生物技术总论教案

第一章生物技术总论教案

教学目的：1、理解掌握生物技术的定义、种类及其相互关系；2、了解生物技术的发展简史；3、认识生物技术对人类经济社会发展的影响，增强学习生物技术的兴趣

教学重点：1、生物技术定义、种类及其相互关系；2、生物技术的特点；

3、生物技术对人类经济社会发展的影响

教学难点：生物技术是一门综合性学科及与其它学科关系

课型：理论型

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：2学时

教学内容：本次课讲授《生物技术概论》-1 生物技术总论（P1-14），包括生物技术的含义、生物技术发展简史、生物技术对经济社会发展的影响、我国生物技术现状、面临的问题；其中重点讲授：生物技术定义、种类及其相互关系，物技术的特点，生物技术对人类经济社会发展的影响.

教学过程及教学设计：

一、组织教学（约5min）

（一）与学生相互认识

（二）提出本课程的学习要求及注意事项

二、讲授新课：（约80min）

（一）生物技术的含义（约30 min）

1、生物技术的定义

生物技术是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类的生产出所需要产品或达到某种目的。

幻灯片演示生物技术定义中的几个关键术语含义：现代生命科学，先进的工程技术手段，生物原料，达到某种目的。

提问：生物技术是否是由多学科综合而成的一门综合性学科？

2、生物技术涉及的种类及其相互关系

1）生物技术种类

①生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。

传统生物技术：指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传统工艺。

现代生物技术：指20世纪70年代末80年代初发展起来的，以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。目前所称的生物技术基本上是指现代生物技术。

②现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。基因工程（gene engineering）：是应用人工的方法把生物的遗传物质，如脱氧核糖核酸（DNA）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组了的DNA 导入某种宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还使新的遗传信息（基因）在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物（多肽或蛋白质）。这种通过体外DNA重组创造新生物并给予特殊功能的技术就是基因工程，也称DNA 重组技术。

细胞工程（cell engineering）：是指以细胞为基本单位进行培养、增殖（细胞、组织培养）或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而创造新的生物和物种，以获得具有经济价值的生物产品。它主要由两部分构成，其一是上游工程，包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤。另一个则是下游工程，是将已转化的细胞应用到生产实践中去，以生产生物产品的过程。

发酵工程（fermentation engineering）：人们把在合适条件下，通过现代化工程技术手段，利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制造人类所需的产品（微生物菌体或其代谢产物的过程）统称为发酵工程。

蛋白质工程（protein engineering）：在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要人类需要的新型蛋白质技术。

酶工程（enzyme engineering）：是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。

2）五大工程间的关系

基因工程为核心，带动其他四大工程的发展，其他四大工程的发展又促使基因工程发展更迅速。基因工程和细胞工程看作生物工程的上游处理技术，将发酵工程和酶工程看作生物工程的下游处理技术。基因工程、细胞工程和发酵工程中所需要的酶，往往通过酶工程来获得。

3）生物技术涉及的学科

生物技术是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技术。涉及分子生物学、发育生物学、组织工程学、遗传学、免疫学、器官移植、细胞生物、微生物、人体生理学、动物生理学、生物化学、计算机技术、信息学、植物生理学等，其中又以生命科学领域的重大理论和技术的突破为基础。

4）生物技术的基本特征：高效益、高智力、高投入、高竞争、高风险、高势能及生物技术树

（二）生物技术发展简史（约10min）

1、传统生物技术的产生

生物技术最初由一位匈牙利工程师Karl Ereky于1917年提出的。

传统生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产商品

幻灯片演示传统生物技术的产生

2、现代生物技术的发展现代生物技术诞生的理论基础

幻灯片演示现代生物技术的发展

1）1953年，Watson和Crick发现了DNA双螺旋结构，奠定了现代分子生物学的基础

2）1957年Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则”

3）1964年Marshall Nirenberg和Gobind Khorana等破译了64个遗传密码

4）1972年斯坦福大学的Paul Berg小组完成了首次体外重组实验：将SV40的DNA片断与 噬菌体的DNA片断连接起来，标志着生物技术的核心技术---基因工程技术的开始。1980年获Nobel化学奖

（三）生物技术对经济社会发展的影响（约10min）

1、改善农业生产、解决食品短缺

1）提高农作物产量和品质

转基因植物在美国答40％，我国已批准转基因植物6种商品化：抗虫棉、耐储西红柿、抗病毒甜椒、抗病毒西红柿等，还有抗冻植物等；植物种苗的工厂化生产；

举例：幻灯片图示转基因植物、多莉羊、转基因鱼等

2、医疗诊断、预防和治愈传染病和遗传病

举例：幻灯片图示基因工程药物：人生长激素释放抑制激素、人胰岛素、疫苗等；DNA探针、基因芯片、人类基因组计划

3、解决能源危机、治理环境污染

举例：幻灯片图示替代能源乙醇等

4、制造工业原料、生产贵重金属

工业燃料；氨基酸类（20多种）；酸味剂；甜味剂。

贵重金属：金；银；铜等

5、生物技术的安全性及其对伦理道德法律的影响

现代生物技术从它诞生之日起，其负面影响就是无法回避的问题。

（四）我国生物技术现状（约10min）

幻灯片演示我国生物技术的现状

1986年生物技术领域“863”计划

2002-2005年期间实施“生物技术产业高技术工程”；

2002-2010发展以基因技术为代表的生物制药技术是今后一项重要的战略任务（五）面临问题（约5min）

1、创新能力不足

2、研究和开发投入严重不足

3、生物技术开发与产业化的机制不很完善

4、低水平的重复。

5、专业及管理顶尖人才紧缺

三、课程小结：（5min）

1、生物技术是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类的生产出所需要产品或达到某种目的。它至少包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等五项工程。他们是互相联系、互相渗透的，其中以基因工程为核

心。

2、现代生物技术是以20 世纪70年代DNA的重组技术的建立为标志的。现代生物技术是一门集生物学、医学、工程学、数学、计算机学、电子学等多学科互相渗透的综合性学科。

3、现代生物技术的应用领域非常宽广，包括农业、工业、医学、药物学、能源、环保、化工原料等。这些领域的应用又必然对人类社会的政治、经济军事等方面带来影响。

4、现代生物技术从它诞生之日起，其负面影响就是无法回避的问题。

四、思考题：

1、什么是生物技术？它包括那些内容？

2、生物技术对人类产生什么样的影响？

3、为什么说生物技术是一门综合性学科？

4、生物技术的应用包括那些领域？

五、本章参考书：

1.《现代生命科学概论》.黄诗笺主编.——北京：高等教育出版社，2001.8

2.《现代生物技术导论》.陈章良主编.——北京：高等教育出版社，1998

3.《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

4. 《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

5.《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

6.《基因工程原理》.吴乃虎主编.科学出版社，1999

7.《现代生物技术概论》.何效忠等编著.北京师范大学出版社，1999

8.《生物工程概论》.王联结主编.中国轻工业出版社.2002

9.《生物技术》.朱圣庚等主编.上海科学技术出版社，1995

10.《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

第二章基因工程基础

教学目的：1、了解核酸的结构和功能；2、了解蛋白质的结构与功能及相互关系；

3、掌握DNA的复制、转录的步骤；

4、掌握蛋白质生物合成的步骤；

5、掌握基因与基因表达的含义

教学重点：1、DNA的复制、转录的步骤；2、蛋白质生物合成的步骤；3、基因与基因表达的含义

教学难点：DNA的复制、转录的步骤；蛋白质生物合成的步骤

课型：理论型

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：2学时

教学内容：本次课补充与基因工程有关的分子生物学的内容：核酸与蛋白质的组成、结构与功能，DNA的复制与转录，蛋白质的生物合成，基因与基因表达的含义。

教学过程及教学设计：

复习上次课内容

讲授新课：

一、核酸

遗传信息的存储和传递者

（一）核酸的化学结构

幻灯片图示：碱基、戊糖

（二）核酸的分类

（三）DNA的结构

1、DNA的碱基组成

（2）DNA双链的书写

如：5’-GATCATAATTC-3’

3’-CTAGTATTAAG-5’

可写成：5’-GATCATAATTC-3’

（3） DNA双链的存在

几乎所有的真核生物的DNA都以线形存在，大部分原核生物的染色体DNA和全部线

粒体DNA以及细菌的质粒DNA是环状DNA分子。病毒和噬菌体中有的含线形DNA，有的含环状DNA。

（4） DNA双链的基本特点

DNA分子是由两条互相平行的脱氧核甘酸长链盘旋而成

DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本的骨架，碱基排在内侧

两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，它们的组成有一定的规律

2、DNA的一级结构；幻灯片图示

3、DNA的二级结构(双螺旋)

DNA的两种二级结构幻灯片图示

DNA双螺旋的意义

4、DNA分子结构的特征

（四）RNA的结构

1、核糖核酸(RNA)分为

幻灯片图示mRNA结构特点

幻灯片图示tRNA的结构

幻灯片图示rRNA的结构

幻灯片图示大肠杆菌的rRNA的结构

（五）DNA分子的功能

1、DNA分子能在细胞内半保留复制

DNA复制在生物细胞中要从DNA分子上特定位置开始。这个特定的位置就称为复制起点(Origin of replication)，用ori表示。DNA复制从起点开始双向进行直到终点为止，每一个这样的DNA单位称为复制子或复制单元(replicon)。在原核生物中，每个DNA分子上就有一个复制子;而在真核生物中，每个DNA分子有许多个复制子，每个复制子长约50-200kb。

2、携带遗传信息

DNA的转录；多媒体演示DNA的转录

转录包括：转录启动子、转录区

转录启动子：是5’端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确相结合并具有转录起始的特异性

原核生物：-10区（TATAAT）、 -35区（TTGACA）

真核生物：-25---30区（TATA）、-70---80区（CAAT）、-80---100区（GC）转录区：从转录RNA的起录点开始，包括基因编码区和转录终止子

思考题：DNA结构的特点与功能？

二、蛋白质

（一）蛋白质的化学组成

蛋白质含有：碳、氢、氧、氮、硫

蛋白质水解可成为肽，肽进一步水解为氨基酸，它是组成蛋白质的最小单位。（二）蛋白质的构件分子

1、氨基酸

氨基酸的通式幻灯片图示

氨基酸的分类幻灯片图示

甘氨酸（Gly）的侧链只有一个氢原子，是最简单的氨基酸，具有独特的性质，可以单作为第四类，也可以归于第一类。

含有芳香性侧链：Phe、Tyr、Trp、His

侧链为醇或酚的氨基酸有：Ser、Thr、Tyr

可以形成氢键：Arg、Lys、Asp、Glu、Ser、Thr、Asn、Gln、His、Tyr及Trp 2、氨基酸的性质

肽键、肽和多肽

不同数目的aa以肽键顺序相连，形成链状分子，即是肽或多肽，通常分子量在1500以下的为肽，在1500以上的为多肽，-NH2端为N末端写在左，

另一端为C末端，写在右。

（三）蛋白质的结构层次

蛋白质一级结构幻灯片图示

二级结构幻灯片图示α-螺旋；β -折叠

β折叠: 较α螺旋伸展的构象，两条或多条肽链间互相以氢键连接起来的成片层状结构，平行或反平行两种类型。

β转角：4个连续的aa残基组成，主链骨架以180返回折叠，第n个残基的羰基氧原子与n+3个残基上的亚氨基氢原子之间形成氢键。

三级结构幻灯片图示

三级结构幻灯片图示

四级结构幻灯片图示

四级结构（quanternary structure）组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接。（疏水力、氢键、盐键）

每条肽链本身具有一定的三级结构，就是蛋白质分子的亚基。

举例：球蛋白

–近似球形，表面富含亲水基团，溶于水

如：酶、多种蛋白质激素、各种抗体

细胞质和细胞膜中的蛋白质

举例：纤维蛋白

蛋白质分子围绕一个纵向轴缠绕成螺旋状

如：指甲、毛发、真皮、韧带等

（四）蛋白质的空间作用力

（五）蛋白质结构与功能的关系

空间结构与功能的关系

（六）蛋白质的生物合成

核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，tRNA是模板与氨基酸之间的接合体。

蛋白质的合成步骤

翻译的起始——核糖体与mRNA结合并与氨基酰-tRNA生成起始复合物。

肽链的延伸——核糖体沿mRNA5’端向3’端移动，导致从N端向C端的多肽合成。肽链的终止以及肽链的释放——核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。多媒体演示蛋白质的合成

三、基因与基因表达的一般概念

基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能以蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成mRNA，翻译生成蛋白质的过程控制所有生命现象。

基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation）两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了T→U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻

译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。

基因的概念

基因是一段有功能的DNA（RNA）片段

基因位于染色体上

基因决定生物性状、发育、代谢和免疫状态等

课程小结：本次课补充与基因工程有关的分子生物学的内容：核酸与蛋白质的组成、结构与功能，DNA的复制与转录，蛋白质的生物合成，基因与基因表达的含义。

思考题：

1、蛋白质结构与功能的关系？

2、蛋白质的生物合成？

3、基因与基因表达的含义？

本章参考书：

1.《现代生命科学概论》.黄诗笺主编.——北京：高等教育出版社，2001.8

2.《现代生物技术导论》.陈章良主编.——北京：高等教育出版社，1998

3.《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

4.《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

5.《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

6.《基因工程原理》.吴乃虎主编.科学出版社，1999

7.《现代生物技术概论》.何效忠等编著.北京师范大学出版社，1999

8.《生物工程概论》.王联结主编.中国轻工业出版社.2002

9.《生物技术》.朱圣庚等主编.上海科学技术出版社，1995

10.《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

11.《药用植物大规模组织培养》.高文远，贾伟主编.化学工业出版社.2005

12.《现代生物学导论》.寿天德主编.中国科学技术大学出版社，2003

13.《植物生物技术》.张献龙主编.农业出版社.2005

14.《基因工程》.楼士林、杨盛昌等主编.科学出版社，2002

15.《现代生物技术及其产业》.罗明典主编.复旦大学出版社，2001

16.《基因组学与人类健康》.陈竺等编著.科学出版社，2001

第二章基因工程

教学目的：1、掌握基因工程中的四大要素；2、掌握目的基因的获得，目的基因与载体的重组，重组子导入受体细胞；3、理解克隆子的筛选、鉴定；4、了解基因工程的应用，了解基因工程的安全性.

教学重点：1、基因工程中的四大要素；2、目的基因的获得，目的基因与载体的重组，重组子导入受体细胞

教学难点：载体；目的基因的获得，目的基因与载体的重组，重组子导入受体细胞；克隆子的筛选、鉴定

课型：理论型＋辩论型

教学方法：理论课以讲授为主，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；讨论课以学生讨论为主，教师组织、引导和总结。

教学用具：多媒体课件、投影仪、黑板

教学时数：理论课4学时，讨论课4学时

教学内容：本次课讲授《生物技术概论》-2 基因工程（P17-57），包括DNA重组、基因克隆载体、目的基因、重组DNA导入受体细胞、重组子的鉴定、基因工程的研究进展及其应用；其中重点讲授：基因工程中的四大要素、目的基因的获得，目的基因与载体的重组，重组子导入受体细胞

教学过程及教学设计：

一、组织教学（约5min）

二、讲授理论新课：

（一）基因工程的四大要素

1、基因工程工具酶

1）限制性核酸内切酶，

①定义：简称限制性内酶。限制酶能够识别DNA大分子链上特定的核苷酸顺序，并能在某一特定部位将DNA断裂。它有"分子剪刀"或"分子手术刀"“基因刀”之称。

②分类：

③命名

④识别序列

一般识别序列为4-6bp大部分为二分体对称切割（双重交替式）即一条5’- 3’与另一条为3’- 5’的碱基相同。

多媒体展示：EcoR I 识别序列和二分体对称切割

5’-G↓AATTC-3’

3’-CTTAA↓G-5’

⑤Ⅱ类限制性内切酶的切割方式及意义

三种切割方式：

A 从识别序列中间切开产生平末端（blunt end)

B 从5’-3’链上对称轴左方切开和3’-5’链上对称轴右方切开形成具有凸出的5’磷酸基团的粘性末端。如：P25图2-5

C 从5’-3’链上对称轴右方切开和3’-5’链上对称轴左方切开形成具有凸出的3’羟基基团的粘性末端如：P25图2-5

酶切的方法：单酶切、双酶切、部分酶切。

2）为了便于DNA片段的连接往往用不同的酶对DNA片段末端进行修饰这种酶就是DNA片段末端修饰酶。

3）DNA连接酶：

目前用于试管中连接DNA片段的连接酶有E.coli DNA 、T4DNA连接酶。

2、基因克隆载体

1）定义：基因克隆载体是一类能够承载外源基因并将其代入受体细胞得以稳定维持的DNA分子。

2）目前经常使用的载体，有质粒和病毒两类。各种不同的载体，尽管分子量大小、结构和用途上存在着较大的差异，但是作为载体，它们应该具备一些共同的特性：

①能在受体细胞内进行独立和稳定的DNA自我复制。在其DNA插入外源基因后，仍然保持稳定的复制状态和遗传特性；

②易于从宿主细胞中分离，并进行纯化；

③在其DNA序列中，具有适当的限制性内切酶位点。这些位点位于DNA复制的非必需区内，可在这些位点上插人外源DNA，但不影响载体自身DNA的复制；

④具有能够观察的表型特征，在插入外源DNA后，这些表型特征可以作为

重组DNA的选择标志。即至少应有一个遗传标记基因，以指示载体或重组DNA 分子是否进入宿主细胞

举例1：普通型载体pBR322 多媒体演示结构及工作原理

质粒pBR322载体的结构

举例2：农杆菌Ti 质粒 多媒体演示结构及工作原理

4）病毒克隆载体（噬菌体载体）

噬菌体（phage ）是感染细菌的一类病毒，有的噬菌体基因组较大，如λ噬菌和

T 噬菌体等；有的则较小，如M13、f1、fd 噬菌体等。用感染大肠杆菌的λ噬菌

体改造成的载体应用最为广泛。

举例1：粘粒(Comsid) 载体 多媒体演示结构及工作原理

举例2：粘粒 pJB8 多媒体演示结构及工作原理

5）染色体定位整合载体

举例：人工染色体克隆载体 多媒体演示结构及工作原理

3、目的基因

1）定义

在基因工程设计和操作中，被用于基因重组、改变受体性状、获得预期表达产物

的基因，称为目的基因。

2）目的基因的来源

3）获得目的基因的途径

（1）酶切法

原核生物基因组较小，基因容易定位 ，或已知核苷酸序列的DNA 分子常采用酶

切法。

（2）PCR 扩增DNA

前提条件是必须对目的基因有一定的了解，需要设计引物

①PCR 的原理

PCR 技术的原理并不复杂，实质为体内DNA 复制的体外模拟。当双链DNA 变性为

pBR322

BamHI

SalI

HindIII

PstI

ScaI Amp r ori

(4.36 kb)

单链后，DNA聚合酶以单链DNA为模板，并利用反应混合物的四种dNTPs，以与模板互补的核苷酸为引物，合成新生的DNA互补链。PCR技术能快速特异地扩增所希望的目的基因或DNA片段，并能很容易地使微微克（pg）水平的起始物达到微克（μg）水平的量。

②PCR的特点

特异性强 1988年，Saiki首等从温泉中分离到的耐热Taq DNA 聚合酶用于PCR以来，可在较高温度下连续反应，显著提高了PCR反应产物的特异性

敏感性高以2n指数扩增从100万细胞中检出1个靶细胞

快速一个PCR过程需要3-4小时即可完成

简便产物可直接用于序列分析和克隆，

可扩增RNA或cDNA 逆转录酶将mRNA ，cDNA再扩增

对起始材料要求低粗提的DNA即可

有一定程度的单核苷酸错误掺入错配率万分之一

③PCR反应体系多媒体演示工作原理

反应流程：高温变性，低温退火及适温延伸三个步骤循环周期的多次重复

变性退火50-60℃延伸

First Cycle 2nd Cycle

图2-6 PCR反应的流程

PCR 反应体系的组成：Taq DNA 聚合酶，引物( primer)，模板， dNTPs，缓冲液(buffer)， Mg2+

（3）目的基因的合成

步骤：①合成引物

②合成DNA寡核苷酸连杆

③合成基因片断

④ DNA片断的连接重组，采用DNA片段的连接酶有E.coli DNA 、T4DNA连接酶（4） cDNA文库

① cDNA（complementary DNA)文库概念

cDNA（complementary DNA) 指由mRNA通过反转录酶进行反转录而成。

cDNA（complementary 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：

a.从供体基因组DNA产生适当大小的DNA片段

b.在体外将这些DNA片段同适当的λ噬菌体连接成重组分子

c.转化到大肠杆菌的受体细胞中去

d.从转化子克隆群体中挑选出含有目的基因的片段。

4、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。

1、外源DNA转化法：

2、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:

1、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。

2、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

3、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。

1、基困工程药物研究

2、基因治疗研究

3、转基因植物研究

4、转基因动物研究

5、环境保护研究

6、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：

1、每组观点表述

2、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

1、基因工程以DNA为基本材料。

2、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。

3、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

1、简述限制性核酸内切酶和DNA核酸酶的作用？

2、什么细胞能作为受体细胞？

3、基因工程的操作流程？

4、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，2001.5

2.《现代生命科学概论》.黄诗笺主编.——北京：高等教育出版社，2001.8

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.2002

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，2003

13.《植物生物技术》.张献龙主编.农业出版社.2005

14.《基因工程》.楼士林、杨盛昌等主编.科学出版社，2002

15.《现代生物技术及其产业.罗明典主编.复旦大学出版社，2001

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，2001

第三章细胞工程（cell engineering）教案（1）

植物细胞工程

教学目的：1、掌握细胞工程的概念及基本操作技术；2、了解植物细胞工程的研究进展与应用前景；3、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：1、细胞工程的概念及基本操作技术；2、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（P60-91），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