基因工程实验技术介绍
生物基因工程核心技术
生物基因工程核心技术生物基因工程是一门利用分子生物学和遗传学知识来改变生物体遗传物质的科学技术。
它可以通过对基因进行修改和调控，实现对生物体特性和功能的精确控制。
生物基因工程的核心技术有许多，下面将逐一介绍。
1. 基因克隆技术基因克隆技术是生物基因工程的关键技术之一。
它允许从一个生物体中精确地分离出一个特定的基因，并在实验室中进行大量复制。
基因克隆技术包括DNA提取、限制性内切酶切割、DNA连接、转化等步骤。
通过基因克隆技术，科学家可以大规模制备目标基因，用于后续的研究和应用。
2. 基因测序技术基因测序技术是生物基因工程的另一个核心技术。
它用于确定DNA序列中碱基的顺序，并获得生物体基因组的完整信息。
目前，常用的基因测序技术包括Sanger测序和高通量测序。
这些技术的发展使科学家能够更深入地研究基因组结构和功能，进一步理解生物体的遗传机制。
3. 基因编辑技术基因编辑技术是指通过改变生物体自身的DNA序列，来实现对基因型和表型的精确控制。
CRISPR-Cas9系统是目前最常用的基因编辑技术之一。
它利用Cas9蛋白和RNA引导序列，可以精确地切割DNA，进而实现基因的修改、插入和删除。
基因编辑技术在农业、医学和生物学研究领域有着广泛的应用前景。
4. 基因转导技术基因转导技术是指将外源基因导入到目标细胞或生物体中的技术。
这些外源基因可以来自同种或不同种的生物。
常用的基因转导技术包括病毒载体介导的基因转导和非病毒载体介导的基因转导。
通过基因转导技术，科学家可以向生物体中引入新的基因，从而赋予其新的功能或特性。
5. 基因表达技术基因表达技术是指将目标基因在宿主细胞中转录和翻译成蛋白质的技术。
常用的基因表达技术包括原核表达系统和真核表达系统。
通过基因表达技术，科学家可以大规模制备目标蛋白质，用于生物学研究、药物研发和工业生产等领域。
综上所述，生物基因工程的核心技术涵盖了基因克隆、基因测序、基因编辑、基因转导和基因表达等方面。
基因工程实验流程
基因工程实验流程1.选择目标基因：首先，确定要研究或改造的目标基因。
这个基因可以是来自任何生物的DNA序列，包括原核生物和真核生物，甚至可以是合成的DNA片段。
2.基因分离：将包含目标基因的DNA从生物体中分离出来。
这可以通过提取目标生物体的基因组DNA，然后使用特定的酶切酶将目标基因从DNA中剪切出来。
3.DNA克隆：将目标基因插入到合适的载体中，形成重组DNA分子。
常用的载体包括质粒、病毒或人工染色体。
重组DNA分子可以通过转化、感染或转染等方法导入到宿主细胞中。
4.转化宿主细胞：将重组的DNA分子导入到适当的宿主细胞中。
这可以通过热冲击、电穿孔、化学方法或用载体病毒感染的方式实现。
在这一步中，多个宿主细胞可能被转化，以增加目标基因的表达量。
5.分子鉴定：通过PCR反应、限制性酶切、DNA测序等方法，对导入宿主细胞的重组DNA分子进行鉴定和验证。
这可以确认目标基因是否被正确克隆和定位在宿主细胞的基因组中。
6.蛋白质表达：通过转录和翻译，使目标基因在宿主细胞中转录成mRNA，然后翻译成蛋白质。
这个过程可以通过合适的启动子和转录因子来调控。
7.蛋白质纯化：通过细胞裂解和各种分离技术，获得纯度较高的目标蛋白质。
这包括离心、超滤、电泳等技术，可以去除其他细胞组分和杂质。
8.蛋白质功能研究：对纯化的目标蛋白质进行功能研究，了解其生物学功能和相互作用。
这可以通过基因敲除、突变、结构分析、生物活性检测等方法进行。
9.结果分析和确认：对实验结果进行数据分析和统计，确保实验结果的可靠性和重复性。
这包括基因表达水平、蛋白质功能、相互作用准确性和可靠性的验证。
10.应用和进一步研究：根据实验结果，根据需要对目标基因进行进一步改造或利用。
这可能涉及到设计新的实验和技术，以满足具体的应用需求。
总结：基因工程实验流程是一个复杂的过程，需要多个步骤和技术的相互协作。
这个过程涉及到基因选择、分离、克隆、转化、鉴定、蛋白质表达和纯化等多个关键步骤。
基因工程原理及实验技术
DNA分子序列分析及相关技术的发展也推动了基 因工程的发展
DNA分子的核苷酸序列分析技术，琼脂糖凝胶电 泳和Southern杂交技术等技术的展。
基因工程的诞生标志
1973年，美国斯坦福大学Boyer 和Cohen等获得了 抗四环素和抗新霉素（卡那霉素）的重组菌落，标志 着基因工程的诞生。1973年建立的基因工程的基本模 式为标志的。他们将大肠杆菌体内的两个不同的质粒 提取出来，拼接成一个杂合的质粒。当杂合质粒被导 入大肠杆菌后，它能在大肠杆菌内复制并表达双亲质 粒的遗传信息。这是基因工程的第一个成功的克隆转
表1-1 主要基因工程产品的研制、开发、上市时间
产品
人生长激素释放抑制素(SRM) 人胰岛素 人生长激素（HGH）
时间 国家 用途 上市 国家 时间
1977 日本 巨人症 1978 美国 糖尿病 1982 欧洲 1979 美国 侏儒症 1985 美国
人α-干扰素（IFN） 乙肝疫苗（HBsAgV） 人白细胞介素
DNA半保）
中心法则的确立F. Crick(1958）
中心中法心则法的则确的立确F.立CFr.icCkr(i1c9k5(81)958)
1958年克里克确立的中心法则(1971年修改), 最早提出遗传密码这一名词的是量子力学奠基人之一，奥地利物理学 家施勒丁格(E．Schrodinger，1944)。第一个提出遗传密码具体设想的是美 国物理学家G.Gamov，他通过推算提出了三联体密码子的概念，并且进一步 推论一种氨基酸可能不止有一个密码子。 第一个用实验破译密码子的是马太(Matthaei)和尼伦伯格(Nirenberg)，1 966 M.Nirenberg and H.Khorana（1968年诺贝尔生理医学奖获得者）建立 了完整的遗传密码表
基因工程的原理和技术
基因工程的基本原理：
让人们感兴趣的基因（即目的基因）在宿主细 胞中稳定和高效的表达。根据不同的实验目的，目 的基因可以有很多种，如抗虫基因、抗病基因、抗 除草剂基因、人胰岛素基因和人干扰素基因等。因 此表达的产物各不相同。通过基因工程的基本操作 ，就能实现目标。
二、基因操作的基本步骤
第三步：将目的基因导入受体细胞
选择的关键是分析基因工程的最终目的，按转基因的目的来选择：
基因工程的 最终目的
得到大量特 殊蛋白质
得到转基因动物 得到转基因植物
常用的受 体细胞
大肠杆菌 等微生物
受精卵 植物体细胞
导入的方法
Ca2＋处理法 显微注射法 农杆菌转化法
将目的基因导入微生物细胞
常选细菌 作受体细胞的原因：它 们繁殖力极强，生长速 度很快，短期内就会产 生大量后代，所以把目 的基因转入这些细菌， 就能在短时间内得到大 量的目的基因产物。
细菌的检测：
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中 是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的 菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
多细胞生物的检测： 将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体， 检测这些个体是否表现出相应的性状。
例：抗虫棉检测
用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不 出现中毒症状，说明未摄入目的基 因或摄入目的基因未表达。
例：下列有关基因表达载体的构建说法正确的是( C ) A．限制性核酸内切酶的功能是切割各种DNA分子 B．基因工程中经常用到的酶只有DNA连接酶和限制性 核酸内切酶 C．将目的基因与载体结合的过程，实际上就是不同来 源的DNA重新组合的过程 D．具有粘性末端的目的基因片段插入质粒的切口处， 先形成磷酸二酯键，再形成氢键
分子生物学中的基因工程技术
分子生物学中的基因工程技术基因工程技术是指对生物体基因进行人工操作和修饰的一种高科技手段，是分子生物学的一个分支。
在过去的几十年里，基因工程技术得到了广泛的发展和应用，包括生物制药、农业改良、环境保护等方面。
本文将从基本概念、实验方法和应用领域三个方面来探讨分子生物学中的基因工程技术。
一、基本概念基因是指掌控生物遗传信息的分子，在物种进化和适应过程中起着重要作用。
基因由DNA组成，是生物体自我复制和遗传的基本单位。
基因工程技术则是指对生物体基因进行人工操作和修饰的一种技术手段，其目的是改变生物体的部分或全部基因序列，使其获得新的功能或性状。
二、实验方法基因工程技术的实验方法有多种，包括基因克隆、基因扩增、基因转移、基因修饰等。
1、基因克隆基因克隆是指将特定的DNA序列插入到载体DNA中，并在细胞中进行扩增，获得大量同一基因的复制物。
其中载体DNA一般为质粒或病毒，它们能够携带外源基因并在细胞中进行复制和表达，从而产生大量目的蛋白。
2、基因扩增基因扩增技术包括PCR和RT-PCR。
PCR即聚合酶链式反应，在一定的温度条件下引入特定的DNA单链片段，通过酶催化将其扩增成为大量同一基因的复制物。
而RT-PCR则是反转录-聚合酶链式反应，是将RNA转录成为cDNA后在PCR反应体系中扩增目的DNA。
3、蛋白表达基因工程的一个重要应用就是通过外源基因改造生物细胞或病毒，使其表达人类蛋白质，从而获得大量的目的蛋白。
这种方法被广泛应用于生物制药，大大提高了药物研发效率。
三、应用领域基因工程技术在多个领域应用广泛，其中主要包括生物制药、农业改良和环境保护。
1、生物制药生物制药是通过基因工程改造细胞和病毒，使其表达人类蛋白质，从而获得大量目的蛋白来制造药品的一种新型技术。
包括肝素、生长激素、胰岛素等，成为新型药物研发和生产的新途径。
2、农业改良基因工程技术在农业生产领域也得到了广泛的应用。
通过软致-PAT基因，使作物植物获得了抗除草剂的能力，从而减少了农民的耕作时间和用药成本。
基因工程
1、基因工程，是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。
（供体基因、受体细胞、载体是重组DNA技术的三大基本元件。
）2、同尾酶：识别的靶序列也各不相同，但切割DNA后，产生相同的粘性末端，这一类限制酶特称为同尾酶。
这两个相同的粘性末端称为配伍未端。
3、同裂酶：有一些来源不同的限制酶识别的是同样的核苷酸靶子序列，这类酶特称为同裂酶。
同裂酶的切点位置可相同或不同。
4、1酶活性单位（U）：某种限制性核酸内切酶在最适反应条件下，60 min内完全切割1μg λDNA所需的酶活性5、星号（*）活性：如果改变反应条件就会影响酶的专一性和切割效率，称星号（*）活性。
6、停滞效应：PCR中后期，随着目的DNA扩展产物逐渐积累，酶的催化反应趋于饱和，DNA扩增产物的增加减慢，进入相对稳定状态，即为停滞效应，又称平台期。
7、PCR扩增引物：是指与待扩增互补的人工合成的寡核苷酸短片段，其长度通常在15～30个核苷酸之间。
8、linker：是指用化学方法合成的一段由8~12个核苷酸组成，具有一个或数个限制酶识别位点的平末端的双链寡核苷酸片段。
9、衔接头：它是一类人工合成的一头具有某种限制酶切的粘性末端另一头为平末端的特殊的双链寡核苷酸短片段。
10、粘性末端：因酶切位点在两条DNA单链上不同（对称），酶切后形成得具有互补碱基的单链末端结构。
酶切后产生两个粘性末端很容易通过互补碱基的配对而重新连接起来。
11、平末端：因酶切位点在两条DNA单链上相同，酶切后形成的平齐的末端结构，这种末端不易重新连接起来。
12、基因克隆载体：通过不同途径将承载的外源DNA片段（基因）带入受体细胞且能在其中维持的DNA分子。
也称DNA克隆载体。
13、cos位点：λDNA两端各有12bp的粘性末端，粘性末端形成的书暗恋区域称为~~14、受体细胞:又称为宿主细胞或寄主细胞(host cell)等，从实验技术上讲是能摄取外源DNA并使其稳定维持的细胞；从实验目的上讲是有应用价值和理论研究价值的细胞。
基因工程实验报告
基因工程实验报告基因工程实验报告引言：基因工程是一门前沿的科学领域，通过对生物体的基因进行编辑和改造，已经在医学、农业、环境保护等领域取得了重大突破。
本实验旨在探索基因工程的原理和应用，并通过实验验证其可行性。
实验目的：本实验旨在通过基因工程技术将一种植物的抗虫基因转移到另一种植物中，以增强其抗虫能力。
通过此实验，我们希望验证基因工程在农业领域的潜力，为农作物的抗虫育种提供新的思路和方法。
实验方法：1. 选择目标基因：通过文献调研，我们选择了一种来源于大豆的抗虫基因。
2. 提取基因：使用PCR技术从大豆中提取目标基因的DNA序列。
3. 载体构建：将目标基因插入一个植物表达载体中，以便在目标植物中进行转基因。
4. 转基因：将植物表达载体导入目标植物细胞中，通过生物转化技术将目标基因导入目标植物的基因组中。
5. 筛选转基因植物：通过对转基因植物进行筛选和鉴定，确认是否成功将目标基因转移到目标植物中。
6. 抗虫性测试：将转基因植物和野生型植物分别暴露在虫害环境中，观察并比较它们的抗虫能力。
实验结果：经过实验，我们成功将大豆的抗虫基因转移到了目标植物中。
通过PCR技术和基因测序，我们确认了目标基因已经整合到目标植物的基因组中。
在抗虫性测试中，转基因植物表现出明显的抗虫能力，相比野生型植物，其受虫害程度明显降低。
讨论与分析：本实验结果表明，基因工程技术可以成功地将抗虫基因转移到目标植物中，从而提升其抗虫能力。
这为农作物的抗虫育种提供了新的思路和方法。
通过基因工程，我们可以将不同物种的有益基因导入到目标植物中，从而增强其抗虫性、抗病性等特性。
这对于农业生产的可持续发展和环境保护具有重要意义。
然而，基因工程也面临一些挑战和争议。
一方面，基因工程技术的应用需要谨慎，确保对环境和生态系统的影响可控。
另一方面，基因工程的伦理和道德问题也需要认真思考和讨论。
因此，在推动基因工程技术的发展和应用时，我们需要综合考虑科学、环境和社会的各种因素。
《基因工程》实验教学教案
《基因工程》实验教学教案一、实验背景基因工程是一门应用生物学的分支，通过对基因的操作和重组，实现对生物性状的改良和功能的研究。
本实验教学旨在让学生了解基因工程的基本原理，掌握基因克隆、表达和检测的方法，培养学生动手实践能力和创新思维。
二、实验目标1. 了解基因工程的基本原理及实验步骤；2. 掌握PCR扩增、DNA提取、酶切、连接、转化等实验技术；3. 学会分析实验结果，提高学生解决实际问题的能力；4. 培养学生团队合作精神和创新思维。
三、实验内容1. 基因克隆：利用PCR扩增目的基因，并进行酶切、连接，将目的基因插入到载体中；2. 基因转化：将重组载体导入受体细胞，筛选转化成功的细胞；3. 基因表达：对转化成功的细胞进行诱导表达，检测目的蛋白的表达情况；4. 实验结果分析：分析实验数据，探讨实验过程中可能存在的问题，并提出改进措施；四、实验材料与仪器1. 材料：大肠杆菌、质粒、PCR试剂、酶切酶、连接酶等；2. 仪器：PCR仪器、电泳仪、离心机、恒温培养箱、显微镜等。
五、实验步骤1. 实验前的准备工作：了解实验原理，阅读相关文献，准备实验材料和仪器；2. 基因克隆：设计引物，进行PCR扩增，酶切目的基因和载体，连接目的基因与载体，转化大肠杆菌；3. 基因转化：将重组载体导入受体细胞，筛选转化成功的细胞；4. 基因表达：对转化成功的细胞进行诱导表达，检测目的蛋白的表达情况；5. 实验结果分析：分析实验数据，探讨实验过程中可能存在的问题，并提出改进措施；注意事项：1. 严格遵循实验步骤和操作规范，确保实验安全；2. 实验过程中遇到问题，及时与教师沟通，寻求帮助；3. 注重团队合作，共同完成实验任务。
六、实验教学安排1. 理论讲解：2课时2. 实验操作：4课时3. 实验结果分析与讨论：2课时七、实验评价1. 实验操作的正确性和熟练程度；2. 实验结果的准确性及分析的深度；4. 团队合作与沟通能力的展现。
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一、大肠杆菌质粒DNA的提取
质粒DNA的提取是从事基因工程工作中的一项基本实验技术，但提取方法有很多种，以下介绍一种最常用的方法：碱裂解法。
此方法适用于小量质粒DNA的提取，提取的质粒DNA可直接用于酶切、PCR扩增、银染序列分析。
方法如下：
1、接1%含质粒的大肠杆菌细胞于2ml LB培养
基。
2、37℃振荡培养过夜。
3、取1.5ml菌体于Ep管，以4000rpm离心3
min，弃上清液。
4、加0.lml溶液I(1％葡萄糖，50mM/L EDTA
pH8.0，25mM/L Tris-H Cl pH8.0)充分混合。
5、加入0.2ml溶液 II(0.2 mM/L NaOH，1％
SDS)，轻轻翻转混匀，置于冰浴5 min 。
6、加入0.15m1预冷溶液III(5 mol/L KAc，p
H4.8)，轻轻翻转混匀，置于冰浴5 min 。
7、以10，000rpm离心20min，取上清液于另
一新Ep管
8、加入等体积的异戊醇，混匀后于?0℃静置1
0min。
9、再以10，000rpm离心20min，弃上清。
10、用70％乙醇0．5ml洗涤一次，抽干所有
液体。
11、待沉淀干燥后，溶于0．05mlTE缓冲液中
二、质粒DNA琼脂糖凝胶电泳鉴定
琼脂糖是从海藻中提取出来的一种线状高聚物，应选用电泳纯的，琼脂糖此级产品筛除了抑制物和核酸酶，而且用溴化乙锭染色后荧光背景最小。
(1)琼脂糖凝胶电泳装置
由于琼脂糖凝胶电泳既要求不高，而适应性又强，在过去15年里已成功地设计了形形色色及大大小小的电泳槽。
对这些装置的选择主要是依据个人的喜恶。
使用最普遍的装置是Walt er Schaffner发明的水平板凝胶。
水平板凝胶通常在一块可安放于电泳槽平台的玻璃板或塑料盘上灌制。
在有些装置中，则可将凝胶直接铺在平台上。
凝胶恰好浸在缓冲液液面下进行电泳。
凝胶的电阻几乎与缓冲液的电阻相同，所以有相当一部分的电流将通过凝胶的全长。
（2）琼脂糖凝胶的制备
琼脂糖凝胶的制备是将琼脂糖在所需缓冲液中熔化成清澈、透明的溶液。
然后将熔化液倒入胶模中，令其固化。
凝固后，琼脂糖形成一种固体基质，其密度取决于琼脂糖的浓度。
通贯凝胶的电场接通后，在中性pH值下带负电荷的DNA向阳极迁移。
（3）琼脂糖凝胶的染色
电泳完毕，将琼脂糖凝胶转移入含EB的染液中，染色10分钟，取出紫外灯下观察。
三、质粒DNA热激法转化大肠杆菌
感受态的细胞可以摄入外部溶液中的DNA，而常态的细胞却不能，所以要转化质粒DNA进入大肠杆菌必须首先制备感受态的大肠杆菌细胞。
1、取1%大肠杆菌E.coli接种于含2ml LB培
养基的试管中，37℃振荡培养过夜
2、取0.1ml过夜培养物转种于含10ml LB培
养基的三角瓶中，37℃振荡培养3h至OD600=0.
3
3、然后把培养物倒入1.5ml离心管中，冰浴1
0min。
4、在4℃下以4000rpm离心5min，去上清液
5、把菌体悬浮于15m1冰冷的0.1M CaCl2溶液
中，置冰上30min
6、然后再在4℃下以4000rpm离心10min，去
上清液
7、将菌体悬浮于0.1ml CaCl2溶液中，冰浴放
置4-12hr备用。
四：制备好感受态细胞后，接下来就是质粒DNA转化入大肠杆菌细胞的过程。
但要注意的是感受态细胞最好是新制备的，因为保存一定时间的感受态细胞会使转化率降低；此外DNA的浓度也要注意，不能太高。
1、取新制备的一管感受态细胞。
2、取0．03ml感受态细胞转和4ng质粒DNA
混匀，置冰浴30min
3、将 Ep管置于42℃水浴中热冲击2分钟，
立即置于冰上1分钟。
4、在 Ep管中加70u1 LB培养基混匀，37℃培
养30min
5、涂在含适当浓度抗生素的LB平板上。
6、37℃培养过夜，长出的菌斑既为阳性克隆。
五、线形质粒DNA 5'-粘性末端去磷酸
经限制性内切酶酶切的质粒DNA 5'端均带有磷酸集团，如用此载体直接转化大肠杆菌，其自身环化几率非常高，影响连接、转化效率。
因此一般酶切的质粒DNA要经脱磷，使用碱性磷酸酶(CIAP)去除5'端磷酸集团。
方法如下：
1、质粒DNA和CIAP以及BUFFER 37℃水浴30
min
2、补充CIAP 再37℃水浴30min
3、加入50mM EDTA至终浓度5mM 75℃加热10
min 失活CIAP
4、冷却至室温，酚-氯仿抽提，乙醇沉淀浓缩。
5、抽干溶液，加适量TE溶解。
六、聚合酶链式反应（PCR）技术
PCR是一种选择性体外扩增DNA或RNA片段的方法。
其特异性是由两个人工
合成的引物序列决定的。
所谓引物就是与待扩增DNA片段两翼互补的寡聚核苷
酸，其本质是ssDNA片段。
待扩增DNA模版加热变性后，两引物分别与两条DN
A的两翼序列特异复性。
此时，两引物的3'端相对，5'向背。
在合适的条件下，
由Taq DNA聚合酶催化引物引导的DNA合成，既引物的延伸。
上述过程是由温
度控制。
这种热变性-复性-延伸的过程就是一个PCR循环。
PCR就是在合适条件
下的这种循环的不断重复。
理论上扩增产物量成指数上升，既n个循环后，产
量为2n拷贝。
典型的PCR操作过程如下：
1、反应体系：
BSA（牛血清白蛋白20mg/mL）1uL两种引物(5uM)各1uL 10倍Buffer 1uL dNTP(2mM) 1uL 模版DNA(浓度各异）1uL Taq酶1uL(0.5U)
水3uL总体积：10uL
（反应溶液可置于毛细管或薄壁离心管中扩增）
2、操作过程：（所用仪器为AMP1605热循环PCR扩增仪
预变性：94℃ 90秒
循环过程：94℃ 1秒48℃ 1秒72℃ 40秒 40个循环升温速率1
延伸：72℃ 5分钟
3、检测：琼脂糖电泳检测。