导图社区 生物技术与工程
这是一篇关于生物技术与工程的思维导图，主要内容包括：发酵工程，细胞工程，基因工程。每个分支下又详细列出了相关的工具、步骤、技术、应用等内容。
这是一篇关于新民主主义革命的思维导图，涵盖从1919-1949的历史，梳理了新民主主义革命时期的重大历史事件、会议及其意义，有助于全面、清晰地了解这一伟大革命历程。
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生物技术与工程
发酵工程
传统发酵技术
固体发酵
腐乳
毛霉
真核生物
代谢类型：异养厌氧型
生殖方式：孢子生殖
泡菜
乳酸菌
原核生物
乳酸链球菌
乳酸杆菌
果酒
酵母菌
代谢类型：兼性厌氧型
最适温度：28
果醋
醋酸菌
代谢类型：异养需氧型
最适温度：30-35
半固体发酵
酱油、豆豉、酱
微生物培养技术
培养基
一般
水
碳源
合成有机物
氮源
合成蛋白质、核酸等
无机盐
维持渗透压+调ph值
其它
选择培养基
允许特定种类微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长
常将某一物质作为唯一X来源
若接种后的完全培养基上菌落数明显高于选择培养基上的，则筛选有效
鉴别培养基
无菌技术
消毒
煮沸消毒法
巴氏消毒法
不耐高温的液体
化学药物消毒法
紫外线消毒法
接种室、接种箱、超净工作台，空气
灭菌
湿热灭菌
高压蒸汽灭菌法
培养基必用
干热灭菌
玻璃器皿、金属用具
灼烧灭菌
接种工具
作用
防止培养物被外来杂菌污染
防止实验操作者被感染
微生物纯培养
制备培养基
配置培养基
包牛皮纸
保证物品处于灭菌状态、
实验用具
倒平板
防止培养水分过度挥发，防止皿盖上水珠落入培养基中造成污染
均在火焰附近实验
需时刻对打开的口灼烧灭菌
接种分离
培养
使用未接种平板
作为对照，无菌落则说明培养基未被杂菌污染
微生物选择培养
梯度稀释
稀释涂布平板法
数量测定
平板划线
不能计数
稀释涂布平板
可以计数
重复计数去平均值
菌落数比实际少
当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只有一个菌落
显微镜直接计数
用特定的细菌计数板或血细胞计数板、
结果为活菌与死菌总和
发酵工程技术
基本环节
选育菌种
扩大培养
配制培养基
接种
发酵罐内发酵
分离提纯产物
中心环节
监测
检测微生物数量、产物浓度
控制温度、ph、溶解氧等发酵环境
添加营养物质
有害物质↓
营养物质↑
ph改变
菌种
生产需要
发酵条件易控制
发酵菌种不易退化
外界环境
温度
微生物分解
机械搅拌热损耗
多用冷却水来处理
ph
加入缓冲对
加氢离子/氢氧根离子
应用
优点
生产条件温和、原料来源丰富、价格低廉产物专一、废弃物对环境污染小容易处理
食品工业
传统发酵食品
啤酒的工业化生产
主发酵
大麦种子发芽释放淀粉酶
未发芽用赤霉素
培烤
碾磨
糖化
发酵液不适合饮用
后发酵
蒸煮
终止酶活性
发酵
果酒发酵流程
食品添加剂
柠檬酸——黑曲霉
谷氨酸——谷氨酸棒状杆菌
味精——谷氨酸
酶制剂
医药工业
将植物或动物的基因转移到微生物中，
获得具有某种药物生产能力的微生物
直接对菌种经行改造
再通过发酵大量生产所需产品
农牧业
微生物肥料
利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质增强土壤肥力
微生物农药
利用微生物及其代谢物防治病虫害
生物防治
微生物饲料
单细胞蛋白
微生物菌体
饲料
提高饲料品质、保鲜，提高免疫力
其他
用纤维废料生产乙醇乙烯
极端微生物
洗涤剂——嗜热菌、嗜盐菌
热敏性产品——嗜低温菌
细胞工程
植物细胞工程
植物组织培养
原理：全能性
原因：每个细胞含有控制该生物发育的全部基因
终点必须是完整生物体或分化为其他各种细胞
并不都表现全能性：基因的选择性表达
大小
受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
条件
离体
营养物质、植物激素
ph、T、渗透压
无菌环境
生殖方式：无性繁殖
分裂方式：有丝分裂
过程
外植体
激素比例
脱分化
避光：避免形成尾管而非愈伤
诱导愈伤组织
再分化
后一阶段光照：诱导生成叶绿体
诱导生芽、生根
离体细胞AaBb
体细胞——AaBb
生殖细胞——单倍体
植物体
植物繁殖
快速繁殖
作物脱毒
选择植物顶端分生区：病毒极少甚至无毒
新品种培育
单倍体育种
突变体利用
细胞产物工厂化生产
植物体细胞杂交
原理：细胞膜流动性与
除去细胞壁
果胶酶、纤维素酶
获得原生质体
低渗溶液中原生质体易吸水破裂
原生质体融合
方法
物理
电融合法
离心法
化学
PEG融合法
高Ca+—高ph融合法
再生出细胞壁
融合完成的标志
存在A-B.A-A,B-B与未融合，需要培养筛选
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
动物细胞工程
动物细胞培养
原理
细胞分裂（增殖）
营养条件
合成培养基
加入血清等天然成分
其他条件
无菌无毒的环境
无菌操作
可能添加抗生素
定期更换培养液
温度、ph值、渗透压
气体环境
95％氧气
细胞代谢必需
5％二氧化碳
维持ph
取细胞组织
选取幼龄动物细胞
分散成单个细胞
机械法；胰胶原蛋白酶处理
不用胃蛋白酶：ph不合适
原代培养
悬浮生长
细胞密度大、有害代谢物积累、营养物质减少，分裂受阻
贴壁生长（大多数）
存在接触抑制，细胞停止增殖
传代培养
分瓶培养
悬浮培养：离心法收集
贴壁生长：先用酶处理，再离心
干细胞培养
胚胎干细胞（ES细胞）
体积小、细胞核大、核仁明显
发育的全能性
体外无限增殖、自我更新
可发育为成年动物体内任何一类细胞
成体干细胞
成体组织或器官中的干细胞
造血干细胞
骨髓、外周血、脐带血
神经干细胞
精原干细胞
具有组织特异性
分化为特定的细胞或组织
iPS细胞（诱导多能干细胞
诱导过程不会破坏胚胎
来源于病人，避免免疫排斥反应
动物细胞融合
细胞膜具有流动性
诱导方式
灭活病毒诱导法
病毒表面糖蛋白在酶的帮助下与细胞膜上糖蛋白相互作用，使细胞互相凝聚
完成标志
细胞核融合
意义
突破有性杂交局限，使远缘杂交成为可能
注射特定抗原至小鼠体内
免疫的B细胞
脾脏中提取
杂交细胞
杂交瘤细胞
有大量未融合
杂交瘤细胞特点：大量增殖、产生特异性抗体
单克隆抗体优点：特异性强、灵敏度高、大量制备
分泌特异抗体的杂交瘤细胞
克隆化培养（增加数量）；抗体检测
小鼠体内
注射至腹腔
体外培养
单克隆抗体
骨髓瘤细胞
生物导弹
选择性
杀伤
药物
导致靶细胞凋亡
同位素、荧光标记
定位疾病
动物体细胞核移植
原理：细胞核的全能性
从卵巢中采集卵母细胞
体外培养至MII中期
含有激发细胞核全能性表达的物质
卵母细胞体积大、易操作
营养物质丰富
显微去核
将供体细胞注入卵母细胞
电融合
重构胚
激活重构胚，使其分裂分化
物理：电刺激
化学：Ca载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂
胚胎移入受体中
得到个体
遗传物质基本相同
细胞核遗传物质来自供体
细胞质遗传物质来自手提
从供体上采集体细胞
畜牧业
加速家畜遗传改良的速度、促进优良畜群繁殖
医药卫生
生物反应器
生产医用蛋白
异种移植
克隆遗传背景相同的动物——分析致病基因
克隆特定模型的动物——研究致病机制与药物开发
增加濒危动物存活数量
胚胎工程
理论基础
受精
输卵管内完成
受精前的准备阶段
精子获能
直接利用生殖道
人工配置获能液（含肝素、Ca载体）
卵子准备
发育至MII期
受精阶段
获能后精子与卵子相遇
接触卵细胞膜
释放酶溶解膜外结构
精子触及卵细胞膜瞬间
透明带反应
与卵细胞膜反应阻止多精入卵
精子入卵
卵细胞膜反应
精子入卵后
形成雌雄原核
卵细胞释放第二极体
受精完成的标志：观察到两个极体或雌雄原核
受精完成的标志：形成受精卵
形成受精卵
胚胎早期发育
地点
早期：输卵管
之后：子宫
有丝分裂
卵裂
总体积不变
细胞体积变小
有机物总量降低
桑葚胚
属于全能细胞、未分化
孵化
囊胚
内细胞团
聚集在胚胎一端
发育成组织、器官
滋养层细胞
沿透明带内壁排列
发育成胎膜、胎盘
囊胚腔
此时透明带破裂
原肠胚
外胚层
中胚层
内胚层
分化为组织、器官
体外受精
卵母细胞的采集
精子的获取
提高动物繁殖能力
为胚胎移植提供胚胎
胚胎移植
实质使早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移
胚胎获得
体外受精、转基因、核移植
供体
遗传性状优良、生产能力强
超数排卵处理
促性腺激素
发情配种或人工授精
收集胚胎并检查其质量
受体
体质健康、繁殖能力正常
受体发情
供体、受体进行同期发情处理
孕激素
生理状态相同
移植胚胎
受体基本不会对外来胚胎发生免疫排斥反应
妊娠检查
繁殖后代
优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
胚胎分割
仪器设备
体式显微镜、显微操作仪
分割针、分割刀
要点
选择桑葚胚或囊胚
内细胞团均等分割
促进优良品种动物的繁衍
遗传性状相同的后代是遗传学研究的宝贵材料
性别鉴定、遗传病筛查
基因工程
工具
DNA限制酶
作用：识别特定核苷酸序列，断开对应的磷酸二酯键
结果
黏性末端
平末端
来源：主要从原核生物中提取
原核生物用于切个外来DNA使其失效，保护自身
原核生物不受影响
不具有对应的识别序列
甲基化修饰
DNA连接酶
种类
E.coliDNA连接酶：黏性末端
T4DNA连接酶：平末端、黏性末端
作用：恢复断裂的磷酸二酯键
载体
质粒
裸露的、结构简单的、能自我复制的、独立于真核细胞、原核细胞拟核的环形双链DNA
噬菌体、动植物病毒
特点
启动子
RNA聚合酶结合处，驱动基因转录出mRNA
有时在载体中人工构建诱导性启动子
激活或抑制目的基因表达
终止子
DNA上，转录
易错
起始密码子
终止密码子
mRNA上，翻译
一至多个限制酶位点
特殊的标记基因
利于重组基因的筛选与鉴定
复制原点
DNA复制的起点
步骤
目的基因（主要编码蛋白质）的筛选
筛选
从已知结构、功能清晰的基因中筛选
利用GenBank等
获取
从基因文库中获取
人工合成法
PCR
DNA的半保留复制
DNA的热变性
使用前提：已知一段目的基因序列
原料
两种引物
一小段与DNA母链互补配对的短单链核酸
20-30个核苷酸
使DNA聚合酶能从引物3‘开始连接脱氧核苷酸
四种脱氧核苷酸
DNA母链
耐高温的聚合酶
不能从头合成
变性
温度大于90
复性
50左右
延伸
72
仪器
PCR仪
本质为自动调控温度的仪器
基因表达载体的构建（核心工作）
目的
要让基因在受体细胞中稳定存在且遗传
表达并发挥作用
结构
选择两种不同的限制酶同时对目的基因、质粒进行切割
防止目的基因和质粒自身环化
目的基因反向连接
切割质粒时，至少保留一个完整的标记基因
将目的基因导入受体细胞
植物细胞
花粉管通道法
用微量注射器将含DNA溶液注入子房
在授粉后剪去柱头，将aq滴在花柱切面上，经由花粉管进入囊胚
农杆菌转化（转化实质为基因重组）法
农杆菌
侵染双子叶、裸子
不侵染单子叶
Ti质粒
T-DNA：可转移到侵染细胞的染色体DNA上
动物细胞
显微注射
注入受精卵
较大易操作
易表现全能型
微生物
用Ca+处理原核生物（如大肠杆菌）
使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA的生理状态
目的基因的检测与鉴定
分子水平
是否插入目的基因
是否转录mRNA
是否翻译蛋白质
抗原-抗体杂交
个体生物学水平
是否赋予相应生物特性
蛋白质工程
