《生物基础》电子教案
浙江省江山市中等专业学校 张容
【教 材】王社光、刘 强。《生物基础》.高等教育出版社.2005.6.第1 版 【课 题】第7章 生物技术及其应用
第一节 生物技术的形成与发展 第二节 生物技术的基本内容
【教学目标】
知识与技能：掌握现代生物技术的概念和生物技术的基本内容，了解生物技术发展史上的重要事件和进展；初步掌握现代生物技术五个工程的基本过程；了解五个工程的意义和用途。
过程与方法：通过对比法培养学生观察能力，使学生能正确认识生物技术在我们现实生活中的作用，并加深对概念的理解，进而对生物技术的内容形成规律性认识。
情感态度与价值观：通过教学，使学生的科学态度、思想情趣得到陶冶；通过生物技术工程这些内容的讲授。激发学生爱科学的思想感情，培养学生对事业的责任感。激发学生积极进取的兴趣和科学情感，培养积极探索的科学精神。 【教学重点、难点】
重点：生物技术工程的内容。 难点：生物技术工程的内容与步骤。 【课时安排】2学时
【主要教学方法】讲授、PPT演示实验、讨论 【教学用具】多媒体及PPT 【教学过程设计】
第7章 生物技术及其应用
第一节 生物技术的形成与发展
一、现代生物技术定义
1982年国际合作及发展组织对生物技术这一名词定义:生物技术是应用自然科学及工程学的原理,依靠微生物、动物、植物体作为反应器,将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。伴随着基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等的形成与发展,构成了现代生物技术这一内涵。
二、生物技术的进展
1、1943年,大规模工业生产青霉素,以及后来的多种抗生素生产与利用,标志着传统生物技术发展的鼎盛时期,为生物技术的发展起到了划时代的作用。 1944年,美国著名微生物学家Avery首先
证明基因就是DNA分子,是生物的遗传物质。随后的1953年,美国科学家沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构,奠定了现代分子生物学的基础。从此,生命科学的发展开始进入现代生物技术的时代。
2、表7 1现代生物技术发展史上的重要事件
3、生物技术已成为21世纪发展最快的学科之一,其发展趋势主要体现在以下几个方面: (1)基因操作技术更加成熟与完善,使得转基因植物和动物取得重大突破。 (2)医学生物技术为人类疾病治疗和健康等发挥巨大的作用。
(3)基因组及编码蛋白质的结构与功能研究成为今后生物技术的热点问题。 (4)生物芯片广泛应用, (5)干细胞生物学技术的研究与应用,使治疗性器官移植成为可能。
(6)利用计算机技术对生物信息进行处理、贮存、分析和解释,形成新的生物信息学科。
第二节 生物技术的基本内容
现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶与发酵工程、组织工程、蛋白质工程、抗体工程、干细胞技术、克隆技术、转基因技术、高通量筛选技术以及生物芯片等。但总的来说,一般分为基因工程、发酵工程、酶工程、细胞工程和蛋白质工程五个部分。
一、基因工程
1972年,Berg Jackson将猿猴病毒基因组sv40的DNA通过λ噬菌体导入大肠杆菌后获得表达,成功地完成了世界上首次DNA体外重组实验,标志着基因工程技术的开始。
1、定义：基因工程又称DNA重组技术,是在基因水平上进行的遗传操作。主要是通过有机合成,或者以mRNA为模板,利用反转录酶合成碱基因互补的DNA,按照人们的需要对DNA序列进行设计、剪接、修饰加工,再和载体DNA(质粒)连接在一起重新导入细胞,大量繁殖,生产所需要的蛋白质、激素、疫苗、酶等,培育出具有某些特殊性能的转基因动、植物新品种。
总之,基因工程的最终目的是把一个生物体中的遗传信息( DNA)转入另一个生物体,并表达出其特有的、人们需要的性状。
2、基因工程主要包括以下几个步骤：
(1)提取供体生物的目的基因(外源基因),用限制性内切酶切开,将含所需性状的目的基因连接到另一DNA分子上(常用大肠杆菌),形成新的重组DNA分子。
(2)转化过程。将重组DNA分子转入受体细胞,并在受体细胞中复制保存。
(3)对受体细胞进行筛选和鉴定,以保存并复制含有目的基因的细胞,一般通过特殊培养基进行选择性培养,淘汰没有转化的细胞,筛选出那些带有目的基因的外源DNA重组质粒。
(4)对含有重组DNA的细胞进行大量培养,并检测外源基因是否表达。
基因工程的意义在于:大规模生产生物分子;设计构建新物种;搜集、分离、鉴定生物信息资源。在医学上、轻工食品上、环保上的应用,农林领域带来的是第二次农业大革命。
二、发酵工程
1、定义：发酵( fermentation)来自拉丁语“发泡”( fervere)一词,当时是指酒精发酵时产生二氧化碳的现象。
狭义的发酵是指微生物的一种呼吸类型, 广义发酵,是指利用微生物制造和生产各种目的产物的过程,包括利用好氧微生物进行的需氧发酵、利用兼行厌氧微生物进行的兼气发酵和利用厌氧微生物进行的厌氧发酵。
发酵主要应用于工业、农业、食品卫生、医学、环境保护等领域。
2、发酵工程主要包括四个方面的内容和步骤: (1)发酵原料的预处理。 (2)菌种的活化和种子扩大。 具体操作为: 种子培养 培养容器为5 ～ 10 mL试管。
一级种子培养 将种子接种到200 ～ 1 000 mL锥形瓶中,在振荡器内培养。 二级种子培养 将一级种子接种到10 ～ 100 L的种子发酵器内培养。 (3)微生物发酵和控制。 (4)发酵产物的分离提取。
对发酵液进行浓缩、纯化过程是提纯产品的过程。
三、细胞工程
1定义：细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过某种工程学手段,按照人们的设计蓝图,进行细胞整体水平或细胞器水平上的遗传操作,即将具有某种特定基因和性状的细胞与异种细胞融合,形成新型细胞,使其具有两种亲本细胞的基因和特点。
2、细胞工程的主要步骤分两部分,一是上游工程,包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤;另一部分是下游工程,是用已转化的细胞来生产生物产品的过程。
(1)细胞培养：包括单个细胞培养、组织培养和器官培养。 (2)细胞融合 (3)细胞亚结构移植
四、酶工程
1、酶工程的主要任务是通过预先设计、经人工操作而获得大量所需的酶,并使酶发挥最大的催化功能。
2、酶工程的内容主要是:酶的生产分离纯化、酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶与固定化酶的应用等。
1)酶的来源 2)酶的分离纯化过程
3)酶的固定化，酶的固定化方法主要有三种: (1)载体结合法 (2)交联法 (3)包埋法 (4)酶反应器
五、蛋白质工程
1、定义：蛋白质工程主要是在明晰编码蛋白质的基因DNA碱基排列顺序或蛋白质的氨基酸序列的基础上进行的,通过定点突变技术更换蛋白质分子的某一特定氨基酸,即更换一个片段,修饰改造现在已有的酶、多肽激素、疫苗等,使之具有某些新的特性,满足人类的需要。
2、蛋白质工程一般需经过以下步骤: ①分离纯化需要改造的目的蛋白; ②对已分离纯化的蛋白进行氨基酸序列测定、X射线晶体衍射分析、核磁共振分析等一系列测试,尽可能多地获得该蛋白的结构和功能的数据;
③通过蛋白序列设计核酸引物或探针,从cDNA文库或核基因文库中获取编码该蛋白的基因序列; ④设计改造方案; ⑤对基因序列进行改造; ⑥将经过改造的基因片段插入适当的表达载体,并通过蛋白质加以表达; ⑦分离、纯化经过改造的蛋白质,并对其进行功能检测。 ◆习题与答案:
一、名词
1、生物技术：生物技术是应用自然科学及工程学的原理,依靠微生物、动物、植物体作为反应器,将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。
2、转基因动物：是用实验方法，把外源基因导入到动物体内，这种外源基因与动物本身的染色体整合，这时外源基因就能随细胞的分裂而增殖，在体内得到表达，并能传给后代。：
3、克隆：是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。通常是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组织后代的过程。
4干细胞：是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。
二、简答
什么叫基因工程,简述基因工程步骤? 答：基因工程又称DNA重组技术,是在基因水平上进行的遗传操作。主要是通过有机合成,或者以mRNA为模板,利用反转录酶合成碱基因互补的DNA,按照人们的需要对DNA序列进行设计、剪接、修饰加工,再和载体DNA(质粒)连接在一起重新导入细胞,大量繁殖,生产所需要的蛋白质、激素、疫苗、酶等,培育出具有某些特殊性能的转基因动、植物新品种。
基因工程主要包括以下几个步骤: (1)提取供体生物的目的基因(外源基因),用限制性内切酶切开,将含所需性状的目的基因连接到另一DNA分子上(常用大肠杆菌),形成新的重组DNA分子。
(2)转化过程。将重组DNA分子转入受体细胞,并在受体细胞中复制保存。
(3)对受体细胞进行筛选和鉴定,以保存并复制含有目的基因的细胞,一般通过特殊培养基进行选择性培养,淘汰没有转化的细胞,筛选出那些带有目的基因的外源DNA重组质粒。
(4)对含有重组DNA的细胞进行大量培养,并检测外源基因是否表达。 ◆板书设计：
第一节 生物技术的形成与发展
一、现代生物技术定义
二、生物技术的进展
第二节 生物技术的基本内容
一、基因工程
1、定义：
2、基因工程主要包括以下几个步骤：
二、发酵工程
1、定义：
2、发酵工程主要包括四个方面的内容和步骤:
三、细胞工程
1、定义：
2、细胞工程的主要步骤：
四、酶工程
1、定义：
2、酶工程的内容：
五、蛋白质工程
1、定义：
2、蛋白质工程一般需经过以下步骤:
◆课后评价与思考：
《生物基础》电子教案
浙江省江山市中等专业学校 张容
【教 材】王社光、刘 强。《生物基础》.高等教育出版社.2005.6.第1 版 【课 题】第7章 生物技术及其应用
第三节 生物技术的应用
【教学目标】
知识与技能：掌握现代生物技术在各领域应用的基本情况，了解生物技术在人类社会发展上的巨大作用。
过程与方法：通过案例教学使学生对生物技术工程的作用有进一步的认识。培养学生的观察能力，使学生能理论联系实际正确地进行分析，认识新事物和掌握新技术。
情感态度与价值观：通过教学，使学生对待新事物、新技术的认识得到提高。培养其学习科学的兴趣、努力的掌握新技术，并运用技术为社会作出自己的贡献。 【教学重点、难点】
重点：生物技术在各领域的应用 难点：生物技术在各领域的应用 【课时安排】1学时
【主要教学方法】讲授、PPT演示、讨论 【教学用具】多媒体及PPT 【教学过程设计】
第7章 生物技术及其应用
第三节 生物技术的应用
现代生物技术产业自20世纪80年代兴起,90年代形成热潮后,给农林、食品、医药等行业带来了前所未有的发展。2000年世界生物技术产品市场接近4 000亿美元。
一、生物技术在农作物种植上的应用
主要是利用细胞工程和基因工程操作技术。农作物利用生物技术主要在以下方面:
1、提高农作物产量和改进农产品品质
2、进行抗逆与抗病虫害育种
3、培育抗除草剂农作物
4、生物肥料
5、利用转基因植物生产医药品和贵重蛋白
二、生物技术在园艺上的应用
人们想方设法改进花色色泽、花形外观以及延长花的保存期
在果树上的应用, 如果树的育种，抗病虫害,抗逆,提高果品甜度、香味、色泽及个体 形状、大小等性能的新品种会给人们带来更大的希望。
三、生物技术在林业上的应用
1、培育抗性优异的基因工程林木
2、利用植物组织培养技术快速繁殖林木
四、生物技术在畜牧业上的应用
1、转基因动物。转基因动物的研究,目前主要有如下方面: (1)转基因动物生物反应器。 (2)转基因动物作为移植器官的供体。 (3)转基因技术用于动物育种和改良。
2、克隆技术
克隆技术具有广阔的应用前景,主要有四个方面的内容: ①培育优良畜种和生产实验动物; ②生产转基因动物; ③生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法; ④复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。
3、干细胞技术
4、利用基因工程技术生产疫苗
五、生物技术在医学等领域中的应用
1、基因工程药品。几种主要的基因工程药品：(1)人胰岛素。(2)人生长激素(3)细胞因子(4)生长因子。(5)疫苗
2、生物技术在疾病诊断与治疗中的应用
3、展望未来医药卫生领域中的生物技术。未来医学领域中的生物技术可预期取得的突破有以下几个主要方面: (1)转基因动物生产的“转基因药物”将进入市场。 (2)人型单克隆抗体的制备将取得新突破。 (3)基因治疗将逐步实现临床应用。 (4)生产技术的各个环节将不断得到改进。
◆习题与答案： 简答：
1、简述克隆技术应用前景? 答：克隆技术具有广阔的应用前景,主要有四个方面的内容:①培育优良畜种和生产实验动物;②生产转基因动物;③生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;④复制濒危的动物物种, 保存和传播动物物种资源。
2、简述转基因动物生物反应器在药品生产方面的意义? 答：利用转基因动物的乳腺组织作为生物反应器,能够生产出具有完全生物活性的药用蛋白,纯化简单,投资少,成本低,对环境无任何污染。这样的生物工厂,就是一座天然原料加工厂,只要提供牛羊饲料,就可以从其乳汁中源源不断地获得人类所需要的药用蛋白。
3、简述生物技术在农业上的应用? 答：
1、提高农作物产量和改进农产品品质。
2、进行抗逆与抗病虫害育种。
3、培育抗除草剂农作物。
4、生物肥料。
5、利用转基因植物生产医药品和贵重蛋白。
4、简述生物技术在医药行业的应用? 答：
1、基因工程药品：(1)人胰岛素(2)人生长激素(3)细胞因子(4)生长因子(5)疫苗。
2、生物技术在疾病诊断与治疗中的应用，细胞工程在疾病诊断和治疗中的应用,主要是单克隆抗体制备技术;基因工程则以基因诊断和治疗开辟了医学的新纪元。
3、展望未来医药卫生领域中的生物技术未来医学领域中的生物技术可预期取得的突破有以下几个主要方面：(1)转基因动物生产的“转基因药物”将进入市场。(2)人型单克隆抗体的制备将取得新突破。(3)基因治疗将逐步实现临床应用。 (4)生产技术的各个环节将不断得到改进。
5、谈谈你对转基因食品的认识?(略)
◆板书设计：
第三节 生物技术的应用
一、生物技术在农作物种植上的应用
二、生物技术在园艺上的应用
三、生物技术在林业上的应用
四、生物技术在畜牧业上的应用
五、生物技术在医学等领域中的应用
◆课后评价与思考:
