第4讲 生物技术课件.pptVIP

第4讲、生物技术  1.酶工程 1.1基本概念 ①酶：是一类由活细胞产生的、具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质。 ②酶工程：主要是利用生物酶或细胞、细胞器所具有的某些特异催化化学反应的功能，通过现代工艺手段和生物反应器生产生物产品的技术。 1.2酶的特性 ⑴酶具有高效率的催化能力 酶比一般化学催化剂的催化效率高出几百万倍，与没有催化剂的反应相比，最多可高出1017倍。 ⑵酶作用的专一性很强 ①酶对于被作用的底物（反应物）是专一的。 ②酶对于被催化的反应是专一的。 ⑶酶在生物体内参与每一次反应之后，它本身的性质和数量都不会发生改变。 ⑷酶的化学本质是蛋白质。 在酶的四大特性中，高效率的催化能力和作用的专一性是酶的两个最重要的特性。 1.3酶的生产 ⑴原料： 酶制剂生产中常用的微生物，包括细菌、霉菌、酵母菌和放线菌四大类。 ⑵方法： 发酵。就是在人工控制的条件下，微生物通过本身新陈代谢的活动，将不同物质进行分解或合成的产酶过程。 ⑶分离 在生物体和微生物发酵液中，酶都是与大量的其他物质共同存在的，因此酶的分离是十分必要的。 ⑷固化酶 ①固定化酶：把酶制剂经物理或化学处理，跟某些固体如树脂相结合，可以成为不溶于水但仍然具有活性的固相状态。 ②固定化细胞：不必将酶从细胞中取出来，而是直接把整个细胞固定，使酶处于细胞内的自然状态，参与催化反应。 1.4酶的应用 固定化细胞技术已被广泛应用于医药、化工产品、食品、饮料的生产、环保和能源方面。 2.微生物工程 2.1基本概念 ①微生物：把所有体形微小、单细胞或个体结构简单的多细胞生物和原生物，即不具细胞结构的病毒、细菌、放线菌，以及属于真菌的酵母菌、霉菌、甚至单细胞藻类、总称为微生物。 ②微生物工程：就是利用微生物发酵过程生产微生物产品，生产代谢产品和合成新物质的过程。 2.2微生物的生产—发酵 发酵工程的操作一般可分为四个阶段： ⑴配料:选取发酵原料及对原料进行预处理。 ⑵接种:这个阶段的操作可分三步进行。第一步是对发酵原料进行高压灭菌。第二步是根据发酵类型来选择所需要的目标菌种。第三步是将目标菌种接种到灭过菌并已冷却了的发酵原料中。 ⑶发酵:由于不同的微生物对生活条件有不同的要求，在发酵过程中应根据目标菌种需氧和厌氧的特点，进行无菌空气发酵或密闭静止发酵。 ⑷分离和提纯：对发酵产品进行分离和提纯，以获得符合要求的发酵产品。 2.3微生物工程的应用 ⑴治病和杀虫的功能:人们把病原微生物的活菌体撒布在田间以杀害虫；人们用细菌、病毒制成疫苗，用以防治流行性传染病。 ⑵富集特殊化学成分的功能:人们把人工培养的固氮菌、磷细菌、钾细菌制成复合肥料，这种肥料既有固氮作用，又能分解土壤和肥料中难溶于水的含磷、钾的物质，以供植物利用。 ⑶分解有机物的功能:有些微生物，如细菌、霉菌、酵母菌等能把水中的有机物变成简单的无机物，而使污水净化。 ⑷生产蛋白质和酶等代谢产物的功能。 3.细胞工程 3.1细胞的全能性 单个的细胞可以独立生活和发展吗？细胞学说的发明人之一的施旺对此做出了“应该可以”的推测。然而，施旺的推测一直没有得到事实根据的支持。 1902年，德国科学家哈伯兰特又提出了“植物细胞具有全能性”的预言。按照他的看法，每个植物细胞都能像胚胎细胞一样，可以在体外培养成一棵完整的植株。 1937年，美国科学家怀特将已知的化合物和植物生长调节物质按一定比例混合起来，制成了植物细胞离开整体以后的营养物质（即所谓的培养基），当他把取自烟草茎的形成层细胞以及从胡萝卜根上切下的小块放在培养基上时，都能进行旺盛的分裂，最终长出一团花菜状的瘤状物（愈伤组织）。 1958年，美国科学家斯蒂伍德用打孔器从胡萝卜的根上取下一块组织，并把取下的组织放在营养基内进行转动，胡萝卜组织的细胞一个个离开组织而进入培养液中，并且能在培养液中不断分裂，进而长出像胚胎状的结构，这种结构叫做体细胞胚。这种体细胞胚在培养液中还能进一步长成一棵棵胡萝卜小苗，当把这些小苗移植到土壤中后，小苗终于长成能开花结实的胡萝卜。 斯蒂伍德的研究，完成了从一块胡萝卜组织到细胞、由细胞再发育成一株胡萝卜的整个循环过程。这项研究成果不仅证明了细胞的全能性，同时也开创了生物技术的一个新天地——植物组织培养。 3.2植物组织培养 自从斯蒂伍德把单个细胞培养成完整的胡萝卜植株后，植物组织培养技术逐渐发展成为一门成熟的技术并在生产实践中得到应用。 ⑴花卉工厂:组织培养技术最早应用于名贵花卉的繁殖中。名贵花卉极难繁殖或周期长费用高。采用组织培养法，可在试管内使组织繁殖成苗后，移植田间，从而迅速获得大量植物。这种方法由于在试管中繁殖又称微型繁殖术。 ⑵无毒植株栽培:组织培养技术也被应用到植物的无病毒繁殖上。 ⑶名贵植物繁殖:组织培养技术