人教版选修3现代生物科技专题

抗原-抗体杂交
个体水平鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
从基因所在的生物体直接获取
即：将需要的基因从供体生物细胞内提取出来 目的基因主要是指_编__码__蛋__白__质__的__结__构__基__因__。 供体生物细胞 取出DNA
用限制酶剪去 多余部分
目的基因
mRNA反转录成cDNA
以目的基因转录成的mRNA为模板，反转录成互 补的单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下合成双链 DNA，从而获得所需的基因。
（3）动物细胞培养条件
A、无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用具进行无菌处理，通 常还要在培养液中加入一定量的的抗生素，以防被污染。此外应定期 更换培养液，以便清除代谢产物防止细胞代谢产物累积对细胞自身产 生危害。
B、营养物质：无机物（无机盐、微量元素等），有机物（糖、氨基 酸、促生长因子等）
DNA片段
用同位素标记的 目的基因片段杂交
显出杂交带
（表明目的基因已插入）
2. 检测目的基因是否转录出了mRNA
提取受体生物 的mRNA
用同位素标记的 目的基因片段杂交
显出杂交带
（表明目的基因已转录出了mRNA）
检测DNA利用的是DNA与DNA杂交，检测mRNA 利用的是DNA与mRNA杂交。
抗原—抗体杂交
检测目的基因是否翻译出蛋白质
提取受体生物的 与相应抗体杂交
蛋白质
显出杂交带
（表明目的基因已形成蛋白质产品）
基因工程的应用
一、植物基因工程
1、抗虫转基因植物 2、抗病转基因植物 3、抗逆转基因植物 4、利用转基因改良植物的品质
二、动物基因工程
1、用于提高动物生长速度 2、用于改善畜牧业产品的品质 3、用转基因动物生产药品 4、用转基因动物作器官移植的供体
三、转基因药物
1.4 蛋白质工程
DNA合成
分子设计
预期
功能
转
翻
录 mRNA 译
折叠
生理 功能
二、细胞工程
植物细胞工程
1、基本技术
A、植物组织培养技术
植物组织
脱分化
形成愈伤组织
再分化
长出从芽
移栽成活
生根
B、植物体细胞杂交技术
（1）、操作流程
（2）、注意事项 杂交时间：植物细胞杂交是从细胞融合开始，到培育成 的新植物体结束。 a.原生质体制备：用酶解法去除细胞壁（纤维素酶和果 胶酶） b.原生质体融合：膜融合（高钙、高pH诱导融合）、核 融合（杂种细胞第一次有丝分裂时融合） （3）、植物体细胞杂交技术的应用潜力
农杆菌转化法
方法
导入植物细胞 基因枪法
花粉管通道法
导入动物细胞 显微注射法
导入微生物细胞 感受态细胞吸收DNA分子
第四步、目的基因的检测与鉴定
(检查是否成功)
①检测转基因生物染色体的 DNA上是否插入了目的基因
DNA分子杂交
分子水平 检测
②检测目的基因是否转录出 了mRNA
DNA分子杂交
③检测目的基因是否翻译成 蛋白质
mRNA 逆转录酶
互补DNA DNA聚合酶 双链DNA
(DNA)
(即目的基因)
反转录
合成
人工合成目的基因
根据已知的氨基酸序列合成DNA：
蛋白质的 推测 mRNA的 推测 目的基因 化学 目的 氨基酸序列 核苷酸序基因的许多片段，导入受体 菌的群体中储存，各个受体菌裂 含目的基因 分化 的受精卵
雌性动物输 发育 转基因
卵管或子宫
动物
为什么将目的基因导入动物细胞常用的受体细胞是受精卵？
将目的基因导入微生物细胞
1.常用菌：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等。 2.微生物作受体细胞原因：
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少 3.转化方法：
Ca2+ 处理细胞→ 感受态 细胞→表达载体与感 受态细胞混合→_感__受__态__细胞吸收DNA分子。
举例：
EcoRⅠ限制酶只识别GAATTC，并在GA间切割
SmaⅠ限制酶只识别CCCGGG，并在GC间切割。
EcoRⅠ限制酶
酶切位点
SmaⅠ限制酶
酶切位点
CT TCATGAATTCCGTACCCGGGCCTAA GAAGTACTTAAGGCATGGGCCCGGATT
CTTCATG G了一种生物部分基许 多 与载体连接
全部DNA 限制酶切割 DNA片段 导入受体菌群
第三步、将目的基因导入受体细胞
常用的受体细胞： 动植物细胞、大肠杆菌、土壤农杆菌、枯草杆菌等。
将目的基因导入受体细胞的原理： 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
转化——目的基因进入_受__体__细__胞__内，并且在受体 细胞内维持_稳__定__和_表__达__的过程。
第三步、将目的基因导入受体细胞
因为含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或 不具备这种限制酶的识别序列，或通过甲基化酶将 甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将 其切开。
1.2“分子缝合针”-DNA连接酶
DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸分子的什么 部位？
磷酸二酯键
G CTTAA
AATTC G
DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质 各不相同。
比较记忆
大肠杆菌
T4噬菌体
既可连接黏性末端， 只能连接黏性末端 又可连接平末端。
这两种连接酶催化反应基本相同，都是连 接双链DNA的缺口，而不能连接单链DNA。
1.3“分子运输车”——载体
载体的作用： 1、将外源基因转移到受体细胞中去。
黏性末端
GGGCCTAA CCCGGATT
平末端
AATTCCGTACCC GGCATGGG
思考
1、限制酶在原核生物中的作用是什么吗？
原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，限制 酶是一种防御工具，当外源DNA侵入时，会利用限制 酶将外源DNA切割掉，使之失效，保证自身的安全。
2、为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？
结合，形成局部 双链DNA 。
③延伸(70℃-75℃)：在Taq酶的作用下，从引物的5′
端→3′端延伸，合成与模板链互补的__D_N_A_链__。
农杆菌转化法
农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物。Ti质粒的 T-DNA可转移至受体细胞的染色体上
显微注射法
含目的基因 显微 的表达载体 注射
动物的 受精卵
2、利用载体在受体细胞内对外源基因进行大量复制。
载体必须具备的条件： 1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存； 2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接； 3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素 的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等） 4、对受体细胞无害。 常用的载体有：
质粒，λ噬菌体的衍生物，动植物病毒等。
答：不一样。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键, 二者的差别主要表现在：
（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的 3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个 DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段 之间形成磷酸二酯键。
（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过 磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是 将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需 要模板。
原理：DNA双链复制的基本原理
前提：一段已知目的基因的核苷酸序列
条件： 四种脱氧核苷酸 DNA的两条链为模板
热稳定DNA聚合酶(Taq酶） 一对引物 温度控制
PCR扩增仪
PCR扩增过程
①DNA变性(90℃-95℃)：双链DNA模板在热作用下，氢键 断裂，形成 单链D。NA
②复性(55℃-60℃)：系统温度降低，引物与DNA模板
质粒
质粒是基因工程最 常用的运载体，它广泛 地存在于细菌中，是细 菌染色体外能够自主复 制的很小的环状DNA分 子，大小只有普通细菌 拟核DNA的百分之一。
要对天然质粒进行人工改造
质粒
病毒 (噬菌体和动植物病毒)
2、基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的获取 第二步：基因表达载体的构建 第三步：将目的基因导入受体细胞 第四步：目NA 逆转录酶 互补DNA DNA聚合酶 双链DNA 与载体连接
该生物
(cDNA)
(即目的基因)导入受体菌群 cDNA聚合酶链式反应（PCR，polymerase chain reaction ）
现代生物科技专题
讲授内容 一、基因工程 二、细胞工程 三、胚胎工程 四、生物技术的安全性和伦理问题
一、基因工程
1、DNA重组的基本工具 限制性内切酶——“分子手术刀”
分布：原核生物 特点：特异性，一种限制酶只能识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并在特定的切点 上切割DNA分子。 切点：磷酸二酯键
二、作物新品种的培育
1、单倍体育种 2、突变体的利用
三、细胞产物的工厂化生产
动物细胞技术
1、动物细胞培养
（1）、概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞然 后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。 （2）、操作方法： 取动物胚胎或幼龄动物器官、组织。将材料剪碎，并用胰蛋白酶（或 用胶原蛋白酶）处理（消化），形成分散的单个细胞，将处理后的细 胞移入培养基中配成一定浓度的细胞悬浮液。悬液中分散的细胞很快 就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到互相接触时， 细胞就会停止分裂增殖，出现接触抑制。此时需要将出现接触抑制的 细胞重新使用胰蛋白酶处理。再配成一定浓度的细胞悬浮液。另外， 原代培养就是从机体取出后立即进行的细胞、组织培养。当细胞从动 植物中生长迁移出来，形成生长晕并增大以后，科学家接着进行传代 培养，即将原代培养细胞分成若干份，接种到若干份培养基中，使其 继续生长、增殖。通过一定的选择或纯化方法，从原代培养物或细胞 系中获得的具有特殊性质的细胞称为细胞株。当培养超过50代时，大多 数的细胞已经衰老死亡，但仍有部分细胞发生了遗传物质的改变出现 了无限传代的特性，即癌变。此时的细胞被称为细胞系。
a.植物育种中的核质替换 b.细胞质杂种的获得 c.远缘杂交创造新物种 d.细胞器的互作研究 （4）、面临的困难 a.融合特性的高效性
b.杂种细胞的培养和选择 c.杂种的遗传稳定性控制
2、植物细胞工程的实际应用
一、植物繁殖的新途径
1、微型繁殖 2、作物脱毒（植物的分生区附近病毒极少） 3、神奇的人工种子 注：人工种皮的材料：海藻酸钠
C、血清和血浆 (提供细胞生长必须的营养成份)
D、温度和pH（36.5±0.5℃，7.2～7.4）
RNA聚合酶识别和结合的一 段特殊结构的DNA片段，位于基 因的首端，RNA聚合酶与之结合 才能驱动基因转录出mRNA，进 而获得需要的蛋白质。
③终止子 一段特殊结构的DNA片 段，位于基因的尾端，作用 是使转录在所需要的地方停 止。
④标记基因
鉴别受体细胞中是否 含有目的基因，从而将含 有目的基因的细胞筛选出 来。
第一步、目的基因的获取
1）从基因所在的生物体 直接获取 2）mRNA反转录成cDNA
3）人工合成
利用P体的构建
(基因工程的核心) ①用一定的 限制酶 切割质粒， 使其出现一个切口，产生 ___黏__性__末__端。
②用_同__种__限__制_酶__切割目的基因， 使其产生 同种黏性末。端
分子杂交技术
该方法是根据碱基互补配对原则，把 互补的双链DNA解开，把单链的DNA小片段 用同位素、荧光分子或化学发光剂等进行 标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序 列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。
分子杂交技术
1. 检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因
提取受体生 适当限制 物全部DNA 酶切割
③将切下的目的基因片段插入质粒的_切__口__处，再加 入适量_D_N_A_连__接__酶__，形成了一个重组DNA分子(重组质 粒)。
基因表达载体的组成
（一）构建目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传 给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。
（二）构建零件及其作用
①目的基因 ②启动子