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基因工程技術(shù)的基本原理范文第1篇

一、課程教學(xué)內(nèi)容安排

生物工程的內(nèi)容十分豐富，有限的課時(shí)內(nèi)不能面面俱到地進(jìn)行較為深入的講授。因此，教師在教學(xué)內(nèi)容的安排上，既要保證突出重點(diǎn)內(nèi)容，又要兼顧知識內(nèi)容的全面性。此外，還需要引入一些學(xué)科前沿成果，以跟蹤迅速發(fā)展的生物技術(shù)的進(jìn)步。我們對于課程教學(xué)內(nèi)容的安排，特別注意了以下幾個(gè)問題。

1．組建課程模塊，合理安排教學(xué)內(nèi)容。以生物技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展為導(dǎo)向，將本課程的教學(xué)內(nèi)容劃分成三部分：①緒論，介紹生物工程沿革及前沿。②生物技術(shù)基礎(chǔ)，詳細(xì)講述基因重組技術(shù)、蛋白質(zhì)和酶工程、細(xì)胞工程的基本原理，技術(shù)路線及特點(diǎn)，旨在幫助學(xué)生建立牢固的理論基礎(chǔ)、掌握相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用方法。③生物技術(shù)的工程化應(yīng)用及發(fā)展，重點(diǎn)介紹發(fā)酵工程、生物醫(yī)藥工程和環(huán)境生物工程，通過多個(gè)與人類生存和發(fā)展密切相關(guān)的案例的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合知識的能力、融匯創(chuàng)新的能力。

2．讓學(xué)生了解生物工程學(xué)科的全貌。課程的緒論部分分別從生物工程的沿革、生物工程的原理及特點(diǎn)、生物技術(shù)的應(yīng)用及前沿發(fā)展、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)所發(fā)揮的巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響力等角度進(jìn)行講授，幫助學(xué)生標(biāo)繪出一副生物工程的全貌圖：從基礎(chǔ)理論的研究突破、生物技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展、到滲透至各國民經(jīng)濟(jì)主要領(lǐng)域中產(chǎn)生的巨大影響，期間產(chǎn)生的反作用又促進(jìn)生物學(xué)基礎(chǔ)理論的研究突破。這個(gè)過程周而復(fù)始地推動(dòng)著社會(huì)的變革與進(jìn)步。

3．寬泛基礎(chǔ)知識面，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際。生物工程是一個(gè)具有豐富學(xué)術(shù)內(nèi)容的領(lǐng)域，而本課程課時(shí)有限，不能詳盡地涉獵各個(gè)知識點(diǎn)，因此，如何設(shè)置課程內(nèi)容就成了影響教學(xué)效果的主要因素。本課程對基礎(chǔ)知識的教授強(qiáng)調(diào)的是“寬泛”而非“深入”，要求課程設(shè)置的基礎(chǔ)知識教學(xué)能夠滿足學(xué)生理解生物技術(shù)的基本原理即可，而對于生物技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用則給予了重點(diǎn)關(guān)注。課程堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用綜合性案例，讓學(xué)生了解從基本原理出發(fā)到實(shí)踐應(yīng)用的過程，學(xué)習(xí)綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的方法，培養(yǎng)科學(xué)思維方式。

4．以生物技術(shù)的應(yīng)用為導(dǎo)向設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，跟蹤學(xué)科前沿。在對課程的基本原理講授后，根據(jù)學(xué)生的工程專業(yè)教育背景和將來作為社會(huì)工作者的特點(diǎn)，我們引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)工程化應(yīng)用方法，這是更為重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。這部分教學(xué)內(nèi)容占據(jù)了整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的相當(dāng)大的比重。如，微生物發(fā)酵工程、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)使生物技術(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；生物醫(yī)藥工程中集中了生物技術(shù)研究的前沿方向和熱點(diǎn)，各種生物技術(shù)在此融合；環(huán)境生物工程致力于建立人類與環(huán)境的和諧關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。本課程分別選擇這些領(lǐng)域中的主要內(nèi)容作為重點(diǎn)講授部分，如轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥、單克隆抗體技術(shù)應(yīng)用、固定化酶技術(shù)及酶法分析、環(huán)境污染的生物治理等，安排了較多的教學(xué)時(shí)間，以使學(xué)生更好地了解生物技術(shù)的新進(jìn)展。

二、教學(xué)方法探討

生物工程學(xué)是生命科學(xué)與工程技術(shù)結(jié)合所形成的一門綜合性學(xué)科，基于研究對象（核酸、蛋白質(zhì)）及層次（分子、細(xì)胞、個(gè)體）不同構(gòu)建了不同的生物技術(shù)分支領(lǐng)域，同時(shí)基于應(yīng)用領(lǐng)域的不同也形成了各自富有特點(diǎn)的應(yīng)用技術(shù)，如生物醫(yī)藥領(lǐng)域中蛋白類藥物的生物構(gòu)建和生產(chǎn)、環(huán)境治理與保護(hù)中微生物的生物轉(zhuǎn)化過程技術(shù)等。由于教學(xué)內(nèi)容覆蓋面廣，為了提高教學(xué)效果，本課程在教學(xué)方法上進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的探索。

（一）以生物技術(shù)原理為主線貫穿教學(xué)活動(dòng)

本課程的教學(xué)活動(dòng)以生物工程的原理為主線展開，形成了基因工程、蛋白質(zhì)和酶工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等章節(jié)，以使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)掌握各種生物技術(shù)的原理和應(yīng)用方法。同時(shí)，通過對生物技術(shù)應(yīng)用較為深入的生物醫(yī)藥工程、環(huán)境生物工程等內(nèi)容的安排，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)應(yīng)用對象的特點(diǎn)和要求綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識的能力。

（二）理論聯(lián)系實(shí)際，引入案例教學(xué)

發(fā)酵工程是將生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)，包含了從菌種培養(yǎng)到制備合格產(chǎn)品的過程。［5］菌種決定著發(fā)酵生產(chǎn)工藝方法，發(fā)酵工程中高產(chǎn)菌種常常是采用生物技術(shù)方法構(gòu)建的。發(fā)酵過程調(diào)控是基于微生物的生命代謝過程，培養(yǎng)條件的變化可以影響代謝途徑。發(fā)酵產(chǎn)物的提取純化是依據(jù)待分離目標(biāo)物質(zhì)的特性及待分離目的產(chǎn)物和雜質(zhì)之間物性的差異來進(jìn)行的，是決定生產(chǎn)成本高低的關(guān)鍵因素。如果只是按照發(fā)酵工程的過程來講解技術(shù)基礎(chǔ)及過程應(yīng)用技術(shù)，涉及知識點(diǎn)多，知識點(diǎn)之間的相關(guān)性較弱，這對于剛開始接受專業(yè)課程教育的本科三年級同學(xué)來說，接受起來有一定的難度。而以具體物質(zhì)的發(fā)酵生產(chǎn)為例進(jìn)行分析，更為形象化，也容易被學(xué)生理解和接受。授課時(shí)，我們以紅霉素的生產(chǎn)為例，分析了工程菌的構(gòu)建方法與高密度發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，基于組分分離要求的分離純化工藝方法的建立等，并將自己多年科研的成果結(jié)合至授課內(nèi)容中。僅就紅霉素的提取純化而言，工程菌的引入及發(fā)酵調(diào)控技術(shù)的成熟，使紅霉素發(fā)酵單位由原來的3000u／mL～5000u／mL大幅度提高至8000u／mL～10000u／mL，使得新分離技術(shù)的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。目標(biāo)產(chǎn)物的分離工藝由傳統(tǒng)的“板框過濾－溶劑萃取－經(jīng)過中間體鹽的結(jié)晶純化”發(fā)展為“微濾膜過濾－（納濾膜濃縮）－層析分離－結(jié)晶純化”新的分離工藝。該工藝?yán)脤游霾僮鞯母叻蛛x效率實(shí)現(xiàn)了活性組分紅霉素A與雜質(zhì)組分紅霉素B、紅霉素C的分離；通過結(jié)晶過程中關(guān)鍵因素的調(diào)節(jié)，如結(jié)晶體系的組成及組成物的濃度變化、pH、溫度、攪拌等，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品粒度和晶形的控制，從而獲得純度高、藥理活性強(qiáng)的產(chǎn)品。案例的分析過程加強(qiáng)了學(xué)生們的工程概念，如發(fā)酵產(chǎn)物的提取往往會(huì)涉及結(jié)構(gòu)相似組分的分離，其分離方法的選擇需兼顧分離效率高、分離條件溫和的要求；微生物發(fā)酵是純種培養(yǎng)過程，工程設(shè)備必須滿足無菌操作的基本要求，發(fā)酵罐需要具備良好的混合能力，較高的傳質(zhì)、傳熱速率，且不能對菌體產(chǎn)生剪切破化；藥物的晶形和粒度與藥物的生理活性相關(guān)，現(xiàn)代藥物質(zhì)量控制指標(biāo)除了純度和雜質(zhì)含量要求外，還有晶體的晶形粒度等結(jié)構(gòu)指標(biāo)要求；發(fā)酵產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)成本和社會(huì)成本概念等等。實(shí)現(xiàn)一個(gè)抗生素藥物的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)需要融合現(xiàn)代基因工程、細(xì)胞工程、化學(xué)工程的知識。

（三）課堂講授與專題案例的調(diào)研相結(jié)合

本課程通過典型實(shí)例的剖析，加強(qiáng)了學(xué)生對基本原理的理解，并傳授了生物技術(shù)的應(yīng)用方法。我們時(shí)時(shí)跟蹤生物技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，對授課案例進(jìn)行更新，以使教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系生物工程的新發(fā)展、新成果，體現(xiàn)該領(lǐng)域新技術(shù)、新水平，使學(xué)生感受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的巨大魅力，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。但是，本課程的教學(xué)課時(shí)有限，課堂上不可能對生物技術(shù)各領(lǐng)域均充分展開。為了彌補(bǔ)這一局限，本課程在教學(xué)上設(shè)置了“專題調(diào)研＋課堂談?wù)摗杯h(huán)節(jié)，把生物工程應(yīng)用專題案例的調(diào)研工作，以作業(yè)形式布置給學(xué)生去完成，并通過課堂討論及提交論文的方式加以考查。［6］專題論文的完成及交流以小組為單位進(jìn)行，教師組織學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，要求各學(xué)習(xí)小組在給定領(lǐng)域范圍內(nèi)對感興趣的專題進(jìn)行調(diào)研和論文的撰寫。教師在組織學(xué)習(xí)小組之時(shí)，就將學(xué)習(xí)小組兩兩結(jié)對，要求各小組在完成本組專題調(diào)研的同時(shí)，對結(jié)對小組的課題也進(jìn)行相應(yīng)調(diào)研，并作為主審方在課堂上對結(jié)對組的專題內(nèi)容設(shè)置提問，引導(dǎo)課堂討論，而其他同學(xué)則可以對自己感興趣的專題自由發(fā)表觀點(diǎn)。

本課程要求，小論文要按照《華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)》的稿件規(guī)范撰寫，這也是對本科生撰寫科學(xué)論文的訓(xùn)練，是專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的一部分。這種“專題調(diào)研＋課堂談?wù)摗苯虒W(xué)模式，能讓學(xué)生自動(dòng)參與多專題的調(diào)研學(xué)習(xí)，達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識、拓寬知識面、深化專業(yè)認(rèn)知的目的，同時(shí)能夠較全面地訓(xùn)練和檢驗(yàn)學(xué)生專業(yè)文獻(xiàn)查閱、分析材料、歸納總結(jié)及思辨應(yīng)對的能力。實(shí)踐表明，這樣的學(xué)習(xí)方式效果突出。學(xué)生李曉陽在聽課小結(jié)中寫道：“分組演講、課程論文，每小組七八個(gè)人，不僅可以讓我們自己動(dòng)手獲取知識，鍛煉了動(dòng)手能力，還能夠培養(yǎng)我們團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。只有分工合作才能把這項(xiàng)工作做好?！睂W(xué)生閆天一在小結(jié)中寫道：“老師講到了我國生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，雖然我國（抗生素）產(chǎn)量居世界之首，但生產(chǎn)效率比較低、產(chǎn)品附加值低、污染嚴(yán)重，主要以半成品（原料藥）為主，這些都深深觸動(dòng)了我。在化學(xué)制藥領(lǐng)域，我們?nèi)允且苑轮扑帪橹?。?1世紀(jì)，我想我們大學(xué)生的責(zé)任就是讓中國不僅是世界的工廠，也要成為研發(fā)的中心?！?/p>

三、結(jié)束語

基因工程技術(shù)的基本原理范文第2篇

肝炎，是威脅人類健康最嚴(yán)重、流行最廣泛的病種之一。長期以來，醫(yī)學(xué)家們在防治肝炎方面做了大量工作，但曾一度陷于困境。乙肝病毒（HBV）主要由兩部分組成，內(nèi)部為脫氧核糖核酸（DNA），外部有一層外殼蛋白質(zhì)，稱為乙肝病毒表面抗原（HBsAg）。把一定量的HBsAg注射入人體，就會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生對乙肝病毒（HBV）抗衡的抗體。機(jī)體依靠這種抗體，可以清除入侵機(jī)體內(nèi)的乙肝病毒。如果在小孩出生后，按計(jì)劃先后打3針乙肝疫苗，從而獲得終身免疫，可免受乙型肝炎之害。過去，乙肝疫苗的產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足全國的需要。因?yàn)槟菚r(shí)乙肝疫苗的來源，主要是從乙肝病毒攜帶者的血液中分離出來的HBsAg，這種血液是不安全的，可能混有其他病原體的污染。此外，血液來源也是極有限的，使乙肝疫苗的供應(yīng)猶如杯水車薪、供不應(yīng)求。

目前，有一種治療肝炎的有效藥物叫干擾素，國際上批準(zhǔn)治療丙型肝炎的藥物只有干擾素。當(dāng)人或動(dòng)物受到某種病毒感染時(shí)，體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一種物質(zhì)，它會(huì)阻止或干擾人體再次受到病毒感染，故人們把它稱為干擾素。干擾素具有廣譜抗病毒的效能。但是，通常情況下人體內(nèi)干擾素基因處于“睡眠”狀態(tài)，因而血中一般測不到它。只有在發(fā)生病毒感染或受到干擾素誘導(dǎo)物的誘導(dǎo)時(shí)，人體內(nèi)的干擾素基因才會(huì)“蘇醒”，開始產(chǎn)生干擾素，但其數(shù)量微乎其微。即使經(jīng)過誘導(dǎo)，從人血中提取1毫克干擾素，需要人血8 000毫升，其成本高得令人咋舌。有人做過計(jì)算：要獲取一磅（453克）純干擾素，其成本高達(dá)200億美元。對于大多數(shù)病人來講，使用干擾素?zé)o疑猶如上天摘月，可望而不可及。

基因工程“豐功偉績”

然而，科技發(fā)展為我們展現(xiàn)了新的前景，現(xiàn)代基因工程藥物能夠源源不斷地為我們提供大量的乙肝疫苗（HBsAg）和干擾素。為什么基因藥物工程有如此大的神威？概而言之，所謂基因工程藥物就是先確定對某種疾病有預(yù)防和治療作用的蛋白質(zhì)，然后將控制該蛋白質(zhì)合成過程的基因取出來，經(jīng)過一系列基因操作，最后將該基因放入可以大量生產(chǎn)的受體細(xì)胞（如細(xì)菌、酵母菌、動(dòng)物或動(dòng)物細(xì)胞、植物或植物細(xì)胞）中去，在受體細(xì)胞不斷繁殖過程中，大規(guī)模生產(chǎn)具有預(yù)防和治療這種疾病的蛋白質(zhì)，即基因疫苗或藥物。

以乙肝疫苗為例，像其他蛋白質(zhì)一樣，HBsAg的產(chǎn)生也受DNA調(diào)控?，F(xiàn)代基因工程技術(shù)可用一種“基因剪刀”將此段DNA剪裁下來，裝到一個(gè)表達(dá)載體（稱表達(dá)載體，是因?yàn)樗梢园堰@段DNA的功能發(fā)揮出來）中，再把這種表達(dá)載體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞（大腸桿菌或酵母菌等）內(nèi)，最后再通過這些大腸桿菌或酵母菌的快速繁殖，生產(chǎn)出大量我們所需要的HBsAg（見圖）。

與血源乙肝疫苗相比，基因工程生產(chǎn)的乙肝疫苗，取材方便，利用的是資源豐富的大腸桿菌或酵母菌，它們有極強(qiáng)的繁殖能力，并借助于高科技手段，可以大規(guī)模生產(chǎn)出質(zhì)量好、純度高、免疫原性好、價(jià)格便宜的藥物。1986年以后，我國開始實(shí)施新生兒到六個(gè)月齡內(nèi)先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序，正是基于我們有能力生產(chǎn)大量的乙肝疫苗?；蛩幬锕こ虨轭A(yù)防下一代染上乙肝，作出了非凡的貢獻(xiàn)。

干擾素與乙肝疫苗一樣，也可采用基因工程進(jìn)行生產(chǎn)，其基本原理及操作流程及乙肝疫苗十分類似?，F(xiàn)在要獲取一磅（453克）純干擾素，其成本不到一億美元。所以它們成了取之不盡，用之不竭的“工廠”。由基因工程藥物生產(chǎn)出來的大量干擾素，又一次挽救了廣大肝炎病人。

一般地說，基因藥物的副作用較小，因?yàn)樗鼈兇蠖鄶?shù)是人體內(nèi)原有的物質(zhì)。 但如果使用不當(dāng)或劑量過大，也會(huì)產(chǎn)生副作用。因此，最好要在醫(yī)生的指導(dǎo)下應(yīng)用。

且看風(fēng)景這邊獨(dú)好

基因工程技術(shù)的基本原理范文第3篇

在新課標(biāo)教材《選修3?現(xiàn)代生物科技專題》的“基因工程”一章中，不同版本的教材都設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬操作。人教版為“重組DNA分子的模擬操作”，蘇教版為“模擬限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的作用過程”。筆者整合了不同版本的教材內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了一次有意義的教學(xué)實(shí)踐。

1 教學(xué)分析

在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的基因工程技術(shù)是由“分子工具”的突破開始的，因此基因工程專題根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律首先介紹了DNA重組技術(shù)的基本工具，涉及準(zhǔn)確切割DNA的“手術(shù)刀”、將DN段連接起來的“縫合線”、將體外重組的DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞的“運(yùn)輸工具”。但由于這三種“分子工具”非常微觀、抽象、復(fù)雜，所以成為教學(xué)的難點(diǎn)，而理解它們的結(jié)構(gòu)與功能基礎(chǔ)基因工程基本操作程序的學(xué)習(xí)是后續(xù)，因此這也是本專題的教學(xué)重點(diǎn)之一。為突破這個(gè)難點(diǎn)，并及時(shí)反饋學(xué)生對重點(diǎn)知識的掌握情況，教師組織學(xué)生進(jìn)行“重組DNA分子的模擬操作”實(shí)驗(yàn)就具有重要的意義。

在模擬實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生借助模型化方法，將DNA和“分子工具”放大，親自動(dòng)手對DNA分子進(jìn)行“剪切”和“拼接”，模擬制備重組DNA的過程。在體驗(yàn)建模的過程中，教師注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)科興趣。模擬活動(dòng)之后，教師組織學(xué)生討論，引導(dǎo)分析建模過程，從而提升學(xué)生的建模思維和建模能力。同時(shí)教師將重難點(diǎn)知識設(shè)計(jì)為相關(guān)的問題，引發(fā)學(xué)生的思考，讓其嘗試應(yīng)用所學(xué)知識解決問題，從而突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，并及時(shí)反饋信息，為基因工程基本操作程序的教學(xué)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。這樣的建模活動(dòng)將實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識、能力、情感、態(tài)度與價(jià)值觀的進(jìn)一步提升。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1） 模擬制備重組DNA分子的操作過程；

（2） 分析制備重組DNA分子的模型，理解基因工程的基本原理；

（3） 體驗(yàn)制備重組DNA分子的過程，激發(fā)熱愛生物科學(xué)技術(shù)的情感。

3 實(shí)驗(yàn)原理

基因工程是指在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞，并使重組基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物的技術(shù)。因而，基因工程又稱為重組DNA技術(shù)。在體外重組DNA分子，至少需要三種工具，即“分子手術(shù)刀”――限制性核酸內(nèi)切酶、“分子縫合針”――DNA連接酶和“分子運(yùn)輸車”――基因載體。

4 材料用具

白色紙條（3 cm×30 cm）、紅色紙條（3 cm×10 cm）、剪刀、透明膠帶、深色膠帶（藍(lán)色或綠色）等。

5 實(shí)驗(yàn)步驟

將紅色紙條用透明膠帶首尾相連，粘成圓環(huán)形，代表細(xì)菌的質(zhì)粒（圖1）。白色紙條代表含有目的基因的DN段。

假設(shè)每組學(xué)生只有一種限制酶（EcoRI限制酶或AluⅠ限制酶）和一種DNA連接酶（E?coliDNA連接酶或T4DNA連接酶）。

（注：EcoRI限制酶能識別GAATTC序列，并在G-A之間切割產(chǎn)生黏性末端；AluⅠ限制酶能識別AGCT序列并在G-C之間切割產(chǎn)生平口末端。E?coliDNA連接酶只能將雙鏈DN段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來，不能連接平末端，T4DNA連接酶既可以連接黏性末端，又可以連接平末端，但連接平末端的效率較低。）

從白色紙條的2條DNA鏈上分別找出所選的限制酶所識別的核苷酸序列，畫虛線表示中心軸線的位置，畫箭頭（“”和“”）標(biāo)注酶切位點(diǎn)，用剪刀正確地“切割”DNA，從而獲得目的基因。

用同樣的方法剪切質(zhì)粒（圖2和圖3）。

把白色紙條和紅色紙條上配對的黏性末端或平末端用深色膠帶粘在一起，使目的基因插入質(zhì)粒中，獲得重組DNA（圖4和圖5）。

6 注意事項(xiàng)

選擇一種限制性核酸內(nèi)切酶，一定要正確識別其特定序列，并且在識別的位點(diǎn)“切割”DNA分子。

選擇恰當(dāng)?shù)腄NA連接酶連接DNA分子形成重組DNA分子。圖4所示為先用EcoRI限制酶切割，再用E?coliDNA連接酶連接形成重組質(zhì)粒。圖5為先用AluⅠ限制酶切割后，再用T4DNA連接酶連接形成重組質(zhì)粒。

注意安全使用剪刀。

7 討論與體會(huì)

本模擬操作是一次非常有益的教學(xué)嘗試，它將微觀的過程直觀呈現(xiàn)出來，有利于學(xué)生深入理解基因工程的原理。

7.1 教學(xué)材料的改進(jìn)與準(zhǔn)備

不少教材選用的是兩種顏色（如綠色和粉紅色）的等寬硬紙板，然后讓學(xué)生在硬紙板上依次等距離寫上字母（字母要清晰、工整）。由于學(xué)生用筆所寫的字母根本不可能大小一致，所以堿基要實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)配對就比較難。因此，做出的紙帶也就缺乏科學(xué)性和可行性。為此做如下改進(jìn)：

將“硬紙板”改為“A4紙”，同時(shí)將“綠色和粉紅色”改為“白色和紅色”。因?yàn)橛布埌灞容^難打印，而A4紙打印非常方便。為了節(jié)約起見，含有目的基因的片段采用白色紙油印的方式，質(zhì)粒采用紅色紙打印。

重新設(shè)計(jì)DN段。不少教材中設(shè)計(jì)的DN段只有1個(gè)酶切位點(diǎn)，不能切割出兩端具有黏性末端的DN段，也不能被多種限制酶所識別切割，為此作如下改進(jìn)。教師需要預(yù)先將模擬的DN段放大成小二字號，另外在字母的外側(cè)各加上一條黑線代表DNA分子的基本骨架。用白色A4紙一頁（橫向）打印4條帶有目的基因的DNA分子，用紅色A4紙一頁（縱向）打印6條質(zhì)粒DNA分子（圖6），然后裁成等寬的紙條即可。這樣既可降低實(shí)驗(yàn)操作的難度，也減輕了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。

改進(jìn)工具，將教材中的“透明膠帶”改為“深色的膠帶”，如“藍(lán)色或綠色膠帶”。當(dāng)教師把學(xué)生所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果用實(shí)物投影儀進(jìn)行投影時(shí)，若學(xué)生用“透明膠帶”，所粘貼的位置顯示不出來，學(xué)生所粘貼的位置是否正確也就很難看清楚，教學(xué)效果比較差。改用“藍(lán)色或綠色膠帶”后，投影效果就非常明顯了。

7.2 組織教學(xué)策略

教師可根據(jù)學(xué)生的情況，采用不同的方式實(shí)施上述實(shí)驗(yàn)。如果學(xué)生自學(xué)能力比較強(qiáng)，教師可將該實(shí)驗(yàn)任務(wù)課前交給學(xué)生，然后指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)后，課后合作完成；課上學(xué)生交流匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析模擬操作。如果學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力不是很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)可在學(xué)習(xí)基因工程操作的基本工具時(shí)同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生邊做邊學(xué)。

教師依據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的操作情況，可以提出以下問題供學(xué)生思考與討論：

解釋模型，把制備重組DNA分子的實(shí)際步驟和模擬實(shí)驗(yàn)中的各個(gè)步驟聯(lián)系起來，思考模型中各個(gè)術(shù)語所對應(yīng)的步驟或物體，完成表1。

用剪刀剪切目的基因和用限制性核酸內(nèi)切酶剪切有什么區(qū)別？（限制性核酸內(nèi)切酶能自己識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每條鏈定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。而模擬實(shí)驗(yàn)中的剪刀除了模擬剪切磷酸二酯鍵外，還剪切了DNA雙鏈堿基之間的氫鍵。）

在實(shí)驗(yàn)中，你所用的限制酶和DNA連接酶分別是什么？切割兩種DNA分子你使用了同一種限制性核酸內(nèi)切酶嗎？為什么？（學(xué)生根據(jù)所選擇的限制酶和DNA連接酶的實(shí)際情況填寫。切割兩種DNA分子需要使用同一種限制性核酸內(nèi)切酶，因?yàn)槭褂猛环N限制性內(nèi)切酶產(chǎn)生同樣的黏性末端，才能連接成重組DNA分子。）

DNA連接酶的作用是什么？檢查你所制作的重組DNA，DNA連接酶的作用是否表示正確？（DNA連接酶的作用是恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。檢查模型中DNA連接酶的作用是否表示正確，主要是要看膠帶粘貼的位置。）

7.3 實(shí)驗(yàn)評價(jià)

本實(shí)驗(yàn)注重實(shí)驗(yàn)操作過程的評價(jià)，小組之間可以相互比較，也可利用投影展示各組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從以下幾方面進(jìn)行評價(jià)。

7.3.1 是否正確“識別”特定的核苷酸序列

根據(jù)所選的限制性核酸內(nèi)切酶的特點(diǎn)，在含有目的基因的片段和質(zhì)粒上找出其特定的核苷酸序列，畫虛線表示中心軸線的位置，畫箭頭（“”和“”）標(biāo)注酶切位點(diǎn)。

7.3.2 是否完成對目的基因和質(zhì)粒的“切割”

用剪刀正確地“切割”DNA，從而獲得目的基因和質(zhì)粒片段。

7.3.3 是否進(jìn)行正確的“拼接”

檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果，主要看膠帶粘貼的位置，判斷DNA連接酶的作用是否表示正確。

為了檢驗(yàn)這一模擬實(shí)驗(yàn)的效果，可用兩個(gè)同等程度的班級進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，然后用同樣的習(xí)題進(jìn)行后測，比較實(shí)驗(yàn)班與對照班的正確率。

實(shí)踐證明，采用模擬實(shí)驗(yàn)的班級，對基因工程中限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的作用理解得更為深入，學(xué)習(xí)效果更好。

參考文獻(xiàn)：

基因工程技術(shù)的基本原理范文第4篇

Abstract： Polymerase chain reaction and denaturing gel gradient electrophoresis method （hereafter abbreviated as PCR-DGGE） is getting a larger range of application. China has a slow start in this field but it is still gradually taken seriously and researched and applied by people. This paper analyzes the application and prospect of this in the field of environmental engineering.

關(guān)鍵詞： 環(huán)境工程；DGGE技術(shù)；污水處理

Key words： environmental engineering；DGGE technique；sewage treatment

中圖分類號：X32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）03-0100-02

0 引言

基因工程是現(xiàn)代生物技術(shù)最為核心的內(nèi)容，屬于DNA的重新組合技術(shù)，也被稱為遺傳工程。該技術(shù)自問世以來已經(jīng)在諸多領(lǐng)域被廣泛研究和應(yīng)用，這其中就涉及到環(huán)境工程。技術(shù)核心原理是一系列的DNA重組、拼接，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)是在研究對象的細(xì)胞之外進(jìn)行的。其目的是通過人為干涉來改變基因的組成。合理的使用該技術(shù)，能產(chǎn)生原有物質(zhì)本身不具備的特性；產(chǎn)生新的物種；合成能力更加強(qiáng)大?；蚬こ碳夹g(shù)已經(jīng)在環(huán)境項(xiàng)目中得到較好的應(yīng)用，取得了相應(yīng)的成果。

1 DGGE實(shí)現(xiàn)的基本原理

DNA指紋技術(shù)就是變性梯度凝膠電泳技術(shù)。屬于眾多的多態(tài)性分析技術(shù)中的一種。研究對象的DNA使用具有化學(xué)變性劑梯度的聚丙烯酰胺凝膠進(jìn)行電泳，所使用的凝膠能有針對性的解鏈PCR的擴(kuò)增產(chǎn)物。由于DNA雖然長度相同，在堿基序列上卻存在很大的差異。在DNA進(jìn)行電泳時(shí)，雙鏈的解鏈所需要的變性劑濃度不同。在相應(yīng)的變性劑濃度下序列不同的DN段發(fā)生變性，產(chǎn)生其空間構(gòu)型上的變化。雙鏈DNA在開始的時(shí)候會(huì)以線狀移向正極，當(dāng)變性劑濃度逐漸增加后，G+C含量低含量的序列的部分會(huì)逐漸被打開，G+C高含量的部分仍然是雙鏈狀態(tài)。一旦DNA的雙鏈解鏈后，其分子端部的叉狀、中間的環(huán)形會(huì)發(fā)生部分熔化。此時(shí)，點(diǎn)用速度在聚丙烯酰胺凝膠中將會(huì)急速降低甚至停留在相對應(yīng)的變性計(jì)對應(yīng)的位置。經(jīng)過染色之后以分開的條帶形式呈現(xiàn)于凝膠之上。以上步驟可實(shí)現(xiàn)同長但有序列差異的DAN分子有效分開，形成變性的梯度主要用尿素和甲酰胺。

2 DGGE技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

PCR-DGGE技術(shù)能有效的避開傳統(tǒng)微生物技術(shù)的局限性。當(dāng)DGGE技術(shù)進(jìn)入環(huán)境工程的微生物生態(tài)領(lǐng)域之后，這種新生技術(shù)很快變?yōu)檠芯课⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)最主要的技術(shù)手段之一。在活性污泥與生物膜等生物處理系統(tǒng)中，微生物具有多樣性。在進(jìn)行相關(guān)的檢測、微生物鑒定以及種群演替研究的時(shí)候，DGGE技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。

2.1 污水生物處理中的應(yīng)用方法 污水微生物群在CR-DGGE技術(shù)改變下與既有技術(shù)有很大差異，在這個(gè)過程中研究人員有了新的認(rèn)識。

污水中的好氧細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能在溫度升高時(shí)會(huì)發(fā)生很大變化。運(yùn)用DGGE技術(shù)我們可以分析出，不同溫度環(huán)境會(huì)存在不同的細(xì)菌群落。

在同等的工作環(huán)境下，使用PCR-DGGE技術(shù)，跟蹤分使用低溫菌、常溫菌分別接種的兩套活性污泥系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)行及時(shí)動(dòng)態(tài)觀察。在相同工藝條件下，對低溫菌群與常溫菌群進(jìn)行相同的操作，結(jié)果是：產(chǎn)生的微生物群結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的相似性。隨著時(shí)間的推移，這兩類菌群在結(jié)構(gòu)上的相似度越來越強(qiáng)。

去除污水中的氨和氮主要使用硝化方法。在這種硝化作用過程中氨氧化細(xì)菌負(fù)責(zé)將氨氧成亞硝酸鹽。這種實(shí)現(xiàn)亞硝化作用過程是硝化過程中重要的步驟。所使用的氨氧化細(xì)菌具有生長速度低、相對生物種群較少的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的細(xì)菌分離、培養(yǎng)、分析方法，會(huì)消耗工作人員大量的時(shí)間。采用PCR擴(kuò)增16SrDNA、功能基因并且隨機(jī)克隆測序等相關(guān)技術(shù)手段。在高濃度氨氮廢水處理系統(tǒng)的不同時(shí)間，分析并且處理活性污泥樣品、氨氧化細(xì)菌的種類和氨單加氧酶的活性。御用PCR-DGGE相結(jié)合的技術(shù)，針對樣品將總細(xì)菌群進(jìn)行差異性研究。實(shí)驗(yàn)證明，PCR-DGGE技術(shù)可以使我們更為深入、全面的了解氨氧化細(xì)菌的類群及其相關(guān)功能。

應(yīng)用PCR-DGGE工藝對城市污水處理與完全混合的傳統(tǒng)式處理工藝進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)對比。在同一反應(yīng)器的不同位置，微生物群的分布、不同工況下的微生物種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)的分析、研究。研究表明，這兩種污水處理工藝中的微生物種群都具有很強(qiáng)的多樣性，區(qū)別是：兩者種群的結(jié)構(gòu)差異巨大。

采用生物滴濾反應(yīng)器與生物濾池處理相同的污水，然后采用PCR-DGGE研究不同反應(yīng)器或反應(yīng)器的不同位置中氨氧化細(xì)菌菌群的組成。種群對反應(yīng)器的形式或者位置的差異沒有任何依賴性，不會(huì)隨這些因素變化而變化。

2.2 PCR-DGGE技術(shù)在廢氣生物處理中的應(yīng)用 生物濾池與生物濾塔是處理臭味、異味行之有效的好辦法，這種生物過濾技術(shù)可以對惡臭與揮發(fā)性油劑廢氣體很好的遏制，從而該技術(shù)能夠很快的推廣。

在除臭生物濾池中較強(qiáng)酸性與中性兩種不同運(yùn)行環(huán)境下，運(yùn)用PCR-DGGE技術(shù)研究，可以發(fā)現(xiàn)：微生物種群的多樣性與生物種群結(jié)構(gòu)上發(fā)生的改變。利用擴(kuò)增細(xì)菌16SrRNA基因的V3可變區(qū)，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)分析濾池內(nèi)的種群變化。回收有研究意義的DN段，與PCR測序、T載體克隆測序有效的結(jié)合。最終確定眾多種群中的優(yōu)勢菌群。微生物對強(qiáng)酸性環(huán)境有很大影響；中性條件下的微生物種群更為豐富。此外，濾池的層次上的差異，也導(dǎo)致了種群空間分布的差異性。實(shí)驗(yàn)證明，除臭過程中硫氧化細(xì)菌占有相對明顯的優(yōu)勢。

影響生物濾塔處理效率以及反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素是塔中的微生物種群的結(jié)構(gòu)，以及微生物的多樣性。我們可以采用DGGE技術(shù)，對處理含氨廢氣的生物濾塔中的微生物進(jìn)行多樣性研究。隨時(shí)間的推移，對反應(yīng)器不同填料、不同時(shí)期微生物多樣性比對研究。證明：微生物的多樣性與反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的長短有直接關(guān)系，隨著時(shí)間的不斷延長其多樣性會(huì)有所降低；將填料方法進(jìn)行對比可知：如果是堆肥填料，其微生物多樣性更為豐富，反應(yīng)器也能達(dá)到很好的效果。

2.3 PCR-DGGE技術(shù)在污泥生物處理中的應(yīng)用 污泥的穩(wěn)定化在污泥處理過程中是一個(gè)相當(dāng)重要的過程。在此過程當(dāng)中，微生物的穩(wěn)定對于整個(gè)污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定起到了至關(guān)重要的作用。專家們采用DGGE指紋圖譜技術(shù)，研究污泥堆肥工藝中的細(xì)菌種群動(dòng)態(tài)變化和種群的多樣性。研究證明：生物法污泥堆肥時(shí)間不大于8d。采用DGGE指紋圖譜與相似性系數(shù)Cs值對污泥堆肥各工藝環(huán)節(jié)樣品進(jìn)行相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)時(shí)間的持續(xù)，導(dǎo)致了微生態(tài)結(jié)構(gòu)的Cs值逐漸增高。這說明：微生物種群結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。污泥微生態(tài)種群可以迅速進(jìn)行選擇，進(jìn)而調(diào)整內(nèi)部細(xì)菌種群數(shù)量和結(jié)構(gòu)。

采用PCR-DGGE技術(shù)，可以科學(xué)、直觀的研究出環(huán)境中細(xì)菌群落及多樣性。我們需要避開DGGE技術(shù)的先天缺陷，這就需要我們的科研工作人員，在該領(lǐng)域繼續(xù)加大研究力度，為環(huán)境工程做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王超，曾玉香.環(huán)境影響評價(jià)中公眾參與的問題和對策探討[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010.

基因工程技術(shù)的基本原理范文第5篇

城市景觀與園林景觀設(shè)計(jì)的關(guān)系

城市景觀形象視覺設(shè)計(jì)是繼城市設(shè)計(jì)之后又一個(gè)學(xué)科交叉的專業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。作為眾多學(xué)科共同研究創(chuàng)造的人類城市文明，只有通過人類的感知和認(rèn)同才能獲得存在的意義。如前文所述，在人們的感知活動(dòng)中，85％的信息來源于視覺的感知活動(dòng)。無疑從視覺規(guī)律入手，探尋城市景觀形象的設(shè)計(jì)方法是科學(xué)的。城市景觀形象觀察設(shè)計(jì)意在對城市景觀空間形象進(jìn)行藝術(shù)整合，以確立一定的視覺秩序，建立良好的空間視覺環(huán)境，反映城市的地域精神、文化內(nèi)涵和美學(xué)取向；重視觀察環(huán)境對人的行為和心理的影響，把握四維的運(yùn)動(dòng)觀覺規(guī)律，創(chuàng)造舒適宜人的人性場所。城市景觀形象視覺設(shè)計(jì)的研究范圍與城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、園林景觀設(shè)計(jì)及城市設(shè)計(jì)有著眾多交叉的領(lǐng)域，它包涵了城市中一切可見的空間、景物、形象和事件，作為一種綜合空間視覺藝術(shù)，與上述學(xué)科相比，其設(shè)計(jì)要素更為多樣寬泛，設(shè)計(jì)手段更加靈活，許多獨(dú)立于傳統(tǒng)空間、建筑、園林景觀設(shè)計(jì)要素外的附屬物如廣告、傳媒、市政設(shè)施等均屬其列。此外，城市景觀形象視覺設(shè)計(jì)通過與園林景觀設(shè)計(jì)的交又，將城市硬質(zhì)景觀與綠地景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合，構(gòu)成了完整的城市生態(tài)景觀設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

城市景觀中存在的問題

生態(tài)應(yīng)用技術(shù)、基因工程技術(shù)、近自然群落的模擬技術(shù)在植物造景研究中沒有得到充分應(yīng)用。研究基礎(chǔ)相對薄弱，地帶性植物群落及生態(tài)系統(tǒng)研究基礎(chǔ)仍顯不足。如邊際效應(yīng)在群落演替、生物生產(chǎn)力、生物多樣性、生物量等方面的表現(xiàn)；干擾對群落組成、結(jié)構(gòu)及群落演替或穩(wěn)定性以及物質(zhì)遷移（養(yǎng)分、水分）的影響等，這使得景觀格局或結(jié)構(gòu)指標(biāo)的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)意義不夠明確，以致在植物造景研究中無法闡明植物個(gè)體、景觀結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，使研究工作的進(jìn)一步深化受到限制。研究方法尚待完善和普及，還沒有一套能夠反映城市區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)特征，并與景觀相聯(lián)系的景觀分析指標(biāo)和分析方法，使植物造景與綠地景觀結(jié)構(gòu)、功能密切聯(lián)系的概念仍未被園林界所接受，也沒有得到生態(tài)學(xué)家的普遍認(rèn)同。植物造景研究案例和成果有限。盡管一些研究人員將自己的研究領(lǐng)域與植物造景聯(lián)系起來，也不乏應(yīng)用植物造景基本原理和概念理解和闡述自己研究成果的工作。但以城市綠地整體景觀為對象，應(yīng)用植物造景與景觀生態(tài)學(xué)原理和方法所做的實(shí)際工作的報(bào)道很有限。這與研究手段跟不上、長期資料不足、巨額經(jīng)費(fèi)不能負(fù)擔(dān)等有關(guān)。與森林群落或森林生態(tài)系統(tǒng)研究相比，這幾方面的困難在客觀上制約了研究工作的普遍開展，從而導(dǎo)致植物造景研究中仍存在許多空白點(diǎn)。綠地景觀生態(tài)模型與植物群落模擬研究有待加強(qiáng)。由于基礎(chǔ)研究不足，綠地景觀生態(tài)建模困難，模型預(yù)測能力不強(qiáng)，可靠性差，對綠地景觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化、植物群落結(jié)構(gòu)模擬缺乏探索，在闡述景觀結(jié)構(gòu)與功能的變化、揭示景觀過程與群落生態(tài)過程之間的關(guān)系方面，仍顯蒼白無力。為指導(dǎo)綠地景觀生態(tài)與植物造景，為城市園林綠化管理提供更充分的理論依據(jù)，仍需要開展大量研究工作，不僅在研究深度上需要做更大的努力，在研究的廣度上也需要更多的推動(dòng)。