(完整版)现代生命科学与生物技术-07基因技术
生物技术有哪些
生物技术有哪些所谓生物技术(Biotechnology)是指"用活的生物体(或生物体的物质)来改进产品、改良植物和动物，或为特殊用途而培养微生物的技术"。
生物技术已有很长的应用历史，大家比较熟悉的如制作面包、啤酒的发酵技术，农业上杂交、种子选育等传统育种技术。
现代生物技术是指：1)试管核酸技术，包括重新组合的脱氧核糖核酸(DNA)和把核酸直接注入细胞或细胞器，或2)超出生物分类学科的细胞融合。
这种技术可克服自然生理繁殖或重新组合障碍，并非传统育种和选种所使用的技术。
生物技术的种类：(1)基因工程(gene engineering)基因工程是应用人工方法把生物的遗传物质--脱氧核糖核酸(DNA)分离出来，在体外进行分割、拼接、重组。
然后再将重组后的DNA导入某种宿主细胞或个体，从而改变其遗传品行。
常能使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物(多肽或蛋白质)。
这种创造新生物并施予新生物以特殊功能的过程即为基因工程，也称DNA重组技术。
(2)细胞工程(cell engineering)细胞工程是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖。
或人为地使用细胞的某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速繁育生物体，或获得某种有用的物质的过程。
细胞工程包括动、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术(细胞杂交技术)、细胞器移植技术等。
(3)酶工程(enzyme engineering)酶工程是指利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。
酶工程包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术，酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。
(4)发酵工程(fermentation engineering)利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品称作发酵工程，也称微生物工程。
现代生物技术概述
现代生物技术概述现代生物技术是指以生物学为基础，运用分子生物学、细胞生物学、遗传学等多种技术手段，对生物体的基因、细胞、组织和代谢进行研究和应用的科学技术领域。
它涉及基因工程、生物制药、农业生物技术、环境生物技术等众多领域，正在深刻地改变着我们的生活和社会。
一、基因工程基因工程是现代生物技术的核心领域之一。
通过基因工程技术，科学家们可以精确地改变生物体的基因组成，实现对生物体性状的精准控制。
基因工程的应用范围非常广泛，包括疾病基因治疗、转基因作物的育种改良、工业微生物的高效生产等。
在疾病基因治疗方面，基因工程技术被广泛应用于基因突变导致的遗传性疾病的治疗。
通过将正常的基因导入患者体内，并使其表达，可以纠正患者基因突变引起的病理变化，实现治疗效果。
转基因作物是指通过基因工程技术，向作物中引入外源基因，使其具有某种特定的性状，如抗虫、抗病、耐旱等。
转基因作物的广泛种植，不仅可以提高农作物的产量和质量，还可以减少农药的使用，对保护环境和人类健康具有积极意义。
二、生物制药生物制药是利用生物技术生产制造药物的一种方法。
相比传统的化学合成药物，生物制药具有更高的安全性和有效性。
生物制药的主要特点是利用生物体（常用的是细胞培养）表达和生产目标蛋白，如重组蛋白、抗体、酶等。
生物制药技术的发展在人类健康领域具有重要的意义。
通过生物制药技术，我们可以大规模生产治疗癌症、糖尿病、艾滋病等重大疾病的药物，满足临床需求。
与传统化学合成药物相比，生物制药具有药物靶向性强、作用时间长、副作用小等优势。
三、农业生物技术农业生物技术是利用现代生物技术手段，改良农作物和畜禽的遗传特性，提高农作物和畜禽的产量和品质。
通过农业生物技术，可以培育出抗虫害、抗病害、耐逆性强的优良品种，提高农作物的抗逆能力和生产能力。
农业生物技术的应用广泛，包括转基因作物的育种改良、无性系育种、胚胎移植等。
通过转基因技术，科学家们可以向作物中导入外源基因，使其具备特定的性状，如耐草甘膦、抗病毒等，从而提高作物的产量和抗性。
2024高考生物现代生物技术
2024高考生物现代生物技术现代生物技术是指以生物学为基础，运用工程技术原理和方法，通过对生命体的基因、分子、细胞、组织、器官以及它们之间的相互作用进行研究和应用，以满足人类对农业、医学、环保和工业等方面的需求。
它以其广阔的应用领域和巨大的发展潜力，成为高考生物考试的重要内容之一。
一、基因工程技术的应用基因工程技术是现代生物技术的核心技术之一，包括基因的克隆、重组、修饰和表达等手段。
在农业方面，基因工程技术为作物的抗病虫害、耐逆生长和提高产量提供了新途径。
在医学方面，通过基因工程技术可以制备人类蛋白质药物，如重组胰岛素、重组人生长激素等，有效治疗多种疾病。
此外，基因工程技术还广泛应用于环保和工业领域，如基因工程菌的应用可以清除水中的有机废物，制备生物塑料等。
二、细胞工程技术的应用细胞工程技术是指通过人工手段对细胞进行操作和控制，以实现特定功能的技术。
在医学方面，细胞工程技术可以用于治疗细胞缺失或损伤引起的疾病，如干细胞治疗可以用于修复受损的组织和器官。
在农业方面，细胞工程技术可以利用植物细胞培养技术实现植物的无性繁殖和快速繁育。
此外，细胞工程技术还可以应用于人造器官的研究和生产，为医学科学的发展提供了新的可能性。
三、遗传工程技术的应用遗传工程技术是指改变和调控生物群体的遗传物质和表现方式的技术，包括基因转导、基因敲除和基因沉默等手段。
在医学方面，通过遗传工程技术可以研究和治疗遗传性疾病，如基因敲除技术可以用于治疗某些遗传性癌症。
在农业方面，遗传工程技术可以提高作物的抗病虫害能力和适应环境的能力，实现农作物的优质、高产和高抗性。
此外，遗传工程技术还可以用于改良动物品种，提高动物的肉质和产品价值。
四、生物芯片技术的应用生物芯片技术是指将大量生物分子或细胞有序固定在芯片上从而实现高通量的分析和检测的技术。
在医学方面，生物芯片技术可以用于癌症早期诊断、个体化药物治疗等。
在农业方面，生物芯片技术可以用于作物品种的快速筛选和基因组学研究。
《现代生物技术概述》课件
基因工程的应用
医学领域
基因工程在医学领域的应用包括基因治疗、疾病诊断、药 物研发等。例如，利用基因工程技术治疗遗传性疾病和癌 症。
工业领域
基因工程在工业领域的应用包括生物制药、生物能源、生 物材料等。例如，利用基因工程技术生产疫苗和蛋白质药 物。
农业领域
基因工程在农业领域的应用包括作物改良、抗虫抗病、高 产优质等。例如，利用基因工程技术培育抗虫抗病的转基 因作物。
1980年代以后，随着基因组学 、蛋白质组学等研究的深入， 现代生物技术进入快速发展阶 段。
当前现状
目前，现代生物技术已经广泛 应用于农业、工业、医学等领 域，成为推动人类社会发展的
重要力量。
现代生物技术的应用领域
农业领域
利用现代生物技术培育抗逆、抗病、 抗虫的转基因作物，提高农作物的产 量和品质。
基因工程的基本技术
01
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基因克隆技术
通过特定的酶切和连接技 术，将外源DNA片段插入 到载体DNA中，实现 DNA片段的复制和表达。
基因表达技术
通过调控基因的表达，实 现生物体的特定性状改变 。包括转录调控和翻译调 控等手段。
基因编辑技术
利用特定的酶（如 CRISPR-Cas9系统）对生 物体的基因进行精确的编 辑和改造。
工业领域
利用现代生物技术生产各种酶、有机 酸、生物材料等工业产品，以及进行 废水处理、环境保护等。
医学领域
利用现代生物技术进行基因治疗、免 疫治疗、细胞治疗等医学研究和实践 ，提高人类健康水平。
其他领域
现代生物技术在食品、化工、能源等 领域也有广泛的应用前景。
02
CHAPTER
基因工程
基因工程简介
高考知识点现代生物技术
高考知识点现代生物技术现代生物技术是当今科技发展的重要组成部分，对于高考生物科目来说，掌握相关知识点是非常重要的。
本文将介绍一些常见的高考知识点以及与现代生物技术的关联。
首先，我们来了解基因工程。
基因工程是一项应用广泛的现代生物技术，它利用分子生物学方法对基因进行操作，从而改变生物体的遗传性状。
在高考中，常见的涉及基因工程的考点主要有基因克隆、基因组编辑以及转基因技术。
基因克隆是指通过人工手段复制一个个体的所有基因，实现基因的无性繁殖。
在基因克隆技术中，最典型的代表是“多利羊”克隆实验成功。
这一技术的发展使得人们可以通过克隆获得相同遗传信息的生物体，从而有利于繁殖珍稀濒危物种、医学和农业领域的应用。
基因组编辑是指通过引入CRISPR-Cas9等工具对生物体的基因组进行修改的技术。
它可以用于疾病基因的研究以及基因疾病的治疗。
例如，科学家们可以通过基因组编辑技术修复携带基因突变的细胞，使其恢复正常功能。
这一技术的出现为人类遗传病的治疗提供了希望。
转基因技术是将外源基因导入到目标生物中，使其获得新的性状或功能的一种技术。
在高考中，常见的转基因作物知识点包括转基因玉米、大豆等。
转基因技术的出现带来了农作物抗虫害、耐草甘膦等特性的提高，这对于解决粮食安全、减少农药使用等具有重要意义。
除了基因工程，高考中还常涉及到细胞培养技术。
细胞培养技术是将细胞在体外培养并繁殖的一种技术。
通过细胞培养技术，科学家们可以研究细胞的生长、分化和功能等方面，也可以用于生物药品的生产。
例如，重组蛋白药物的生产就依赖于细胞培养技术。
此外，高考中还会涉及到PCR技术。
PCR技术是一种快速、敏感、特异性强的核酸扩增技术。
通过PCR技术，科学家们可以从极少数量的DNA样本中扩增出足够的细胞核酸进行研究。
PCR技术广泛应用于疾病诊断、法医学鉴定以及亲子鉴定等领域。
除了上述几个知识点，高考中还会涉及遗传工程、克隆动物的伦理问题以及生物安全等。
基因科学了解基因科学知识和生物技术发展
基因科学了解基因科学知识和生物技术发展基因科学：了解基因科学知识和生物技术发展基因科学是生命科学领域中一个重要的分支，它通过研究基因的结构和功能，以及基因与生物体特性之间的关系，帮助我们更好地了解生命的本质和进化。
同时，基因科学也推动了生物技术的发展，为人类带来了许多重要的科学进展和创新。
一、基因科学的概念与历史基因是生命的基本遗传单位，携带着生物体遗传信息的载体。
基因科学的研究对象就是基因的结构和功能，以及基因在生物体遗传和表现上的作用。
早在1869年，植物学家约翰·门登伯格通过对豌豆杂交实验的观察，提出了遗传规律的基本原理。
随着科学技术的进步，随后的几十年间，科学家们陆续发现了DNA的结构和双螺旋模型，基因的编码机制以及遗传突变等基本概念。
二、基因科学的重要发现基因科学的研究成果给人们带来了很多重要的发现，下面介绍其中的几个：1. DNA的双螺旋结构：1953年，詹姆斯·D·沃森和弗朗西斯·克里克发表了关于DNA的双螺旋结构的论文，他们的理论奠定了遗传学的基础，并为后来的基因科学研究提供了重要的方向。
2. 基因编码机制：科学家们通过研究发现，基因是DNA分子中编码蛋白质的一段特定序列。
这一发现揭示了基因与生物体特性之间的关系，为解读生物体的遗传信息提供了基础。
3. 基因突变和突变研究：基因突变是生物体遗传信息发生改变的一种现象，它可以引起生物体性状的变异。
科学家们通过研究突变，深入了解了基因的功能和调控机制，为研究和治疗遗传疾病提供了重要的理论基础。
三、生物技术的发展与应用基因科学的不断进步推动了生物技术的迅猛发展，生物技术的应用已经涉及多个领域，包括医学、农业、工业和环境等。
1. 基因工程与基因编辑：基因工程技术是一种通过改变生物体的遗传信息，实现对生物体性状的调控的技术。
通过基因工程技术，科学家们可以改良作物品种的耐病性、增加食物的营养价值等。
而基因编辑技术，如CRISPR-Cas9，更是为精准基因修饰提供了更高效和准确的工具。
高三现代生物技术知识点
高三现代生物技术知识点总结随着科技的快速发展，现代生物技术在人类的健康和生活中扮演着越来越重要的角色。
作为生物学的一个重要分支，现代生物技术已经涉及到了许多领域，包括医学、农业、环境保护等。
在高三阶段，学生会接触到许多与现代生物技术相关的知识点，本文将对其中的一些重要知识进行总结。
一、基因工程基因工程是现代生物技术中的核心技术之一，它主要通过操作和改变生物的遗传物质来实现对生物的改造和利用。
常见的基因工程技术包括基因克隆、基因转染、重组DNA技术等。
其中，基因克隆是指从一种生物体中分离出一个或多个特定的基因，再将其以人工方式插入到另一种生物体中。
这项技术的应用广泛，既可以用于研究基因的功能，也可以用于疾病的治疗和农作物的改良。
二、细胞工程细胞工程是指利用现代生物技术手段对细胞进行一系列的操作和改造，以增强其生产活性或生理功能。
细胞工程最典型的案例就是人工合成胰岛素。
胰岛素是一种对糖类代谢和脂肪代谢具有重要影响的激素，它能够调节人体内的血糖水平。
通过基因工程手段，科学家们将人类胰岛细胞中的胰岛素基因分离出来，再将其插入到大肠杆菌这种细菌中，使其能够产生胰岛素。
这样一来，科学家们就可以通过大量生产大肠杆菌来获得足够的胰岛素，用于治疗糖尿病患者。
三、克隆技术克隆是指通过人工复制的方式得到与原始个体基因相同的个体。
克隆技术最早应用在动物领域，经过多年的发展，现在已经可以在植物和微生物中应用。
在克隆动物的过程中，最常用的方法是体细胞核移植。
这种技术通过取出一个体细胞的细胞核，并将其植入到受精卵中去掉细胞核的位置，使得受精卵发育成为与原个体基因相同的个体。
克隆技术的应用可以解决一些疾病的遗传问题，同时也可以用于动物保护和基础科学研究。
四、基因测序技术基因测序技术是现代生物技术中的一项重要技术，它可以帮助我们更好地理解基因组的构成和功能。
基因测序的主要方法有Sanger测序和高通量测序两种。
Sanger测序是一种经典的测序技术，通过在DNA链合成的过程中引入了较低浓度的dideoxynucleotides，从而导致链的终止，进而得到测序结果。
初中生物现代生物技术知识点的重点总结
初中生物现代生物技术知识点的重点总结生物技术是指运用现代科学和技术方法，对生物体进行研究和利用的一门学科。
近年来，生物技术在农业、医学、环境保护等领域取得了巨大的成就，并对人类社会的发展产生了积极的影响。
在初中生物教学中，生物技术的知识点也逐渐成为学生必须掌握的内容。
以下是初中生物现代生物技术知识点的重点总结。
1. 基因工程基因工程是生物技术的重要分支，它涉及对生物体基因进行改造或转移的技术。
基因工程的核心技术包括基因克隆、基因突变和基因转导等。
基因克隆是指将一个生物体的特定基因转移到另一个生物体中，使其具有某种特定的性状或功能。
克隆技术常用于农业中，通过转移特定基因，可以提高农作物的产量和抗病能力。
基因突变是指对生物体的基因进行人为改造，以产生具有特定性状的变种。
通过基因突变技术，人们可以培育出一些具有抗虫害、抗逆性强等特点的新品种。
基因转导是指将外源基因导入目标细胞中，并使其表达。
这项技术常用于医学中，例如通过基因转导技术可以治疗一些遗传性疾病。
2. DNA指纹技术DNA指纹技术是一种通过检测DNA序列的差异来辨别个体身份的技术。
DNA 指纹在刑事侦查、亲子鉴定等方面具有重要的应用价值。
DNA指纹是个体间在DNA序列上的差异，这些差异通常表现为DNA特定位点上的长度或序列变异。
通过PCR技术和凝胶电泳等手段，可以对这些差异进行检测和分析，从而确定个体的身份。
3. 细胞培养技术细胞培养技术是指在无菌条件下，将特定细胞或组织培养在养分丰富的培养基上，以获得大量细胞或组织的技术。
细胞培养技术广泛应用于医学研究、药物开发以及生物制品的生产等领域。
细胞培养技术可以通过细胞分裂来大量繁殖细胞，从而得到足够多的细胞进行实验或生产。
此外，细胞培养技术还可以用于研究细胞分化和发育等生命科学问题。
4. 转基因技术转基因技术是指将其他物种的基因导入目标生物中，使其表达具有特定性状或功能的基因。
转基因技术在农业和医学领域有着广泛的应用。
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聚合酶链式反应：Polymerase chain reaction， PCR
分子生物学技术，生物体外，扩增一段DNA片段。
通202常0/2不/19 超过10kb,特定方法扩增40kb左右。
4
PCR原理：在DNA聚合酶催化下DNA的复制过程，利用反复 相同程序，DNA聚合酶在体外扩增特定的DNA片段。
扩增 ➢多重PCR(multiplex PCR)：同一反应中使用
多组引物，扩增多个基因
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7.2 基因测序技术
基因是由A、T、G、C4种碱基组成 基因组测序就是排列出其DNA上所有碱基顺序。
gcgtacgtacgtagagtgctagtctagtcgtagcgccgtagtcg
atcgtgtgggtagtagctgatatgatgcgaggtaggggatagga
氧链终止法，Maxam-Gilbert DNA化学降解法。
•2005 － 2007 ， 以 Genome Sequencer System 、 Genome
Analyzer system、SOLiD System为代表的基因组测序分析系
统2的02诞0/2生/19，标志着进入超高通量基因组测序的新时代。
13
7.2.2 传统测序技术
1、基本原理
（1）产生长度只差1bp的一系列寡核苷酸：
•1977，Maxam和Gilbert：化学降解法测序。PNAS。
•1980，Messing等: 测序优化，计算机动化，荧光检测，PCR测序。
•1990，自动测序仪，测序酶，配套荧光染料，机器人高通量工具， 人类基因组测序启动。
•2000，毛细管测序仪，机器人使用，加速测序
第7章 基因技术
1
本章内容
7.1 基因克隆技术 7.2 基因测序技术 7.3 基因重组技术 7.4 生物制造
2
7.1 基因克隆技术
7.1.1 基因克隆
❖概念：由少量（单拷贝）基因扩增产生大量 （高拷贝）基因。分子克隆
❖策略：化学合成－已知序列（60－80bp）; 生物合DNA模板：含靶基因的DNA片段 ✓引物：1对人工合成的短寡核苷酸，18－25bp， 决定扩增的起始和终止位置及扩增长度 ✓DNA聚合酶：作用是催化合成复制扩增的区域 ✓底物：4种脱氧核糖核苷酸(dNTPs)，A、T、G、 C ✓缓冲体系:提供适合聚合酶行使功能的化学环境。 •2石020蜡/2/1油9 ：防止蒸发；管盖（可加热）封闭反应管 8
第3步：终止反应（4℃）
PCR反应在热循环仪（PCR仪）中自动化进行。
反应控制：温度的加热或冷却过程，关键是每
步反应温度精确，升温和降温的时间控制。
2020/2/19
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PCR产物的电泳结果
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7.1.3 PCR技术应用进展
• 原理没有变，技术改进，派生出多种类型和用 途。
• 基因克隆方面： ➢反转录PCR(RT-PCR)：以RNA为模板，基因
•1965，Holley R等：测定酵母tRNA全部77bp的序列。
•1971，Wu,Taylor：dNTP，λDNA黏末端12bp。
•1973，Gilbert和Maxam，RNA聚合逆转录DNA，RNA测序。
•1975, Sanger:加减法测定了X174 DNA的6386bp序列。
•1977，Sanger：酶法测序。双脱氧链终止法。PNAS。
PCR的条件与循环参数
第1步：25－40个循环，变性(94-96℃，12min)——退火（降低温度使得引物结合到模板 的特定序列上。55℃，1-2min)——延伸 （DNA聚合酶由引物的3端开始，沿着DNA链 合成新的互补链。72℃，1000bp/min)。
第2步：强化延伸，72℃，7－13min
固定起点，随机终止于特定一种或者多种残基（A、 T、C、G）。长度由特定碱基在DNA上位置所决定。
（2）检测长度只差1bp的一系列寡核苷酸：
SDS－PAGE电泳分离，发光成像。
（3）确定序列：放射性（32P、33P）、荧光（非放 射性荧光），直接读出DNA上的核苷酸顺序。
•产生只差1bp寡核苷酸方法，分两种：Sanger双脱
变性 退94火℃ 55℃ 延伸 72℃
第1轮
指数增加
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第2轮 第3轮5
2、PCR仪原理
加热方式：水加热，空气加热， 电热丝加热，半导体+电热丝
致冷方式：水致冷，空气致冷， 压缩机致冷，半导体致冷
样品池
传感
热敏元件
热泵
温控系统
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热池
仪器构造：三传感器， 双区域温度--温度梯度
计算机芯片控 制过程参数6
2、PCR仪，热循环仪
The PCRJet from MegaBase gives fast PCR with large samples.
More 2020/2/19reactions in the same space with 1,536 wel7ls
3、操作过程
tagcaacagatgagcggatgctgagtgcagtggcatgcgatgt
cgatgatagcggtaggtagacttcgcgcataaagctgcgcgag
atgattgcaaagragttagatgagctgatgctagaggtcagtga
ctgatgatcgatgcatgcatggatgatgcagctgatcgatgtaga
❖应用：测序，功能研究，诊断与检测，物质
生产…
2020/2/19
3
7.1.2 PCR原理与技术
1、原理
1971，Kleppe等首先描述了基因合成的基本原理
PCR技术发明人： Kary Mullis（Cetus公司）
1983，构想DNA链的合成。
1985，Klenow片段扩增出哺乳动物单拷贝基因
1993，获得诺贝尔化学奖。
tgcaataagtcgatgatcgatgatgatgctagatgatagctagat
gtgatcgatggtaggtaggatggtaggtaaattgatagatgctag
atc2g02t0a/g2/g19tagtagctagatgcagggataatgcgcatta…….
12
7.2.1 核酸测序技术简史