现代生物技术与家畜育种
杨紫琦2010014870
（西北农林科技大学，动物科技学院，陕西杨凌 712100）
摘要：本文概述了动物育种技术及其发展、现代生物技术的产生与现状，转基因动物技术、胚胎工程技术、动物克隆技术和各种分子生物技术及其对动物育种技术的影响，井讨论了动物育种的趋势和展望。
关键词：生物技术；转基因动物技术；胚胎工程技术；动物克隆技术；动物育种
Modern Biotechnology and Animal Breeding
Yang Ziqi 2010014870
(North West Agriculture and Forestry University ,Innovation experimental college, Yanglin Shanna 712100 China)
Abstract: This contribution represented the animal breeding technology and its development, produce and actuality of modern biotechnology, the transgenic animal technology, the embryo engineering technology, the animal clone technology and a lot of molecular biotechnology as well as their influence on animal breeding. The trend and prospect of animal breeding were discussed. Key words: Biotechnology; transgenic animal technology; embryo engineering technology; animal clone technology; animal breeding
前言
现代生物技术是传统生物技术的延续和发展，20世纪70年代以后，生物技术进展迅速，已成为农业新技术革命的重要组成部分，现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，几乎所有的生物技术均与当代畜牧业的发展有着密切的关系，这些技术的研究开发和应用，为优秀家畜种质资源保存、利用，寻找新的有用基因并将其应用于育种，提高动物产品的数量和质量，提供了广阔的前景。现代生物技术的建立，开创了家畜育种的新途径。
1.现代生物技术
生物技术这一名词诞生于1917年，是由匈牙利的一位工程师Karl Ereky 提出的。当时他提出生物技术这一名词的含意是指用甜菜做饲料大规模的养猪，即用生物将原料变为产品。但就生物技术的开展可追溯到人类开始从事农业活动。人们有意识地利用酵母，进行大规模的发酵生产是在19世纪。进入20世纪以后，由于微生物的发现和微生物学的产生，经典遗传学的应用产生了遗传育种学，细
胞理论和技术应用于生产，出现了细胞工程等。
现代生物技术是指受D N A重组技术影响最为深刻的生物技术领域。8 0年代以来．现代生物技术领域的研究和开发非常活跃，发展十分迅速，无论在基础研究还是在应用开发方面，都取得显著的威就。现代生物技术已是一门分支众多、涉及多学科的综合性技术，现代生物技术成果越来越广泛地应用于农业、医药业、工业、环保等领域．而且现代生物技术已进人商品化。专家预测，生物技术产业将成为2 1世纪的支柱产业之一。因此，世界各国政府都对生物技术非常重视，并投人巨额资金。据统计，美国1 99 3年投资40亿美元日本将现代生物技术作为“决策工业”被列为国家优先发展的工业，到1 99 7年投八经费已选5 0 00多亿日元。在加拿大政府出赘1亿美元建立了生物技术公司。由于生物技术的产业化和商品化．19 9 4年仅美国生物工程产品年销售额超过4 0亿美元。
2.现代生物技术与家畜育种
胚胎生物学技术、转基因动物技术与DNA标记辅助选择育种技术分别有其独立的技术体系．但紧密相连。转基因动物（育种）技术与标记辅助选择技术共同构成动物分子育种的基本内容。加上胚胎工程育种技术，则构成动物生物技术育种的基本技术框架。胚胎生物技术对家畜的改良直接起作用．又通过转基因动物技术间接影响家畜的性状．特别是体细胞克隆技术的问世与发展．使转基因动物技术与动物克隆技术得以结台，形成了有广阔应用前景的“转基因克隆动物技术”。体细胞克隆技术已成为生产转基因动物的一种有效方法和克服基因转移中某些技术难关的有力工具，有的胚胎生物技术也采用分子生物学技术，如鉴别胚胎性别．就以P C R法最为准确、简便。育种中几种生物技术的这些相互依存关系大夫地促进了生物技术育种、分子育种学科和技术的发展。
3.现代生物技术在家畜育种中的应用
按照常规育种方法要改变家畜的遗传特性，如增重速度，瘦肉率，饲料利用率产奶量等，人们往往需要进行多代杂交，选优交配。最后培育出高产、优质、人们期望的品种。目前大多数生产上所用的家畜都是用这种交配与选择相结合的传统动物育种的方法选育出来的。然而，这种方法的不足之处，一是所需时间长，二是一但品种育成再想引人新的遗传性状困难较大。因为，带有新性状的品种可能同时也携带有害基因。杂交后有可能会降低原有性状。因此，又需重新进行多代杂交和严格选择。多年来，杂交选择一直是改良家畜遗传性状的主要途径。随着现代生物技术的发展，传统的杂交选择法的各种缺陷日益明显。而现代分子育种技术却显示出越来越强大的生命力，逐渐成为动物育种的持势和主流。通过各种现代生物技术的综合运用，结合传统的育种方法，可以太大加快育种进展。
现代生物技术以基因或基因组为核心，生物技术产业以基因产业为核心，由此辐射到各个生物技术育种或分子育种的相关领域。畜禽都是良性繁殖的高能动物，性状的遗传都要通过生殖细胞、精子和卵子来实现，人工授精和精液冷冻技术扩大了优秀公畜的遗传作用；而超数排卵和卵细胞体外成熟扩大了优秀母畜的遗传作用；胚胎移植(核移植技术)同时扩大了优秀公畜、母畜的作用，提供了大量遗传上优秀的后代；胚胎切割则使遗传上优秀的个体通过无性繁殖进行复制或
克隆目前对遗传物质的认识已进人到分子水平。现代分子生物学的发展，使研究QTL成为可能，最终达到从分子水平上改良数量性状的目的。
与动物育种有关的现代生物技术包括转基因技术、胚胎工程技术、动物克隆技术及受D N A重组技术影响的各种分子生物技术等。下面就就这几种技术一一概述：
3.1 转基因技术
所谓转基因就是将目的基因导入到受体细胞的过程。转基因动物技术就是将外源基因或体外重组的基因转移到动物的受精卵内，使其在随后发育的动物体内得到整合和表达，产生具有新的遗传特征或性状的动物个体的过程，或者是将外源基因在特定调控元件作用下在某些宿主组织中进行独立的复制，并在一定的时间内表达外源蛋白的过程。前者可实现永久性的表达，获得的转基因动物能够将新的遗传信息稳定地遗传给后代，并能获得转基因系或转基因群体，这对动物育种意义重大，也是真正能用于动物育种的转基因技术。而后者则只能实现暂时性表达，不能遗传给后代，这种表达为人类和动物疾病进行基因治疗和预防奠定了理论和技术基础。
转基因技术的一般步骤为：1 )分离、克隆和重组外源基因2 )将外源基因导人受精卵的细胞核中；3 )将转基因受精卵送人子宫完成胚胎发育；4 )部分后代细胞携带有转人外源基因，利用这些动物培育新的品系。
3.1.1 转基因动物育种技术的几种方法
①显微注射法：
该技术的基本原理是采用显微注射仪将外源基因直接注入动物受精卵的原棱内，使外源基因整合到动物基因组，从而得到转基因动物。显微注射法使用的主要仪器是显微注射仪。该技术的优点在于具备配套仪器和熟练操作之后实现基因导入的速度快且操作简单，对D N A片段的大小要求不严。由于基因是导入原核内，较少产生嵌合体，这样有利于对当代转基因表达的分析，并能快速地建立转基因品系。哺乳动物的基因转移目前大都采用这种方法。
②逆转录病毒载体导入法：
逆转录病毒在进行复制时，由R N A在逆转录酶作用下合成病毒的cDNA 片段，整合于宿主细胞染色体内，同宿主细胞染色体一起进行复制、转录并翻译成病毒蛋白，在包装序列的作用下装配成完整的病毒颗粒。人们利用这种特性，克隆构建了多种载体，通过转染的方式实现生殖细胞的基因转移。该项技术是目前转基因鸡最有效、最成功的方法。
③胚胎干细胞法：将胚胎干细胞注入动物囊胚后可参与宿主胚胎的形成，直至达到种系嵌台，因此可将其作为一种载体，把外源基因导人受体获得转基因动物。采用这种方法，外源基因的整台率很高，整合率在生殖细胞中的比例也相当高。缺点是不易建立E S细胞系；再者，生产的转基因动物都是嵌台体。
④精子载体法：利用精于吸附外源D NA的特性，通过受精过程将外源D NA 引入受精卵内，从而获得转基因动物。
⑤原生殖细胞介导法：
原生殖细胞是形成实际配子的早期细胞。分离其血液或胚芽区内的原生殖细胞可以进行体外培养和外源基因导入等处理，将其再注入早期胚胎后，参与胚胎的发育，成为胚胎性腺的一部分。性腺中的生殖细胞一旦携带外源目的基因就可能世代遗传。外源基因的导人可直接进行转化，也可利用逆转录病毒进行转染。
3.1.2 转基因动物育种的应用领域
转基因动物育种在促进动物生产，改善畜产品质量；提高家畜的抗病力和适应性；开发转基园动物综合体系等方面都有很美好的发展前景。
利用转基因技术，近年来先后成功地培育出转基因猪、羊、牛、鸡、兔、鱼、鼠等多种转基因动物。人们已把人的血红蛋白基因转人猪获得成功，所得到的转基因猪在血液中表达了人的血红蛋白。经检测发现，它与天然的人的血红蛋白性质完全相同。由此可见，在不远的将来，人们就可以用转基因动物生产血红蛋白来辅助输血。人的血红蛋白拥有巨大的市场．估计世界范围内年销售额100亿美元。在奶牛和奶羊上，目前转基因的主要途径是改变乳的成分、提高产乳量和生长速度。例如牛奶中奶酪的产量与牛奶中K酪蛋白的含量直接相关。转入一个超量表达的K酪蛋白基因能够增加酪蛋白的产量。白蛋白历来是从人的血液中提取．其价格昂贵，每公斤2 0 0 0～5 0 00美元。还有一种转基因山羊，在乳中可产生具有抗癌作用的复合单克隆抗体．利用这种转基因山羊可极大地降低生产这种复杂分子的成本。由于家畜许多性状如育性、生长速度、产奶量等都受激素调节，所以．很多转基因动物转的是能提高激素水平的基因。由于人类医学的需要，转入人类蛋白基因，生产药用蛋白也是转基因动物研究的一个重要方面。从以上的研究进展可见．转基因动物育种技术的进步．不仅可提高畜牧业的生产效率．还可拓展家畜新的用途．为畜牧业持续、高教的发展提供技术力量。
3.2 胚胎工程技术
胚胎工程技术是胚胎移植技术发展到一定程度而出现的名词，是由发育工程演变而来的。胚胎工程技术根据其发展现状包括以下9类: (1 )胚胎移植技术；(2)胚胎冷冻保存技术；(3 )胚胎分割技术；(4)试管动物技术(体外受精技术) ；( 5 )性别控制技术,即XY精子分离和胚胎性别鉴定技术；(6)转基因动物技术；(7)动物克隆技术(细胞核移植技术)；(8 )胚胎干细胞技术；(9)胚胎嵌合技术。目前，前5种技术已在生产实践中得到不同程度的应用，但应用较多的是前2种技术，其他几种技术由于设备投入成本较大、成功率较低，尚处于实验室向生产转化阶段。近30年来,随着生物技术的发展,胚胎工程技术也日新月异,在促进畜牧业发展及其相关领域研究中取得了令人瞩目的成就。
据统计，近2年来国内山羊、绵羊的胚胎移植数每年在3万枚以上，使国内种羊数目迅速扩大，为杂交改良打下了基础。牛、羊是草食家畜，能将牧草和秸杆等各种粗饲料转化为人们所需要的肉、奶、皮、毛等。我国牛、羊养殖业的发展已跨入世界大国先进行列。胚胎工程技术作为扩繁(增加种畜数量)、育种(提高种畜质量)、保种、引种(促进优良种畜交流)的有效手段,必将为中国牛羊的品种提升做出贡献，同时牛羊养殖业的发展也必将为胚胎工程技术的发展提供舞台。
3.3 克隆动物技术
动物克隆技术也就是人工诱导的无性繁殖技术，它能生产两个或更多个在遗传上完全相同的动物胚胎或个体，主要有胚胎分割和核移植。
胚胎分割是一种借助显微操作技术将早期胚胎切割为两半或更多部分，再分别移植给不同的受体母畜，实现下同卵双生或同卵多生的技术。克隆动物最早是用胚胎分割得到的，家畜中，绵羊、山羊、牛、兔、猪、马的二分胚移植已成功，其中绵羊、山羊和牛已有4分胚移植后代。
核移植是一项将供体细胞核移入未受精的去核卵母细胞中，经供体核与受体细胞质的融合以及分裂、发育，得到克隆胚胎，再植人受体内以获得予代的技术。核移植已成为动物克隆的核心技术。
1997年2月2 3日，英国科学家Wilmot领导的研究小组通过克隆方式所获得的世界上第一个克隆羊——多莉诞生了，这标志着这一技术的重大突破。克隆羊的诞生，从理论上证明了已分化的动物细胞仍具有全能性，在适当的条件下，通过基因组的重新组织就可发育成新的个体。这对于发育生物学、遗传学理论的探人发展产生重大影响。实践上的意义在于：1 )这种技术的成熟，可以用于动物资源的种质保存，可尽可能多地保存地球生物圈内的多样性；2 )可以直接把优良物种特性传递下去，培育优良物种。3 )还可以生产移植器官、利用动物作生物反应器生产药物和提供实验动物等，造福人类。
3.4 分子生物技术
进入80年代以来，分子遗传学与分子生物技术有了突飞猛进的发展，主要表现在：①大量DNA水平上的分子遗传标记及其检测技术；②DNA序列测定技术；③转基因技术；④核移植技术。这种发展正在或将要对家畜育种产生巨大影响，尤其是大量的分子标记，为我们研究动物的基因组提供了非常好的信息，这些信息可用于：①QTL的检测；②标记辅助选择；③标记辅助基因导入；④标记辅助杂种优势利用；⑤标记辅助遗传资源保护；⑥研究品种起源与发展；⑦亲子鉴定……其中前两项是目前在家畜育种中研究的最多的内容。
同一物种的两个个体存在DNA序列差异的位点，这些位点用遗传标记就称为分子遗传标记或DNA标记。分子遗传标记是以分子遗传学和分子数量遗传学为理论，利用分子生物学技术来改良畜禽品种的一种方法。其中在动物育种上应用较广泛的分子遗传标记有限制性
片段长度多态分析技术(RFLP)、线粒体DNA标记(mt DNA)、随机引物扩增多态性DNA技术(RAPD)、扩增片段长度多态性分析技术(AFLP)和单核苷酸多态性标记(SNP标记)等。
3.4.1 RFLP标记
RFLP标记是指用限制性内切酶切割不同个体基因组DNA后，含同源序列的酶切片段在长度上的差异。限制性片段的长度的多态性应通过DNA分子杂交来检测。S.Hiendleder等利用RFLP技术对绵羊线粒体DNA (mt DNA)进行研究，
并得出世界范围内的绵羊存在野生和突变两种类型，并且存在于品种内和品种间。RFLP可作为共显性的遗传标记，区分纯合和杂合基因型，其主要用于构建遗传图谱和目标基因的标记，但不足处是RFLP多态信息含量低、成本高、测定方法复杂。
3.4.2 mt D N A标记
线粒体DNA是高等动物唯一的核外遗传物质，是一种约16.5kb的双链双环状分子，比DNA具有更高的进化速度。造成mt DNA多态性的原因主要是碱基取代、长度变化和序列重排，因而可以用限制性酶切技术直接检测mt DNA的多态性。mt DNA在种间、种内群体间和群体内具有广泛的多态性，在分子进化和系统发育中有许多独特的优越性，作为有用的遗传标记已广泛应用在畜禽的遗传育种中。黄勇富等用2 4种限制性内切酶分析了1个引入品种猪、2个野猪和2 1个地方品种猪的mt DNA，得出我国地方猪品种的遗传多样度仅为0．00 7％，表明中国地方猪种遗传多样性非常贫乏，揭示了中国地方猪种可能起源于一个野猪亚种。
3.4.3 RAPD标记
RAPD标记是用9～1 0个核苷酸的随机序列作为引物，通过DNA聚合酶链式反应扩增基因组。RAPD技术是在1 9 90年利用PCR技术发展的检测DNA多态性的方法。RAPD标记比RFLP具有简便、快捷和多态性检出率高等特点，其主要应用于目标基因标记、遗传资源鉴定及分类。RAPD的不足处是多数位点的带型表现为显隐性共存的特点，不能区分纯、杂合子；RAPD扩增反应灵敏易受外源及污染DNA干扰。朱飞云等用RAPD分析绵羊品种间的遗传关系，得出中国美利奴A品系构成的姊妹群依次与哈萨克羊、中国美利奴多胎品系成为对应的姊妹品种引。
3.4.4 A F LP标记
AFLP标记是将基因组DNA酶切后形成分子量大小不等的随机片段，再根据不同物种或不同品种的基因两端的序列设计引物用PCR进行选择性扩增。其具有DNA用量少、多态性丰富和可重复性好以及样品适应性广等特点。
3.4.5 S N P标记
SNP是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列的多态性，包括
碱基的转换、插入及缺失等形式。SNP标记是在1996年由美国学者Lander 提出的第3代DNA分子标记，其具有标记密度高和遗传稳定性高的特点。目前，SNP标记主要用于基因作图、人类疾病相关基因及药物设计研究等方面。随着直接测序方法的进一步简化，低耗费以及与生物芯片技术结合程度的提高，SNP
标记将成为动植物遗传育种中较为理想的分子遗传标记。
4 结语
所谓育种方法就是能改变群体内基因频率和基因型频率的技术，而且还应包括人工受精技术、胚胎技术。在未来的动物育种中，不同学科技术间的交叉和联系将更加紧密，动物育种将是遗传学理论、生物理论、计算机技术和育种学家实践经验的集合。利用分子生物技术，依据分子数量遗传学理论来改良畜禽品种，这样产生了动物分子育种它是传统的动物育种理论和方法的新发展，动物分子育种将是未来动物育种的一个重要方法，数量遗传学的诞生本身是学科交叉的结果。后来不断与计算机技术、分子生物学及现代生物技术相结合，从而使数量遗传学得到较快的发展，作为学科交叉的产物．一个新的边缘学科分子数量遗传学已经诞生．以分子数量遗传学为基础的动物育种方法——分子育种的产生也成为必然。
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现代生物技术与家畜育种 (1)
前言 (1)
1. 现代生物技术 (1)
2. 现代生物技术与家畜育种 (2)
3. 现代生物技术在家畜育种中的应用 (2)
3.1 转基因技术 (3)
3.1.1 转基因动物育种技术的几种方法 (3)
3.1.2 转基因动物育种的应用领域 (4)
3.2 胚胎工程技术 (4)
3.3 克隆动物技术 (5)
3.4 分子生物技术 (5)
3.4.1 RFLP标记 (5)
3.4.2 mt D N A标记 (6)
3.4.3 RAPD标记 (6)
3.4.4 A F LP标记 (6)
3.4.5 S N P标记 (6)
4 结语 (7)
《家畜育种学》课程论文
现代生物技术与家畜育种
姓名：杨紫琦
指导教师：张建勤
专业名称：动物科学105班
学号：2010014870
高中生物选修三测试题二 2012.2.29 班级姓名 一共六大题，50个空每空2分，共100分，时间50分钟，要求答案要认真推敲，力求准确 1．据报道，美国佛罗里达大学的亨利·丹尼尔教授利用基 因工程，研制出转基因莴苣，可用其中的有效药物成分制造胰岛 素胶囊来治疗糖尿病。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程， 请据图回答下列问题： (1)①过程需要的酶有________________。 (2)为了便于筛选，质粒A上应具有________。 (3)接受重组质粒的受体细胞C1可能有三种情况：如果受体 细胞是土壤农杆菌，则导入它的目的是为了________________， 以便于得到大量的含目的基因的土壤农杆菌，然后用土壤农杆菌 侵染受体细胞C2，受体细胞C2可以是________或其他细胞，然 后应用组织培养技术，经________和________过程，形成转基因莴苣。 (4)这种药物是从转基因莴苣中提取制得的，也必须制成粉末状，装入胶囊后才能使用，因为服 用剂量必须仔细加以控制。如果服用的量太大，可能导致患者出现________症状。 2．人工种子的培育过程如图所示，请回答下列问题： (1)人工种子依据的原理是______________________，经过__________________技术培育而成的。 (2)包埋胚状体的胶质可以看作是种子的哪部分结构？ ________________________________________________________________________。 (3)某二倍体植物基因型有DdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为__________________，基因型为______________________。 (4)如果外植体为植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，可加入下列哪种试剂。 ( ) A．15%的盐酸B．淀粉酶 C．果胶酶D．胰蛋白酶 (5)②表示脱分化过程，其实质是______________________________________________； ③表示再分化的过程，其实质是______________________________________________。
《现代生物科技专题》高考试题汇编 1、（2011海南卷）【生物——选修3：现代生物科技专题】（15分） 回答有关基因工程的问题： （1）．构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生粘性末端，也可能产生末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生（相同，不同）粘性末端的限制酶。 （2）．利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是提供。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用处理大肠杆菌，以利于表达载体进入。为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为。为了检测胰岛素基因转录的mRNA 是否翻译成，常用抗原-抗体杂交技术。 （3）．如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质 粒的中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的上。 2、（2011全囯Ⅰ卷）【生物——选修3：现代生物科技专题】（15分） 现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝光池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题： （1）．污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过呼吸将有机物分解。 （2）．植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了（生态系统、群落、种群）。在植物池的食物网中，植物位于第营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于所固定的。 （3）．生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、和等原理。（4）．一般来说，生态工程的主要任务是对进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。 3、（2012海南卷）【生物——选修3：现代生物科技专题】（15分） 已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。回答下列问题： （1）．为了获得丙种蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙种蛋白质的序列，据此可利用方法合成目的基因。获得丙中蛋白质的基因还可用、方法。 （2）．在利用上述丙中蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用酶和酶。 （3）．将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗的危害。 （4）．若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子 （填“含有”或“不含”）丙种蛋白质基因。 4、（2012全囯Ⅰ卷）【生物——选修3：现代生物科技专题】（15分） 根据基因工程的有关知识，回答下列问题：· （1）．限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有和。（2）．质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下： 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是 。 （3）．按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即DNA连接酶和DNA连接酶。 （4）．反转录作用的模板是，产物是。若要在体外获得大量反转录产物，常采用技术。 （5）．基因工程中除质粒外，和也可作为运载体。（6）．若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是。
现代生物学技术 1：2010年诺贝尔生理学或医学奖：试管婴儿 2：人造生命“人造儿”菌落图 细胞工程与胚胎移植 一：细胞工程概述 1：细胞工程：以细胞为对象，应用生命理论科学理论，借助工程学原理和技术。 研究对象：动植物细胞（原生质体）。细胞器、染色体、细胞核、胚胎 2：生物工程：以生命科学为基础，用生物体系和工程学原理。生产生物制品和制造新物种的一种综合技术。 第一代生物工程：4000多年前—20世纪30年代 第二代生物工程：30年代—二战期间 微生物工程→生物化学工程→酶工程→基因工程→细胞工程→蛋白质工程（第二代基因工程）→组织工程→代谢工程 3：细胞工程发展历史 ①探索期：19世纪末—20世纪中期 动物：1885年卢克斯“组织培养”1907【美】哈林森 植物：1937年【荷兰】温特植物组织培养 ②诞生期：20世纪70年代 1956—1959年斯沃尔三倍体：三棘刺鱼 1959年张明觉试管兔 1962年仓鼠肾细胞悬浮培养 1965年哈里斯·沃特金斯灭活病毒诱导动物细胞融合 20世纪70年代高国楠聚乙二醇促使植物原生质体融合 1960年兰花无性繁殖 1972年【美】卡尔森NaNO3诱导烟草原生质体融合 4：快速发展时期：20世纪70年代——至今 1973年古各树里。植物活性物质生产新途径 1975年科勒·米尔斯坦单克隆抗体 1977年首例试管婴儿 1981年埃文斯·科夫曼分离小鼠胚胎干细胞 A：动植物人工繁殖技术：植物组织培养，人工育种，试管动物，克隆动物 B：细胞充足与新品种培育技术{细胞水平、细胞器水平} C：生物制品生产技术 D：细胞组织工程技术 二、动物细胞工程 1.动物细胞和组织培养 正常哺乳动物细胞四大生物学特征：锚地依赖性 血清依赖性生长因子 接触依赖性 形态依赖性细胞扁平状 2.细胞融合
染色体工程技术 在小麦品质改良中的应用及社会意义 摘要：本文报告了染色体工程在小麦品质改良中的方法，在理论研究与育种实践上的应用。论述了染色体工程在小麦品质改良和生产实践中所体现出来的社会意义。 关键词：染色体工程，小麦，类型变化，实践 正文： 染色体操作(chromosome manipulation)是按设计有计划削减、添加和代换同种或异种染色体的方法和技术。也称为染色体操作。染色体工程一词，虽然在20世纪70年代初才提出。其实早在30年代，美国西尔斯(E.R.Sears)及其学生就已开始研究，但当时局限于小麦，定义为：在小麦中利用缺体或单体材料，对个别染色体或染色体片断进行替代或转移的工程谓之“染色体工程”。 植物染色体工程从50年代的兴起迄今约30余年的历史，但运用这一技术在改造 植物的遗传性方面却显示了它强大的力量，表现在创造崭新的遗传资源，培育突破性新 品种和合成新物种等方面取得的重大进展。 目前对基因操作的主要方法有：有性杂交、染色体代换、易位、添加、染色体显微切割和微克隆、PCR扩增等。 现代小麦育种十分注意栽培品种的类型变化，期望它们优质、高产、抗病、矮秆。我们知道，在小麦近缘种属中，存在着小麦栽培品种所没有的优质、抗病基因。在常规的杂交程序中，栽培品种与野生种之间，因染色体组不同，在多数情况下染色体不能配对，其基因很难进行重。细胞遗传学家已经研究出一套方法，将异种变异性应用于小麦育种实践。这些方法包括染色体附加、染色体代换、染色体易位等。用这些方法实现了小麦染色体附加、代换、易位和部分同源染色体间的重组。 (一)麦外源染色体的添加 普通小麦附加系的系统研究工作开始于1940年，07mara把3个不同的黑麦染色体分别附加到小麦中。1960年Evans～Jenkins得到了所有7个黑麦染色体的双体附加系。之后，Sears把小伞山羊草的染色体附加到小麦中；Joppa等(1978)用一种新方法得到了具有15对染色俸的硬粒小麦双单体(3D，4D，5D)附加系；Islam(1978)把6个大麦染色体分烈跗加到小麦中。有人还把顶芒山羊草和冰草的一些种的染色体附加到小麦中。
现代生物科技专题2020年高考题 1.（2020北京卷）番茄根尖经过植物组织培养过程可以获得完整的番茄植株，有关此过程的叙述错误的是( ) A.此过程中发生了细胞的脱分化、再分化 B.植物激素在此过程中起调节作用 C.此过程中若发生杂菌污染则难以获得目的植株 D.根尖细胞最终发育为无叶绿体的植株 2. （2020北京卷）下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，错误的是( ) A.获得B细胞之前需给动物注射特定的抗原 B.分离出的B细胞应与骨髓瘤细胞融合 C.需要从融合的细胞中筛选出杂交瘤细胞 D.得到的所有杂交瘤细胞产生的抗体均相同 3. （2020江苏卷，多选）小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，制备流程如下图所示。下列叙述错误的是( ) A.为获得更多的囊胚，采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子 B.细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同 C.用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞 D.胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养 4.（2020天津卷）在克隆哺乳动物过程中，通常作为核移植受体细胞的是去核的( ) A.卵原细胞 B.初级卵母细胞 C.次级卵母细胞 D.卵细胞 5.（2020浙江卷）下列关于基因工程的叙述，正确的是（） A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性核酸内切酶，则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定
B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关 C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其DNA检测均含目的基因，抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNA D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带，相同分子量的为一条带。用某种限制性核酸内切酶完全酶切环状质粒后，出现3条带。表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置6.（2020山东卷）两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如下图所示。下列说法错误的是( ) A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞 B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂 C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合 D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段 7.（2020山东卷）经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是( ) A.用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子 B.体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理 C.胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植 D.遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得 8.（2020山东卷）新型冠状病毒的检测方法目前主要有核酸检测法和抗体检测法。下列说法错误的是( ) A.抗体检测法利用了抗原与抗体特异性结合的原理 B.感染早期，会出现能检测出核酸而检测不出抗体的情况 C.患者康复后，会出现能检测出抗体而检测不出核酸的情况 D.感染该病毒但无症状者，因其体内不能产生抗体不适用抗体检测法检测
选修3《现代生物科技专题》知识点总结 专题1 基因工程 一、基因工程的基本工具 1.“分子手术刀”—— （1）来源：主要是从生物中分离纯化出来的。 （2）功能：能够识别 DNA分子的某种的核苷酸序列，并且使每一条链中部位的两个核苷酸之间的断开，因此具有性。 （3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式： 和。 2.“分子缝合针”—— (1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较： ①相同点：都缝合键。 ②区别：E·coliDNA连接酶来源于，只能将双链DNA片段互补的 之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合，但连接平 末端的之间的效率较。 (2)与DNA聚合酶作用的异同：DNA聚合酶只能将加到已有的核苷酸片段的末端， 形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接的末端，形成磷酸二酯键。 3.“分子运输车”—— （1）运载体具备的条件： ①。 ②。 ③具有，供。 （2）最常用的运载体是，它是一种裸露的、结构简单的、独立于 ，并具有的双链。 二、基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1.目的基主要是指：，也可以是一些具有的因子。 2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有 法和法。 3.PCR技术扩增目的基因 （1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 （2）目的：获取大量的目的基因 （3）原理： （4）过程：第一步：加热至90～95℃，DNA解链为； 第二步：冷却到55～60℃，与两条单链DNA结合； 第三步：加热至70～75℃，从引物起始进行的合成。 第二步：基因表达载体的构建 1.目的：使目的基因在受体细胞中，并且可以， 使目的基因能够。 2.组成：＋＋＋＋ （1）启动子：是一段有特殊结构的，位于基因的，是 识别和结合的部位，能驱动基因，最终获得所需的。 （2）终止子：也是一段有特殊结构的，位于基因的。 （3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中，从而将 筛选出来。常用的标记基因是。
高中生物 记忆材料 《现代生物科技专题》 经典知识点 班级： 姓名： 诸城繁华中学
★考点1、（Ⅰ）基因工程的诞生——基因工程的概念 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。 ★考点2、（Ⅱ）基因工程的原理及技术 原理：基因重组 技术：（一）基因工程的基本工具 1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶） （1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 （2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。 （3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。 2.“分子缝合针”——DNA连接酶 (1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较： ①相同点：都缝合磷酸二酯键。 ②区别：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。 (2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。 3.“分子运输车”——载体 （1）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。③具有标记基因，供重组DNA 的鉴定和选择。（2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。 （3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒 (二)基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。 2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。 直接分离基因最常用的方法是“鸟枪法”，又叫“散弹射击法”。具体做法是：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的DNA(外源DNA)的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制(在遗传学中叫做扩增)，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。如许多抗虫、抗病毒的基因都可以用上述方法获得。用“鸟枪法”获取目的基因的缺点是工作量大，具有一定的盲目性。 人工合成目的基因的常用方法有反转录法（以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因）和化学合成法（根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。如人的血红蛋白基因、胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得） 3.PCR技术扩增目的基因 （1）原理：DNA双链复制 （2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA 聚合酶从引物起始互补链的合成。 第二步：基因表达载体的构建——是基因工程的核心
第十六章基因表达的调节控制以及现代生物学技术 一：填空题 1.正调控和负调控是基因表达的两种最基本的调节形式，其中原核细胞常用________________调控，而真核细胞常用________________调控模式。 2.操纵子由________________、________________和________________三种成分组成。 3.与阻遏蛋白结合的DNA序列通常被称为________________。 4.β-半乳糖甘酶基因的表达受到________________和________________两种机制的调节。 5.葡萄糖效应是指________________。 6.ticRNA是指________________；micRNA是指________________。 7.大肠杆菌细胞内参与His合成有关酶的基因表达受到________________和________________两种机制的调节。 8.________________或________________可诱导原核细胞出现严谨反应。 9.________________和________________被称为魔斑分子，它作为________________酶的别构效应物调节此酶的活性。 10.鼠伤寒沙门氏菌两种鞭毛蛋白表达之间的转换是通过________________机制实现的。 11.哺乳动物细胞对氨基蝶呤产生抗性，是因为细胞内的DHFR基因经历了________________。 12.在胚系细胞之中，抗体重链的基因可分为________________、________________、________________和 ________________四个区域。 13.在基因表达的调控之中，________________和________________与________________和________________之间的相互作用十分重要。 14.女性两条X染色体只有一条X染色体具有转录的活性是因为________________和________________。 15.乳糖操纵子的天然诱导物是________________，实验室里常用________________作为乳糖操纵子的安慰诱导物诱导β-半乳糖苷酶的产生。 16.基因扩增或基因放大是指________________，它是通过局部DNA的来实现，________________扩增可导致细胞癌变。 17.SPO1噬菌体通过________________级联调节早、中和晚期基因在不同时间内的表达。 18.存在于反式作用因子上负责激活基因转录的结构花色通常有________________、________________和 ________________三种形式。 19.真核细胞核基质的主要成分是________________。 20.组蛋白可经历________________、________________和________________修饰而调节基因的表达。 21.原核细胞DNA的甲基化位点主要是在________________序列上，真核细胞核DNA的甲基化位点则主要是在________________序列上。 22.反式作用因子通常通过________________、________________和________________键与相应的顺式作用因子结合。 23.PCR即是________________。 24.人类基因组计划的主要内容是________________。 25.Southern blotting、Northern blotting和Western blotting分别被用来检测________________、________________和________________。 26.________________是应用于蛋白质工程中的最主要的手段。 27.RFLP即是________________。 28.噬菌体展示(Phage display)技术中常用的噬菌体是________________。 29.基因工程需要的最常用的工具酶包括________________、________________和________________等。 30.基因克隆的载体通常是由________________、________________和________________改造而来。 31.可使用________________和________________方法获得原核细胞的启动子序列。 32.体外转录通常需要使用________________、________________或________________RNA聚合酶。 33.脉冲场凝胶电泳(Pulsed field gel electrophoresis)被用来分离________________。 34.第一个使用体细胞克隆出来的哺乳动物是________________。 35.一种基因的启动子序列与启动子的一致序列越相近，该基因的转录效率就越________________。 36.基因敲除(Gene knockout)即是________________，它是研究________________的好方法。 二：是非题 1.[ ]原核细胞与真核细胞的基因表达调节的主要发生在转录水平上。 2.[ ]衰减子这种调控模式不可能出现在真核细胞。 3.[ ]操纵子结构是原核细胞特有的。 4.[ ]某些蛋白质既可以作为阻遏蛋白又可以作为激活蛋白参与基因表达的调控。 5.[ ]转录因子都具有负责与DNA结合的结构花色。 6.[ ]某些反式作用因子通过亮氨酸拉链这种结构花色与DNA结合。 7.[ ]真核细胞的基因转录也具有抗终止作用。 8.[ ]真核细胞核的三类基因的转录都受到增强子的调节。 9.[ ]某一个基因的转录活性越强，则该基因所处的DNA序列对Ⅰ就越敏感。
2020届高三生物选修3复习资料 专题1 基因工程 一、基因工程的基本工具（限制酶、DNA连接酶、载体） 1．限制性核酸内切酶（限制酶）——“分子手术刀”（具特异性） (1)来源：主要从原核生物中分离纯化而来。(某些真核生物如酵母菌细胞内也存在) (2)作用：能够识别双链DN A分子的某种特定的核苷酸序列，使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 (3)结果：产生黏性末端（中心轴线两侧切）或平末端（中心轴线处切）。 (4)注意：①限制酶识别序列的核苷酸数目不一定为6个；获得目的基因一般要切2个切口，产生4个黏性末端。 ②一般用同种限制酶切割目的基因和质粒，以获得相同的黏性末端，利于重组质粒的构建（但可能导致目的 基因自身环化和随意连接）。 ③用两种限制酶同时切割目的基因和质粒，可防止目的基因和质粒自身环化和随意连接。 ④限制酶切割时不能破坏目的基因、全部的标记基因、复制原点；限制酶切割运载体时，切点应在启动子和 终止子之间；若质粒上标出T-DNA片段，切点应位于T-DNA上。 ⑤原核生物体内的限制酶不切割自身DNA的原因：原核生物的DNA中不存在该酶的识别序列或识别序列已经 被修饰。（限制酶不能切割RNA和单链DNA） 2．DNA连接酶——“分子缝合针”（不具特异性） （1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键，不需要模板。 (2) （3）比较有关DNA的酶（化学本质都是蛋白质） ①DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基 ②解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法 除用解旋酶以外，在适当的高温、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。 ③DNA聚合酶：能将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。（针对单个的脱氧核苷酸） ④DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。（针对游离的DNA片段）3.载体——“分子运输车” （1）作用：携带目的基因进入受体细胞。 （2）种类：质粒、动植物病毒、λ噬菌体衍生物等。 （3）常用载体——质粒(裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且具有自我复制能力）质粒的化学本质：双链环状DNA分子 （3）载体必须具备的条件：①具有一个或多个限制酶切割位点，便于外源基因插入；②能够自我复制或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行自我复制；③带有标记基因，供重组DNA的鉴定和筛选；④本身是安全的，不能对受体细胞产生危害；⑤大小适中，便于操作。实际上，天然载体一般不会同时具备上述条件，所以在基因工程中需要对载体进行人工改造。现在所用的质粒几乎都是人工改造的。 二、基因工程的操作程序 （四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定）（一）目的基因的获取（目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子）获取方法：①从基因文库获取；②利用PCR技术扩增；③人工合成法 1、从基因文库中获取 （1）将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。 （2）分类：基因组文库含有某种生物的全部基因；部分基因文库（如cDNA文库）：含有某种生物的部分基因，可由mRNA反转录而来。 （3）基因组文库较大,基因中有启动子、终止子，真核生物还有内含子，部分基因可以在物种间交流。cDNA文库较小,基因中没有启动子、终止子、内含子，基因都可以在物种间交流。 2、利用PCR技术扩增目的基因 （1）PCR的全称：多聚酶链式反应 （2）概念：PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过这一技术，可以在短时间内大量扩增目的基因。 （3）前提条件：要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。 （4）原理：DNA双链复制 （5）条件：模板DNA、原料（4种脱氧核苷酸或dNTP或dATP、dCTP、dGTP、dTTP）、Taq酶（热稳定DNA聚合酶）、引物（单链DNA或RNA片段，能与模板链互补配对，每次扩增需要2种） （6）引物的作用：使Taq酶从引物3′端开始连接脱氧核苷酸 （7）过程：①变性：加热至90～95℃，DNA解旋成单链（不需要解旋酶）； ②复性：冷却到55～60℃，引物与单链相应互补序列结合； ③延伸：加热至70～75℃，Taq酶从引物起始进行互补链的合成。(DNA合成方向：从子链的5′端到3′端) （8）特点：目的基因以指数的形式扩增，即2n扩增。 （9）仪器：PCR扩增仪 3.人工合成法 （1）逆转录法：目的基因的mRNA →单链DNA(cDNA) →双链DNA（目的基因） （2）化学合成法：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可通过DNA合成仪用化学方法人工合成(不需要模板) （二）基因表达载体的构建（基因工程的核心步骤——体外进行） 1、目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。 2、组成：启动子＋目的基因＋终止子＋标记基因（+复制原点） （1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端,是RNA聚合酶识别 和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。 （2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端，使转录在所需 的地方停止下来(终止转录)。 基因工程的别名DNA重组技术、基因拼接技术、转基因技术操作环境生物体外 操作对象基因操作水平DNA分子水平 原理/实质 （变异类型） 基因重组结果人类需要的基因产物 优点克服远缘杂交不亲和的障碍（与杂交育种相比），定向改造生物的遗传性状（与诱变育种相比） 理论基础①不同生物的DNA分子结构基本相同②所有生物共用一套遗传密码 常用类型E·coli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体 功能只连接互补的黏性末端连接互补黏性末端和平末端，但对平末端的连接效率低
现代生物技术的应用与展望 姓名：班级：学号： 摘要：参阅大量文献资料对近年来生物技术在农业、医药业、社会科学等中的应用进展进行了综述。从改革传统农业结构，解决食品短缺问题的应用、深入基因研究，解决健康长寿问题、运用现代生物技术，解决环境污染问题等内容出发，指明了生物技术现代科学发展中的应用前景。 关键词：生物技术基因医学健康农业 Abstract: a large number of literature on recent biotechnology in agriculture, medicine and industry, social science and application were reviewed in this paper. From the reform of traditional agriculture structure, to solve food shortage problem, in-depth application of genetic research, solve the longevity and health problems, use of modern biological technology, solve the problem of environmental pollution and other content, pointed out the biological technology of modern science and application prospects. 现代生物技术也可称之为生物工程，是以重组DNA技术和细胞融合技术为基础，利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理相结合进行加工生产，为社会提供商品和服务的—个综合性技术体系。其内容包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。现代生物技术的诞生以2O世纪7O年代初DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志，迄今已走过了30多年的发展历程。实践证明现代生物技术对解决人类面临的粮食、健康、环境和能源等重大问题方面开辟了无限广阔的前景，受到了各国政府和企业界的广泛关注，与微电子技术、新材料技术和新能源技术并列为影响未来国计民生的四大科学技术支柱，是2l世纪高新技术产业的先导。可以预测，生物技术的应用与发展将导致生产体系与经济结构的飞跃变化，甚至可能引发一次新的工业革命，对人类社会的生产、生活各方面必将产生全面而深刻的影响。 1 改革传统农业结构，解决食品短缺问题 现代生物技术在农业中最突出的应用是利用转基因技术，将目的基因导入动、植物体内，对家畜、家禽及农作物进行品种改良，从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动植物新品种，达到充分提高资源利用效率，降低生产成本的目的。经过长期不断的努力，现代农业生物技术已取得重大突破，不仅从根本上改变了传统农作物的培育和种植，也为农业生产带来了新一轮的革命，并将在解决目前人类所面临的粮食危机、环境恶化、资源匮乏、效益衰减等方面发挥巨大作用。 1．1 提高农产品的产量与质量农作物病虫害是造成农业产量下降的主要原因之一，因而利用转基因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中，使之可避免或减少病虫害。近年来，抗黄杆菌的水稻、抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强与耐贮性高的番茄等转基因植物开始进入市场，提高了产量，增加了效益；根据人类的需要，还可把特定基因导入植物体，可达到改良农产品品质的目的，如高含量必需氨基酸的马铃薯，高蛋白质含量的大豆等；此外还可利用生物技术破坏水果细胞壁纤维酶，保证猕猴桃、桃、西红柿等水果成熟但不变软而提高水果的保鲜度，便于水果的运输。从1996年到2o02年，转基因农作物在全球的种植面积从170万ha扩大到5810万ha，即增加35倍，显示了现代农业生物技术强大的生命
第14课时蛋白质的提取和分离 [学习导航] 1.阅读教材P74～75内容，理解电泳、同工酶和蛋白质组学。2.结合教材P73～75内容，进行乳酸脱氢酶同工酶的提取和电泳分离。3.结合教材P73～75内容，总结在琼脂糖凝胶电泳中影响蛋白质迁移率的因素。 [重难点击] 1.进行乳酸脱氢酶同工酶的提取和电泳分离。2.总结在琼脂糖凝胶电泳中影响蛋白质迁移率的因素。 一、电泳、同工酶和蛋白质组学 带电荷的物质在电场中的趋向运动称为电泳。电泳的种类多，应用非常广泛，它已成为分子生物学技术中分离生物大分子的重要手段。 1.电泳 (1)概念：带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。 (2)原理 ①带电粒子：许多重要的生物大分子，如多肽、核酸等都具有可解离的基团，在一定的pH 下，这些基团会带上正电或负电。 ②迁移动力与方向：在电场的作用下，带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。 ③分离依据：电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。 (3)常用的电泳方法 ①琼脂糖凝胶电泳：在电泳缓冲液和凝胶中加入琼脂糖，蛋白质分子的迁移速率主要取决于其所带净电荷以及分子的大小和形状等因素。 ②变性胶电泳：在电泳缓冲液和凝胶中加入十二烷基硫酸钠(SDS)变性剂，蛋白质都变为椭圆
形，SDS带有大量的负电荷，掩盖了不同蛋白质的电荷差异，因此变性胶电泳中影响蛋白质的迁移速率的主要因素是蛋白质分子的大小。 2.同工酶 同工酶是指催化相同的化学反应而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。乳酸脱氢酶一般含有5种同工酶，其相对分子质量相同，但所带电荷不同。 3.蛋白质组学 蛋白质组学指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的氨基酸组成分析、立体结构研究和蛋白质的人工合成等。由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的整体而全面的认识。蛋白质组学的研究不仅能分析生物体内蛋白质的组成，还可以揭示各种蛋白质在生物体内的相互作用与联系。 1.从电荷方面思考，适合电泳法分离的各种分子需具备什么条件？ 答案各种分子应带有不同种类和不同量的电荷。 2.变性胶电泳分离蛋白质是否依据蛋白质所带电荷的差异？为什么？ 答案否。因为SDS能与蛋白质结合，形成蛋白质－SDS复合物，SDS所带负电荷的量远大于蛋白质分子原有的电荷量，因而掩盖了不同蛋白质间的电荷差异，使电泳迁移率完全由蛋白质分子的大小决定。 归纳总结琼脂糖凝胶电泳和变性胶电泳的两点区别 (1)分离原理不同 ①琼脂糖凝胶电泳依据分子所带电荷的差异和分子大小、形状等。 ②变性胶电泳则完全取决于分子大小，而非电荷性质和分子形状。 (2)用途不同 ①琼脂糖凝胶电泳广泛应用于核酸的研究中，用于分离大分子核酸。 ②变性胶电泳则广泛应用于分离蛋白质和相对分子质量较小的核酸。 1.带电荷的蛋白质在电场中移动的速度主要取决于( ) A.所带的电荷多少 B.蛋白质的分子大小 C.蛋白质的相对分子质量 D.蛋白质的分子大小和所带的电荷多少 答案 D
现代生物技术在土木工程专业的应用 从古自今，生物技术都有着极其广泛的应用，誉满天下的洛阳桥又名万安桥，位于洛阳江入海处。距泉州市区10公里。明代诗人凌登名称赞"洛阳之桥天下奇，飞虹千丈横江垂。"而今虽时历千载，而那种镇波涛、锁蛟螭、跨江接海、势若飞虹的雄姿，依然不减当年。这座梁式右石桥，始建于北宋皇佑五年。全桥长约千米，宽约五米。有桥墩40座，桥栏500个。建在江海汇合处，采用著名的"筏型基础"与"种蛎固基法"。所谓"筏型基础"，就是先抛置大量石块形成石提，作为基础，然后在堤上造筏型桥墩，以分水势。桥墩至今犹存。远远望去，就像一排排小船乘风破浪并肩托起大桥。 为了巩固桥堤，又在桥下大量种植附着力强、繁殖迅速的牡蛎，创造了把生物学应用于桥梁工程建筑的先例 在科学技术飞速发展的今天，生物技术更是有着不可替代的应用。 几十年来，科学家们一直试图找到或制造出这样一种材料，既能像塑料一样具有良好的可塑性和较低的加工成本，又能像钢一样具有很好的强度和耐久性。这并非不切实际的幻想，据美国物理学家组织网3月2日报道，日前美国耶鲁大学的科学家们已实现了这一目标，耶鲁大学材料学家简·施洛尔斯领导的一个研究小组证明，由他们制成的一种块体非晶合金(BMGs)材料能够像制作玻璃或塑料制品一样吹膜成型，且不会牺牲其原有的强度和耐久性。相关论文已在线发表在国际材料学著名期刊《今日材料》杂志上。据介绍，这种材料由包括锆、镍、钛和铜在内的多种金属构成。其材料成本与高端钢材大致相同，但加工成本却和塑料一样便宜。吹塑过程在低温低压下进行，此时这种非晶合金会逐渐软化，并能像融化的塑料一样流动，但又不会像普通的金属一样出现结晶现象，由此为后续的吹塑工作带来了前所未有的便捷。为了达到并保持理想的精度和温度，吹塑过程能在真空或液体中进行。施洛尔斯说，目前金属材料加工中面临的关键问题就是如何避免不必要的摩擦，而对于这种合金材料来说则完全不存在这个问题，借助吹塑工艺就可以制造出任意复杂形状的物体，最小可到纳米级。到目前为止，该团队已经用该材料制造出了无缝金属瓶、表壳等外形较为简单的物品和用于微机电系统（MEMS）的微型谐振器以及生物医学植入物等结构较为复杂的设备。这些材料的加工过程不到一分钟，但强度可以达到普通钢材的两倍
现代生物技术在环境保护方面的应用 地质学院勘查技术与工程申玉龙201101171223 摘要：应用现代生物技术进行环境保护拥有许多优点，人们已意识到，现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了希望。 正文：现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20 世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。 目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率，更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。 与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。1 .生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。 2. 利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。. 3.生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与常常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。 所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。 污染土壤的生物修复 重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。 白色污染的消除 废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采