2 DNA重组技术3
分子生物学常用检测技术
平台期
指数增长期
循环数Cycle Number
CT = - k logN0 + b
PCR的临床应用
对病原微生物核酸进行快速检测 弥补免疫检测的缺陷 缩短诊断的窗口期（如HBV,HIV） 用于药物疗效监测和评估 用于肿瘤基因表达方面的研究 用于遗传病的诊断
样本采集要求
项目
标本采集
HBV 无菌注射器抽取2毫升静脉血或其它体液注入无 HCV 菌试管或抗凝管。
• 第二代测序技术大大降低了测序成本的同时，还 大幅提高了测序速度，并且保持了高准确性，但 在序列读长方面比起第一代测序技术则要短很多 。
五、基因重组技术
• 基因重组是指一 个基因的DNA序列 是由两个或两个 以上的亲本DNA组 合起来的。
• 基因重组是遗传 的基本现象，病 毒、原核生物和 真核生物都存在 基因重组现象。
尿道分泌物：同上
二、核酸分子杂交
根据核酸变性和复性 的原理，不同来源的 变性单链核酸分子在 合适的条件下，通过 碱基互补形成双链杂 交体的过程称为核酸 分子杂交 （molecular hybridization）。
核酸分子杂交的临床应用
• 1、遗传病的诊断 • 2、病原体的鉴定 • 3、癌基因突变的检测 • 4、组织配型 • 5、亲子鉴定
和
Taq DNA 聚合 酶
或
和
模板 引物
PCR的种类
• 荧光定量PCR • 通用引物PCR • 多重PCR • 巢式PCR • RT-PCR • 原位PCR • 免疫PCR • ……
荧光定量PCR
TaqMan探针
forward primer
probe
R
Q
5'
3'
基因工程的基本技术
基因工程的应用领域
医学应用
基因工程在治疗遗传病、癌 症、生殖健康和药物研发等 方面具有巨大潜力。
农业应用
基因工程可改良作物，使其 耐虫、耐旱、耐盐等，提高 农作物产量和抗性。
工业应用
基因工程可制造用于生产药 物、酶、化学品和燃料的工 业微生物。
基因工程的伦理和社会问题
1 伦理问题
2 社会问题
基因工程引发了关于人类改造、基因编辑 道德和隐私权的伦理问题。
结论
基因工程在改变生物基因、创新医学和改进农业方面具有巨大的潜力，但我 们也必须谨慎处理伦理和社会问题。
基因工程可能导致社会不平等、基因歧视 和境界红利等一系列社会问题。
基因工程的发展趋势
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应用扩大
2
基因工程将在更广泛的领域应用，包
括环境保护、能源开发和生物技术等。
3
精确性增加
随着技术的提高，基因工程的精确性 将不断增加，有望实现更精确的基因 编辑和控制。
伦理规范
随着技术的发展，必须建立严格的伦 理规范来引导基因工程的应用和发展。
基因工程的基本原理
1 基因克隆技术
使用DNA重组技术将特 定基因导入宿主生物， 以制造具有特定功能的 生物体。
2 基因编辑技术
使用现代CRISPR-Cas9等 技术，直接修改生物基 因的序列，以实现精确 的基因改变。
3 基因转移技术
将一个或多个基因从一 个物种转移到另一个物 种，以增加特定功能或 改良生物体。
基因工程的基本技术
基因工程是一项重要的生物技术，利用进化原理，改变或修改生物体的基因 来达到特定目的。它应用广泛，影响深远。
基因工程的定义和背景
定义
基因工程是研究和应用工程原理来改变生物基因的技术，以创造新功能或改进生物体。
生物基因工程知识点总结
生物基因工程知识点总结
生物基因工程是一门研究和应用生物技术的学科，利用DNA重组技术和其他分子生物学工具来研究和改造生物体的基因，并开发新的生物技术和产品。
以下是生物基因工程的一些主要知识点：
1. DNA重组技术：包括限制性内切酶、DNA连接酶、DNA合成酶、PCR等技术，用于切割、连接和合成DNA分子。
2.基因克隆：通过将目标基因从某个来源分离并插入到载体DNA中，然后将该重组DNA导入到宿主细胞中进行复制来克隆基因。
3. 变异体制备：利用基因工程技术对生物体的基因进行人为的改变，以获得具有特定功能或性状的变异体。
4. 基因表达调控：通过控制基因的转录和翻译过程，调节基因在细胞中的表达量和时机。
5. 载体构建：选择合适的载体并将目标基因插入到载体中，以便在宿主细胞中进行复制和表达。
6. 基因传递和转导：将重组的DNA导入到宿主细胞中，使其被接受和表达。
7. 基因组编辑：利用CRISPR-Cas9等工具，直接编辑生物体的基因组，实现精确的基因改造。
8. 蛋白质表达和纯化：利用重组DNA技术在宿主细胞中表达目标蛋白，并通过纯化技术获得高纯度的蛋白质。
9. 基因治疗：通过导入功能性基因修复或取代某种疾病引起的基因缺陷，用于治疗遗传性疾病。
10. 转基因技术：将外源基因导入到生物体中，使其具有特定的新功能或性状。
以上只是生物基因工程的一些主要知识点，实际上这只是冰山一角。
随着生物技术的不断发展，生物基因工程领域的知识不断增加和更新，我们需要不断学习和掌握新的技术和知识。
重组dna技术的基本过程
重组dna技术的基本过程
DNA重组技术是一种精密的科学技术，用于研究和设计生物体的基因，是分
子生物学研究的重要工具之一。
其基本过程包括把待改造基因从某族群中分离出来，结合另外一种特定的基因与之混合，使受体细胞能够接受和表达这些掺入的基因，最后进行检测验证，为改良后的生物体的表达提供了可靠的参照。
DNA重组技术的第一步就是选择和收集需要重组的基因。
一般选择一种有特
殊生物效用或表现的有用基因，另一种则是带有某种受体细胞表达机制的靶基因。
其中，靶基因负责携带和传输信息，而受体细胞负责把信息传递给其他细胞，激活基因表达。
然后，可以尝试使用不同的方法来将靶基因与有用基因进行混合，比如用酶联反应来重组基因，或者利用噬菌体法来进行DNA的交叉归并，经过这一步骤，不同的基因就可以完成混合合成组合。
最后，需要将重组的DNA带入到受体细胞中，这里需要使用到受精或体外转
化技术。
通常，科学家会将该细胞暴露于含有药物的生化培养基中，使其具有可接受外源DNA的能力，并继续将待重组的DNA和受体细胞混合，其中受体细胞只
接受含有重组激活基因的DNA，这样就可以把DNA重组合成植物或动物细胞。
最后，需要对新生成的重组体进行评价检测，以验证其中一些特殊性质，这也是DNA重组技术成功的根基。
总而言之，由于DNA重组技术的优势，如创造新的基因表达机理，修改基因
的功能，以及使用较少的原材料来实现重组，已经受到了广泛的应用，特别是在生物质料和医药研究领域。
而在生物制造和药物发现领域，它也是一个重要工具，可以解决很多实际问题。
第二十三章 DNA重组和重组DNA技术【生物化学与分子生物学 9版原版】
第二节
重组DNA技术
序言：
重组DNA技术
又称： 分子克隆（molecular cloning） DNA克隆（DNA cloning） 基因工程（genetic engineering）
主要过程：
——在体外将目的DNA与能自主复制的遗传元件（载体）连接， 形成重组DNA分子 ——重组DNA分子在受体细胞中复制、扩增及克隆化，从而获得 单一DNA分子的大量拷贝
• 大多数RE的识别序列为回文结构（palindrome） • 有些RE所识别的序列虽然不完全相同，但切割DNA双链后可产
生相同的黏端，这样的酶彼此互称同尾酶（isocaudamer） • 有些RE虽然来源不同，但能识别同一序列（切割位点可相同或
不同），这样的两种酶成同裂酶（isoschizomer）
克隆载体
——是指用于外源DNA片段的克隆和在受体细胞中扩增的DNA分子。
克隆载体的基本特点：
至少有一个复制起点使载体能在宿主细胞中自主复制，并能使克隆的外源DNA片段得到 同步扩增； 至少有一个选择标志（selection marker），从而区分含有载体和不含有载体的细胞，如 抗生素抗性基因、-半乳糖苷酶基因（lacZ）、营养缺陷耐受基因等； 有适宜的RE单一切点，可供外源基因插入载体。
第一节小结
小结：
自然界DNA重组方式 主要包括： 同源重组，Holliday模式是最经典的同源重组模式 位点特异性重组 转座重组或转座，包括插入序列和转座子的重组 接合，通过细胞接触所发生的基因转移 转化，通过细胞自主摄取发生的DNA整合 转导，病毒感染介导的DNA整合 CRISPR/Cas9系统，细菌获得病毒DNA用于攻击病毒
一、同源重组
同源重组的Holliday模型
现代分子生物学（第3版）_课后答案-五章
第一章 绪论1， 简述孟德尔、摩尔根和沃森等人对分子生物学发展的主要贡献。
答：孟德尔的对分子生物学的发展的主要贡献在于他通过豌豆实验，发现了遗传规律、分离规律及自由组合规律；摩尔根的主要贡献在于发现染色体的遗传机制，创立染色体遗传理论，成为现代实验生物学奠基人；沃森和克里克在1953年提出DAN 反向双平行双螺旋模型。
反向双平行双螺旋模型。
2， 写出DNA 和RNA 的英文全称。
答：脱氧核糖核酸（答：脱氧核糖核酸（DNA, Deoxyribonucleic acid DNA, Deoxyribonucleic acid DNA, Deoxyribonucleic acid））， 核糖核酸（核糖核酸（RNA, Ribonucleic acid RNA, Ribonucleic acid RNA, Ribonucleic acid））3， 试述“有其父必有其子”的生物学本质。
答：其生物学本质是基因遗传。
子代的性质由遗传所得的基因决定，而基因由于遗传的作用，其基因的一半来自于父方，一般来自于母方。
自于父方，一般来自于母方。
4， 早期主要有哪些实验证实DNA 是遗传物质？写出这些实验的主要步骤。
答：一，肺炎双球菌感染实验，答：一，肺炎双球菌感染实验，11，R 型菌落粗糙，菌体无多糖荚膜，无毒，注入小鼠体内后，小鼠不死亡。
型菌落粗糙，菌体无多糖荚膜，无毒，注入小鼠体内后，小鼠不死亡。
22，S 型菌落光滑，菌体有多糖荚膜，有毒，注入到小鼠体内可以使小鼠患病死亡。
型菌落光滑，菌体有多糖荚膜，有毒，注入到小鼠体内可以使小鼠患病死亡。
33，用加热的方法杀死S 型细菌后注入到小鼠体内，小鼠不死亡；后注入到小鼠体内，小鼠不死亡；二，噬菌体侵染细菌的实验：二，噬菌体侵染细菌的实验：11，噬菌体侵染细菌的实验过程：吸附→侵入→复制→组装→释放。
，噬菌体侵染细菌的实验过程：吸附→侵入→复制→组装→释放。
2 2 2，，DNA 中P 的含量多，蛋白质中P 的含量少；蛋白质中有S 而DNA 中没有S ，所以用放射性同位素35S 标记一部分噬菌体的蛋白质，用放射性同位素32P 标记另一部分噬菌体的DNA DNA。
DNA重组的主要步骤
DNA重组的主要步骤
DNA重组是指通过分离、移植和修饰DNA序列来改变基因组的过程。
主要步骤如下:
1.DNA分离: 通过酶切、洗脱或电泳等方法将所需
的DNA片段从基因组中分离出来。
2.DNA连接: 使用酶如连接酶或DNA连接酶将所
需的DNA片段连接在一起。
3.DNA克隆: 将连接好的DNA片段插入到载体中，
如质粒或菌系，进行DNA克隆。
4.DNA纯化: 从质粒或菌系中纯化出重组DNA。
5.DNA检测: 通过测序、质粒分析或其他方法检测
重组DNA的纯度和完整性。
6.DNA应用: 将重组DNA应用于基因疗法、基因
工程、药物研发等领域。
重组技术是基因工程的基础，广泛应用于生物医药、农业等领域。
在这个过程中，需要使用高纯度DNA质粒和严格的操作条件来保证重组DNA的质量。
7.DNA转化：将重组DNA转化为目标细胞，使之
能够生长和繁殖。
8.筛选：筛选出含有目标基因的细胞。
9.验证：使用多种方法（如Southern南方杂交、PCR
聚合酶链反应等）来验证重组DNA的纯度和完整性。
10.应用：将重组DNA应用于基因疗法、基因工程、
药物研发等领域。
DNA重组技术是一种高精度的分子生物学技术，可以通过改变基因组结构来改变生物体的性状。
这项技术在基因疗法、基因工程、药物研发、农业等领域都有着重要应用。
在进行DNA重组时，需要严格遵循实验流程和操作规范，避免误操作。
DNA重组技术
第五章DNA重组技术DNA重组技术是指在体外将目的DNA片段与质粒（plasmid）等能够自主复制的载体（vector）连接形成重组DNA分子，再导入合适的受体细胞。
由于重组DNA可以在受体细胞中复制，目的DNA片段同时也可以扩增获得大量拷贝，因此这项技术也被称为分子克隆（molecluar cloning）。
与PCR技术相比，通过分子克隆得到的拷贝错误率更低，并且获得重组DNA的受体细胞可以无限传代，目的片段可以更长久的保存，并能进行筛选、突变、融合、序列分析等一系列基因操作。
此外，如果载体在插入目的基因的区域具有合适的启动子、核糖体结合位点、转录终止子等序列，目的DNA片段所含基因还有可能能在受体细胞中大量表达，获得目的蛋白或其它表达产物。
通过DNA重组技术表达的蛋白又称为重组蛋白。
目前，DNA重组技术在基础研究、基因诊断、生物制药、基因治疗等方面都得到广泛的应用。
第一节DNA重组技术的常用工具酶在DNA重组技术中，需要利用一些酶来对基因进行操作，我们可以把这些酶称为工具酶。
工具酶的用途涵盖DNA重组技术的各个方面，包括目的DNA的获得、DNA的切割、片段的连接等。
一、目的DNA获得相关工具酶在DNA重组技术中，目的DNA的获得有多种方法。
其中通过酶扩增来获得是重要的一类方法，其中需要多种工具酶。
（一）Klenow片段Klenow片段又名DNA聚合酶I大片段，是DNA聚合酶I通过木瓜蛋白酶部分水解得到的大片段，保留了DNA聚合酶I的5’-3’的聚合和3’-5’的核酸外切酶的活性，去除了5’-3’的核酸外切酶活性。
Klenow片段可用于在体外扩增DNA片段。
由于其具有3’-5’的核酸外切酶活性，因此可以校正聚合中可能出现的错误，具有一定的保真性。
但由于其不耐热，聚合活性弱，在体外合成DNA的效率较低，随着PCR技术的发展，Klenow片段的应用已日趋减少。
现主要用于DNA双链末端的补齐和标记操作。
基因工程的手段
基因工程的手段
基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程的手段主要包括以下几种：
1.基因克隆技术：这是基因工程的基础技术之一，通过将某个有
意义的DNA片段插入到载体DNA上，形成重组DNA分子，再将其导入细胞中，使细胞表达出与该DNA片段相关的功能蛋白
质。
2.基因敲除技术：利用RNA干扰或CRISPR/Cas9技术，将目标基
因的DNA序列进行改变或剪切，使其失去功能。
这种技术可以用于研究基因的功能，也可以用于治疗某些遗传性疾病。
3.基因编辑技术：这是近年来发展迅速的一种基因工程技术，主
要包括CRISPR/Cas9系统和锌指核酸酶技术等。
这些技术可以在基因组内进行精确的修改，包括插入、删除或替换特定的
DNA序列。
4.基因转移技术：将外源基因导入到受体细胞中，使其表达并产
生相应的效应。
这种技术可以用于改良作物品种、生产药物和疫苗等。
除了以上几种主要的基因工程技术外，还有一些辅助性的技术手段，如PCR技术、凝胶电泳技术、基因测序技术等，这些技术为基因工程的实施提供了重要的支持和保障。
需要注意的是，基因工程技术虽然具有巨大的潜力和应用价值，但同时也存在一定的风险和挑战。
因此，在应用基因工程技术时，需要严格遵守伦理和法规要求，确保技术的安全性和可控性。
生物技术知识点
生物技术知识点生物技术是一门综合性的学科，涉及生物学、化学、物理学等多个学科的知识。
它利用生物体的自然功能和生物体的特殊性质，通过改变生物体的遗传物质和代谢过程，来实现对生物体的改良、利用和控制。
下面将介绍几个生物技术的重要知识点。
1. DNA重组技术DNA重组技术是生物技术的核心技术之一。
它通过将来自不同生物体的DNA片段进行切割、连接和复制，实现对DNA的重组。
这样可以将具有特定功能的基因导入到目标生物体中，使其表达出所需的特性。
DNA重组技术在农业、医学和工业等领域具有广泛的应用，如转基因作物的培育、基因治疗和生物制药等。
2. PCR技术PCR（聚合酶链式反应）技术是一种快速、高效的DNA复制技术。
它通过反复进行DNA的变性、引物结合和DNA合成，可以在短时间内扩增特定的DNA片段。
PCR技术在分子生物学研究、疾病诊断和法医学等领域有着重要的应用，如DNA指纹鉴定和病原体检测等。
3. 基因测序技术基因测序技术是对生物体遗传物质（DNA或RNA）进行测序的技术。
它通过对DNA或RNA的序列进行分析，可以揭示生物体的遗传信息和功能。
随着测序技术的不断发展，高通量测序技术的出现使得大规模基因组测序成为可能，推动了基因组学和生物信息学的发展。
4. 细胞培养技术细胞培养技术是将细胞从体内或体外分离出来，在含有营养物质和适宜环境条件的培养基中进行培养和繁殖的技术。
细胞培养技术广泛应用于细胞生物学、生物医学研究和生物制药等领域。
它不仅可以研究细胞的生理功能和代谢过程，还可以用于生产重组蛋白和病毒疫苗等生物制品。
5. 蛋白质工程技术蛋白质工程技术是通过改变蛋白质的氨基酸序列和结构，来改变其功能和性质的技术。
蛋白质工程技术在药物研发、酶工程和生物催化等领域有着广泛的应用。
通过蛋白质工程技术，可以设计和合成具有特定功能的蛋白质，用于治疗疾病、生产工业化合物和改良农作物等。
6. 基因编辑技术基因编辑技术是一种精确修改生物体基因组的技术。
基因工程及其应用
环境保护
基因工程可用于生物修复、 环境监测和生态系统保护， 有助于解决环境问题和提高 可持续发展。
基因工程在医学领域的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
1
基因治疗
通过基因工程技术修复或替换患者的缺陷
药物研发
2
基因，为治疗遗传性疾病提供新的方法。
基因工程用于制备重组蛋白和抗体，加速
药物开发和生产过程。
3
疾病诊断
基因工程技术使得疾病的早期诊断更加准 确和可靠，为个性化医学提供了新的途径。
基因工程在农业领域的应用
转基因作物
基因工程可用于在作物中导入外 源基因，以提高作物的抗虫性、 耐旱性和营养价值。
植物组织培养
基因工程技术可用于培育不孕植 株、繁殖珍稀植物和提高植物生 长速度。
农业生物技术
基因工程在农业领域还可用于动 物遗传改良、育种和疫苗研发， 提高农业生产效率。
基因工程在环境领域的应用
生物修复
基因工程可以用于修复受污染土壤和水体中的有害物质，加速环境恢复过程。
环境监测
通过基因工程技术，可以开发植物和微生物传感器来监测环境中的有害物质。
生态系统保护
基因工程可用于保护濒危物种、恢复破坏的生态系统，维持生物多样性。
基因工程使用了许多工具 和技术，如限制性酶、 DNA合成和蛋白质表达系 统等，以便研究和操作基 因。
基因编辑技术如CRISPRCas9已经革命性地改变了 基因工程领域，使得基因 编辑更加精确和高效。
基因工程的应用领域
生物医学
基因工程在生物医学研究中 有广泛应用，如基因治疗、 药物研发和疾病诊断。
dna重组技术基因克隆基因工程名词解释
dna重组技术基因克隆基因工程名词解释嘿，朋友！咱今天来聊聊这听起来有点高深莫测的“DNA 重组技术、基因克隆、基因工程”。
先来说说 DNA 重组技术。
你就把它想象成是一个神奇的“拼图游戏”。
我们的 DNA 就像是一块块小小的拼图碎片，而 DNA 重组技术呢，就是那双巧妙的手，把不同来源的 DNA 片段拼接到一起，组成一个全新的组合。
这就好像你把草莓和巧克力的味道融合在一起，创造出一种全新的美味，是不是很神奇？再看看基因克隆。
这就好比复制粘贴！想象一下，你有一篇特别好的作文，想要多几份一模一样的，那基因克隆就是这个道理。
科学家们找到他们想要的基因，然后通过一系列复杂又精细的操作，把这个基因复制出好多好多完全一样的“副本”。
基因工程呢，那可是个大工程啦！它就像是一个超级厉害的建筑师，拿着 DNA 重组技术和基因克隆这些工具，精心设计并建造出全新的“生命大厦”。
比如说，我们想让农作物变得更抗病虫害，那就通过基因工程来改造它们的基因，让它们拥有更强的“抵抗力”。
你说这是不是很牛？就好像给生命来了一场魔法大变身！不过有人可能会担心，哎呀，这会不会带来一些不好的影响啊？比如说，会不会造出一些可怕的怪物？其实啊，只要合理地运用这些技术，它们能给我们带来的好处那可多了去啦！比如说，在医学领域，通过基因工程，我们可以制造出更有效的药物，治疗那些以前很难对付的疾病。
就像给生病的身体派去了一支超级厉害的“救援部队”，赶走病魔。
在农业方面，基因工程让我们的粮食产量更高，品质更好。
这就像是给农作物穿上了一层坚固的“铠甲”，让它们茁壮成长。
所以说啊，DNA 重组技术、基因克隆、基因工程虽然名字听起来让人觉得有点晕乎，但它们可都是能改变我们生活的神奇魔法呢！只要我们用得好，未来的世界一定会变得更加美好！朋友，你是不是对这些名词有了新的认识和理解呢？。
高考常考基因工程知识点
高考常考基因工程知识点基因工程是生物学和生物技术中的一个重要分支，也是高考中常考的知识点之一。
它涉及到人类对遗传物质DNA的操作，以达到改变生物体特征的目的。
本文将以简明扼要的方式介绍高考中常被考察的基因工程知识点，包括基因工程的定义、重要技术、应用领域以及伦理道德问题等内容。
一、基因工程的定义基因工程是指通过技术手段对细胞或有性生殖生物的基因进行人工改造，以达到某种预期效果的技术。
核心方法是将目标基因从一个生物体转移到另一个生物体中，实现基因的增加、删除或修饰。
该技术的兴起给农业、医学和生物工程等领域带来了革命性的变革。
二、重要技术1. DNA重组技术：通过将不同来源的DNA片段进行切割和连接，可以合成新的DNA序列。
其中最重要的技术是限制性酶切和DNA连接酶。
2. DNA克隆技术：将目标基因插入到载体DNA中，并通过细菌进行复制和扩增。
常用的载体有质粒和噬菌体。
3. DNA测序技术：用于确定DNA序列的方法。
包括Sanger测序和新一代测序技术。
测序技术的发展极大地促进了基因工程的研究和应用。
三、应用领域1. 农业领域：基因工程在农业领域的应用主要包括转基因作物和转基因动物。
转基因作物常见的有抗虫、抗病作物。
转基因动物则可以用于提高农业生产效率和改良畜禽品种。
2. 医学领域：基因工程在医学领域的应用主要包括基因治疗、基因诊断和基因药物。
基因工程可以通过修复或替代有缺陷的基因来治疗遗传性疾病。
同时，基因工程也可以开发出用于基因诊断和基因靶向治疗的药物。
3. 生物工程领域：基因工程在生物工程领域的应用涉及到生物制药、酶工程和生物燃料等方面。
通过利用基因工程技术，可以制造出大量的蛋白质药物和高效酶催化剂，同时也可以利用微生物进行生物能源的制造。
四、伦理道德问题基因工程的发展也带来了一系列的伦理道德问题。
其中最常被讨论的问题包括食品安全问题、资源分配问题、基因隐私和克隆技术等。
对于这些问题，社会各界需要进行广泛而深入的讨论和研究，以寻找到既能促进科技发展又能保障人类福祉的平衡点。
基因工程与污水处理解决环境污染的新方案
基因工程与污水处理解决环境污染的新方案随着全球人口的快速增长和工业化进程的加速推进，环境污染问题日益突出。
其中，污水污染是一大难题，给人类健康和生态系统带来了巨大威胁。
然而，基因工程技术的广泛应用为解决污水处理问题提供了新方案。
本文将从基因工程的原理、应用案例以及前景展望等方面，探讨基因工程如何成为解决环境污染的新途径。
一、基因工程技术的原理1. DNA重组技术DNA重组技术是基因工程的核心技术之一。
通过将不同种类生物的基因进行分离、修饰和重组，可以获得具有特定功能的基因组合。
这样的基因组合能够在目标物种中产生所需的效应，并对环境污染进行修复和处理。
2. 基因编辑技术基因编辑技术是一种精确编辑生物基因组的技术。
最常用的基因编辑技术是CRISPR/Cas9系统，它可以将目标基因进行准确的剪切和修复，从而改变生物的遗传特征。
基因编辑技术被广泛应用于环境修复、治理和污水处理等领域。
二、基因工程在污水处理中的应用案例1. 降解有机污染物基因工程技术可以利用改造后的微生物来降解有机污染物。
例如，科学家利用基因工程技术成功地构建了一种具有高效降解能力的细菌，用于处理污水中的苯系物和多环芳烃等有机污染物。
这种方法具有高效、节能和环保的特点。
2. 去除重金属重金属污染是污水处理中常见的问题之一。
通过基因工程技术，科学家们可以将植物中对重金属具有吸附能力的基因导入到微生物中，使得微生物具有高效去除重金属的能力。
这种方法被广泛应用于废水治理和地下水修复中。
三、基因工程在环境污染治理中的前景展望1. 创新型微生物的设计基因工程技术的不断发展将使得创新型微生物的设计成为可能。
通过改造微生物的代谢途径和基因组，可以使其具有更强的抗污染能力和适应能力。
未来，我们可以期待基因工程在污水处理中的应用更加高效和可持续。
2. 新型生物传感器的开发基因工程技术可以用于开发新型生物传感器，通过监测和检测环境中各种污染物的存在和浓度，从而实现对环境污染的快速识别和定位。
基因重组的类型
（3）DNA重组技术
2.意义：是 生物变异 的来源之一，对生物的进化也 具有重要意义。
三、染色体变异
染 数目 色 变异 体
变 结构
异 变异
个别染色体的增减 染色体组 的增减
染色体片段的缺失 、增加、倒位 和易位
四、常见育种方式 1.杂交育种 将两个或多个品种的 优良性状 通过 交配集中在一 起，经过选择和培育，获得新品种的方法。 2.诱变育种 利用 物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等） 或 化学（因如素亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物， 使生物发生 基因突，变获得新品种的方法。 3.单倍体育种 常采用花药（花粉）离体培养，再用 秋水仙素处理 幼苗得到植株，与正常植株的染色体数目相同 ，这样 的植株自交后代不会发生 性状分离 。
可以明 显地缩 短育种
年限
种
操作简 单，能 较快获 得新类
型
打破物 种界限， 定向改 变生物 的性状
按照人们的意 愿改变细胞内 遗传物质或获 得细胞产品且 克服了远缘杂 交不亲和障碍
可改良 动物品 种或保 护濒危
物种
时间长， 缺 需及时 点 发现优
良品种
有利变 异少， 需大量 处理实 验材料
技术复 杂且需 与杂交 育种配
4.多倍体育种 常用且最有效的方法是用 秋水仙素处理 萌发的种子 或幼苗，得到多倍体植株。多倍体植株的果实、种子都 比较 大 ，糖类和蛋白质等含量都有所 增加 ，但发育
延迟，结实率低。
五、现代生物进化理论的主要内容 1.种群是 生物进化和 繁殖的基本单位。 2. 突变和基因重组产生进化的原材料。 3.自然选择导致种群基因频率的 定向 改变，决定 生物进化的方向 。 4. 隔离导致新物种的形成。 5.共同进化产生生物的多样性。
《重组DNA技术》课件
合成生物学
通过合成DNA来构建新的生物 系统。
个性化医疗
根据个体基因信息制定个性化 治疗方案。
1 优势
能够精确操纵DNA序列，有很大的应用潜力。
2 挑战
涉及伦理和法律问题，需要审Fra bibliotek使用和监管。重组DNA技术的伦理和法律问题
1 隐私与安全
个人基因信息的保护和使 用。
2 知识产权
重组DNA技术的专利保护 和共享。
3 道德问题
生命伦理和人类基因改造 的道德考量。
重组DNA技术的未来发展趋势
基因组编辑
重组DNA技术的原理和步骤
1
1. DNA剪切
使用限制性内切酶切割DNA分子，产生特定的DNA片段。
2
2. DNA连接
将不同来源的DNA片段连接起来，形成重组DNA。
3
3. DNA修饰
可以进行DNA序列的修饰，例如插入或删除特定DNA序列。
常见的重组DNA技术方法
PC R
聚合酶链反应，用于扩增 DNA序列。
《重组DNA技术》PPT课 件
DNA重组技术是通过将不同来源的DNA分子进行切割、连接和修饰的一项技 术。它在现代生物技术和分子生物学领域有着广泛的应用。
DNA重组技术的定义
1 基因重组
通过DNA重组技术，可以将不同的基因组合到一起，产生新的基因组。
2 DNA重组
DNA重组技术包括以特定方式剪切、连接和修饰DNA分子，以改变其序列和功能。
蛋白质表达系统
利用重组DNA技术制备大量 特定蛋白质。
基因编辑技术
例如CRISPR-Cas9，用于精 确编辑DNA序列。
重组DNA技术的应用领域
重组育种的名词解释
重组育种的名词解释育种是指通过选育和培育具有特定性状的植物和动物品种，以满足人类需求的过程。
而重组育种则是现代生物技术在育种领域中的一种重要应用，它通过改变生物的遗传物质，使其具备更有益的特性或者去除一些不利的性状。
一、重组育种的基础知识1. DNA重组技术DNA重组技术是重组育种的核心技术之一，它通过切割和重新组合DNA分子来改变生物的遗传物质。
利用酶切和连接酶，科学家可以将来自不同生物体的DNA片段结合在一起，从而创造出具有新性状的生物体。
这项技术被广泛应用于植物和动物的遗传改良中。
2. 基因编辑技术基因编辑技术是近年来发展起来的一种重要的DNA重组技术，它通过直接在生物体的基因组中删除、插入或修改特定的DNA片段来实现遗传改良。
其中最为著名的技术是CRISPR/Cas9系统，它可以精确地编辑生物体的基因，为育种工作提供了更高效、更精确的方法。
二、重组育种的应用1. 增强作物的抗病性和抗虫性重组育种可以通过引入抗病或抗虫相关基因来增强作物的抗病性和抗虫性。
例如，转基因玉米和大豆中引入了一种名为Bt（苏云金芽孢杆状病毒）基因，使其能够抵抗很多害虫的侵袭，从而减少了对农药的依赖，提高了农作物的产量和质量。
2. 提高作物产量和耐旱性重组育种也被应用于提高作物的产量和耐旱性。
例如，科学家们通过抑制植物中某些基因的表达，成功提高了水稻的产量。
此外，通过引入耐旱相关基因，一些作物也获得了更好的抗旱能力，使其能够在干旱的环境中生长和发展。
3. 改良家畜品种除了植物的遗传改良，重组育种也可以用于改良家畜品种。
例如，科学家们通过引入生长激素相关基因，成功提高了猪和牛的生长速度和肉质质量。
同时，也有研究展示出重组育种能够增加家禽对特定疾病的抵抗能力，提高了养殖效益和动物福利。
三、重组育种的挑战和争议尽管重组育种在农业和畜牧业方面有很多潜在好处，但也面临着一些挑战和争议。
其中最主要的问题之一是基因风险的不确定性。
DNA重组的机理---精华版
异常分离与基因转变
在一个杂合体中，如果一染色体把基因A交给它的 同源染色体，则它的同源染色体必定把基因a交回给 它，所以在真菌中，一个座位上的两等位基因分离时 ，应该呈现2：2或1：1：1：1或1：2：1的分离(表8-1) ，这就说明重组通常总是交互的。可是Lindegren在面 包酵母（Saccharomyces cerevisiae）中发现，有的子囊 含有（3A+1a）或（1A+3a）的子囊孢子。以后在脉 孢霉、酿酒酵母、子囊菌Ascobolus immersus及果蝇中 也发现这种现象。
•片段重组体：切开的链与原来断裂 的是同一条链，重组体含有一段异源 双链区，其两侧来自同一亲本DNA。 •拼接重组体：切开的链并非原来断 裂的链，重组体异源双链区的两侧来 自不同亲本DNA。
电镜下的Holliday结构
Meselson-Radding单链侵入模型
Holliday模型中为对称的杂合双链， 而实际情况有不均等分离现象，1975年 Meselson-Radding 提出模型解释这种不 对称重组现象。
基因重组的相关概念 同源重组 转座重组 位点特异性重组 DNA重组技术简介
一、基因重组
• • 英文名称：gene recombination 定义：是指由于不同DNA链的断裂和连 接而产生的DNA片段的交换、插入等的 重新组合，形成新的DNA分子的过程。 包括发生在生物体内(如减数分裂中异源 双链的核酸交换)和在体外环境中用人工 手段使不同来源DNA重新组合的过程。
真核生物的转座子
Barbara McClintock
Nobel Prize for Physiology Medicine 1983
玉米的Ac-Ds系统
真核生物的转座子根据其DNA结构和转座 机理的不同,分为两类,第一类是反转座子，其 转座过程是DNA→RNA→DNA，需要RNA中 间体；第二类是DNA转座子，其转座过程是 DNA→DNA，无RNA中间体。
医学重组的名词解释
医学重组的名词解释医学重组是指利用基因工程技术，通过改变或重组生物体的基因组，从而使其具有某种期望的特性或生产某种具有医学价值的物质。
在医学研究和生物制药领域，医学重组技术已经成为一项重要的工具，广泛应用于药物开发、疾病治疗和诊断等方面。
1. DNA重组技术DNA重组技术是医学重组的核心技术之一。
它主要包括DNA分子的剪切、连接和复制等操作，通过将特定片段的DNA（基因）导入到受体细胞中，使其表达并产生所需的蛋白质。
这项技术的重要性在于，它可以跨越物种的限制，实现基因的跨物种转移和表达。
例如，通过将人类基因导入大肠杆菌，可以生产大量的人类蛋白质，用于制备药物或治疗疾病。
2. 重组蛋白质重组蛋白质是通过DNA重组技术合成的人工蛋白质。
它具有精确定制的结构和功能，可以根据需要进行定制，用于制备药物、生产诊断试剂和研究基因功能等方面。
重组蛋白质技术在生物制药领域取得了巨大的成功，许多重要的药物，如胰岛素、生长激素和抗体药物等，都是通过这种技术生产的。
3. 基因编辑技术基因编辑技术是医学重组的新兴技术之一。
它通过精确修改生物体的基因组，实现对基因的精确操控。
目前最常用的基因编辑技术是CRISPR-Cas9系统。
这项技术利用一种特殊的酶（Cas9）和导引RNA，可以精确识别和剪切DNA的特定序列，并在修复过程中插入或删除特定的基因片段。
基因编辑技术为研究疾病基因的功能和治疗疾病提供了一种全新的途径。
4. 细胞疗法细胞疗法是医学重组在临床治疗中的应用之一。
它利用医学重组技术改造或修复患者的细胞，再将其重新注入患者体内，用于治疗疾病。
细胞疗法的应用范围非常广泛，涉及到多个领域，如肿瘤免疫治疗、遗传性疾病治疗和器官再生等。
其中，CAR-T细胞疗法是目前较为成功的细胞疗法之一，可以治疗某些血液肿瘤。
5. 基因检测与诊断医学重组技术在基因检测与诊断领域也起着重要的作用。
通过对个体基因组的检测和分析，可以诊断遗传性疾病、判断个体对某些药物的敏感性，并帮助医生进行精准治疗。
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双酶切产生的DNA片段平均大小不超过1kb，但 如采用双酶部分消化，产物的分子量可达10～30kb,它 们存在着随机序列重叠，用蔗糖梯度离心或凝胶电泳可 将这些片段群体按大小分开，可得到的分子量大小约为 20kb的随机DNA片段群体。
三、 DNA片段大小的分部分离：
如已知含目的基因克隆片段的大小范围，可在克隆前 用蔗糖梯度离心或琼脂糖凝胶电泳将DNA群体按大小 分部分离。
样重组分子可通过加热局部变性和S1核酸酶处理回
收插入片段 加装人工接头引入酶切口，以便插入片段回收
三、Vectors 根据 DNsert (kb) 5 phageλ 23 cosmid 45 YAC 1000
构建Genomic library时, 通常用λ replacement vectors 为克隆 载体。
一、基因组DNA的分离 二、基因组DNA的片段化 1.用限制酶片段化:
用限制酶消化DNA，不经凝胶电泳分部分离，直接和载体 连接的克隆方法叫鸟枪法(shot-gan approach)
存在的问题： ①所形成的重组体分子是一群带有大小不同插入片段的混合群 体。以每个载体可插入1～3kbDNA计算，基因库至少含10～ 30万个重组质粒。从中筛出目的基因工作量是很大的。 ②目的基因内部可能有一个以上的酶切位点，即一个基因分载 在几个重组质粒上，筛出完整基因更不容易。
但应注意：
(1) 细胞中不同mRNA的丰度不同，低丰度的mRNA 要求很高的克隆数(要用公式来计算)。 (2)有的基因表达具有严格的时空性，要获得其 mRNA并非易事。用不同发育阶段，或A。不能用于基因结构和调节的研究。一个 基因经不同的剪接可产生不同的部分重叠的 cDNA克隆。
AAAAAAAAAAAAAAOH 3’
引物
G
退火
AAAAAAAAAAAAAAOH 3’
5‘ppp’5
G
逆转录酶
G 5‘ppp’5 G
dNTPs
TTTTTTTTTTTTTTp 5’ AAAAAAAAAAAAAAOH 3’ TTTTTTTTTTTTTTp 5’
cDNA第一链
（三）cDNA第二链的合成 ①自身引导法：获得的双链cDNA 5’端会有几对碱基缺失
2.5.1.4 目的基因的筛选
1. 遗传互补法
1) 原理 当把一外源DNA片段引入一受体细胞后，如果受体细 胞获得某种新的性状，那么此片段上携带着决定新性状的 遗传基因。 i. 营养缺陷型受体细胞+外源DNA → 转化细胞涂布在 合成培养基上 → 原养型细胞生长 ii. 受体细胞（无某种表型）+ 外源DNA → 转化细胞涂 布在特殊培养基上 → 具有新性状细胞 iii. 虽然有些受体细胞也能产生某种酶活性，但当转入 目的基因后，该细胞可过量产生此酶活性，这亦可用于基 因筛选。如酿酒酵母的MFα基因就是如此筛选到的。
除简单的分子杂交法外,还可对表达产) 建库时已排除了其它的RN5‘ppp’5 G
AAAAAAAAAAAAAOH 3’
三种分离mRNA的方法
1. 传统的分离方法是用oligo (dT)-纤维素柱
分离总RNA
2. 把oligo(dT) -磁珠同总RNA混合，在强磁
场下分பைடு நூலகம்mRNA
3.用蔗糖梯度离心mRNA核糖体复合体（溶解细
G
5‘ppp’5 G
3’ HOCCCCCCC 3’HOCCCCCCC 3’ HOCCCCCCC 5’ pGGGGGGG 3’ HOCCCCCCC 5’ pGGGGGGG
（四）双链cDNA的克隆 双链平头的cDNA通常可以使用下列三种方法克隆入载体中： 平头末端直接与载体连接，但插入的片段无法回收 平头两端分别接同聚物尾，最好是AT同聚物尾，这
2.随机片段化：
超声波：可产生300bp的短片段。 高速搅拌：1500转/分×30分 子群体。 3.双酶消化 单酶消化的产物一般分子较大，选择时要考虑到载体 容量，如噬菌体插入片段不超过25kb,为此可选用识别 4bp的限制酶(切割平均长度为256bp) ,识别6bp的限制酶 切割平均长度4096 bp. 可切 平均长度8kb的分
DNA片段的部分酶切
四、目的基因克隆片段的富集。
部分酶切片段的分级分离
利用restriction
DNA
enzyme的不同酶解时间、
浓度处理后，收集目的基
因的大小片段
分类和组合合适的目
的基因片段
凝胶DNA片段回收技术
冻融法 滤纸法 吸附法 低融点凝胶法 溶解法
S1
5’ 3’
③引导合成法：获得的双链cDNA 能保留完整的5’端序列
G
5‘ppp’5 3‘ HO
G
AAAAAOH 3’ TTTTTp 5’
TdT dCTP AAAAACCCCCCCOH 3’ TTTTTp 5’ NaOH TTTTTp 5’ 退火 TTTTTp 5’ Klenow dNTPs TTTTTp 5’ AAAAAOH 3’ 涂布在 选择培养基上→随机挑选阳性克隆，分离重组DNA分子 →再转 化相同受体细胞 → 高频转化子 →基因的进一步证实和鉴定
重组DNA转化细胞 SDS-PAGE →出现新蛋白质带 原载体转化细胞(一) 分别制备无细胞抽提物 酶活测定→酶活性出现 非转化细胞（二） 免疫分析→与特定抗原反应
= 8.1×105 N的含义是克隆大小能以99 ％的概率得到 通 过 反 转 录 mRNA ， 并 制 备 双 链 cDNA(double strand对丰度Leu-） → 转化细胞（leu2/LEU2，性）→ 转化细胞可在纤维素平板上形成水解圈 →纤维素酶基因 优点：简便，快速，可靠，是首选方法。获得的基因一 定是完整基因。 缺点：适用范围较窄。 必备条件：外源基因不仅能在受体细胞表达，而且必须 具备生物学活性。
cDNA clone (cDNA分子克隆) ：将cDNA片段装在载体上转 化细菌)
mRNA cDNA
DNA
部分或完全 消化的 DNA
甲基化，加接头 的双链 DNA
大小分级
可供克隆的 DNA 片段 连接 DNA 片段和载体 重组载体 DNA 导入 E.coli (体外包装或转化) 基ln(1 I / G )
N:该序列待克隆DNA片段的长度，假定为17kb; G: 基因组DNA的总长度，如人类为3×109bp
• 将数据代入上式
ln(1 0.99 ) N ln(1 17 kb / 30 Mb)
2.5.1 通过建立Gene library分离目的基因
Gene library:一种载体分子中随机地克隆着某种生物、
组织、器官或细胞类型的不同的DNA片段而构成的克 隆集合体。
Genomic libraries (made from genomic DNA) cDNA libraries (made from cDNA- copy of mRNA)
Gene library
Genomic library：一种载体分子中随机地克隆着某种生物、组 织、器官或细胞类型的所有的DNA片段而构成的克隆集合体。在 理想的情况下，它包含有该物种的全部遗传信息。
cDNA library： 克隆的重组cDNA的总和，通常是在细菌或 酵母中。这些克隆代表从某个特定物种或器官的所有mRNA制 备得到操作中，被用于基因 重组、改变受体细胞性状和获得预期表达产物的基 因称为目的基因。一般是结构基因。
目的基因的要求：表达产物具有较大的经济效益 或社会效益。 目的基因的来源：各种生物
目 的 基段 三、聚合酶链反应法扩增基因片段(PCR)
※ Genomic DNA libraries和cDNA libr子， 而cDNA克隆的是不含内含子的基因。 ⑤ 在基因组克隆中，整个基因组DNA被切割成许多片段， cDNA克隆除以mRNA为起始材料这一优点外，其构建比较简易 易行，而且由于每一个cDNA克隆只含有一种mRNA序列，这样 在选择种出现假阳性的概率也较低。
G
5‘ppp’5 G NaOH 3’ 煮沸
AAAAAAAAAAAAAAOH 3’ TTTTTTTTTTTTTTp 5’ TTTTTTTTTTTTTTp 5’
OH
Klenow
dNTPs
TTTTTTTTTTTTTTp 5’ AAAAAAAAAAAAAAOH 3’
S1
TTTTTTTTTTTTTT AAAAAAAAAAAAAA
胞）来分离mRNAcDNA - 检测mRNA的完整性确定 mRNA 没被降解 方法: mRNA的翻译 : 用体外蛋白质合成检测 mRNAs 。（麦胚无细胞转译体系或兔网 织细胞裂解物转译体系） 通过凝胶电泳分析mRNAs : 用琼脂糖或 聚丙烯酰胺凝胶电泳
（二）cDNA第一链的合成
mRNA
G 5‘ppp’5 G
②置换合成法：获得的双链cDNA 5’端也会有几对碱基缺失
G
5‘ppp’5
G
AAAAAAAAAAAAAAOH 3’ TTTTTTTTTTTTTTp 5’ RNaesH DNApol dNTPs AAAATTTOH 3’ TTTTTTTTTTTTTTp5’ TTTTTTTTTTTTTTOH 3’? AAAAAAAAAAAAAAp 5’ T4-DNA ligase TTTTTTTTTTTTTT 3’ AAAAAAAAAAAAAA 5’
构建基因组 DNA 和 cDNA 的流程示意图2.5.1.2 构建有代表性的Genomic library
真核基因组 DNA λ取代型λ噬菌体载体
COS Charon 4A 机械剪切 EcoRI EcoRI 酶切 加人工接头 酶切
连接
cos
体外包装
cos
转染 E.coli
基本步骤：
高分子量染色体DNA的制备： — 分离并纯化基因组DNA; — 部分和完全酶解,进行分级分离 — 收集大小合适的片段并与载体连接。 体外重组连接：常用λ噬菌体DNA、考斯载体或粘粒作为载体，DNA 片段与载体用T4DNA ligase连接。 包装蛋白的制备 in vitro packaging 将重组DNA导入寄主细胞：体外包装λ噬菌体后，进行感染。 筛选：用分子杂交，凝胶电泳，DNA序列测定等方法加以筛选和鉴 定。