《环境生物技术》课件

现代环境生物工程

生命科学与环境学院

2016.11.12

第一章概述

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第一章概述

• 1.1 生物技术

• 1.1.1 生物技术的定义

• 生物技术 (biotechnology ), 生物技术 (biotechnology 或 biotechniques) 一词最初由匈牙 利工程师 Karl Ereky 于 1 91 7 年提出； 1982 年，国 际合作与发展组织将生物技术定义为： “ 应用自然 科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物 体对物料进行加工，以提供产品为社会服务的技

术。 ”

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• 1986 年，我国在制定《中国生物技术政策纲要》 时，将生物技术进一步定义为： “ 以现代生命科学 为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学 科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加 工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种 目的。 “

• “ 先进的工程技术手段 ” 是指基因工程、细胞工 程、酶工程、细胞工程和发酵工程等新技术， “ 生 物体 ” 包括动物、植物、微生物， “ 生物原料 ” 则指 生物的某一部分或生物生长过程中所能利用的一 些物质，如淀粉、糖蜜、纤维素等有机物，也包 括一些无机化合物等。

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• 生物技术不仅仅与生命科学相关，还包含设备、 工艺等工程学内容，是一门涉及多学科的综合性 技术。

• 目前，生物技术被世界各国视为一项高新技

• 术，广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食 品、化工、能源和环境保护等众多领域，对于解 决人类所面临的各类挑战 ( 如食品短缺、健康问 题、环境问题及经济问题等 ) 是至关重要的。

• • 生物技术既是现实生产力，也是具有巨大经济效 益的潜在生产力，是 21 世纪高技术革命的核心内 容，生物技术产业是 21 世纪的支柱产业。

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1.1.2 生物技术的发展

• （ 1 ）传统生物技术

• 传统生物技术的发展和应用可以追溯到几千年以前，酿酒制醋是人类 最早通过实践所掌握的生物技术之一。

• 古埃及和中亚两河流域人民 5000-6000 年以前一开始酿酒，中国在龙山 文化时期（距今 4000-4200 年）已有酒器出现。

• 1857 年，法国生物学家 L.Pasteur 实验证明了酒精发酵是酵母的作用； 1881 年，德国细菌学家 Robert Koch 建立了微生物纯培养技术；

• 1897 年，德国生物化学家 Eduard Buchner 阐明了发酵本质是酶的作 用； 1 9 世纪开始，人类开始有意识进行大规模发酵生产乳酸、酒精、 面包酵母、柠檬酸等微生物的初级代谢产物；

• 1928 年， Alexander F1eming 发现了青霉素。

• 20 世纪 40 年代，抗生素工业成为生物技术产业中的支柱产业；

• 20 世纪 50 、 60 年代氨基酸发酵、酶制剂工业成为生物技术产业的新成 员。

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• 由于上述生物技术主要是通过微生物的初级发酵

• 来获得产品的，因此被称为传统生物技术，它一 般包括三个重要的步骤：

• 第一步，上游处理过程，主要是对原料进行加 工，作为微生物的营养和来源；

• • 第二步，发酵和转化过程，指的是目的微生物大 量生长，目的产物大量积累；

• 第三步，下游处理过程，主要指目的产物的纯化 过程。

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(2) 现代生物技术

• 现代生物技术是以重组 DNA 技术和细胞融合技术 为基础，利用生物体 ( 或者生物组织、细胞及其成 分 ) 的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物 种或新品系，以及与工程原理相结合进行加工生 产，为社会提供商品和服务的一个综合性技术体 系，是基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程 等四大体系组成的现代高新技术。

• 现代生物技术的诞生以 20 世 70 年代初 DNA 重组技 术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明与应用为标志， 迄今为止已走过了 4 0 多年的发展历程。

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• 1953 年，美国生物学家 Waston 和英国物理学家 Crick 用 X 射 线衍射法发现了遗传的物质基础 ——DNA 双螺旋结构，阐 明了 DN A 的半保留复制机制，从而使揭开生命秘密的探索 从细胞水平进人了分子水平。

• 1973 年，美国加利福尼亚大学旧金山分校 Herber Boyer 教 授和斯坦福大学 Stanley Cohen 教授合作，成功地进行了 人类历史上第一次有目的的基因重组实验，并据此提出了 “ 基因克隆 ” 策略，标志着现代生物技术的诞生。

• 淋巴细胞杂交瘤技术是现代生物诞生的又一个标志。 1974 年华裔加拿大学者高国楠创立了聚乙二醇 (PEG) 的细胞化 学融合法， 1975 年 Kohler 和 Milstein 成功地融合了小鼠 B 一淋巴细胞和骨髓瘤细胞而产生能分泌稳定单克隆抗体的 杂交瘤细胞，之后 20 世纪 8 0 年代出现了电融合技术。

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• DNA 重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术使得传统生物技术中 的生物转化过程变得更为有效，利用这些方法不仅可以分 离得到高产的微生物菌株，还可以人工制造高产量的菌 株；菌株也不仅仅局限于原核生物，植物、动物等真核 生物细胞也可以作为发酵菌株。

• 这两项技术的逐步发展与成熟对生命科学的许多领域产生 了革命性影响，从而使得生命科学日新月异，使生命科学 成为 20 世纪以来发展最快的学科之一。生物技术领域也因 此迅速完成了从传统生物技术向现代生物技术的飞越发 展，并一跃成为代表着 21 世纪的发展方向、前景远大的新 兴学科和产业。

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1.1.3 现代生物技术的应用

• 现代生物技术广泛地应用于医药卫生、农林牧、 食品、能源和环保等众多领域，产生了巨大的经 济和社会效益，为解决人类面临的食品、健康、 能源、环境等问题提供新的手段。