第1课时工具酶的发现和基因工程的诞生.docx
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第1课时工具酶的发现和基因工程的诞生
第1课时 工具酶的发现和基因工程的诞生
1.基因工程的概念
基因工程是狭义的。
广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另一种生物的中去,并使这种遗传物质所带的遗传信息在中表达。
其核心是构建分子。
3.基因工程的技术保障
限制性核酸内切酶、和的发现与应用,为基因工程的创建提供了技术上的保障。
遗传工程遗传物质细胞受体细胞重组DNA
二、限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶是能够和DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。
2.来源
主要从生物中分离,如细菌。
3.作用
能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开。
如:
某种限制性核酸内切酶能识别GAATTC序列,并在G和A之间切断DNA,
4.作用特点
具有专一性,一般每种限制性核酸内切酶只识别种特定的核苷酸序列。
5.结果
形成末端。
识别和切割原核磷酸二酯键一粘性
三、DNA连接酶
1.概念
DNA连接酶是将具有末端的2个DNA片段连接在一起,形成分子的酶。
2.功能
缝合DNA片段。
在基因工程中,可以将和DNA连接在一起。
3.作用特点
两种来源不同的DNA用的限制性核酸内切酶切割,形成的粘性末端。
DNA连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间的形成,将两DNA末端的缝隙“缝合”起来。
如图:
碱基互补重组DNA外源基因载体相同相同
磷酸二酯键
四、质 粒
(1)概念:
质粒是能够的双链环状分子,它在细菌中以独立于之外的方式存在,是一种特殊的遗传物质。
(2)作用:
质粒是基因工程中最常用的载体,可将基因送入细胞。
自主复制DNA拟核外源基因宿主细胞
第2课时 基因工程的原理和技术
1.基本原理
让人们感兴趣的基因(即基因)在宿主细胞中稳定和高效地表达。
2.变异类型。
1.获得目的基因
①如果目的基因的序列是已知的,可用合成目的基因,
或者用(PCR)扩增目的基因。
②如果目的基因的核苷酸序列是未知的,可以从中获取。
2.形成重组DNA分子
(1)一般用限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA(如质粒),形成。
(2)用将目的基因和载体DNA连接在一起,形成重组DNA分子,
目的基因)基因重组化学方法聚合酶链式反应基因文库同一种相同的粘性末端DNA连接酶
3.将重组DNA分子导入受体细胞
(1)常用受体细胞:
、枯草杆菌、和动植物细胞等。
(2)导入方法举例:
用质粒作为载体,宿主细胞应该选择,
用处理大肠杆菌,增加其细胞壁的,使含有目的基因的重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞。
4.筛选含有目的基因的受体细胞
(1)筛选原因:
不是所有细胞都接纳了。
(2)筛选方法举例:
若质粒上有四环素的抗性基因,含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有的培养基中生长,否则不能生长,这样就筛选到含有重组DNA分子的受体细胞。
具体如下图:
5.目的基因的表达
目的基因在细胞中表达,产生人们需要的功能物质,如人胰岛素原。
1.转基因植物
(1)传统育种方法的不足:
培育新品种所需时间,而且亲本难以杂交。
(3)培育成功的转基因农作物:
抗除草剂的,抗植物病毒的,抗害虫的,耐贮存的等。
2.基因治疗
(1)概念:
基因治疗是向中引入正常功能的,以纠正或补偿基因的缺陷,达到治疗的目的。
三、基因工程与生态环境保护
1.利用基因工程技术开发具有生物可的新型塑料,以替代不可降解的化学合成塑料。
2.利用基因工程技术,对能够分解石油的进行了改造,大大提高了其分解石油的能力。
3.利用转基因微生物吸收环境中的、降解有毒化合物和处理工业废水。
大肠杆菌酵母菌大肠杆菌氯化钙通透性
重组DNA四环素宿主细胞较长远缘转基因烟草转基因番茄转基因棉转基因番茄目标细胞
基因降解细菌重金属
第4课时 植物的克隆
1.植物细胞的全能性
(2)原理:
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套,都有发育成为完整个体所需的全部基因。
(3)在生物体内细胞没有表现出全能性,而是分化为不同的组织或器官,这是基因在特定的时间和空间条件下的结果。
2.植物组织培养
(1)一般程序:
配制培养基→获取的植物组织→组织培养,获得→诱导新植株形成。
(2)过程:
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
胚状体(或根、芽)→幼苗
成熟植株。
遗传物质选择性表达半固体消毒愈伤组织
二、植物克隆的成就
1.细胞培养
(1)过程:
单个植物细胞经过培养基中成分的诱导,依次发育成细胞团、、心形胚和,最后再生出完整的植株。
(2)细胞培养的诱导方法:
主要通过平衡的植物激素配比进行调控。
例如,适量的激动素和细胞分裂素配比可以诱导的分化;适量的吲哚乙酸(IAA)及适当减除其他植物激素,则可以诱导。
2.器官培养
在植物器官培养方面,雌性的培养成果显著,例如子房的培养、胚囊的培养均已取得进展。
3.原生质体培养和植物细胞工程
(1)植物原生质体的获得方法:
在0.5~0.6mol/L的溶液环境(较高渗透压)下用混合液处理根尖、叶片愈伤组织或悬浮培养细胞,将消化除去。
获得球形的原生质体。
(2)植物细胞工程的概念和操作过程:
培养植物细胞(包括原生质体),借助基因工程方法,将外源遗传物质(DNA)导入受体细胞(包括原生质体)中,或通过细胞
融合、等将不同来源的遗传物质重新组合,再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养,获得具有特定性状的新植株。
4.多途径的植物克隆实践
植物克隆技术
应用
大量培养特定细胞系
能产生重要(如某些中药)的细胞的大量克隆和产物的工业化生产
花药(花粉)培养,进行克隆
对烟草、大麦等育种
选择细胞培养产生的表现出遗传变异的新植株
选择具备性状的作物新类型
在培养基中加入不同浓度NaCl或病原体的毒蛋白
诱发和筛选突变体
在培养基中加入不同浓度的赖氨酸类似物
产生突变体,其中赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的水平会升高
球形胚胚状体芽生根花器官甘露醇纤维素酶和果胶酶细胞壁显微注射次生代谢产物单倍体有益性状抗盐或抗病抗赖氨酸类似物
第5课时 动物的克隆
1.动物克隆的技术基础
动物克隆的技术基础是。
2.动物细胞培养
(2)原代培养和传代培养
将动物组织通过或方法分散成细胞后进行的初次培养,称为原代培养。
初次培养的细胞生长、繁殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭,影响细胞的生长,因此需要重新用等处理,进行分瓶扩大培养,称为传代培养。
动物的细胞和组织培养。
酶或机械方法单个胰蛋白酶
生长细胞培养原基整个分化
3.动物组织培养
(1)概念:
动物组织在体外及人工条件下维持生活状态或特性。
(2)结果:
由于细胞的运动、变化和培养物的组织成分发生变化,长期的培养结果最终成了简单的。
(3)在广义的组培中还包括器官培养,即器官的、器官的一部分或器官在体外和人工控制的条件下得以保存、生长,在此过程中保持器官的结构、功能及能力。
4.细胞系和细胞株
(1)细胞系:
可的细胞。
原代培养物在首次传代时就成为细胞系,能连续培养下去的细胞系称为细胞系,不能连续培养下去的细胞系
称为细胞系。
二倍体细胞通常为有限细胞系。
连续细胞系被认为是发生转化了的细胞系,大多数具有。
有的连续细胞系是,具有异体致瘤性;有的连续细胞系获得了不死性,但保留现象,不致癌。
(2)细胞株:
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
具有的细胞称为细胞株。
细胞株一般具有恒定的、同功酶类型、病毒敏感性和生化特性等。
可以连续多次传代的细胞株称为连续细胞株,可传代次数有限的细胞株称为细胞株。
5.克隆培养法(或细胞克隆)
(1)概念:
把一个从群体中分离出来单独培养,使之繁衍成一个新的细胞群体的技术。
(2)结果:
由于来源于一个共同的祖细胞,所以称为,也就是克隆。
(3)提高细胞克隆形成率的措施:
选择适宜的培养基、添加(胎牛血清最好)、以细胞支持生长、(胰岛素等)刺激、使用CO2培养箱、调节等。
连续传代连续有限异倍体核型恶性细胞系接触抑制特殊性质染色体组型有限单细胞纯系血清滋养细胞激素pH
二、动物的细胞融合技术及其应用
1.细胞融合与细胞杂交
②原理:
。
③诱导融合的方法
a.物理方法和化学方法:
电激法、等。
b.生物方法:
(如仙台病毒)。
(2)细胞杂交
①概念:
的细胞间的融合就是细胞杂交。
②过程
③应用:
由于细胞杂交中染色体容易丢失,利用杂交细胞检测特定染色体丢失与特定基因产物(蛋白质)减少的对应关系可以进行。
2.杂交瘤技术和单克隆抗体的制备
①用外界刺激动物,使其发生免疫反应,使产生抗体。
②利用或聚乙二醇等作介导,使经免疫的动物的脾细胞与可以无限传代的融合。
③经过筛选、克隆培养,获得来自单一细胞的既能产生、又能增殖的杂交瘤细胞克隆。
(2)杂交瘤技术制备单克隆抗体的最大优点:
可以从特异抗原成分的抗原混合物中提取单抗。
(3)单抗的运用:
可作为,研究相应抗原蛋白的、细胞学分布及其功能。
细胞膜的流动性聚乙二醇灭活的病毒基因型不同基因定位抗原B淋巴细胞仙台病毒骨髓瘤细胞特异抗体无限增殖比例极少特异探针结构
三、动物的克隆繁殖
1.动物细胞全能性的表现程度
(1)在动物发育过程中,细胞的发育潜能逐渐。
3.动物体细胞克隆
原理和主要技术:
利用的全能性进行,将动物的一个细胞核移入一个已经去掉细胞核的中,使其重组并发育成为一个新的胚胎,这个新的胚胎最终发育为动物个体(克隆动物)。
变窄细胞核核移植卵母细胞
第6课时 从受精卵谈起
1.含义:
成熟的精卵融合成为的过程。
2.过程:
→精子附着于卵膜→精卵质膜融合。
3.同种动物精卵结合的原因之一:
同种动物精子、卵细胞表面有相互识别的。
受精卵精卵识别特异性蛋白
二、胚胎发育的过程
1.胚胎发育的概念
受精卵发育为的过程。
2.胚胎发育的过程
→→原肠胚期→组织、器官的形成→幼体。
(1)卵裂期:
受精卵不断进行即卵裂,卵裂产生的细胞团叫卵裂球,随着卵裂球数目的增多,细胞逐渐。
当卵裂球含有2~8个细胞时,其中的每一个细胞都具有。
(2)囊胚期:
具有囊胚腔、滋养层、内细胞团(如图)。
①囊胚腔:
囊胚中间的空腔,是由于卵裂球的细胞继续分裂,细胞间出现的间隙。
②滋养层
a.存在部位:
外表的一层扁平细胞。
b.作用:
进一步发育为,如胚盘。
③内细胞团
a.存在部位:
内部的细胞团。
b.作用:
不断增殖分化,将发育成完整的胚胎。
c.特点:
是细胞,是一种的细胞,具有,能分化出成体动物的所有组织和器官。
(3)原肠胚期
原肠胚期是囊胚进一步发育形成的具有原肠腔、、胚孔的胚胎时期。
幼体囊胚期有丝分裂变小全能性囊胚胚胎的附属结构或胚外结构
囊胚内部胚胎干未分化发育全能性三胚层
第7课时 胚胎工程
1.胚胎工程
(1)含义:
通常指各种操作技术。
(2)研究对象:
主要限定于动物,特别是哺乳动物。
(3)研究的重点内容:
体外受精、、胚胎移植、、胚胎干细胞培养等。
2.体外受精
(1)含义:
采集雌性动物的和雄性动物的,使其在中受精。
(2)过程
①精子的采集及获能:
从中取出成熟的精子,放入培养液中培养,使其达到状态。
②卵细胞的采集:
最常用的方法是卵巢经处理后,用
吸取卵泡液(连同卵母细胞)取出,然后在体外进行人工培养,促其。
③受精:
的精子和成熟后的在体外合适的环境下共同培养一段时间,便可受精。
3.胚胎体外培养
(1)含义:
指应用人工创造的环境,对获取的进行体外培养。
(2)条件:
必须配制一系列含有的培养液,用于培养不同发育时期的胚胎。
胚胎操作高等脊椎动物胚胎体外培养胚胎分割卵细胞精子试管附睾获能超数排卵穿刺针成熟获能卵细胞早期胚胎不同成分
二、胚胎移植和胚胎分割
1.胚胎移植
(1)含义:
指将经济价值较高、遗传性状优良的母畜、经过处理,
使其后受精,然后将发育的早期胚胎分别移植到的代孕母的子宫内,通过代孕母妊娠产仔的技术。
2.胚胎分割
(1)含义:
指借助技术将早期胚胎切割成,再移植到代孕母子宫中发育,产生后代的技术。
(2)优点:
可成倍增加胚胎数量,是一种快速繁殖良种畜的方法。
激素超数排卵同期发情显微操作几等份同卵多仔
三、胚胎干细胞
1.含义
当受精卵分裂发育成(囊胚)时,的细胞。
2.特点是一种未分化细胞,具有和。
3.胚胎干细胞的培养
(1)培养关键
需要一种能促进胚胎干细胞的,但其分化的培养体系,这种体系中用于饲养层的细胞一般是细胞。
4.胚胎干细胞核移植
指把胚胎干细胞核移植到的卵细胞中,经过激活、
胚胎培养、后直接由受体完成克隆动物的技术。
5.干细胞研究的应用价值
(1)进行,获得基因敲除动物,如用基因敲除手段可以获得适合人体移植的猪器官,减弱或消除。
(2)培育用于移植的细胞、组织或器官。
(3)在中改良并创造动物新品种,再结合基因工程等技术培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种,生产有价值的动物等。
早期胚胎内细胞团发育全能性二倍体核型生长抑制胚胎成纤维
去核胚胚胎移植基因敲除排斥反应试管
第8课时 生态工程的主要类型及其在农业中的应用
1.生态工程的原理:
“整体、循环、”。
2.生态工程的研究对象:
社会——自然复合生态系统。
3.生态工程的类型
(1)的生态工程。
(2)节水和废水处理与应用的生态工程。
(3)山区小流域的生态工程。
(4)清洁及能源系统组合利用的生态工程。
(5)其他类:
住宅、小区和城镇建设生态工程;荒山、荒坡、滩涂、湿地以及矿山废弃地;生态旅游和绿色化学工程;生物多样性保护和工程等。
协调再生经济物质循环利用综合治理与开发可再生生态恢复工程
持续利用
二、生态工程在农业中的应用
1.依据:
。
2.主要措施
(1)将种植、养殖、水产、园艺与林业、副业、加工业等进行优化。
(2)将农业废弃物的转化、再生及等综合起来。
(3)将节能、应用、生态建筑以及人口控制、生物多样性保护等相结合。
3.意义:
有效地促进了物质循环、、信息传递的畅通,实现人与环境和谐相处,经济、生态环境和社会效益的同步发展,是实现农业现代化过程中保证农业的一种生产方式。
4.应用实例
(1)生态工程。
(2)农业生态工程。
5.我国生态工程的主要技术
(1)我国人民从实践中总结出的科学方法
①北方地区:
技术。
②南方地区:
技术。
③一定年限内,同一块地上:
技术。
(2)现代农业生态工程中的主要技术
①技术。
②洁净可再生的新能源开发技术。
③种植业和畜牧业技术。
生态学原理资源化清洁能源能量流动持续发展
庭院套种技术
间种技术轮种技术物质的良性循环合理优化
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