1.1 DNA重组技术的基本工具_图文.ppt
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DNA重组技术的基本工具(共32张PPT)
基础理论和技术发展催生了基因工程
E·coliDNA连接酶
3)1977年DNA合成和测序技术的发明
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。
——特异性
（1）识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列
（2）在特定的位点切割DNA分子。
例如：大肠杆菌的EcoRⅠ限制酶只能识别GAATTC序
列，并在G和A之间切开。
“分子手术刀”---限制性核酸内切酶(限制酶)
• 限制酶的识别序列：
能被限制性内切酶特 大异多性数识限别制的酶切的割识部别位序都列具由
操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要 进行人工改造后才能用于基因工程操作。
思考与探究 P7
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具 有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还 不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA 的酶。
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
Haemophilus influenzae d )中先
后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
E·coliDNA连接酶
3)1977年DNA合成和测序技术的发明
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。
——特异性
（1）识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列
（2）在特定的位点切割DNA分子。
例如：大肠杆菌的EcoRⅠ限制酶只能识别GAATTC序
列，并在G和A之间切开。
“分子手术刀”---限制性核酸内切酶(限制酶)
• 限制酶的识别序列：
能被限制性内切酶特 大异多性数识限别制的酶切的割识部别位序都列具由
操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要 进行人工改造后才能用于基因工程操作。
思考与探究 P7
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具 有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还 不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA 的酶。
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
Haemophilus influenzae d )中先
后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
DNA重组技术的基本工具PPT
利用图解限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成，例
如EcoRI、Sma I限制酶的识别序列，也有少数限
制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。 2 ．限制酶都是切割识别特定的核苷酸序列的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键。
3．限制酶切出的黏性末端和平末端的区别：
例1 (2011年雅礼中学高二检测)基因工程中，须使
用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和
筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是－
G↓GATCC －，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是－
↓GATC－。根据图示判断下列操作正确的是(
)
A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 C ．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ
思考感悟
限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？
【提示】
相同。都是磷酸二酯键。
3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 1载体 的种类 ①质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核 DNA之外，并具有自我复制 _________能力的双链环状DNA 分子 ②λ噬菌体的衍生物 ③动植物病毒
2．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)作用：将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶 磷酸二酯键 。 切开的两个核苷酸之间的___________ (2)种类
黏性 ①E.coliDNA 连接酶：只能缝合双链 DNA 的 ______
末端 。 _______ ②T4DNA连接酶：既可缝合双链DNA的黏性末端， 平末端 。 又可缝合双链DNA的________
哪种类型的末端？
【提示】
黏性末端。
(1)限制性核酸内切酶是一类酶而不
【易误警示】
是一种酶。
(2)限制性核酸内切酶作用的化学键为磷酸二酯键， 而不是氢键。 (3)不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点 不同，这与酶的专一性是一致的。
1.1DNA重组技术的基本工具 公开课课件
亲，你还记 得我吗？
磷酸二酯键
氢键
G
A A C T T A A G
T
T C
G
C
基因工程的概念
指按照人们的愿望,进行严格的设计 并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋 予生物以新的遗传特性,创造出更符合人 们需要的新的生物类型和生物产品。由于 基因工程是在DNA分子水平上进行设计和 施工的，因此又叫作DNA重组技术或基因 拼接技术。
寻根问底：
DNA连接酶与DNA聚合酶的区别
DNA连接酶 DNA聚合酶
对象
不需要模板 连接DNA片段
以一条DNA链为 模板，连接单个 核苷酸
作用
都是形成磷酸二酯键
三、分子运输车—基因进入受体细胞的载体
将目的基因送入受体细胞、并带动目的基因复制 作用： 必须具备的条件：
• 在受体细胞中能自我复制并稳定保存 • 有一至多个酶切割位点，而且每种酶切位 点最好只有一个 • 有标记基因，便于筛选（抗生素抗性基因、 产物具有颜色反应的基因等） • 对受体细胞无害
4.下列四条DNA分子，彼此间具有黏性末端的 一组是（ D ）
A．①②
B．②③ C．③④
D．②④
5．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从 供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。一种限制 性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和 A之间，这是应用了酶的（ B ） A．高效性 B.专一性 C．多样性 D.催化活性受外界条件影响 6．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗 性基因，该抗性基因的主要作用是（ B ） A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B．有利于对目的基因是否导入进行检测 C．增加质粒分子的分子量 D．便于与外源基因连接
GAA T T C C T T AAG
磷酸二酯键
氢键
G
A A C T T A A G
T
T C
G
C
基因工程的概念
指按照人们的愿望,进行严格的设计 并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋 予生物以新的遗传特性,创造出更符合人 们需要的新的生物类型和生物产品。由于 基因工程是在DNA分子水平上进行设计和 施工的，因此又叫作DNA重组技术或基因 拼接技术。
寻根问底：
DNA连接酶与DNA聚合酶的区别
DNA连接酶 DNA聚合酶
对象
不需要模板 连接DNA片段
以一条DNA链为 模板，连接单个 核苷酸
作用
都是形成磷酸二酯键
三、分子运输车—基因进入受体细胞的载体
将目的基因送入受体细胞、并带动目的基因复制 作用： 必须具备的条件：
• 在受体细胞中能自我复制并稳定保存 • 有一至多个酶切割位点，而且每种酶切位 点最好只有一个 • 有标记基因，便于筛选（抗生素抗性基因、 产物具有颜色反应的基因等） • 对受体细胞无害
4.下列四条DNA分子，彼此间具有黏性末端的 一组是（ D ）
A．①②
B．②③ C．③④
D．②④
5．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从 供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。一种限制 性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和 A之间，这是应用了酶的（ B ） A．高效性 B.专一性 C．多样性 D.催化活性受外界条件影响 6．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗 性基因，该抗性基因的主要作用是（ B ） A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B．有利于对目的基因是否导入进行检测 C．增加质粒分子的分子量 D．便于与外源基因连接
GAA T T C C T T AAG
1.1DNA重组技术的基本工具
1、下列黏性末端属于同种内切酶切割而成的 是 A ① T C G ② A A T T C
A G C T T A A
A G G T T C C A G
③
④
A G C T T C A G
A、①②
B、①③ C、①④ D、②③
2、下列哪一种酶是基因工程的工具酶 A、DNA连接酶 C、RNA酶 B、DNA酶 D、运载体
需要
是否需要模版
不需要
限制酶：磷酸二酯键
解旋酶：氢键
限制酶切割后有两种不同的结果，一种产 生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的 连接时，所用DNA连接酶是否可以不加选择？
E.coliDNA连接酶：连接黏性末端 T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端
3、基因的运输工具——运载体
作为载体没有切割位点将怎样？ 假如目的基因导入受体细胞后不能复制将 怎样？ 目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？ 如果载体对受体细胞有害将怎样？
理：基因重组
操作水平：DNA分子水平 结 果：定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。
思考
在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一 种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实 例？ 现今存在的生物为什么没有在长期的进化过 程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保持一 种稳定状态？ 怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身？
限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不 同限制酶切割形成的DNA片段：
(1) …CTGCA
…G （4） …G …CTTAA (7) GT…
(2) …AC
(3) GC…
…TG CG… (5) G… (6) …GC ACGTC… …CG
1.1DNA重组技术的基本工具(共27张PPT)
人类需要的基因产物
优点
克服远缘杂交不亲和的障碍 定向改造生物的性状
讨论：
普通棉花
基因工程的工具
苏云金芽孢杆菌含有一种可以
合成毒蛋白的基因。
抗虫棉
让细菌的毒蛋白基因在棉花细
胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫
害的抗虫棉。
想一想：完成抗虫棉的培育，需要哪些关键工作？
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
限制酶的识别特点
以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称， 重复排列。称为回文序列
如：GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
例：大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别
_G_A_A_T_T_C___序列，并切割_G__和_A__之间的_磷__酸__二_酯__键__。 切割后产生_黏__性__末__端___。
①……CGTGCA
②
…AC …TG
③
GC… CG…
④……GCTTAA 反
向
⑤ G… ACGTC…
⑥ ……CGCG
⑦
GT… CA…
⑧AATTCG……
对 称
①和⑤能连接形成 ③和⑥能连接形成
②和⑦能连接形成 ④和⑧能连接形成
三、“分子运输车”——基因进入受体细胞。
4、作用： 切割DNA 5、结果： 形成两种末端
粘性末端 平末端
• 你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？
限制酶在原核生物中的作用：
原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在长期的 进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原 物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA 侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安 全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使 之失效，从而达到保护自身的目的。
优点
克服远缘杂交不亲和的障碍 定向改造生物的性状
讨论：
普通棉花
基因工程的工具
苏云金芽孢杆菌含有一种可以
合成毒蛋白的基因。
抗虫棉
让细菌的毒蛋白基因在棉花细
胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫
害的抗虫棉。
想一想：完成抗虫棉的培育，需要哪些关键工作？
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
限制酶的识别特点
以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称， 重复排列。称为回文序列
如：GAA TTC CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
例：大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别
_G_A_A_T_T_C___序列，并切割_G__和_A__之间的_磷__酸__二_酯__键__。 切割后产生_黏__性__末__端___。
①……CGTGCA
②
…AC …TG
③
GC… CG…
④……GCTTAA 反
向
⑤ G… ACGTC…
⑥ ……CGCG
⑦
GT… CA…
⑧AATTCG……
对 称
①和⑤能连接形成 ③和⑥能连接形成
②和⑦能连接形成 ④和⑧能连接形成
三、“分子运输车”——基因进入受体细胞。
4、作用： 切割DNA 5、结果： 形成两种末端
粘性末端 平末端
• 你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是是什么吗？
限制酶在原核生物中的作用：
原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物在长期的 进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原 物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA 侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安 全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使 之失效，从而达到保护自身的目的。
1.1 DNA重组技术的基本工具0
切割位点：磷酸二酯键
举 例：EcoRI限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A 之间切开 结果：形成两种末端
限制性内切酶
限制 酶
黏性末端和平末端
限制酶在原核生物中有什么作用？
• 限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA 侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保而达到保护自 身的目的。 • 限制酶不会将自己的DNA 切割吗？ • 含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具 备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化 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。
1.1 DNA重组技术的基本工具
高二生物组
DNA重组技术的基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
• DNA连接酶——“分子缝合针”
• 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
分布：主要在原核生物中 作用特点：特异性，即识别特定核 苷酸序列，切割特定的两个 核苷酸之间的磷酸二酯键。
• DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
议一议
1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？ 双链DNA 2、能否用SARS病毒作为基因载体？ 不能 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？ 不能进行DNA的重组 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞， 如何鉴定？ 载体上应有标记基因 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制， 将怎样？ 可能造成基因丢失
DNA连接酶——“分子缝合针”
• 种类：两种：
一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli连接酶。 一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。
• 特点：
E·coli连接酶只能连接黏性末端；
T4连接酶既可“缝合”黏性末端，又可“缝合”平末端。
3.1.1 DNA重组技术的基本工具
磷酸 T4DNA连接酶 DNA连接酶
能连接黏性末端 能连接黏性末端和 黏性末端和 T4噬菌体 二酯键 平末端(效率较低) 平末端(效率较低)
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
载体需要的条件： ⒈载体需要的条件： ⑴有1-多个限制酶切点 ⑵对受体细胞无害 导入基因能在受体细胞中复制 能在受体细胞中复制、 ⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达 有某些标记基因， ⑷有某些标记基因，便于筛选 常用运载体： ⒉常用运载体： ⑴细菌的质粒 ⑵λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具 重组技术
基因工程
提取目的基因 目的基因与运 载体结合 目的基因导入 受体细胞 目的基因的检 测与鉴定
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具
基因的“剪刀” 基因的“剪刀”——限制性核酸内切 限制性核酸内切 酶 基因的“针线” 基因的“针线”—— DNA连接酶 连接酶 基因的运载体
• 常用的载体：质粒 常用的载体：
重组DNA分子： 重组DNA分子： DNA分子 启动子 终止子 目的基因 标记基因
有切 割位 点 能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
有标记 基因的 存在， 存在， 可用含 氨苄青 霉素的 培养基 鉴别
注意： 注意：真正用作运载体的质粒都是人 工改造过的。 工改造过的。
不需要模板
连接酶——“分子缝合针” 分子缝合针” 二、DNA连接酶 连接酶 分子缝合针
1、种类： 种类：
E·coli DNA连接酶 coli DNA连接酶 DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 功能 相同点 差别 只能连接黏性末端 只能连接黏性末端
能连接黏性末端 能连接黏性末端和 黏性末端和 T4噬菌体 二酯键 平末端(效率较低) 平末端(效率较低)
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
载体需要的条件： ⒈载体需要的条件： ⑴有1-多个限制酶切点 ⑵对受体细胞无害 导入基因能在受体细胞中复制 能在受体细胞中复制、 ⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达 有某些标记基因， ⑷有某些标记基因，便于筛选 常用运载体： ⒉常用运载体： ⑴细菌的质粒 ⑵λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具 重组技术
基因工程
提取目的基因 目的基因与运 载体结合 目的基因导入 受体细胞 目的基因的检 测与鉴定
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具
基因的“剪刀” 基因的“剪刀”——限制性核酸内切 限制性核酸内切 酶 基因的“针线” 基因的“针线”—— DNA连接酶 连接酶 基因的运载体
• 常用的载体：质粒 常用的载体：
重组DNA分子： 重组DNA分子： DNA分子 启动子 终止子 目的基因 标记基因
有切 割位 点 能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
有标记 基因的 存在， 存在， 可用含 氨苄青 霉素的 培养基 鉴别
注意： 注意：真正用作运载体的质粒都是人 工改造过的。 工改造过的。
不需要模板
连接酶——“分子缝合针” 分子缝合针” 二、DNA连接酶 连接酶 分子缝合针
1、种类： 种类：
E·coli DNA连接酶 coli DNA连接酶 DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 功能 相同点 差别 只能连接黏性末端 只能连接黏性末端
生物：1.1《DNA重组技术的基本工具》课件(新人教版选修3)湖南师大
有切割位点
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
高二·2010年上学期
来的DNA切断，由于这种切割作用是在 DNA分子内部进行的，故名限制性核酸 内切酶。
2、种类： 4000种。 3、作用： 识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸
序列，并且使每一条链中特定部位的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 形成两种末端 黏性末端
4、结果：
平末端
高二·2010年上学期
识别双链DNA 分 子的某种特定的 核苷酸序列，并 且使每一条链中 特定部位的两个 核苷酸之间的磷 酸二酯键断开
高二·2010年上学期
高二·2010年上学期
重播
黏性末端
平末端 高二·2010年上学期
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
DNA聚合酶和DNA连接酶有何 相同点和不同点？
高二·2010年上学期
限制酶切割后有两种不同的结果， 一种产生黏性末端，一种产生平末端。 那么恢复它们的连接时，所用DNA连 接酶是否可以不加选择？
高二·2010年上学期
抗虫棉
高二·2010年上学期
DNA重组技术的基本工具
准确切割DNA的工具（“分子手术刀”） DNA片段的连接工具（“分子缝合针”） 基因转移工具（“分子运输车”）
高二·2010年上学期
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切酶 1、来源： 主要从原核生物中分离纯化出来，能将外
E.coliDNA连接酶：连接黏性末端 T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端
高二·2010年上学期
高二·2010年上学期
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 如果载体对受体细胞有害将怎样？ 假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？ 作为载体没有切割位点将怎样？ 目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？
DNA重组技术的基本工具PPT课件
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基因工程的工具酶
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)来源
主要来自于 原核生物
。
(2)特点
① 识 别 双 链 DN特A 定核分苷酸子 的 某 种
序列；
磷酸二酯键
②使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的
断裂。
(3)作用结果
中心轴线两侧
①黏性末端：在所识别序列的
将
DNA的两条链分别切开时形成中的心末轴端线。
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基因进入受体细胞的载体—— “分子运输车”
1．载体的种类有 质粒 λ噬、菌体
动植的物衍病生毒物、
等。
2．常用载体——质粒
(1)质粒是一种自裸我露复的制、结构简单双、链独环立状于DN细A 菌拟核DNA之外，
并具有
限制酶切割 能 力 的
分子外。源
(2)质粒DNA分子上有标一记至基多因个
随堂达标检测
活页规范训练
A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 思维导图：
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SUCCESS
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2024/10/15
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3．载体的种类 (1)细菌质粒，它是细菌拟核DNA以外的小型双链环状DNA，有 的细菌只有一个，有的细菌有多个。 (2)λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的DNA。 一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人 们根据不同的目的和需求，对某些天然的载体进行人工改造。
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