1、 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
2、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
3、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 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。 如果目
4、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
5、(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
6、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
7、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 脱分化 愈伤组织 再分化 胚状体 (或根、芽 )幼苗 移入大田 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
8、(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 0.6 mol/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
9、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
10、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
11、 。 (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
12、 、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
13、合技术及其应用 1 细胞融合与细胞杂交 原理： 。 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 概念： 的细胞间的融合 就是细胞杂交。 过程 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 用外界 刺激动物，使其发生免疫反应，使 产生抗体。 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。 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
14、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
15、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 )。 囊胚腔：囊胚中间的空腔，是由于卵裂球的细胞继 续分
16、裂，细胞间出现的间隙。 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 。 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
17、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 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。 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 。 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
18、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
19、(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
20、。 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
21、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 北方地区： 技术 。 南方地区： 技术 。 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 技 术。 洁净可再生的新能源开发技术。 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
