现代生物科技专题
2020-08-15 20:37:35 0 举报AI智能生成
生物
作者其他创作
大纲/内容
基因工程
理论基础
肺炎双球杆菌转化实验——DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
DNA双螺旋结构和中心法则的确立
遗传密码的破译
基本工具
限制性核酸内切酶
从原核生物中分离纯化
作用位置：磷酸二酯键
产生末端：黏性末端，平末端
用两种限制酶，防止黏性末端自身环化，防止反向连接
DNA连接酶
作用部位：磷酸二酯键
载体
通常利用质粒作为载体，且质粒都是在天然质粒的基础上进行人工改造
条件：1.有1-多个酶切位点2.对受体细胞无害3.导入基因能在受体细胞中复制表达4.有某些标记基因
基本操作程序
目的基因的获取
从基因文库中提取
基因组文库
包含一种生物的所有基因
cDNA文库
无启动子（RNA聚合酶识别和结合的位置）；无内含子
利用PCR技术扩增
条件：有一段已知目的基因的的核苷酸序列
原料：引物（只能从3'→5'），模板链，热稳定DNA聚合酶（Taq酶），四种核苷酸
高温解链→低温复性→室温延伸
化学方法人工合成
基因比较小，核苷酸序列已知
基因表达载体的构建
基因工程的核心
目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，使目的基因能够表达和发挥作用
组成：目的基因，启动子，终止子，标记基因
将目的基因导入受体细胞
目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞你维持稳定和表达的过程，称为转化
导入植物细胞
农杆菌转化法
多用于双子叶植物
农杆菌的Ti质粒的T-DNA可转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上
基因枪法，花粉管通道法
导入动物细胞
显微注射法（受精卵）
导入微生物细胞
钙离子处理法（感受态细胞）
目的基因的检测和鉴定
分子水平
检测目的基因是否插入转基因生物的DNA上：DNA分子杂交技术
在含有目的基因的DNA片段商用放射性同位素等做标记，以此作为探针
检测目的基因是否转录出mRNA:核酸分子杂交技术
检测目的基因是否翻译成蛋白质：抗原抗体杂交技术
个体水平
进行抗虫或抗病的接种实验
应用
植物
抗虫转基因植物；抗病转基因植物；抗逆转基因植物；利用转基因改良植物的品质
动物
提高动物生长速度；改善畜产品的品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物做器官移植的抗体
乳腺生物反应器
需要加入特异性表达的启动子（乳腺蛋白基因的启动子）
基因治疗
蛋白质工程
以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，满足人类的生产和生活的需求
通过对基因的操作实现：1.基因指导蛋白质合成2.这种改造可以遗传3.对蛋白质直接改造更便于操作，DNA结构更简单
途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸虚列
细胞工程
植物细胞工程
植物组织培养
理论基础
植物细胞具有全能性
植物材料消毒—接种到诱导培养基—避光诱导，脱分化形成愈伤组织（高度液泡化的薄壁细胞）—接种到分化培养基上进行再分化—分化出幼苗
使用激素
生长素，细胞分裂素（同时使用，比例适中）
植物体细胞杂交技术
将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术
原理：细胞膜的流动性
流程：先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，得到原生质体使原生质体融合
物理法：离心，振动，电激；化学法：聚乙二醇
优点：克服不同生物远缘杂交不亲和
应用
微型繁殖技术
作物脱毒
利用茎尖（分生区细胞）进行组织培养
人工种子
以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，经过人工薄膜包装得到的种子
人工胚乳：营养物质，植物激素，无机盐，农药，抗生素，有益菌等
单倍体育种
突变体
培养细胞处于分生状态，易产生突变
细胞产物的工厂化培养
不需要培养成植株，保持在愈伤组织
动物细胞工程
动物细胞培养
原理：细胞增殖
从动物集体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基，让这些细胞生长的增殖
流程
将组织块剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间后分散成单个细胞
细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上；接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖
将动物组织消化后的初次培养称为原代培养；分瓶后称为传代培养
50代后部分细胞细胞核型可能会发生变化，获得不死性，不再有接触抑制；10代以内可保持细胞正常的二倍体核型
条件
无菌、无毒的环境，添加一定量的生长素，应定期更换培养基；营养：糖，氨基酸，促生长因子，无机盐，微量元素，血清，血浆；温度和PH；气体环境：95%空气，5%CO2（维持培养基PH）
核细胞移植
将动物的一个细胞的细胞核，一如一个已经去掉细胞核的减数第二次分裂中期的卵母细胞中，并其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育成公务的题
胚胎细胞移植，体细胞移植
应用：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；保护濒危物种；生产许多珍贵的医用蛋白；用于组织器官的移植
动物细胞融合
两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
诱导因素：聚乙二醇，灭活的病毒，电激
原理：细胞膜的流动性
单克隆抗体
给小鼠注射特定抗原—从产生免疫反应小鼠的脾脏细胞中，将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞结合—用选择培养基筛选出杂交瘤细胞—进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选，获得能分泌所需抗体的细胞—可体外培养或注射到小鼠腹腔中增殖
特点
特异性强，灵敏度高，可大量繁殖
应用
作为诊断试剂，准确，高效，简易，快速
用于治疗疾病和运载药物
与同位素，毒素，药物结合使用，借助单克隆抗体的导向作用，将药物定向带到癌细胞所在位置
优点：在原位杀死癌细胞，不损伤正常细胞，减少用药量
优点：在原位杀死癌细胞，不损伤正常细胞，减少用药量
胚胎工程
精子的产生
发生场所
睾丸
时间
从初情期开始，直到生殖机能衰退，源源不断产生精子
第一阶段
位于曲细精管管壁的精原细胞进行数次有丝分裂
第二阶段
有丝分裂产生精子细胞
第三阶段
细胞核变成精子头的主要部分，高尔基体发育成头部的顶体，中心体演变成精子的尾，线粒体形成线粒体鞘
细胞核—精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心
线粒体—维持镜子维持生存和运动，获得能量
卵子的产生
发生场所
卵巢，输卵管
时间
胎儿期和初情期后（不连续）
第一阶段
胚胎性别分化后，部分卵原细胞演变为初级卵母细胞，形成卵泡
第二阶段
排卵前后完成减数第一次分裂，进入输卵管（排卵指卵子从卵泡中排出）
第三阶段
减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的
卵子完成受精标志
卵细胞膜和透明袋的间隙可以观察到两个极体
体内受精
精子获能
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性生殖道发生相应的生理变化后才获得受精能力
卵子的准备
需要在输卵管内进一步成熟，达到减数第二次分裂中期才具备和精子受精的能力
场所
输卵管
精子穿越透明带
精子发生顶体反应，顶体酶溶解卵丘之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路
透明带反应
精子穿越透明带触及卵细胞膜时发生，防止多精入卵的第一道屏障
卵细胞膜反应
精子入卵后，卵细胞膜立即发生的一种生理反应，防止多精入卵的第二道屏障
精子入卵后
精子形成较大的雄原核，卵子形成较小的雌原核，雌、雄原核充分发育后，彼此接触，合并形成一个含二倍染色体的合子即受精卵
胚胎发育
卵裂期
胚胎总体积不变或略有减小，在透明袋内进行
桑椹胚
致密的细胞团，每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，是全能细胞
囊胚
细胞开始出现分化，形成内细胞团（发育成胎儿的各种组织），滋养层细胞（发育成胎膜和胎盘）
出现含有液体的囊腔—囊胚腔，囊胚扩大，透明带破裂，这一过程叫做孵化
原肠腔
内细胞团表层细胞形成外胚层，下方细胞形成内胚层，有内胚层包围的囊腔叫原肠腔
体外受精
卵母细胞的采集和培养
用促性腺激素（超数排卵）处理，从卵细胞中冲取卵子，直接受精
从已屠母畜卵巢中获取；从活体动物卵巢中吸取——需要体外经人工培养成熟后
精子的采集和获能
假阴道法，手握法，电刺激法
获能方法
1.培养法：将精子放入人工配置获能液中获能2.化学诱导法：放进一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中
受精
一般都能在获能溶液或专用的受精培养液中完成受精
胚胎早期培养
将受精卵移入发育培养液中继续培养
成分：无机盐，有机盐，维生素，激素，氨基酸，核苷酸等营养物质，血清
胚胎移植
将雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的，生理状态相同的其他雌性动物体内，使之发育成为新个体的技术
胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序
优势：1.充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力2.缩短了供体本身繁殖周期3.加速了育种工作和品种改良4.节省购买种畜的费用5.增加双胎和多胎的比例5.保存品种资源和濒危物种
生理学基础
同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的
为胚胎移入受体提供了相同的生理环境
早期胚胎形成后一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系而是处于游离状态
为胚胎收集提供可能
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥
为胚胎在受体内的存活提供了可能
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎遗传特性不受影响
基本程序
对供、受体母牛进行选择，同期发情处理—供体超数排卵处理—配种或人工授精—胚胎收集（冲卵）—胚胎检查和培养（桑椹胚或囊胚）—胚胎保存—胚胎移植（手术法\非手术法）—妊娠检查—分娩
胚胎分割
主要设备
实体显微镜和显微操作仪
要将内细胞团均等分割
理论基础
动物胚胎细胞的全能性
性别鉴定
取滋养层细胞进行鉴定
胚胎干细胞
由早期胚胎细胞或原始性腺中分离出的一类细胞（ES细胞或EK细胞）
体积小，细胞核大，核仁明显；具有发育的全能性
ES细胞在饲养层细胞上或添加抑制因子的培养液中能保持不分化状态；在培养液中加入分化诱导因子能诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化
生态工程
实现循环经济的重要手段
基本原理
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
社会-经济-自然的系统
系统学和工程学原理
系统的结构决定功能原理；系统整体性原理（1+1＞2）
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