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基因工程是指按照人们意愿，进行严格设计，并基因工程是指按照人们意愿，进行严格设计，并基因工程是指按照人们意愿，进行严格设计，并基因工程是指按照人们意愿，进行严格设计，并经过经过经过经过体外体外体外体外DNADNADNADNA重组重组重组重组和和和和转基因转基因转基因转基因等技术，赋予生物以新遗等技术，赋予生物以新遗等技术，赋予生物以新遗等技术，赋予生物以新遗传特征，从而创造出更符合人们需要新生物类型和传特征，从而创造出更符合人们需要新生物类型和传特征，从而创造出更符合人们需要新生物类型和传特征，从而创造出更符合人们需要新生物类型和生物产品。因为基因工程是在生物产品。因为基因工程是在生物产品。因为基因工程是在生物产品。因为基因工程是在DNADNADNADNA分子水平分子水平分子水平分子水平上进行设上进行设上进行设上进行设计和施工，所以又叫做计和施工，所以又叫做计和施工，所以又叫做计和施工，所以又叫做DNADNADNADNA重组技术重组技术重组技术重组技术。专题一专题一 基因工程基因工程第1页一、一、DNADNA重组技术基本工具重组技术基本工具（一）限制性核酸内切酶（一）限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”1.1.1.1.分布：分布：分布：分布：2.2.2.2.特点：特点：特点：特点：特异性特异性特异性特异性，即能够识别双，即能够识别双，即能够识别双，即能够识别双链链链链DNADNADNADNA分子某种分子某种分子某种分子某种特定核苷酸特定核苷酸特定核苷酸特定核苷酸序列序列序列序列，而且切割每一条链中，而且切割每一条链中，而且切割每一条链中，而且切割每一条链中特定部位特定部位特定部位特定部位两个核苷酸之间两个核苷酸之间两个核苷酸之间两个核苷酸之间磷磷磷磷酸二酯键酸二酯键酸二酯键酸二酯键，使之断开，使之断开，使之断开，使之断开。主要从原核生物中分离纯化出来主要从原核生物中分离纯化出来主要从原核生物中分离纯化出来主要从原核生物中分离纯化出来第2页G A AG A AG A AG A A T T CT T CT T CT T CC T TC T TC T TC T T A A GA A GA A GA A GG G G GC T T C T T C T T C T T A AA AA AA AG G G GA AA AA AA A T T C T T C T T C T T CC C CC C CC C CC C C G G GG G GG G GG G GG G GG G GG G GG G G C C CC C CC C CC C CC C CC C CC C CC C CG G GG G GG G GG G GG G GG G GG G GG G GC C CC C CC C CC C C 中轴线中轴线中轴线中轴线 EcoEcoEcoEcoRRRR（在（在（在（在G G G G与与与与A A A A之间切割）之间切割）之间切割）之间切割）SmaSmaSmaSma（在（在（在（在G G G G与与与与C C C C之间切割）之间切割）之间切割）之间切割）粘性末端粘性末端粘性末端粘性末端平末端平末端平末端平末端切割切割切割切割DNADNADNADNA分子产生两种不一样末端（箭头表示酶切割位点）分子产生两种不一样末端（箭头表示酶切割位点）分子产生两种不一样末端（箭头表示酶切割位点）分子产生两种不一样末端（箭头表示酶切割位点）3.3.3.3.结果：结果：结果：结果：在识别序列中轴线两侧切割，产生粘性末端；在识别序列中轴线两侧切割，产生粘性末端；在识别序列中轴线两侧切割，产生粘性末端；在识别序列中轴线两侧切割，产生粘性末端；在识别序列中轴线处切割，产生平末端。在识别序列中轴线处切割，产生平末端。在识别序列中轴线处切割，产生平末端。在识别序列中轴线处切割，产生平末端。第3页GC T T A AA A T T CGGC T T A AA A T T CG（二）（二）DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”第4页GC T T A AA A T T CG（二）（二）（二）（二）DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针分子缝合针分子缝合针”第5页（二）（二）DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”2.2.2.2.连接酶部位：连接酶部位：连接酶部位：连接酶部位：磷酸二酯键，不是氢键磷酸二酯键，不是氢键磷酸二酯键，不是氢键磷酸二酯键，不是氢键GC T T A AA A T T CG磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键1.1.连接酶作用：连接酶作用：将互补配正确两个黏性末端连接起来，将互补配正确两个黏性末端连接起来，将互补配正确两个黏性末端连接起来，将互补配正确两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整使之成为一个完整使之成为一个完整使之成为一个完整DNADNADNADNA分子分子分子分子第6页3.3.3.3.连接酶类型连接酶类型连接酶类型连接酶类型（按起源分类）（按起源分类）（按起源分类）（按起源分类）(1)(1)E.coli E.coli DNADNA连接酶：连接酶：连接酶：连接酶：(起源于大肠杆菌起源于大肠杆菌起源于大肠杆菌起源于大肠杆菌)只能连接双链只能连接双链DNA片段互补片段互补粘性末端粘性末端(2)T4 DNA连接酶：连接酶：（起源于（起源于T4噬菌体）噬菌体）既能够连接双链既能够连接双链DNA片段片段 互补粘互补粘性末端，又能够性末端，又能够“缝合缝合”双链双链DNA片段平末端片段平末端第7页（三）基因进入受体细胞载体（三）基因进入受体细胞载体（三）基因进入受体细胞载体（三）基因进入受体细胞载体“分子运输车分子运输车分子运输车分子运输车”1.1.作用：作用：2.2.条件：条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保留；能在宿主细胞内复制并稳定地保留；含有多个限制酶切位点含有多个限制酶切位点,便于目标基因插入；便于目标基因插入；含有标识基因，便于筛选；含有标识基因，便于筛选；必需是安全，对宿主细胞无害。必需是安全，对宿主细胞无害。将外源基因送入受体细胞将外源基因送入受体细胞第8页3.3.种类：种类：质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒噬菌体衍生物、动植物病毒质粒质粒 细菌拟核细菌拟核细菌拟核细菌拟核DNADNA之外能自主之外能自主之外能自主之外能自主复制小型双链环状复制小型双链环状复制小型双链环状复制小型双链环状DNADNA分分分分子；子；子；子；DNADNA分子上含有多个限制分子上含有多个限制分子上含有多个限制分子上含有多个限制酶切割位点；酶切割位点；酶切割位点；酶切割位点；只能在宿主细胞中进行自只能在宿主细胞中进行自只能在宿主细胞中进行自只能在宿主细胞中进行自我复制；我复制；我复制；我复制；DNADNA分子上含有特殊标识分子上含有特殊标识分子上含有特殊标识分子上含有特殊标识基因；基因；基因；基因；对宿主细胞无影响。对宿主细胞无影响。对宿主细胞无影响。对宿主细胞无影响。第9页二、基因工程基本操作程序二、基因工程基本操作程序获取目基因构建表示载体构建表示载体导入受体细胞导入受体细胞目基因检测与鉴定第一步第一步第二步第二步第三步第三步第四步第四步第10页（一）目标基因获取（一）目标基因获取（一）目标基因获取（一）目标基因获取1.从基因文库中获取目基因（1 1 1 1）基因组文库）基因组文库）基因组文库）基因组文库 将含有某种生物不一样基因许多片段，导入受体菌群将含有某种生物不一样基因许多片段，导入受体菌群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物不一样基因，称体中储存，各个受体菌分别含有这种生物不一样基因，称为基因文库。为基因文库。受体菌包含了某种生物全部基因，该受体菌群体受体菌包含了某种生物全部基因，该受体菌群体称为这种生物基因组文库。称为这种生物基因组文库。（2 2 2 2）部分基因文库）部分基因文库）部分基因文库）部分基因文库 受体菌包含了一个生物部分基因，该受体菌群体称受体菌包含了一个生物部分基因，该受体菌群体称为这种生物部分基因文库，如为这种生物部分基因文库，如cDNA文库。文库。第11页（3 3 3 3）基因文库构建）基因文库构建）基因文库构建）基因文库构建l l基因组文库构建基因组文库构建基因组文库构建基因组文库构建提取某生物提取某生物全部全部DNA用适当用适当限制酶切割限制酶切割许许 多多DNA片段片段与载体连接与载体连接导入受体菌群导入受体菌群该生物基该生物基因组文库因组文库（每个受体菌含有一段不一样（每个受体菌含有一段不一样DNA片段）片段）l lcDNAcDNA文库构建文库构建文库构建文库构建mRNAmRNA反转录形成反转录形成反转录形成反转录形成mRNA逆转录酶逆转录酶杂交双链杂交双链核酸酶核酸酶H单链单链DNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNA与载体连接与载体连接导入受体菌群导入受体菌群该生物该生物cDNA文库文库第12页2.利用PCR技术扩增目基因(1)(1)(1)(1)原理原理原理原理PCR是聚合酶链式反应（是聚合酶链式反应（polymerase chain reaction）,它是利用它是利用DNA 双链复制原理，将基因核苷酸序列不停加双链复制原理，将基因核苷酸序列不停加以复制，使其数量呈以复制，使其数量呈指数方式指数方式增加。因为整个过程是在增加。因为整个过程是在体外体外进行，所以又叫做进行，所以又叫做体外体外DNA扩增技术扩增技术。第13页(2)(2)(2)(2)过程过程过程过程高温变性高温变性（9095）低温退火低温退火（5560）中温延伸中温延伸（7075）p双链双链DNA是在高温条件下解链为单链是在高温条件下解链为单链DNA，所以整个，所以整个过程不需要解旋酶。过程不需要解旋酶。屡次屡次重复重复(3)(3)(3)(3)特点：特点：特点：特点：指数形式扩增指数形式扩增指数形式扩增指数形式扩增第14页推推测测推推测测合合成成3.通过DNA合成仪直接合成目基因DNA合成仪合成仪蛋白质氨基蛋白质氨基蛋白质氨基蛋白质氨基酸次序酸次序酸次序酸次序mRANmRAN核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列基因基因基因基因DNADNA核核核核苷酸序列苷酸序列苷酸序列苷酸序列目基因 当基因比较小、蛋白质氨基酸序列能够测得或核苷当基因比较小、蛋白质氨基酸序列能够测得或核苷当基因比较小、蛋白质氨基酸序列能够测得或核苷当基因比较小、蛋白质氨基酸序列能够测得或核苷酸序列已知时，可采取此种方法。酸序列已知时，可采取此种方法。酸序列已知时，可采取此种方法。酸序列已知时，可采取此种方法。第15页（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建 用限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目标用限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目标基因插入切口处，让目标基因黏性末端与切口上基因插入切口处，让目标基因黏性末端与切口上黏性末端互补配对后，在连接酶作用下连接形成黏性末端互补配对后，在连接酶作用下连接形成重组重组DNA分子分子，即，即基因表示载体基因表示载体。第16页质粒质粒目基因限制酶限制酶DNA连接酶连接酶重组重组DNA（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建第17页1.构建目 使目基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传给下一代，同时，使目基因能够表达和发挥作用。2.2.2.2.构建零件及其作用构建零件及其作用构建零件及其作用构建零件及其作用（1）目基因（2 2）开启子）开启子 RNA聚合酶识聚合酶识别和结合一段特殊结构别和结合一段特殊结构DNA片片段段，位于基因首端，位于基因首端，RNA聚合聚合酶与之结合才能驱动基因转录酶与之结合才能驱动基因转录出出mRNA，进而取得需要蛋白，进而取得需要蛋白质。质。（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建第18页（3）终止子）终止子一段特殊结构一段特殊结构DNA片段片段，位于基因尾端，位于基因尾端，作用是使转录在所需要地方作用是使转录在所需要地方停顿。停顿。（4）标识基因）标识基因判别受体细胞中判别受体细胞中是否含有目标基因，从而将含有是否含有目标基因，从而将含有目标基因细胞筛选出来。目标基因细胞筛选出来。（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建（二）基因表示载体构建2.2.2.2.构建零件及其作用构建零件及其作用构建零件及其作用构建零件及其作用第19页（三）将目基因导入受体细胞 将目标基因导入受体细胞而且在受体细胞内将目标基因导入受体细胞而且在受体细胞内维持稳维持稳定和表示定和表示过程称为过程称为转化转化。基因工程中惯用受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土基因工程中惯用受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌和动植物细胞等。壤农杆菌和动植物细胞等。导入受体细胞方法主要是借鉴导入受体细胞方法主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞路径，且因受体细胞不一样而不一样。路径，且因受体细胞不一样而不一样。第20页（1 1）农杆菌转化法）农杆菌转化法1.1.1.1.导入植物细胞导入植物细胞导入植物细胞导入植物细胞（2 2）其它方法）其它方法 基因枪法基因枪法 花粉管通道法花粉管通道法第21页移移 植植显微显微注射注射发发育育2.2.2.2.导入动物细胞导入动物细胞导入动物细胞导入动物细胞(显微注射技术显微注射技术)含目标基因含目标基因表示载体表示载体动动 物物 受受 精精 卵卵含目标基因含目标基因受精卵受精卵早早期期胚胚胎胎雌性动物输雌性动物输卵管或子宫卵管或子宫转基因转基因动动物物分分裂裂分分化化第22页3.3.3.3.导入微生物细胞导入微生物细胞导入微生物细胞导入微生物细胞(2)(2)(2)(2)优点优点优点优点 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少、操作简单、价格低廉。作简单、价格低廉。作简单、价格低廉。作简单、价格低廉。(3)(3)(3)(3)惯用受体细胞惯用受体细胞惯用受体细胞惯用受体细胞 大肠杆菌（大肠杆菌（大肠杆菌（大肠杆菌（E.coliE.coliE.coliE.coli）(1)(1)(1)(1)过程过程过程过程 制备感受态细胞：用制备感受态细胞：用Ca2+（CaCl2）处理细菌，使细菌易于接）处理细菌，使细菌易于接受外源受外源DNA分子。分子。重组重组DNA分子与感受态细胞混合孵育，完成转化。分子与感受态细胞混合孵育，完成转化。(Ca(Ca2+2+处理法处理法)第23页（四）目标基因检测与判定（四）目标基因检测与判定（四）目标基因检测与判定（四）目标基因检测与判定 目标基因目标基因是否真正插入受体细胞是否真正插入受体细胞DNA中，中，是否能够是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表示在受体细胞中稳定遗传和正确表示，只有经过检测、判，只有经过检测、判定才能得知。定才能得知。惯用检测伎俩主要从惯用检测伎俩主要从分子水平分子水平和和个体水平个体水平进行。进行。第24页适当限制适当限制酶切割酶切割用同位素标识用同位素标识目标基因片段杂交目标基因片段杂交1.1.1.1.分子水平分子水平分子水平分子水平（1 1）检测转基因生物染色体）检测转基因生物染色体）检测转基因生物染色体）检测转基因生物染色体DNADNA上是否插入了目标基因上是否插入了目标基因上是否插入了目标基因上是否插入了目标基因 提取受体生提取受体生物全部物全部DNA许多许多DNA片段片段显显出出杂交带杂交带（表明目基因已插入）（分子杂交技术）（分子杂交技术）第25页(2)检测目基因是否转录出了mRNA 提取受体生提取受体生物物mRNA用同位素标识用同位素标识目标基因片段杂交目标基因片段杂交显显出出杂交带杂交带（表明目基因已转录出了mRNA）检测检测DNA利用是利用是DNA与与DNA杂交，检测杂交，检测mRNA利利用是用是DNA与与mRNA杂交。杂交。1.1.1.1.分子水平分子水平分子水平分子水平（分子杂交技术）（分子杂交技术）第26页（3）检测目基因是否翻译出蛋白质（抗原（抗原抗体杂交技术）抗体杂交技术）提取受体生提取受体生物蛋白质物蛋白质与对应抗体杂交与对应抗体杂交显显出出杂交带杂交带（表明目基因已形成蛋白质产品）1.1.1.1.分子水平分子水平分子水平分子水平（分子杂交技术）（分子杂交技术）第27页2.2.2.2.个体水平个体水平个体水平个体水平例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目基因或摄入目基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。第28页1.用基因工程技术可使大肠杆菌合成人蛋白质。以下叙述用基因工程技术可使大肠杆菌合成人蛋白质。以下叙述不正确是不正确是（）A.惯用相同限制性内切酶处理目标基因和质粒惯用相同限制性内切酶处理目标基因和质粒B.导入大肠杆菌目标基因不一定能成功表示导入大肠杆菌目标基因不一定能成功表示 C.DNA连接酶和连接酶和 RNA聚合酶是构建重组质粒必需工具酶聚合酶是构建重组质粒必需工具酶D.可用含抗生素培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒可用含抗生素培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒 C2.以下关于基因工程中限制性内切酶描述，错误是（以下关于基因工程中限制性内切酶描述，错误是（）A.一个限制性内切酶只能识别一个特定脱氧核苷酸序列一个限制性内切酶只能识别一个特定脱氧核苷酸序列B.限制性内切酶活性受温度影响限制性内切酶活性受温度影响C.限制性内切酶能识别和切割限制性内切酶能识别和切割RNAD.限制性内切酶可从原核生物中提取限制性内切酶可从原核生物中提取C第29页含重组质粒含重组质粒土壤农杆菌土壤农杆菌抗虫基因抗虫基因含含kanr质质粒粒重组质粒重组质粒A构建构建土壤农杆菌土壤农杆菌导入导入B培养选择培养选择侵侵 染染转基因转基因抗虫植株抗虫植株离体棉花离体棉花叶片组织叶片组织愈伤组织愈伤组织C诱导选择诱导选择再生植株再生植株分化分化D检测检测3.3.在培育转基因植物研究中，卡那霉素抗性基因（在培育转基因植物研究中，卡那霉素抗性基因（kankanr r）常作为标识）常作为标识 基因，只有含卡那霉素抗性基因细胞才能在卡那霉素培养基上生长。基因，只有含卡那霉素抗性基因细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下列图为取得抗虫棉技术流程。下列图为取得抗虫棉技术流程。请据图回答：请据图回答：（1）A过程需要酶有过程需要酶有_。（2）B过程及其结果表达了质粒作为运载体必须具备两个条件是过程及其结果表达了质粒作为运载体必须具备两个条件是_。（3）C过程培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加过程培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入入_。（4）假如利用）假如利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用过程应该用_ _ _作为探针。作为探针。限制性内切酶和限制性内切酶和DNA连接酶连接酶含有标识基因；能在宿主细胞内复制并稳定保留含有标识基因；能在宿主细胞内复制并稳定保留卡那霉素卡那霉素放射性同位素（或荧光分子）标识后抗虫基因放射性同位素（或荧光分子）标识后抗虫基因第30页（5）科学家发觉转基因植株卡那霉素抗性基因传递符合孟德尔）科学家发觉转基因植株卡那霉素抗性基因传递符合孟德尔遗传规律。遗传规律。将转基因植株与将转基因植株与_杂交，其后代中抗卡那杂交，其后代中抗卡那 霉素型与卡那霉素敏感型数量比为霉素型与卡那霉素敏感型数量比为1：1。若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型数量比为数量比为_。若将该转基因植株花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则取得若将该转基因植株花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则取得再生植株群体中抗卡那霉素型植株占再生植株群体中抗卡那霉素型植株占_%。含重组质粒含重组质粒土壤农杆菌土壤农杆菌抗虫基因抗虫基因含含kanr质质粒粒重组质粒重组质粒A构建构建土壤农杆菌土壤农杆菌导入导入B培养选择培养选择侵侵 染染转基因转基因抗虫植株抗虫植株离体棉花离体棉花叶片组织叶片组织愈伤组织愈伤组织C诱导选择诱导选择再生植株再生植株分化分化D检测检测非转基因植株非转基因植株3：1100第31页三、基因工程应用三、基因工程应用（一）植物基因工程（一）植物基因工程（一）植物基因工程（一）植物基因工程uu抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫转基因植物uu抗病转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物uu抗逆转基因植物抗逆转基因植物抗逆转基因植物抗逆转基因植物uu改良植物品质改良植物品质改良植物品质改良植物品质如如转基因抗虫棉（水稻）转基因抗虫棉（水稻）减轻农药对环境污染减轻农药对环境污染抗病毒（细菌、真菌）转基因植物，抗病毒（细菌、真菌）转基因植物，如如抗病毒转基因小麦、抗病毒转基因抗病毒转基因小麦、抗病毒转基因烟草等烟草等如如转鱼抗冻蛋白基因番茄、转鱼抗冻蛋白基因番茄、转基因抗除草剂玉米转基因抗除草剂玉米如如富含赖氨酸转基因玉米、富含赖氨酸转基因玉米、转番茄基因延熟番茄转番茄基因延熟番茄第32页（二）动物基因工程（二）动物基因工程（二）动物基因工程（二）动物基因工程三、基因工程应用三、基因工程应用uu提升动物生长速度提升动物生长速度提升动物生长速度提升动物生长速度uu改进畜产品品质改进畜产品品质改进畜产品品质改进畜产品品质uu生产药品生产药品生产药品生产药品uu做器官移植供体做器官移植供体做器官移植供体做器官移植供体如如转生长激素基因鲤鱼转生长激素基因鲤鱼如如低乳糖转基因牛（转肠乳糖酶基因）低乳糖转基因牛（转肠乳糖酶基因）如如乳腺生物反应器乳腺生物反应器利用基因工程利用基因工程改造供体器官改造供体器官，抑制或去抑制或去除除供体器官供体器官抗原决定基因表示抗原决定基因表示，取得，取得没没有免疫排斥反应有免疫排斥反应转基因克隆猪器官转基因克隆猪器官第33页（三）基因工程药品（三）基因工程药品三、基因工程应用利用基因工程技术，经过利用基因工程技术，经过微生物微生物生产蛋白质类药品生产蛋白质类药品。uu生长激素生长激素uu干扰素干扰素uu胰岛素胰岛素第34页（四）基因治疗（四）基因治疗三、基因工程应用 基因治疗就是将基因治疗就是将正常基因正常基因导入病人体内，使该导入病人体内，使该基因基因表示产物发挥功效表示产物发挥功效，从而，从而到达治疗疾病到达治疗疾病目标。目标。基因治疗是治疗遗传病最有效伎俩。基因治疗是治疗遗传病最有效伎俩。第35页uu体外基因治疗体外基因治疗 从病人体内取得某种细胞，进行培养，在从病人体内取得某种细胞，进行培养，在体外体外完成完成基因转基因转移移，筛选筛选成功转移细胞成功转移细胞扩增培养扩增培养，再，再重新输入重新输入患者体内治疗方患者体内治疗方法。法。（四）基因治疗（四）基因治疗uu体内基因治疗体内基因治疗直接向人体组织细胞中转移基因治病方法。直接向人体组织细胞中转移基因治病方法。第36页SCID基因工程治疗基因工程治疗第37页四、蛋白质工程四、蛋白质工程 以蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系作为基以蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系作为基础，经过础，经过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对，对现有现有蛋白质进行蛋白质进行改造改造，或或制造一个新蛋白质制造一个新蛋白质，以满足人类对生产和生活需求。，以满足人类对生产和生活需求。第38页四、蛋白质工程四、蛋白质工程（一）原理（一）原理（二）过程（二）过程基因基因DNA生物功效生物功效预期功效预期功效mRNA转录转录氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链翻译翻译蛋白质蛋白质三维结构三维结构折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计中心法则逆推中心法则逆推第39页专题二专题二 细胞工程细胞工程 细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学原是指应用细胞生物学和分子生物学原理和方法，经过理和方法，经过细胞整体水平细胞整体水平或或细胞器水平细胞器水平上操作，上操作，按照人们意愿来改变细胞内遗传物质或取得细胞产按照人们意愿来改变细胞内遗传物质或取得细胞产品一门综合科学技术。品一门综合科学技术。按照操作对象不一样，可分为植物细胞工程和按照操作对象不一样，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。动物细胞工程两大领域。第40页植植 物物 细细 胞胞 工工 程程 植物组织培养是在无菌和人工控制条件下，植物组织培养是在无菌和人工控制条件下，将离体植物器官、组织、细胞，培养在人工配制将离体植物器官、组织、细胞，培养在人工配制培养基上，给予适宜培养条件，诱导其产生愈伤培养基上，给予适宜培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。组织、丛芽，最终形成完整植株。第41页一、理论基础一、理论基础细胞全能性细胞全能性1.1.概念：概念：细胞全能性是指细胞全能性是指细胞细胞含有含有形成机体形成机体全部细胞类型全部细胞类型 能力，是细胞一个特征。能力，是细胞一个特征。2.2.基础：基础：生物体每一个细胞都含有该物种所特有全套生物体每一个细胞都含有该物种所特有全套 遗传物质，都有发育成为完整个体所必需全部遗传物质，都有发育成为完整个体所必需全部 基因。基因。3.3.全能性大小全能性大小 受精卵受精卵受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞体细胞体细胞 体细胞（分化程度低细胞体细胞（分化程度低细胞 分化程度高细胞）分化程度高细胞）植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞动物细胞动物细胞第42页二、植物细胞工程基本技术二、植物细胞工程基本技术（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术离体器官离体器官组织细胞组织细胞 脱分化：已经高度分化植物细胞经诱导后，脱分化：已经高度分化植物细胞经诱导后，失去失去特有结构和功效特有结构和功效而转变成而转变成未分化细胞未分化细胞过程，即形成愈伤组织。过程，即形成愈伤组织。再分化：脱分化产生愈伤组织继续进行培养，又再分化：脱分化产生愈伤组织继续进行培养，又重新分化重新分化成根或成根或芽等器官。芽等器官。植物体植物体愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化营养激素营养激素根、芽根、芽再分化再分化营养激素营养激素1 1、过程、过程、过程、过程第43页2 2、条件、条件、条件、条件 离体、提供营养培养基、激素及其它适宜条件（温离体、提供营养培养基、激素及其它适宜条件（温度、度、O2、pH、无菌、光照）。、无菌、光照）。二、植物细胞工程基本技术二、植物细胞工程基本技术（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术第44页（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术AB去去掉掉细细胞胞壁壁原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体融合原生质体融合融合原生质体融合原生质体杂种细胞杂种细胞 1 1、过程、过程、过程、过程愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株第45页植物细胞植物细胞A A植物细胞植物细胞B B愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化杂种植物杂种植物再分化再分化植植物物组组织织培培养养去去壁壁杂种细胞杂种细胞生壁生壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B酶解法酶解法 融合原生质体融合原生质体诱诱 导导 融融合合第46页2 2、意义、意义、意义、意义 与有性杂交（种内）相比，植物体细胞杂交与有性杂交（种内）相比，植物体细胞杂交克服了远克服了远缘杂交不亲合障碍缘杂交不亲合障碍，大大扩展了可用于杂交亲本组合范围，大大扩展了可用于杂交亲本组合范围（种间、属间），而且培育出了许多在生产上有较高（种间、属间），而且培育出了许多在生产上有较高应用应用价值杂种植株品种。价值杂种植株品种。第47页三、植物细胞工程实际应用三、植物细胞工程实际应用1 1、微型繁殖、微型繁殖u概念：概念：快速繁殖优良品种植物组织培养技术，快速繁殖优良品种植物组织培养技术，也叫也叫快速繁殖技术快速繁殖技术。u特点：特点：繁殖速度快，即含有繁殖速度快，即含有高效性高效性 保持优良品种遗传特征，即含有保持优良品种遗传特征，即含有高保真性高保真性第48页2 2、培育脱毒作物、培育脱毒作物u 原因：原因：无性繁殖作物，感染病毒易传输给后代，无性繁殖作物，感染病毒易传输给后代，病毒在作物体内逐年积累，会造成作物产量降低，病毒在作物体内逐年积累，会造成作物产量降低，品质变差。品质变差。u 材料：材料：植物分生区（如茎尖）。植物分生区（如茎尖）。u 方法：方法：切取茎尖进行组织培养，取得切取茎尖进行组织培养，取得脱毒苗脱毒苗。三、植物细胞工程实际应用三、植物细胞工程实际应用第49页u技术：技术：组织培养组织培养u特征：特征：在适宜条件下能够萌发长成幼苗在适宜条件下能够萌发长成幼苗u优点优点后代无性状分离，保持优良特征后代无性状分离，保持优良特征不受季节、气候和地域限制不受季节、气候和地域限制3 3、人工种子、人工种子 植物组织培养得到胚状体、不定芽、顶芽、腋植物组织培养得到胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等包裹在人工薄膜（芽等包裹在人工薄膜（人工种皮人工种皮）内形成结构。）内形成结构。三、植物细胞工程实际应用三、植物细胞工程实际应用第50页 某二倍体植物是杂合子，图为其花药中未成熟花粉在适宜培养基某二倍体植物是杂合子，图为其花药中未成熟花粉在适宜培养基上培养产生完整植株过程。据图回答：上培养产生完整植株过程。据图回答：（1）图中）图中表示是该花粉培养过程中表示是该花粉培养过程中 过程，过程，表示是表示是 过程，过程，X代表是代表是 ，表示是表示是 过程，过程，表示是诱导表示是诱导 过程。过程。（2）图中从愈伤组织形成完整植株路径有两条，详细经过那一条路径）图中从愈伤组织形成完整植株路径有两条，详细经过那一条路径主要取决于培养基成份中主要取决于培养基成份中 种类及其浓度配比，最终取得起源种类及其浓度配比，最终取得起源与未与未成熟花粉完整植株都称为成熟花粉完整植株都称为 植株（甲）。未成熟花粉经植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明为成熟花粉含有培养能形成完整植株，说明为成熟花粉含有 。愈伤组织愈伤组织花药中未花药中未成熟花粉成熟花粉丛芽（芽）丛芽（芽）完整植株完整植株X脱分化脱分化再分化再分化胚状体胚状体分化分化(发育发育)生根生根激素激素单倍体单倍体细胞全能性细胞全能性第51页愈伤组织愈伤组织花药中未花药中未成熟花粉成熟花粉丛芽（芽）丛芽（芽）完整植株完整植株X（3 3）对植株进行）对植株进行 ，才能使其坚固产，才能使其坚固产生后代（乙），不然植株甲只有经过生后代（乙），不然植株甲只有经过 方式才能产方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉是生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉是 植植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉基因组成种类为株，该植株群体中每一植株产生可育花粉基因组成种类为 种，种，花药培养在育种上特殊意义是花药培养在育种上特殊意义是 ，从而开，从而开辟育种新路径。辟育种新路径。染色体加倍处理染色体加倍处理无性繁殖无性繁殖乙乙一一缩短育种周期缩短育种周期第52页动动 物物 细细 胞胞 工工 程程第53页一、动物细胞培养一、动物细胞培养（一）概念（一）概念 从动物机体中从动物机体中取出取出相关组织，将它相关组织，将它分散分散成成单个细胞，放在适当单个细胞，放在适当培养基培养基中，使之中，使之生长和增生长和增殖殖技术。技术。第54页动物动物组织块组织块剪碎剪碎胰蛋白酶胰蛋白酶单个单个细胞细胞加培养加培养液制成液制成细胞细胞悬浮液悬浮液10501050代细胞代细胞（二）过程（二）过程贴壁贴壁细胞细胞原代培养原代培养脱离、分瓶脱离、分瓶传代培养传代培养细胞群细胞群 少部分细胞突破细少部分细胞突破细胞寿限，取得不死性胞寿限，取得不死性第55页（三）动物细胞培养条件（三）动物细胞培养条件1.1.无菌、无毒环境无菌、无毒环境添加一定量抗生素，定时更换培养液。添加一定量抗生素，定时更换培养液。2.2.营养物质营养物质 糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素以及糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素以及动物或人血清动物或人血清等。等。3.温度和温度和pH温度温度pH4.气体环境气体环境与体内相近与体内相近 36.50.57.27.4O2CO2细胞代谢所必需细胞代谢所必需维持维持pH第56页大规模培养生产蛋白质生物制品（病毒疫苗、干大规模培养生产蛋白质生物制品（病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体）扰素、单克隆抗体）取得大量自体皮肤细胞，处理烧伤病人植皮问题取得大量自体皮肤细胞，处理烧伤病人植皮问题检测有毒物质，判断某种物质细胞毒性检测有毒物质，判断某种物质细胞毒性筛选抗癌药品，为治疗和预防癌症及其它疾病提筛选抗癌药品，为治疗和预防癌症及其它疾病提供理论依据供理论依据（四）动物细胞培养技术应用（四）动物细胞培养技术应用第57页二、动物细胞核移植技术和克隆动物二、动物细胞核移植技术和克隆动物（一）概念（一）概念 动物细胞核移植技术是将动物一个细胞细胞核，移入到动物细胞核移植技术是将动物一个细胞细胞核，移入到一个已经去掉细胞核卵母细胞中，使其重组并发育成一个新一个已经去掉细胞核卵母细胞中，使其重组并发育成一个新胚胎，该胚胎最终发育成完整动物个体。胚胎，该胚胎最终发育成完整动物个体。（二）类型（二）类型1.1.胚胎细胞核移植胚胎细胞核移植2.2.体细胞核移植体细胞核移植轻易轻易困难困难u利用核移植技术得到动物称为利用核移植技术得到动物称为克隆动物克隆动物。第58页（三）体细胞核移植过程（三）体细胞核移植过程（以高产奶牛为例）（以高产奶牛为例）体细胞体细胞培养培养取出核取出核甲牛甲牛乙牛乙牛M卵卵母细胞母细胞去除核去除核去核卵去核卵母细胞母细胞重组重组卵细胞卵细胞核植入核植入卵裂卵裂早期早期胚胎胚胎代孕母牛丙代孕母牛丙移植移植体细胞群体细胞群克隆牛克隆牛细胞核移植细胞核移植胚胎移植胚胎移植物理或化学方法激活物理或化学方法激活第59页三、动物细胞融合和单克隆抗体三、动物细胞融合和单克隆抗体（一）动物细胞融合技术（一）动物细胞融合技术 动物细胞融合也称细胞杂交，指两个或多个动物细动物细胞融合也称细胞杂交，指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞过程。胞结合形成一个细胞过程。u融合后形成含有两个或多个细胞遗传信息单核细胞，称融合后形成含有两个或多个细胞遗传信息单核细胞，称为为杂交细胞杂交细胞。1 1、概念、概念第60页2 2、过程、过程不一样不一样DNA两个细胞两个细胞灭活病毒诱导细胞融合灭活病毒诱导细胞融合（先质后核先质后核）融合后杂交细胞进行融合后杂交细胞进行有丝分裂有丝分裂第61页（二）单克隆抗体技术（二）单克隆抗体技术l 每一个每一个B淋巴细胞只合成和分泌一个特异性抗体。淋巴细胞只合成和分泌一个特异性抗体。由单个由单个B B淋巴细胞克隆形成细胞群产生化学性质单一、淋巴细胞克隆形成细胞群产生化学性质单一、特异性强抗体就是特异性强抗体就是单克隆抗体单克隆抗体。l B淋巴细胞：能产生抗体，淋巴细胞：能产生抗体，体外培养不能无限增殖体外培养不能无限增殖。l 骨髓瘤细胞：体外培养可无限传代，骨髓瘤细胞：体外培养可无限传代，不能产生抗体不能产生抗体。第62页（二）单克隆抗体技术（二）单克隆抗体技术第63页骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞抗原抗原小鼠小鼠B淋巴细胞淋巴细胞体外培养体外培养体内培养体内培养单克隆抗体单克隆抗体杂交瘤细胞杂交瘤细胞融合融合 筛选筛选产生特定产生特定抗体抗体杂交瘤细胞杂交瘤细胞培养培养 筛选筛选第64页 现有现有A和和B两个肉牛品种，两个肉牛品种，A品种牛细胞组成可表示为品种牛细胞组成可表示为A细胞核、细胞核、A细胞质，细胞质，B品种牛则为品种牛则为B细胞核、细胞核、B细胞质。细胞质。（1）假如要取得一头克隆牛，使其细胞由）假如要取得一头克隆牛，使其细胞由A细胞核和细胞核和B细胞细胞质组成，基本步骤是，从质组成，基本步骤是，从A品种牛体内取出体细胞，进行体品种牛体内取出体细胞，进行体外培养。然