生物技术总论教案

生物技术总论教案内容摘要：

75℃ ④ DNA 片断的连接重组，采用 DNA片段的连接酶有 DNA 、 T4DNA 连接酶 （ 4） cDNA 文库 ① cDNA（ plementary DNA)文库概念 cDNA（ plementary DNA) 指由 mRNA 通过反转录酶进行反转录而成。 cDNA（ plementary DNA)文库：某种生物基因组转录的全部 mRNA 经反转录产生的各种 cDNA 片段分别与克隆载体重组，储存在一种受体菌 克隆子群体中，这样的群体称为 cDNA 文库。 ②基本过程 cDNA 克隆基本过程的是通过一系列的酶催作用，使总 mRNA 转变成双链 cDNA群体，并插入到适当的载体分子上，然后再转化给大肠杆菌寄主菌株的细胞内，以构成了包含产所有基因编码的 cDNA 基因文库（ cDNA library)。 ③ cDNA 克隆的优越性 （ 5）基因组克隆 ①含义 ：基因组文库（ gene library(bank),genomic library)是指将真核生物的染色体组或原核生物的基因组切成许多片段，分别连接到载体（噬菌体 或粘粒）上，经体外包装，侵染大肠杆菌后形成的克隆群体。 它包含某一生物的全部或大部分染色体组，其中的每一克隆仅含有某一生物基因组的一个片段。 当需要这一生物的某一基因时通过特定片段找到理想基因所在的克隆。 ② 基本步骤： DNA 产生适当大小的 DNA片段 DNA 片段同适当的λ噬菌体连接成重组分子。 受体细胞 所谓基因克隆的受体细胞，从实验技术上讲是能摄取外源 DNA（基因）并使其稳定维持的细 胞；从实验目的上讲是有应用价值和理论研究价值的细胞。 原核生物细胞、植物细胞和动物细胞可以作为受体细胞，但不是所有细胞都可以作为受体细胞。 目前用作基因克隆受体的主要是大肠杆菌，酵母和某些动植物的细胞。 提问：为什么目前用作基因克隆受体的主要是大肠杆菌。 （二）基因工程的基本操作过程 多媒体 演示操作过程 第一步：目的基因的制取 目前获取目的基因的方法主要有三种：反向转录法、内切酶切割分离法和人工合成法 . 第二步：基因载体的选取 : 用人工方法，取得目的基因的适宜的载体，即质粒（一种环状双链 DNA）或 病毒。 载体一般带有必要的标志基因，以便进行检测。 复习提问：基因克隆载体必须具备三个条件： 第三步： DNA 的体外重组 : 第四步： DNA 重组体导入受体细胞 : 目前用于重组 DNA 分子导入受体细胞的方法很多，具体采用那一种方法，应根据选用的载体系统和受体细胞类型而定。 外源 DNA 转化法： 病毒（噬菌体）颗粒转导法： 第五步：受体细胞的繁殖扩增 : 含重组 DNA 的活受体细胞，再在适当的培养条件下，进行繁殖和扩增，使得重组 DNA 分子在受体细胞内的拷贝数大量增加。 第六步：克隆子的筛选和鉴定 : 基本概念：  克隆子：通常将摄取外源 DNA 分子并能使该分子在其中稳定维持的受体细胞统称 克隆子。 也叫转化子。  重组子：含重组 DNA 分子的 克隆子称重组子。 克隆子的筛选方法 1）根据载体选择的标记基因筛选转化子  抗药性标记插入失活选择法  根据载体除草剂抗性基因  β 半乳糖苷酶显色反应选择法  根据生长调节剂非依赖型筛选转化子  根据核苷酸合成代谢相关酶基因的缺失互补筛选 2）根据报告基因筛选转化子 一个编码可被检测的蛋白质或酶的基因，即表达产物易被鉴定的基因。 3）根据形成噬菌斑筛选转化子 重组子的鉴 定 通过筛选获得转化子，那么转化子是否是我们需要的重组子呢。 就需要进一步的分析鉴定重组子基因组中外源 DNA 片段、目的基因转录的 mRNA或翻译的多肽（蛋白质、酶） 1）据重组 DNA 分子特征鉴定重组子  根据重组 DNA分子大小鉴定重组子 初步鉴定  据酶切图谱鉴定重组子  PCR 扩增  DNA 杂交法鉴定  应用 DNA 芯片鉴定重组子  据核苷酸序列鉴定重组子 2）据目的基因转录的 mRNA 鉴定重组子  Northern 杂交 3） 据翻译产物鉴定重组子  电泳  免疫检测法 第七步：目的基因的表达。 （三）基因工程应用 研究 基因工程技术已广泛应用于医药和农、牧、渔等产业，甚至与环境保护有密切关系，将在下面有关章节论述。 这里仅就基因工程应用研究进展作简单介绍。 基困工程药物研究 基因治疗研究 转基因植物研究 转基因动物研究 环境保护研究 基因工程的安全性研究 三、实验：辩论课（ 4学时） （一）组织教学并提出本次辩论课的要求与安排 辩论题目：基因工程是生物技术的核心技术 要求与安排：将全班同学按正、反分为为 2组，每组选 1 名同学作为主陈述，其他同学作为副陈述可以随时补充观点；每组 通过查资料提出一个观点，组与组之间以不同观点进行讨论和交流。 教师作为主持人随时调节气氛和引导学生。 学生可以借助多媒体进行。 （二）辩论开始： 每组观点表述 就不同的观点，以自由发言的方式，组与组之间进行讨论和交流 在此过程中教师要观察学生的表现，并随时引导学生。 还要随时调节气氛使多位学生积极参与，辩论气氛热烈。 （三）教师总结： 三、课程小结 基因工程以 DNA 为基本材料。 基因工程的四大要素是 基因工程工具酶、载体、目的基因、受体细胞。 基因工程操作流程包括目的基因的分离，与克隆载体重组 ，转入受体细胞，筛选和鉴定克隆子。 四、思考题 简述 限制性核酸内切酶和 DNA 核酸酶的作用。 什么细胞能作为受体细胞。 基因工程的操作流程。 基因工程的科学意义和应用价值。 五、本章参考书： 1.《作物育种生物技术》 .陈佩度主编 .—— 北京：中国农业出版社， 2.《现代生命科学概论》 .黄诗笺主编 .—— 北京：高等教育出版社， 3.《现代生物技术导论》 .陈章良主编 .—— 北京：高等教育出版社， 1998 4.《现代生物技术导论》，瞿礼嘉，顾红雅，胡苹，陈章良编著，高等教育出版社， 1998 5.《现代应用生物技术》 .刘仲敏、林兴兵、杨生玉主编 .化学工业出版社， 1992 6.《现代生物技术导论》 .瞿礼佳、顾红雅等主编 .高等教育出版社， 1998 7.《基因工程原理》 .吴乃虎主编 .科学出版社， 1999 8.《现代生物技术概论》 .何效忠等编著 .北京师范大学出版社， 1999 9.《生物工程概论》 .王联结主编 .中国轻工业出版社 .2020 10.《生物技术》 .朱圣庚等主编 .上海科学技术出版社， 1995 11.《生物技术的现状与未来》 .顾方舟、卢圣栋主编 .北京医科大学协和医科大学联合出版， 1990 12.《现代生物学导论》 .寿天德主编 .中国科学技术大学出版社， 2020 13.《植物生物技术》 .张献龙主编 .农业出版社 .2020 14.《基因工程》 .楼士林、杨盛昌等主编 .科学出版社， 2020 15.《现代生物技术及其产业 .罗明典主编 .复旦大学出版社， 2020 16.《植物生物技术》 .许智宏主编 .上海科学技术出版社， 1998 17.《基因组学与人类健康》 .陈竺等编著 .科学出版社， 2020 第三章 细胞工程（ cell engineering）教案（ 1） 植物细胞工程 教学目的： 掌握细胞工程的概念及基本 操作技术； 了解植物细胞工程的研究进展与应用前景； 掌握植物组织培养的基本原理和方法；掌握植物细胞培养、人工种子、细胞融合的基本原理和方法；了解植物组织培养在社会经济生活中的应用； 教学重点： 细胞工程的概念及基本操作技术； 植物组织培养的基本原理和方法；植物细胞培养、人工种子、细胞融合的基本原理和方法 教学难点 ：植物组织培养的基本原理和方法；植物细胞培养、人工种子、细胞融合的基本原理和方法 ； 课 型： 理论课、实验课 教学方法 ：讲授为主，借助多媒体课件及幻灯片穿插演示法、提问法、讨 论法和启发式教学 教学用具： 多媒体课件、投影仪、黑板 教学时数 ：理论教学 3学时，实验课 8学时 教学内容 ：本次课讲授《生物技术概论》 3 细胞工程 （ P6091），包括 细胞工程的基础知识与基本技术、植物细胞工程；其中重点讲授：细胞工程的概念及基本操作技术；植物组织培养的基本原理和方法；植物细胞培养、人工种子。 教学过程及教学设计： 一、复习旧课 概述上次课主要内容 提问： 基因工程的操作流程。 二、讲授新课 观看幻灯片“两层搂”并植物导入新课 （一） 细胞工程概述 细胞 工程概念 细胞工程：在细胞水平上研究、开发、利用各类细胞的工程，即人们根据科学设计改变细胞的遗传基础，并通过无菌操作，大量培养细胞、组织乃至完整个体的技术（教材 P60）。 细胞工程研究的对象 细胞或其组成部分和构成的组织、器官等如染色体、细胞核、原生质体、整个细胞、受精卵、胚胎、组织或器官。 细胞工程研究主要内容 1） 细胞与组织培养：细胞、组织和器官培养三层次 2） 细胞融合：单克隆抗体 3） 染色体工程：染色体的添加、消减、替换 4）胚胎工程：胚胎分割、胚胎融合、核移植、体外受精、性别鉴定、胚 胎冷冻 5）细胞遗传工程：克隆、转基因技术 细胞工程的基本操纵技术 1）无菌才操纵技术 2）细胞培养技术 3）细胞融合技术 细胞工程的优点 1） 细胞工程开辟了基因重组的新途径 2）细胞工程克服了常规杂交的局限性，使远缘杂交有了新的途径。 3） 用细胞工程的技术来改造和创造新生物，比起用基因工程技术来稍为容易些。 6 、细胞工程与其他生物工程的关系 7 、细胞工程的应用 细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为必不可少的配套技术。 在农林、园艺和医学等领域中，细胞工程正在为 人类做出巨大的贡献。 1） 优质植物快速培育与繁殖 2） 动物胚胎工程快速繁殖优良、濒危品种 3） 利用动植物细胞培育生产活性产物、药品 4） 新型动植物品种的培育 5） 供医学器官修复或移植的组织工程 6） 转基因动植物的生物反应器工程 7） 珍稀动植物资源的保存与保护 8）在遗传学等领域的理论研究 9） 在能源、环境保护等领域的应用 （二）植物细胞工程 植物组织培养（ Plant tissue culture） 1）几个重要概念 ※ 植物组织培养： 在无菌条件下，将离体的植物器官（根尖、茎尖、叶、花、果实、 种子等）、组织（花药、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（成熟或未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予人工控制的培养条件，诱发产生愈伤组织或丛生芽或长成新的完整的植株的一种实验技术。 也叫“离体培养” （ Culture in vitro） 或“试管培养” （ In testtube culture）。 ※ 植物细胞全能性（ Cell Totipotency）：指任何具有完整的细胞核的生活植物细胞，都携带一套完整的基因组，并具有发育成为完整植株的潜在能力。 ※ 外植体 (Explant)：植物组织培 养中用来进行离体无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。 ※ 愈伤组织 (Callus)：外植体产生的一团无序生长的薄壁细胞。 ※ 脱分化（ dedifferentiation）：原来已经分化 ,并且具有一定功能的体细胞 (或性细胞 )，丧失了原有的结构和功能 ,又重新恢复了分裂功能 ,就叫做植物细胞的脱分化。 ※ 再分化（ redifferentiation）：已脱分化的细胞和组织再次分化发育成为完整植株。 ※ 形态发生（ morphologenesis）：指细胞再生植株的过程或个体发育中机体及其器官形态结构的形成过程。 2） 植物组织培养的程序 第一步：预备阶段 （ 1）外植体的选择：优良种质、健壮、适宜发育时期、适宜部位和大小 （ 3）培养基（ Culture medium）的配制 一个完善的培养基成分：无机营养成分：大量元素（ 浓度大于 毫摩尔 /升）、 微量元素（ 其浓度小于 毫摩尔 /升）； 有机营养成分；植物生长调节物质（常称为激素） （ 2）外植体的表面消毒灭菌 材料→自来水冲洗→蒸馏水→ 75%酒精 30 S →无菌水 12 次→ 12%次氯酸钠或次氯酸钙饱和液消毒 1030min 或 %升汞（加吐温） 510 min →无菌水洗 45次。 第二步 接种（接种室） 第三步 培养（ Culture）（培养室） （ 1）诱导去分化阶段 即初代培养。