1、细胞学说的建立与发展细胞学说的建立与发展1665年年1838年年1839年年1858年年1665年年 1665年年,英国科学家胡克用自己设英国科学家胡克用自己设计与制造的的简易显微镜观察栎树软计与制造的的简易显微镜观察栎树软木塞切片时，发现其中有许多小室，木塞切片时，发现其中有许多小室，他把这些小室称为细胞，实际上胡克他把这些小室称为细胞，实际上胡克当时看到的是细胞壁。这是人类发现当时看到的是细胞壁。这是人类发现细胞的第一步。细胞的第一步。 1674年荷兰学者用设计较好的显微年荷兰学者用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞和原生镜观察了许多动植物的活细胞和原生动物，在观察鱼的红细胞时描述了
2、细动物，在观察鱼的红细胞时描述了细胞核的结构。胞核的结构。1838年年 1838年，德国植物学家施莱登使用年，德国植物学家施莱登使用分辨率达分辨率达1m的显微镜，观察了大量的显微镜，观察了大量的植物组织后提出：的植物组织后提出：“植物，不论发植物，不论发展到多么高级，都是由充分个体化的、展到多么高级，都是由充分个体化的、各自独立的、分离的物体组成的聚合各自独立的、分离的物体组成的聚合物，这些物体就是细胞。物，这些物体就是细胞。” 1839年，德国动物学家施旺通过对年，德国动物学家施旺通过对鱼、蛙、猪、等多种多细胞的系统观察鱼、蛙、猪、等多种多细胞的系统观察后提出：后提出：“细胞是有机体，整个动
3、物和细胞是有机体，整个动物和植物都是细胞的集合体，它们依照一定植物都是细胞的集合体，它们依照一定的规律排列在动植物体内。的规律排列在动植物体内。”1839年年 1858年，德国医生和病理学家魏尔年，德国医生和病理学家魏尔肖指出：肖指出：“细胞只能来自细胞，细胞是细胞只能来自细胞，细胞是一个相对独立的生命活动的基本单位。一个相对独立的生命活动的基本单位。这被认为是对细胞学说的重要补充。这被认为是对细胞学说的重要补充。”1858年年 1861年，舒尔茨提出了原生质理论，认年，舒尔茨提出了原生质理论，认为有机体的组织单位是一小团原生质，这种为有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般有机体中是相
4、似的。物质在一般有机体中是相似的。 1883年，年，Ven Beneden 发现动物细胞的发现动物细胞的减数分裂。随着显微镜原理和装置的重大发减数分裂。随着显微镜原理和装置的重大发展，各种细胞器被相继发现。展，各种细胞器被相继发现。 此后，实验细胞学和细胞学的分支等得此后，实验细胞学和细胞学的分支等得到了快速发展。到了快速发展。显微镜的发明显微镜的发明发现的各种细胞发现的各种细胞雨水中的微生物雨水中的微生物列文列文虎克虎克自制的显微镜自制的显微镜（300300）普通光学显微镜的构造普通光学显微镜的构造目镜目镜粗准焦螺旋粗准焦螺旋 镜筒镜筒细准焦螺旋细准焦螺旋转换器转换器物镜物镜镜臂镜臂聚光器聚
5、光器反光镜反光镜镜座镜座电子显微镜的发明电子显微镜的发明电子显微镜下的蚊子电子显微镜下的蚊子最早的电子显微镜最早的电子显微镜高电压下电子流波长很短高电压下电子流波长很短（10 0000 10 0000 ）卢斯卡卢斯卡（Ernst RuskaErnst Ruska）20C30s20C30s常用的电子显微镜透射电子显微镜常用的电子显微镜常用的电子显微镜扫描电子显微镜扫描电子显微镜大肠杆菌大肠杆菌其他显微镜其他显微镜1 1）荧光显微镜）荧光显微镜 尼康尼康E800E800荧光荧光DICDIC显微镜显微镜 荧光显微镜照片（微管呈绿色、微丝红色、核蓝色）荧光显微镜照片（微管呈绿色、微丝红色、核蓝色） 其
6、他显微镜其他显微镜2 2）激光共聚焦扫描显微镜）激光共聚焦扫描显微镜其他显微镜其他显微镜3 3）相差显微镜）相差显微镜草履虫相差显微图草履虫相差显微图肉毒梭菌相差显微图肉毒梭菌相差显微图其他显微镜其他显微镜4 4）暗野显微镜）暗野显微镜梅毒螺旋体暗视野显微图团藻和水绵暗视野显微图原理图原理图原理原理可观察到的范围可观察到的范围查看查看 生物体的器官组织结构生物体的器官组织结构或生物细胞的内部构造或生物细胞的内部构造 透射电子显微镜透射电子显微镜 电子穿透薄切片，然后经电磁电子穿透薄切片，然后经电磁“透透镜镜”放大放大细胞内部的超微结构细胞内部的超微结构扫描电子显微镜扫描电子显微镜 电子射到样品
7、表面发射出更多的二电子射到样品表面发射出更多的二次电子，放大次电子，放大样品的表面形态样品的表面形态荧光显微镜荧光显微镜 落射式光源通过物镜投射于样品上，落射式光源通过物镜投射于样品上，经紫外线照射发出荧光经紫外线照射发出荧光 细胞中的某些物质细胞中的某些物质（叶绿素、微管等）（叶绿素、微管等）激光共聚焦扫描显微激光共聚焦扫描显微镜镜 用激光作扫描光源，逐点、逐行、用激光作扫描光源，逐点、逐行、逐面快速扫描成像逐面快速扫描成像 ，扫描的激光与荧光收，扫描的激光与荧光收集共用一个物镜，物镜的焦点即扫描激光的集共用一个物镜，物镜的焦点即扫描激光的聚焦点聚焦点 1. 1.观察细胞形态观察细胞形态 2
8、.2.细胞内生化成分的定量分细胞内生化成分的定量分析、光密度统计以及细胞形态的析、光密度统计以及细胞形态的测量测量 相差显微镜相差显微镜 把透过标本的可见光的光程差变成把透过标本的可见光的光程差变成振幅差，从而提高了各种结构间的对比度，振幅差，从而提高了各种结构间的对比度，使各种结构变得清晰可见使各种结构变得清晰可见 未经染色的标本和活细胞未经染色的标本和活细胞暗视野显微镜暗视野显微镜 聚光镜中央的挡光片使照明光线不聚光镜中央的挡光片使照明光线不直接进人物镜，只允许被标本反射和衍射的直接进人物镜，只允许被标本反射和衍射的光线进入物镜成像光线进入物镜成像小至小至 4200nm4200nm的微粒子
9、的微粒子 第四章第四章 环境污染治理基因工程技术环境污染治理基因工程技术4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学4.2 细胞融合技术与环境污染治理细胞融合技术与环境污染治理4.3 基因工程与环境污染治理基因工程与环境污染治理4.4 基因工程技术的安全性问题基因工程技术的安全性问题4.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础1. 遗传学说的遗传学说的3大理论发现大理论发现（1）20世纪世纪40年代发现了生物的主要遗传物质是年代发现了生物的主要遗传物质是DNADNA由四种核苷酸由四种核苷酸ATGC组成，世界上有组成，世界上有150万种生
10、物，即有万种生物，即有150万种万种DNA分子。物种的物征或遗传信息就贮存在分子。物种的物征或遗传信息就贮存在DNA的线的线性分子中。性分子中。证证 据据 1. 肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验(R型菌转化为型菌转化为S型菌的转化因子型菌的转化因子是是S菌的菌的DNA.)2. 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验(噬菌体的噬菌体的DNA在遗传中起遗传在遗传中起遗传物质作用物质作用,DNA是遗传物质是遗传物质.)4.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础1. 遗传学说的遗传学说的3大理论发现大理论发现（2）20世纪世纪50年代证
11、明了年代证明了DNA的双螺旋结构的双螺旋结构A=T G = C由一条链的顺序可决定另一条链的顺序由一条链的顺序可决定另一条链的顺序4.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础1. 遗传学说的遗传学说的3大理论发现大理论发现（3）20世纪世纪60年代确定了遗传信息的传递方式年代确定了遗传信息的传递方式DNA调节基因转录翻译阻遏物RNA聚合酶无法结合启动子活化阻遏物启动子 操纵子结构基因启动子 操纵子RNA聚合酶结合启动子诱导物解遏物RNA聚合酶翻译结构基因-半乳糖苷酶 运转蛋白质转乙酰酶翻译遗传信息以密遗传信息以密码方式传递，码方式传递，每每
12、3个核苷酸个核苷酸组成组成1个密码个密码子，代表子，代表1个个氨基酸。氨基酸。(1)是是:(2)是是:(3)是是:(4)是是:转录转录DNA复制复制翻译翻译逆转录逆转录 中心法则中心法则4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础1. 遗传学说的遗传学说的3大理论发现大理论发现（3）20世纪世纪60年代确定了遗传信息的传递方式年代确定了遗传信息的传递方式4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础转录转录 (transcription)是以是以DNA中的一条单链为模板，中的一条单链为模板，游离碱基为原料
13、，在游离碱基为原料，在DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化下聚合酶催化下合成合成RNA链的过程。链的过程。mRNA, tRNA, rRNA mRNA: 携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的RNA tRNA: 是具有携带并转运氨基酸功能的是具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸。一类小分子核糖核酸。 一种一种tRNA只能携带一种氨基酸，但一种氨基酸可被不止一种只能携带一种氨基酸，但一种氨基酸可被不止一种tRNA携带携带rRNA:与蛋白质结合而形成核糖体，是与蛋白质结合而形成核糖体，是mRNA的支架，使的支架，使mRNA 分子在其上展开，实现蛋白质的合成
14、分子在其上展开，实现蛋白质的合成 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础翻译：翻译：以以mRNA为模板为模板,以以tRNA为运载氨基酸工具为运载氨基酸工具,合成合成有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程.逆转录逆转录：以以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程，是的过程，是RNA病毒病毒的复制形式，需逆转录酶的催化。其过程先以的复制形式，需逆转录酶的催化。其过程先以RNA为为模板，合成模板，合成RNA/DNA杂化双链，然后水解杂化双链，然后水解RNA链，再链，再以剩下的以剩下的DNA单链为模板合成单链为模板合成DNA双链
15、。双链。 4.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础2. DNA的分子结构的分子结构 富兰克林富兰克林1920年生于伦敦，年生于伦敦，15岁就岁就立志要当科学家，但父亲并不支持她立志要当科学家，但父亲并不支持她这样做。她早年毕业于剑桥大学，专这样做。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。业是物理化学。1945年，当获得博士年，当获得博士学位之后，她前往法国学位之后，她前往法国学习学习X射线衍射线衍射技术射技术。她深受法国同事的喜爱，有。她深受法国同事的喜爱，有人评价她人评价她 “从来没有见到法语讲的从来没有见到法语讲的这么好的外国人这么好
16、的外国人”。1951年，她回到年，她回到英国，在伦敦大学国王学院取得了一英国，在伦敦大学国王学院取得了一个职位个职位 。p在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA）可）可能是遗传物质，但是对于能是遗传物质，但是对于DNA的结构，以及它如何在的结构，以及它如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。p就在这时，富兰克林加入了研究就在这时，富兰克林加入了研究DNA结构的行列结构的行列在相当不友善的环境下。她负责起实验室的在相当不友善的环境下。她负责起实验室的DNA项目项目时，有好几个月没有人干活。同事威尔金斯不喜欢她时，有
17、好几个月没有人干活。同事威尔金斯不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研究上却又离不开她。进入自己的研究领域，但他在研究上却又离不开她。他把她看作搞技术的副手，她却认为自己与他地位同他把她看作搞技术的副手，她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到几乎不讲话。在那时的科学界，等，两人的私交恶劣到几乎不讲话。在那时的科学界，对女科学家的歧视处处存在，女性甚至不被准许在大对女科学家的歧视处处存在，女性甚至不被准许在大学的高级休息室里用午餐。她们无形中被排除在科学学的高级休息室里用午餐。她们无形中被排除在科学家间的联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动家间的联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、
18、交换新理念、触发灵感极为重要。态、交换新理念、触发灵感极为重要。 富兰克林在法国学习的富兰克林在法国学习的X射线衍射技术在研究中射线衍射技术在研究中派上了用场。派上了用场。 X射线是波长非常短的电磁波。医生通射线是波长非常短的电磁波。医生通常用它来透视，而物理学家用它来分析晶体的结构。常用它来透视，而物理学家用它来分析晶体的结构。当当X射线穿过晶体之后，会形成衍射图样射线穿过晶体之后，会形成衍射图样一种特一种特定的明暗交替的图形。不同的晶体产生不同的衍射图定的明暗交替的图形。不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析这种图形人们就样，仔细分析这种图形人们就能知道组成晶体的原子是如何能知道组成晶体的
19、原子是如何排列的。富兰克林精于此道，排列的。富兰克林精于此道，她成功的拍摄了她成功的拍摄了DNA晶体的晶体的X射线衍射照片。射线衍射照片。富兰克林拍摄的DNA晶体的X射线衍射照片，这张照片正是发现DNA结构的关键 此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行DNA结构的研结构的研究，威尔金斯在富兰克林不知情的情况下给他们看了那张究，威尔金斯在富兰克林不知情的情况下给他们看了那张照片。根据照片，他们很快就领悟到了照片。根据照片，他们很快就领悟到了DNA的结构的结构现在已经成为了一个众所周知的事实现在已经成为了一个众所周知的事实两条以磷酸为骨两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成
20、了双螺旋结构，氢键把它们连结在一架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们连结在一起。起。 当沃森等人的论文发表的时候，富兰克林已经离开了当沃森等人的论文发表的时候，富兰克林已经离开了国王学院，威尔金斯似乎很庆幸这个不讨他喜欢的伙伴的国王学院，威尔金斯似乎很庆幸这个不讨他喜欢的伙伴的离去。然而富兰克林的贡献是毋庸置疑的：离去。然而富兰克林的贡献是毋庸置疑的：她分辨出了她分辨出了DNA的两种构型，并成功的拍摄了它的的两种构型，并成功的拍摄了它的X射线衍射照片射线衍射照片。沃森和克里克未经她的许可使用了这张照片，但她不以为沃森和克里克未经她的许可使用了这张照片，但她不以为忤，反而为他们的发现感到高
21、兴，还在忤，反而为他们的发现感到高兴，还在自然自然杂志上发杂志上发表了一篇证实表了一篇证实DNA双螺旋结构的文章。双螺旋结构的文章。 这个故事的结局有些伤感。当这个故事的结局有些伤感。当1962年沃森、克里克年沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔生理学或医学奖的时候，富兰克和威尔金斯获得诺贝尔生理学或医学奖的时候，富兰克林已经在林已经在4年前因为卵巢癌而去世。按照惯例，诺贝尔奖年前因为卵巢癌而去世。按照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外，同一奖项至多只能由不授予已经去世的人。此外，同一奖项至多只能由3个人个人分享，假如富兰克林活着，她会得奖吗？性别差异是否分享，假如富兰克林活着，她会得奖吗？性
22、别差异是否会成为公平竞争的障碍？后人为了这个永远不能有答案会成为公平竞争的障碍？后人为了这个永远不能有答案的问题进行过许多猜测与争论。今天，科技界对富兰克的问题进行过许多猜测与争论。今天，科技界对富兰克林的工作给予很高评价，对威尔金斯是否有资格分享发林的工作给予很高评价，对威尔金斯是否有资格分享发现现DNA双螺旋结构的殊荣存在很大争论。双螺旋结构的殊荣存在很大争论。 与没有获得诺贝尔奖相比，富兰克林的与没有获得诺贝尔奖相比，富兰克林的早逝更加令人惋惜。她是一位才华横溢早逝更加令人惋惜。她是一位才华横溢的女科学家，然而知道她和她的贡献的的女科学家，然而知道她和她的贡献的人寥寥无几。沃森在人寥寥无
23、几。沃森在双螺旋双螺旋一书中一书中甚至公开诋毁富兰克林的形象与功绩，甚至公开诋毁富兰克林的形象与功绩，歪曲她与威尔金斯之间的恩怨。许多关歪曲她与威尔金斯之间的恩怨。许多关于双螺旋的书籍和文章根本不提及富兰于双螺旋的书籍和文章根本不提及富兰克林，尽管克里克在很多年后承认克林，尽管克里克在很多年后承认“她她离真相已经只有两步离真相已经只有两步”。她是这倾斜的。她是这倾斜的世界中女科学家命运的代表。世界中女科学家命运的代表。声誉逐渐得到公认声誉逐渐得到公认 去年去年2月，英国为了纪念她对发现月，英国为了纪念她对发现DNA结构的贡献而设立结构的贡献而设立了一个奖章。据报道，英国贸易与工业大臣帕特里厦了
24、一个奖章。据报道，英国贸易与工业大臣帕特里厦休伊特休伊特在一次关于女性与科研工作的讲话中说，她将通过英国皇家在一次关于女性与科研工作的讲话中说，她将通过英国皇家学会设立学会设立“富兰克林奖章富兰克林奖章”，奖励像罗莎琳德，奖励像罗莎琳德富兰克林那样富兰克林那样在科研领域做出重大创新的科学家。这一奖项每年评选一次，在科研领域做出重大创新的科学家。这一奖项每年评选一次，获奖者可以得到获奖者可以得到3万英镑的奖金。休伊特说，男性和女性科学万英镑的奖金。休伊特说，男性和女性科学家都可以角逐富兰克林奖章，但她希望该奖项能够重点起到家都可以角逐富兰克林奖章，但她希望该奖项能够重点起到提升女性在科研领域的形
25、象的作用。提升女性在科研领域的形象的作用。 历史上对于女科学家的歧视并不仅有这一个例子。历史上对于女科学家的歧视并不仅有这一个例子。1967年，苏珊年，苏珊贝尔和她在剑桥大学的导师休伊什共同发现了脉冲贝尔和她在剑桥大学的导师休伊什共同发现了脉冲星，但是星，但是1974年的诺贝尔物理学奖只发给了休伊什。迄今只年的诺贝尔物理学奖只发给了休伊什。迄今只有有10位女性获得了科学方面的诺贝尔奖，科学界对女科学家位女性获得了科学方面的诺贝尔奖，科学界对女科学家的歧视依然存在，种种社会原因使许多有科学才能的女性缺的歧视依然存在，种种社会原因使许多有科学才能的女性缺少发挥其专长的机会。少发挥其专长的机会。 4
26、.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础2. DNA的分子结构的分子结构（1）组成元素：）组成元素：C、H、O、N、P（2）基本单位：脱氧核苷酸）基本单位：脱氧核苷酸DNA的结构层次的结构层次磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）A G C T4.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础2. DNA的分子结构的分子结构脱氧核苷酸的种类脱氧核苷酸的种类AGCT4.1 4.1 细胞学说与分
27、子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础2. DNA的分子结构的分子结构问题：问题：DNA分子的空间结构有分子的空间结构有哪些特点呢？哪些特点呢？沃森和克里克认为：沃森和克里克认为：DNA分子分子的空间结构是规则的双螺旋结的空间结构是规则的双螺旋结构。构。DNA分子的结构模式图分子的结构模式图4.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础2. DNA的分子结构的分子结构连连 接接 4.1 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础2. DNA的分子结构的分子结构DN
28、A分子分子双螺旋结构的主要特点：双螺旋结构的主要特点：（1）DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式 盘旋成盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧， 构成基本骨架；碱基排列在内侧。构成基本骨架；碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：有一定的规律：A一定与一定与T配对，配对，G一定与一定与C配对。配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基之间的这种一一对应的关
29、系，叫做碱基互补配对碱基互补配对原则。原则。DNA分子结构的主要特点分子结构的主要特点:DNA分子是有分子是有 条链组成，条链组成， 盘旋成盘旋成 结构。结构。 交替连接，排列在外侧，构成基本骨交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；架； 排列在内侧。排列在内侧。碱基通过碱基通过 连接成碱基对，并遵循连接成碱基对，并遵循 原则。原则。反向平行反向平行双螺旋双螺旋脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸碱基对碱基对氢键氢键碱基互补配对碱基互补配对24.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础3. 基因的表达与调控基因的表达与调控具有一定遗传效应的具有一定遗传效应的D
30、NA分子中的特定核苷酸序列称为基因（分子中的特定核苷酸序列称为基因（gene），是），是遗传物质的最小功能单位。遗传物质的最小功能单位。基因基因 gene基因是遗传信息的功能单位。基因是遗传信息的功能单位。基因表达就是将基因所携带的遗传信息释放出来指导生物体性基因表达就是将基因所携带的遗传信息释放出来指导生物体性状表达的过程。状表达的过程。基因表达过程是十分复杂的，具有不同的形式和精确的调控。基因表达过程是十分复杂的，具有不同的形式和精确的调控。4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础3. 基因的表达与调控基因的表达与调控基因通过转录和翻译等过
31、程形成具有特定功能的蛋白质的过程。基因通过转录和翻译等过程形成具有特定功能的蛋白质的过程。基因基因 表达（表达（gene expression）在生物体内，大部分遗传性状都是直接或间接通过蛋白质在生物体内，大部分遗传性状都是直接或间接通过蛋白质表现出来的。表现出来的。 DNA RNA protein 4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础3. 基因的表达与调控基因的表达与调控原核生物基因表达调控原核生物基因表达调控 原核生物主要是在转录水平上调控基因的表达原核生物主要是在转录水平上调控基因的表达关键是控制启动子与基因之间的操纵位点关键是控制启
32、动子与基因之间的操纵位点单细胞的原核生物对环境条件具有高度的适应性，可以迅速单细胞的原核生物对环境条件具有高度的适应性，可以迅速调节各种基因的表达水平，以适应不断变化的环境条件调节各种基因的表达水平，以适应不断变化的环境条件4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础3. 基因的表达与调控基因的表达与调控真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控真核生物有复杂的染色体结构，基因组分散在多个染色体上真核生物有复杂的染色体结构，基因组分散在多个染色体上真核生物基因调控水平多，层次多真核生物基因调控水平多，层次多DNA水平上的调控，转录水平的调控，转录后调
33、控，翻译水平上的调控，水平上的调控，转录水平的调控，转录后调控，翻译水平上的调控，翻译后调控翻译后调控激素与基因调控激素与基因调控基因调控易存在变异失灵现象，产生胚胎发育变异、癌变等基因调控易存在变异失灵现象，产生胚胎发育变异、癌变等4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.2 遗传的分子基础遗传的分子基础4. 基因突变基因突变是产生遗传变异的主要原因之一，是产生遗传变异的主要原因之一，DNA序列的改变称为突变，突变序列产生序列的改变称为突变，突变序列产生后，可通过正常的后，可通过正常的DNA复制和细胞分裂传给子细胞。复制和细胞分裂传给子细胞。突突 变变 点突变：在个别碱基对上
34、发生突变，通常只影响个别基因。点突变：在个别碱基对上发生突变，通常只影响个别基因。大突变：可能涉及整个基因以致多个基因的一长段大突变：可能涉及整个基因以致多个基因的一长段DNA序列的改变序列的改变引起基因突变的物质：物理诱变剂（各种射线），引起基因突变的物质：物理诱变剂（各种射线），化学诱变剂（碱基类似物，嵌入剂，化学修饰剂）化学诱变剂（碱基类似物，嵌入剂，化学修饰剂）4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术1. 自然界生物的基因重组自然界生物的基因重组按照人的意愿，在体外对按照人的意愿，在体外对DNA分子进行重组，再将重组分子导分子进行重组，再将重
35、组分子导入受体细胞，使其在细胞中扩增和繁殖，以获得该入受体细胞，使其在细胞中扩增和繁殖，以获得该DNA分子的分子的大量拷贝，表达相关基因的产物，是进行基因功能研究的基本大量拷贝，表达相关基因的产物，是进行基因功能研究的基本方法。方法。基因重组基因重组同源重组同源重组:两个两个DNA分子之间交换同源序列的重组方式。分子之间交换同源序列的重组方式。非同源重组：非同源非同源重组：非同源DNA片段的交换或拼接。片段的交换或拼接。特殊位点重组特殊位点重组异 常 重 组异 常 重 组4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术1. 自然界生物的基因重组自然界生物的基
36、因重组同源重组同源重组:两个两个DNA分子之间交换同源序列的重组方式。分子之间交换同源序列的重组方式。同源重组过程包括两个同源同源重组过程包括两个同源DNA双螺旋分子的联会、交双螺旋分子的联会、交叉 、 断 裂 重 接叉 、 断 裂 重 接 3 个 步 骤 。个 步 骤 。同源重组可产生各种新的基因同源重组可产生各种新的基因组合，因而使物种得到进化。组合，因而使物种得到进化。4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术1. 自然界生物的基因重组自然界生物的基因重组非同源重组：非同源非同源重组：非同源DNA片段的交换或拼接。片段的交换或拼接。特殊位点重组特
37、殊位点重组具有一段相同的特殊序列的两个非同源具有一段相同的特殊序列的两个非同源DNA分子分子之间的片段交换。之间的片段交换。异 常 重 组异 常 重 组DNA分子不需要同源序列或特殊相同序列的重组分子不需要同源序列或特殊相同序列的重组4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术技技 术术 流流 程程DNA 分子的切割分子的切割DNA分子的连接分子的连接DNA 片段的分离片段的分离DNA 序列的检测序列的检测DNA 序列的扩增序列的扩增4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DN
38、A重组技术重组技术DNA分子的加工与工具酶分子的加工与工具酶工具酶：工具酶：DNADNA重组技术，需要利用一些酶在体外对重组技术，需要利用一些酶在体外对DNADNA进行切割、连进行切割、连接等基因操作，这些酶常被称为工具酶。接等基因操作，这些酶常被称为工具酶。限制性核酸内切酶，限制性核酸内切酶，DNA连接酶，逆转录酶，连接酶，逆转录酶，DNA聚合酶聚合酶，碱性磷酸酶，末端转移酶，碱性磷酸酶，末端转移酶，Taq DNA聚合酶聚合酶4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA分子的加工与工具酶分子的加工与工具酶（1 1）限制
39、性内切酶）限制性内切酶l是是DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具l能识别和切割双链能识别和切割双链DNADNA分子特异序列的核酸水解酶分子特异序列的核酸水解酶l在细菌体内与相伴存在的修饰酶（甲基化酶）共同构成细菌的在细菌体内与相伴存在的修饰酶（甲基化酶）共同构成细菌的限制修饰体系，起限制外来限制修饰体系，起限制外来DNADNA、保护自身、保护自身DNADNA的作用的作用l可分为可分为I I型、型、IIII型、型、IIIIII型型4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA分子的加工与工具酶分子的加工与工具酶（
40、2 2）修饰酶）修饰酶l如甲基化酶，分子克隆的重要工具酶如甲基化酶，分子克隆的重要工具酶l许多细菌有限制修饰系统许多细菌有限制修饰系统l限制（降解）外来限制（降解）外来DNADNA，并通过对自身，并通过对自身DNADNA的修饰而起保护作用的修饰而起保护作用4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA分子的加工与工具酶分子的加工与工具酶（3 3）连接酶）连接酶l 作用于双链作用于双链DNADNA分子而不能将二个单链分子而不能将二个单链DNADNA分子连接分子连接l DNADNA连接酶是重要的基因重组的工具酶连接酶是重要的基
41、因重组的工具酶l DNADNA重组技术常用重组技术常用T4T4噬菌体噬菌体DNADNA连接酶连接酶4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA片段的分离片段的分离凝胶电泳技术凝胶电泳技术4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA的检测的检测核酸杂交技术和基因作图技术核酸杂交技术和基因作图技术核酸杂交技术：利用一段已知序列并带有放射性同位素核酸杂交技术：利用一段已知序列并带有放射性同位素32P等标记等标记的多聚核苷酸作探针，检测复杂的核酸分子混合物
42、中是否存在与的多聚核苷酸作探针，检测复杂的核酸分子混合物中是否存在与之互补的目标序列的技术。之互补的目标序列的技术。核酸分子杂交是核酸分析的重要方法，是鉴定重组核酸分子杂交是核酸分析的重要方法，是鉴定重组DNA的最通用的最通用方法，方法，核酸杂交技术核酸杂交技术核酸杂交技术核酸杂交技术基 本基 本原 理原 理采用加热处理或加碱处理，使溶液中的采用加热处理或加碱处理，使溶液中的双螺旋分子解离成两条单链，即变性反双螺旋分子解离成两条单链，即变性反应。应。当溶液冷却或当溶液冷却或pH恢复中性时，分开的两恢复中性时，分开的两个互补链又会相互以氢键结合恢复成双个互补链又会相互以氢键结合恢复成双螺旋分子，
43、即复性反应。螺旋分子，即复性反应。4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA的检测的检测基因作图技术基因作图技术指制作基因图谱的过程，分子水平的基因作图主要包括限制性作指制作基因图谱的过程，分子水平的基因作图主要包括限制性作图和图和DNA序列测定。序列测定。限制性作图限制性作图用各种限制酶将用各种限制酶将DNA分子剪切成不同大小的片段，分子剪切成不同大小的片段，再分离检测这些片段，最后确定和绘制出再分离检测这些片段，最后确定和绘制出DNA分分子上各种限制性内切酶识别位点分布图。子上各种限制性内切酶识别位点分布图。 基因
44、作图技术基因作图技术限制性作图限制性作图基因作图技术基因作图技术DNA序列测定序列测定基 本 原 理基 本 原 理利用含双脱氧核糖的核苷酸不能再连接核苷酸利用含双脱氧核糖的核苷酸不能再连接核苷酸的特性，在体外进行的特性，在体外进行DNA标记、合成，通过凝标记、合成，通过凝胶电泳分离和放射性自显影，再从胶片分带上胶电泳分离和放射性自显影，再从胶片分带上直接读出碱基序列。直接读出碱基序列。 自动测序仪测序法自动测序仪测序法 (ABI)自动测序系统包括电泳分离系统、荧光检测装置、计算机成像自动测序系统包括电泳分离系统、荧光检测装置、计算机成像系统及分析软件组合。系统及分析软件组合。序序 列列 图图
45、谱谱(ABI PRISM 377)4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA序列的复制（克隆与扩增）序列的复制（克隆与扩增）将带有目的基因的将带有目的基因的DNA片段与带有某种抗片段与带有某种抗生素基因的载体质粒生素基因的载体质粒DNA剪接成重组质粒剪接成重组质粒将重组质粒导入寄主细胞将重组质粒导入寄主细胞放入加抗生素的培养基中培养放入加抗生素的培养基中培养4.1 细胞学说与分子生物学细胞学说与分子生物学p4.1.3 DNA重组技术重组技术2. DNA重组技术重组技术DNA序列的复制（克隆与扩增）序列的复制（克隆与扩增
46、）通过酶促反应大量复制特定通过酶促反应大量复制特定DNA序列序列DNA聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCR）1944年出生年出生,美国人美国人.因为发明因为发明聚合酶链式反应聚合酶链式反应法而获得法而获得1993年的诺贝尔化学奖年的诺贝尔化学奖 4.24.2、 细胞工程与环境污染生物处理细胞工程与环境污染生物处理p细胞工程（细胞工程（cell Engineeringcell Engineering ）是运用精巧的是运用精巧的细胞学技术，有计划地改造细胞遗传结构，培育细胞学技术，有计划地改造细胞遗传结构，培育出人们所需要生物品种或具有某些新性状细胞群出人们所需要生物品种或具有某些新性状细胞群体
47、。体。细胞工程包括：细胞工程包括：细胞培养：细胞培养：取出，特制培养器生长取出，特制培养器生长细胞融合细胞融合（杂交，（杂交，质融核融质融核融）细胞重组（细胞重组（活细胞组件重装配，核移植活细胞组件重装配，核移植（显（显微仪）微仪）+ +细胞器移植细胞器移植（叶绿体、线粒体胞饮摄入）（叶绿体、线粒体胞饮摄入）遗传物质转移（遗传物质转移（基因在细胞水平上转移：载基因在细胞水平上转移：载体法体法+ +微注射法微注射法）原生质体原生质体融合构建工程菌融合构建工程菌外界理化融合因子的诱导下外界理化融合因子的诱导下细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的部分细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的部分动植物间均可杂交动
48、植物间均可杂交1980s开始开始原生质体融合构建环境工程菌原生质体融合构建环境工程菌p生物降解中，微生物细胞间互生现象生物降解中，微生物细胞间互生现象普遍：普遍：可通过原生质体融合技术，可可通过原生质体融合技术，可将多个细胞优势集中到一个细胞内。将多个细胞优势集中到一个细胞内。例如，构建苯环化合物降解菌例如，构建苯环化合物降解菌产碱假单胞菌产碱假单胞菌Pseudomonas alcaligenes CO：可降解苯甲酸酯可降解苯甲酸酯和和3-氯苯甲酸酯，但不能利用苯、氯苯甲酸酯，但不能利用苯、1-4-二氯苯甲酸酯；二氯苯甲酸酯；恶臭假单胞菌恶臭假单胞菌Pseudomonas putida R5-
49、3：可降解苯甲酸酯可降解苯甲酸酯和甲苯，和甲苯，但不能利用但不能利用3-氯苯甲酸酯、氯苯甲酸酯、1-4-二氯苯甲酸酯；二氯苯甲酸酯； 融合后：融合子融合后：融合子CB1-9CB1-9可以同时降解上述四可以同时降解上述四种污染物。种污染物。4.3、 基因工程与环境污染生物治理基因工程与环境污染生物治理p定向改造生物的新科学定向改造生物的新科学基因工程基因工程p基因工程基因工程（Gene EngineeringGene Engineering）将一种生物将一种生物DNADNA某某个遗传密码片断连接到另外一种生物个遗传密码片断连接到另外一种生物DNADNA链上，将链上，将DNADNA重组，导入受体细
50、胞进行无性繁殖，基因得以重组，导入受体细胞进行无性繁殖，基因得以表达，就可按照人类愿望，设计出新遗传物质并创表达，就可按照人类愿望，设计出新遗传物质并创造出新生物类型的生物科学技术。造出新生物类型的生物科学技术。 基因工程的基本过程基因工程的基本过程载载体体控制降解人工合成物的控制降解人工合成物的酶的遗传特性的质粒酶的遗传特性的质粒降解性质粒降解性质粒基因工程菌p降解卤代芳烃基因工程菌p分解尼龙基因工程菌p分解多糖基因工程菌p抗金属基因工程菌p降解除草剂基因工程菌p降解杀虫剂基因工程菌p例：油类泄露的基因工程修复油类泄露的基因工程修复p1989年年3月月24日日,xxonValdez号油轮在号
