学科知识，对海洋生物资源进行开发、利用和保护。
本文将探讨生物工程技术在海洋生物资源开发中的重要应用领域，并讨论其发展前景。
一、基因工程在海洋生物资源开发中的应用基因工程技术在海洋生物资源开发中扮演着重要的角色。
通过利用基因工程技术，可以实现对海洋生物遗传信息的研究和改良。
例如，利用基因工程技术可以改良某些海洋动植物的生长速度、免疫能力和品质等性状，以提高其经济价值。
此外，基因工程技术还能够通过转基因技术实现对海洋生物的遗传改造，使其具备新的物质生产能力，如产生特定的药物、饲料和生物材料等。
基因工程技术的应用预计将进一步促进海洋生物资源的高效利用和可持续开发。
二、微生物技术在海洋生物资源开发中的应用微生物技术是另一个在海洋生物资源开发中具有潜力的领域。
海洋中富含各种微生物，它们具有抗逆能力和适应性强的特点，可以在特殊环境中生存和繁殖。
通过利用微生物技术，可以有针对性地寻找和筛选出具有特殊功能的海洋微生物，如产酶、产抗生素和产酶等。
这些具有特殊功能的微生物可以应用于海洋生物资源的开发和利用中，提高资源的综合利用率和降低生产成本。
因此，微生物技术在海洋生物资源的开发中具有广阔的应用前景。
三、生物多样性保护与可持续发展对于海洋生物资源开发来说，生物多样性保护与可持续发展是至关重要的。
海洋生物资源是地球上生物多样性最为丰富的地区之一，因此，保护和维护海洋生物多样性对于可持续开发至关重要。
生物工程技术可以为生物多样性保护和可持续发展提供有力支持。
通过遗传标记技术和生物信息学等手段，可以准确评估和监测海洋生物多样性，为资源开发与保护提供科学依据。
此外，生物工程技术还可以发展生态友好型的海洋生物资源利用技术，如生物修复技术和循环经济技术，以实现对生态环境的保护和恢复。
第三章 藻类基因工程
现已证明，来自大肠杆菌、枯草杆菌以及人的 一些外源基因可以在蓝藻中表达，例如大肠杆菌 谷氨酸脱氢酶基因在蓝藻中表达引起抗铵，人的 超氧化物歧化酸(superoxide dismutase， SOD)基因 在蓝藻中表达以减少氧胁迫。这就可能通过引入 外源基因，以赋于蓝藻新的遗传特性，或作为重 要的天然产物基因表达的宿主。目前还成功地将 芽孢杆菌的杀虫毒素基因导入并表达于几种蓝藻 细胞中。这些都标志着蓝藻基因工程正向着实用 目标迈进。
穿梭载体能否在宿主蓝藻中稳定维持取决于多方面 的原因:首先，蓝藻中存在多种限制性内切酶，实际上， 已在E.coli中实现商品化生产的多种限制性内切酶如 Ava I、AvaⅡ等都来源于蓝藻，解决的办法是利用携 有合适的甲基化酶基因的E.coli宿主，对穿梭载体的 特异位点进行甲基化修饰，从而改善其在蓝藻中的稳 定性。其次，导入的质粒与宿主质粒之间可能发生同 源重组，因此，转化前对内源性质粒的清除显得非常 必要。Matsunaga等(1990)对海洋蓝藻Synechococcus NKBG 042902-YG1116的转化试验中，用溴化乙锭处理 藻株，清除内源质粒pSY10与pSY09，得到很好的效果， 而未经处理的藻株，则不能被转化。
脉冲匀直变角电泳(PHOGE)技术的应用带来基 因定位工作的突破。Bancroft等1989年借助于限 制酶切、PHOGE与Southern杂交技术，已得到 Anabaena PCC 7120的基因图谱，结果表明，尽 管蓝藻基因的组织也采用操纵子的形式，但功能 相关的基因并非集中在一处，而是分散于染色体 上 不 同 位 置 。 继 A.PCC 7120 之 后 ， 海 洋 蓝 藻 Synechococcus PCC 7002的染色体物理图谱也 已完成。深入开展的基因克隆与基因图谱绘制工 作无疑为蓝藻的基因操作奠定了基础。
海洋生化工程
1.海洋生物技术：按照生物技术的定义，可以将海洋生物技术定义为利用海洋生物或其组成部分，生产出有用的生物产品，以及定向改良海洋生物的某些遗传特性的综合性科学技术。
2.海洋生化工程是从实验室发现到产业化这一过程的关键环节。
3.海洋生物技术主要研究内容：（1）利用海洋生物技术从海洋生物中提取或者加工各种有用产品；（2）利用生物技术开发新的海洋动植物优良品种，探索有价值的海洋生物种群，用于水产养殖业；（3）从基因工程理论上阐明海洋生物的特殊功能，并在可能的范围内加以利用；（4）海洋环境保护及海洋生物可持续利用。
4.同陆地好氧生物活性物质分离提取相比，海洋微藻生物活性物质分离提取具有以下特点：（1）海洋微生物(包括微藻)在培养液或天然水体中的细胞密度往往很低(如微藻培养密度一般为0.1g/L)，因此从水体中收获细胞难度大。
（2）海洋生物活性物质大多为胞内产物，且胞内活性物质含量往往很低。
3. 微藻是海洋生物资源的重要组成部分,它具有3个基本特性:①种类多(约3万种)，生理学和生化特性范围很广，能产生很多功能独特的脂肪、多糖、蛋白、类胡萝卜素等活性物质；②能低成本地将标记的同位素13C、15N和2H进入微藻各种代谢产物中，可用于呼吸系统疾病诊断及蛋白质结构测定；③微藻包括了一个大而尚未开发的生物类群（仅有少数几个藻种产业化），因而提供了一个实质上尚未开发的资源宝库。
在医药、食品、水产养殖、生物能源、环保及航天等领域有着重要的开发价值。
3.海藻的开发价值：（1）在海藻中具有增强免疫力及抗癌活性的物质，属特殊多糖类、蛋白质、脂类、色素及低分子天然活性物质，具有食疗作用和药用价值。
（2）以海藻为原料制成的化工产品。
1670年日本发现了用红藻生产琼胶的方法，并开始海藻胶的生产。
20世纪50年代末中国进行了从海带提取褐藻胶、甘露醇和碘的综合利用研究。
（3）吸附重金属离子，净化海水。
4.微藻大多为光能自养型。
用于光能自养型海洋微藻培养的封闭式光生物反应器应具有如下特点：（1）必须要用光照。
基因工程原理-第5章重组基因导入受体细胞
转化率＝
转化子 DNA分子数
＝
Ca2+诱导大肠杆菌转化法
① 低温下使磷质层形成液晶结构， Ca2+： 使膜间核酸酶分离 ② 与DNA结合，抗DNase
（1）感受态的制备
对数生长后期的菌体 5x107个/毫升
冰浴10分钟
含CaCl2缓冲液 15分钟 含CaCl2缓 冲液
（3）筛选转化子。
（2）DNA分子转化感受态细胞
菌间接合转移的有关基因
tra。
（Vir 区）
（Con区）
出毒性。占Ti质粒 1/3。
Ori区 ——复制起始区。
外源基因
Ti质粒载体
限制性酶 切开
（1）叶盘法转化植物细胞
（2）整体植株接种转化法
人为地在整体植株上造
成创伤部位，然后把农杆菌
接种在创伤表面，使农杆菌 按照天然的感染过程在植株
体内进行侵染。获得转化的
CHO，猴肾细胞等
• 受体动物：鼠、牛、羊、鱼等
第二节 重组基因导入受体细胞
一、重组基因导入原核受体细胞
接受DNA片段
（一）转化
1928年英国学者F·Griffth在肺炎双球菌中发现的，证
明了遗传的物质基础是DNA。
转化（transformation）——重组质粒DNA分子进入受体细胞，并在受 体细胞稳定维持和表达的过程，转化后的受 体菌，称转化子。 转化子 细胞数
（二）植物病毒介导基因转移 DNA病毒20%
植物病毒
RNA病毒80%
花椰菜花叶病毒：双链DNA病毒
（三）化学诱导DNA直接转化 （1）多聚物介导法 聚乙二醇 多聚赖氨酸 多聚鸟苷酸
（2）脂质体介导基因转化
脂质体
（四）物理方法介导DNA直接转化 （1）基因枪转化
海洋生物技术利用海洋生物资源的创新方法
海洋生物技术利用海洋生物资源的创新方法海洋是地球上最广阔的生态系统之一，拥有丰富的生物资源。
利用海洋生物资源开展生物技术研究和开发，已经成为现代科技领域的一个重要方向。
本文将介绍海洋生物技术利用海洋生物资源的创新方法，包括生物制药、海洋工程、生态修复等领域。
一、海洋生物技术在生物制药领域的应用海洋生物资源中的许多生物活性物质具有潜在的药理活性，可以作为新药的研发候选物。
海洋生物技术利用海洋生物资源进行生物制药研究，可以通过以下几种创新方法：1. 天然产物的发现和提取通过对海洋生物资源进行采集和分离纯化，研究人员可以发现更多的天然产物，如多肽、酶和蛋白质。
这些天然产物可以作为新药研发的起点，进一步通过化学修饰和结构优化来增强其活性和特异性。
2. 基因工程和重组蛋白表达海洋生物技术还可以利用基因工程的方法，将海洋生物中特定的基因序列引入到其他宿主生物中，使其能够产生具有特定功能的蛋白质。
这种重组蛋白质可以用于药物的生产和治疗。
例如，利用基因工程技术，可以制备出具有抗癌活性的蛋白质，用于抗癌药物的研发。
3. 海洋生物源药物的药代动力学研究海洋生物资源中的部分化合物具有良好的药代动力学特性，如吸收、分布、代谢和排泄等，可以通过药代动力学研究来评估它们的药效和安全性。
这些研究有助于优化海洋生物源药物的使用和开发。
二、海洋生物技术在海洋工程领域的应用海洋生物技术的创新方法也可以应用于海洋工程领域，以解决海洋资源的开发和利用中的一些技术难题。
1. 海洋生物的仿生工程海洋生物的结构和功能具有许多独特的特点，可以为海洋工程提供启示和借鉴。
仿生工程是利用海洋生物特性来设计和制造具有特定功能的材料和结构，例如仿生涂层、海洋生物黏附剂、抗污染涂层等。
这些仿生产品可以提高海洋设施的性能和可靠性。
2. 灌输培养技术灌输培养技术是一种用于海洋生物种植和养殖的可持续发展方法。
通过优化培养环境、提供适宜的营养物质，并控制海洋生物的生长条件，可以实现高效、可持续的海洋生物资源养殖，满足市场需求。
生物学中的生物工程与基因工程
生物学中的生物工程与基因工程生物工程与基因工程是现代生物学领域中的两个重要分支，它们的发展和应用带来了革命性的变化和突破。
本文将探讨生物工程与基因工程的定义、原理以及在农业、医学和环境保护等领域的应用。
一、生物工程的定义及原理生物工程是利用生物学和工程学的原理，通过改变生物体的遗传信息和代谢途径，以创造新的生物材料、生物产品和生物能源的一门学科。
生物工程包括生物工艺学、微生物工程、生物过程工程等专业领域，其核心原理是利用生物体的活性物质、酶和生物反应器等手段来实现对生物体的改造和利用。
理论上，生物工程技术可以应用于任何生物体，从微生物到植物，从动物到人类。
在实践中，生物工程主要分为两个领域：农业生物工程和医学生物工程。
农业生物工程主要致力于改良农作物品种，提高农产品的产量和质量，应对食品安全和环境保护等挑战。
医学生物工程则关注于利用生物技术手段研发新药物、诊断工具和治疗方法，以改善人类的健康状况。
二、基因工程的定义及原理基因工程是生物工程的一个重要分支，它主要涉及对生物体基因组的修饰、组装和重组，以实现对目标特性的改变和调控。
基因工程的核心技术是DNA的重组和重组DNA的导入到目标细胞中。
通过基因工程技术，科学家可以人为干预生物体的基因组，添加或删除特定基因，达到调控其表达和功能的目的。
基因工程技术已经在农业、医学、能源等领域得到广泛应用。
在农业领域，基因工程技术被用于改良农作物的抗病虫性能、提高产量和抗逆性，以应对全球食品需求的挑战。
在医学领域，基因工程技术被应用于基因疗法、细胞治疗和诊断工具的研发，为人类疾病的治疗和预防提供了新的途径。
此外，基因工程技术还被用于生物燃料的生产和环境污染物的降解等领域。
三、生物工程与基因工程在农业领域的应用农业是生物工程与基因工程的一个重要应用领域。
通过利用生物工程和基因工程技术，农作物的品种改良和农业生产方式得到了革命性的变化。
例如，转基因作物的研发和种植提高了农作物的抗病虫性能，减少了对农药的依赖，提高了农产品的产量和质量。
海洋生物技术DOC
第一章绪论1.1 课程介绍海洋生物技术是２０世纪８０年代发展起来的高技术群，是现代生物技术与海洋生物学相交叉的产物。
海洋资源丰富，通过海洋生物技术手段可以从海洋中开发利用海洋资源。
我国是海洋大国，海洋生物技术专利在我国海洋科技和海洋经济发展中占有重要地位。
是生物技术专业的必修课。
教学重点：海洋生物技术主要包括海洋微生物生物技术、海洋动物生物技术、海洋大型藻类生物技术、海洋生物资源遗传多样性检测技术、海洋生物资源种质保存技术、海洋环境检测与保护生物技术、病害的检测与防治等生物技术。
不同的生物技术侧重点各有不同，重点要清楚原理和技术方法及相关应用。
教学难点：生物技术是一个综合学科，海洋生物技术是海洋生物学和生物技术的交叉学科。
涉及的知识点较多，需要的背景知识较多，并且生物技术发展较快，因此教学难点是一些较新技术方法及原理的讲解，技术及原理较繁琐，难以理解。
1.2 课程安排2 课程基础2.1 海洋生物2.2 生物技术2.3 海洋生物技术2.4 海洋生物技术的发展2.5 海洋生物技术主要研究内容2.1 海洋生物2.1.1 海洋动物海洋动物现知有16～20万种，它们形态多样，包括微观的单细胞原生动物，和长达30余米、重 190吨的高等哺乳动物──蓝鲸等；分布广泛，从赤道到两极海域，从海面到海底深处，从海岸到超深渊的海沟底，都有其代表；按生活方式划分，海洋动物主要有海洋浮游动物zooplankton 、海洋游泳动物Nekton和海洋底栖动物Benthos三个生态类型；按分类系统划分，动物界共有33个门，海洋中特有15个门。
海洋生态系和非海洋生态系中的动物界门类比较浮游动物（zooplankton）浮游生物：是指在水流运动的作用下，被动地漂浮在水层中的生物群。
原生动物（protists）浮游甲壳动物（crustacean plankton）——桡足类、磷虾类、端足类、樱虾类、枝角类、介形类、糠虾类、涟虫类、等足类等水母类和栉水母类毛颚类：又称箭虫被囊动物有尾类也称幼形类原生动物（protists）：游泳动物 Nekton包括海洋鱼类、哺乳类(鲸、海豚、海豹、海牛)、爬行类(海蛇、海龟)、海鸟以及某些软体动物(乌贼)和一些虾类等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中 心 法
则
1973年 Cohen 第一例成功的克隆实验
基因工程或称基因重组技术，是将不
同生物的基因在体外人工剪切、组合,并
和载体（质粒，噬菌体，病毒）DNA连
接，然后转入微生物或细胞内，进行扩
增，并使转入的基因在细胞内表达，产
生所需要的蛋白质。
示意图
载 体 DNA (限 制 性 内 切 酶 切 开 ) 目的基因
二、重组DNA技术基本原理
（一）目的基因的获取
1. 化学合成法
用于已知序列，或可推导出序列的基因酶链反应（polymerase chain reaction, PCR）
动物病毒DNA改造的载体 （如腺病毒、腺病毒相关病毒、逆转录 病毒）
表达载体的条件
① DNA复制及质粒DNA的筛选系统
② 目的基因的转录系统 包括：启动子、抑制物基因和转录终止子 ③ 蛋白质的翻译系统
包括：核糖体的识别位点、翻译起始和终止
密码子
Prokaryotic Expression System
M13噬菌体DNA改造系统（含lac Z基因） M13mp系列 pUC系列
Color selection
Blue / White
3. 其他
柯斯质粒（cosmid）
酵母人工染色体载体 （yeast artificial chromosome, YAC） 细菌人工染色体 （bacterial artificial chromosome, BAC）
根据产物的功能可以分为结构基因（酶和不 直接影响其他基因表达的蛋白质）和调节基 因（阻遏蛋白或转录激活因子）两大类。
下图
1953年: Watson和Crick提出了DNA的双螺旋模型
The double-helical structure of DNA
The semiconservative nature DNA replication
海洋生物工程
主讲人： 马翠萍
青岛科技大学化学与分子工程学院
生物工程，是20世纪70年代初开始兴起的一门新
兴的综合性应用学科。 一般认为是以生物学（特别是其中的微生物学、遗 传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结 合化工、机械、电子计算机等现代工程技术， 充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物 质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超 远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类 “工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以 生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门 新兴技术。
（compatible end），可用连接酶连接。
限制性内切酶 识别 特定的
碱基序列
下图
限制性内切酶造成粘性末端
有利于 重组DNA 分子的构建
末端转移酶 在载体及外源 双链DNA的3' 端各加上一段 寡聚核苷酸, 制 成人工粘性末 端,
然后在DNA连 接酶的作用下, 连接成为重组 的DNA.
（三）目的基因
能携带目的基因，实现无性繁殖所采用的 可独立复制的完整DNA分子。又称克隆载体。 其中为表达出蛋白质设计的载体又称表达载 体。
常用的载体：
质粒、噬菌体DNA、病毒DNA
载体的选择标准：
能自主复制；
具有两个以上的遗传标记物，便于 重组体的筛选和鉴定；
有克隆位点（外源DNA插入点）， 常具有多个单一酶切位点，称为多 克隆位点； 分子相对较小，一般3-10 Kb
应用重组DNA技术所要分离、获得的基因。
1. cDNA (complementary DNA) 是指经反转录合成的，与RNA互补的单链DNA。以单链 cDNA为模板,经聚合反应可合成双链cDNA。
2. 基因组DNA（genomic DNA）
是指代表一个细胞或生物体整套遗传信息的所有DNA序列。
（四）基因
是存在于细菌染色体外的小型环状双链DNA
分子。大小约为
数千碱基对。常
有 1 ~ 3个抗药
性基因，以利于
筛选。
Eco R Ⅰ
Hind Ⅲ Bam HⅠ Sal Ⅰ
氨苄青霉素 抗性基因 Pst Ⅰ
pBR322
四环素 抗性基因
Ava Ⅰ
Ori
Pvu Ⅱ
2.噬菌体（phage）DNA
获取同一拷贝的过程，即无性繁殖。
分子克隆（DNA克隆）
细胞克隆 个体克隆（动物或植物）
DNA克隆：
应用酶学的方法，在体外将各种来源 的 DNA与载体DNA结合成具有自我复制能力的 DNA分子，继而通过转化或转染宿主细胞， 筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行 扩增、提取获得大量同一DNA分子,又称基因 克隆。
生物工程包括5大工程： 基因工程、 细胞工程、 酶工程、 发酵工程、 生物反应器工程。
海洋生物基因工程
（理论）
制作人： 马翠萍
青岛科技大学化学与分子工程学院
基因工程是生物技术的核心部分。
基因
或RNA)的DNA序列。
(gene)
基因是能够表达和产生基因产物（蛋白质
根据产物的类别可以分为蛋白质基因和RNA 基因（rRNA基因和tRNA基因）两大类；
文结构。
5’· · ·· · ·GGATCC · · ·· · ·3’ 3’··· · · ·CCTAGG · · ·· · ·5’
5´-端突出
粘性末端
3´-端突出
平末端 限制性核酸内切酶识别序列长度为4~8个bp。 不同酶切产生的相同粘性末端称配伍末端
5’AATTC—— 3’G—— 5’G—— 3’ACGTC——
（二）工具酶
限制性核酸内切酶 DNA聚合酶 逆转录酶 DNA连接酶 末端转移酶
Taq DNA聚合酶
限制性核酸内切酶
（restriction endonuclease）
识别DNA的特异序列，并在识别位
点或其周围切割双链DNA的一类内切酶。
是细菌内存在的保护性酶。分为I、II、 III三类。II类酶识别序列特点为回
重组体
宿主细胞
已转化的宿主细胞
繁殖 阳性克隆株
表达
所以，基因工程的操作包含以下步骤： 获得目的基因 构造重组 DNA 分子
转化或转染
表达
蛋白质产物的分离纯化
一、重组DNA技术相关概念
（一）DNA克隆
克隆（clone）：
来自同一始祖的相同副本或拷贝的集合。
克隆化（cloning）：