3.2.1 基因工程的基本操作程序（情境教学课件）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序 （第一课时） 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 发光植物的畅想与实现 基因工程的基本操作程序 目的基因的筛选与获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和鉴定 目的基因的表达产物（蛋白质） 转基因生物 情境导入 3 课程标准内容要求 素养目标 阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取，基因表达载体的构建、目的基因导入抽题细胞和目的基因及其表达产物的检测与鉴定等步骤。 1.科学思维：结合生产实际，举例说出基因工程的基本操作程序。 2.科学探究：针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。 教学目标 课程标准内容、素养目标 目录 CONTENTS 目的基因的筛选与获取 1 基因表达载体的构建 2 将目的基因导入受体细胞 3 目的基因的检测与鉴定 4 目录页 5 一、目的基因的筛选与获取 1.目的基因 在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。 概念： 数千种与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。 实例： 主要指的是编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。 【资料】苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴胞晶体蛋白（Bt 抗虫蛋白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家将“杀虫基因”转入棉花中，棉花产生Bt 抗虫蛋白抵抗虫害。 6 一、目的基因的筛选与获取 2.筛选适合的目的基因 从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。 【资料】苏云金杆菌 在培育转基因抗虫棉之前，用苏云金杆菌制成的生物杀虫剂广泛用于防治棉花虫害已有多年历史。 研究表明：苏云金杆菌的杀虫作用与Bt基因有关，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有较为深入的了解。 筛选方法： 随着测序技术的发展，以及序列数据库、序列比对工具等的应用，越来越多的基因的结构和功能为人们所知，这也为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能。 技术支持： 一、目的基因的筛选与获取 2.筛选适合的目的基因 DNA测序仪 序列数据库（如GenBank） 核苷酸序列比对 氨基酸序列比对 序列比对工具（如BLAST） 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 概念： PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 发光生物 提取 ? 与发光有关的基因 快速获得大量与 发光有关的基因 凯利·穆里斯 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 阅读教材77~79页，结合体内DNA半保留复制的过程，归纳PCR的条件和过程。 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 解旋 原理： DNA的半保留复制 合成子链 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 DNA复制的基本条件： 参与的组分 在DNA复制中的作用 解旋酶 （体外用高温代替） 打开DNA双链 DNA两条母链 提供DNA复制的模板 4种脱氧核苷酸 合成DNA子链的原料 DNA聚合酶 催化合成DNA子链 2种引物 (与两条母链结合) 使DNA聚合酶能够从引物3′端开始 连接脱氧核苷酸 说明：PCR所用原料实为dNTP（即dATP、dTTP、dGTP、dCTP），dNTP和ATP类似，可以通过基团转移为反应提供能量。 说明：PCR所用的DNA聚合酶为热稳定DNA聚合酶（Taq酶）。 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 拓展 PCR的原料实际加入是dNTP，dNTP是脱氧核苷三磷酸的缩写，N是指A、T、G、C四种含氮碱基，包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。它们是由两个磷酸分子和一个脱氧核苷酸组成的，其结构简式如下图： 脱氧核苷酸 dNTP分子中含有特殊化学键，在PCR过程中既是复制的原料，又为链的延长提供能量。当DNA聚合酶催化dNTP加入到DNA链时，dNTP会脱去一个焦磷酸（PPi），形成四种脱氧核苷酸，释放出能量，为DNA合成反应提供动力，驱动DNA聚合酶进行DNA链的延伸反应，保证PCR反应的顺利进行。 A T C G P ~ P ~ P 脱氧核糖 含氮碱基 脱氧核苷三磷酸酸 PCR的原料——dNTP 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 拓展 PCR的引物 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。扩增一段目的基因一般需要两个引物，分别与两条母链通过碱基互补配对。用于PCR的引物通常为20～30个核苷酸，在细胞中为一段单链RNA，在PCR中为一段人工合成的单链DNA。 引物为DNA聚合酶提供了游离的3′端，使DNA聚合酶从3′端延伸子链。 DNA聚合酶的特性：不能从头合成DNA，只有当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后， DNA聚合酶才能从引物的3′端开始延伸DNA链， DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。 过程： 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 待扩增的DNA片段（模板） 5’ 5’ 引物 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶） 4种脱氧核苷酸 温度上升到90℃以上，双链DNA解聚为单链。 变 性 当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 复 性 温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。 延 伸 过程： 一、目的基因的筛选与获取 3.利用PCR获取和扩增目的基因 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 引物1 3’ 5’ 引物2 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 引物2 5’ 3’ 引物1 5’ 3’ 引物1 3’ 5’ 引物2 3’ 5’ 引物2 5’ 3’ 引物1 目的基因 第一轮循环 第二轮循环 结果分析： 3.利用PCR获取和扩增目的基因 一、目的基因的筛选与获取 由于一个循环得到的产物又可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍。 即成________形式扩增（约为_____，其中n为扩增循环的次数）。 2n 指 数 PCR产物的鉴定： 常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。 说明：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷，在电场的作用下，这些带电分子会向与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就叫电泳。 项目 PCR技术 DNA复制 相同点 原则 原料 条件 不同点 解旋方式 场所 酶 结果 碱基互补配对 四种脱氧核苷酸 模板、能量、酶 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化 体外复制 细胞内（主要在细胞核内） 耐高温的DNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶 大量的DNA片段 形成整个DNA分子 一、目的基因的筛选与获取 拓展 PCR技术与DNA复制过程比较 一、目的基因的筛选与获取 活动 理解PCR的条件和过程 1.PCR的原理是什么？ 3.PCR的过程中设计引物时引物碱基间能否互补？ 4.PCR的过程中若模板DNA分子中G、C碱基对含量较多，则变性时间会怎样？ DNA半保留复制 引物需要分别与模板DNA分子的每一条单链互补，引物间不能互补配对。 若模板DNA分子中G、C碱基相对含量较多，则DNA分子中的氢键增多，断裂氢键需要的能量增多，变性时间会延长。 2.PCR的前提是什么？ 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。 一、目的基因的筛选与获取 5.利用PCR技术扩增一个含目的基因的片段，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的目的基因片段？目标片段占产物的比例是多少？ 第3轮；1/4 5’ 3’ 5’ 5’ 第一次循环 第二次循环 3’ 5’ 第三次循环 3’ 3’ 一、目的基因的筛选与获取 6.根据第5题演示，总结PCR扩增过程中的循环规律？ 循环次数 1 2 3 n DNA分子数 2 4 8 2n 含引物A（或B） 的DNA分子数 1 3 7 2n－1 同时含引物A、B 的DNA分子数 0＝21－2 2＝22－2 6＝23－2 2n－2 共消耗的引物数量 2＝21+1－2 6＝22+1－2 14＝23+1－2 2n+1－2 说明：一个DNA，一对引物（A与B），复制n次。 一、目的基因的筛选与获取 拓展 逆转录PCR（RT-PCR） PCR（聚合酶链式反应）本身不能直接扩增RNA，因为PCR的核心酶是DNA聚合酶，而DNA聚合酶只能以DNA为模板进行扩增。然而，通过结合逆转录步骤，可以将RNA转化为DNA后再进行PCR扩增，这一过程称为逆转录PCR（RT-PCR）。 具体步骤： 1. 逆转录：使用逆转录酶将RNA模板逆转录为互补DNA（cDNA）。 2. PCR扩增：以生成的cDNA为模板，使用常规PCR进行扩增。 应用： RNA病毒检测（如新冠病毒、流感病毒）：通过RT-PCR扩增病毒RNA。 基因表达分析：定量检测mRNA水平（结合实时荧光定量PCR，即RT-qPCR）。 获取发光基因后能不能直接将它导入受体细胞呢？ 构建基因表达载体 （核心工作） 需要满足： 1. 使发光基因在受体细胞中稳定存在，且可以遗传给下一代； 2. 使发光基因能够在受体细胞中表达和发挥作用。 不能。游离的DNA片段进入受体细胞，一般会直接被分解，且游离的DNA片段不能稳定遗传。 一、目的基因的筛选与获取 思考 目录 CONTENTS 目的基因的筛选与获取 1 基因表达载体的构建 2 将目的基因导入受体细胞 3 目的基因的检测与鉴定 4 目录页 25 二、基因表达载体的构建 1.基因表达载体的结构 复制原点 启动子 目的基因 标记基因 终止子 基因表达载体 载体≠表达载体的区别： 二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构。 位置：基因的上游（一段有特殊结构的DNA片段） 功能：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。 DNA复制的起始位点 （DNA复制所需结构） 人们所需的基因 位置：基因的尾端（一段特殊的DNA片断） 功能：终止mRNA的转录 便于对重组DNA分子的筛选和鉴定 二、基因表达载体的构建 1.基因表达载体的结构 拓展 基因的结构 DNA片段 基因1 基因2 基因3 放大 启动子 终止子 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 编码区：编码蛋白质的合成 非编码区：不编码蛋白质，调控遗传信息的表达 二、基因表达载体的构建 1.基因表达载体的结构 拓展 启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别 结构 位置 作用 启动子 位于DNA分子上 RNA聚合酶识别和结合位点，启动转录过程 起始密码子 位于mRNA分子上 决定翻译的开始 终止子 位于DNA分子上 终止转录的信号 终止密码子 位于mRNA分子上 决定翻译的结束 mRNA ① 用一定的限制酶切割载体，使其出现一个切口。 载体 ②用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。 ③将切下的目的基因片段拼接到载体的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子。 基因表达载体 二、基因表达载体的构建 2.构建基因表达载体的过程 自连 片段间的连接 目的基因自连 质粒自连 目的基因与质粒连接 目的基因与目的基因连接 质粒与质粒连接 正向连接 反向连接 2 1 2’ 1’ 2’ 2 1’ 1 目的基因 1 1’ 载体 2 2’ 二、基因表达载体的构建 2.构建基因表达载体的过程 1.使用一种DNA限制酶进行切割，是否只会得到目的基因与载体结合的这一种重组DNA？ 思考 二、基因表达载体的构建 2.构建基因表达载体的过程 2.如何防止目的基因和质粒的自身环化以及目的基因的反向连接？ 思考 双酶切 -G -CTTAA -A -TCTAG 二、基因表达载体的构建 拓展 构建基因表达载体时限制酶的选择方法分析 2.构建基因表达载体的过程 1.根据限制酶切割位点的位置确定限制酶的种类 二、基因表达载体的构建 拓展 构建基因表达载体时限制酶的选择方法分析 2.构建基因表达载体的过程 2.根据质粒的特点确定限制酶的种类 二、基因表达载体的构建 拓展 构建基因表达载体时限制酶的选择方法分析 2.构建基因表达载体的过程 【归纳】限制酶的选择原则 ①不破坏目的基因原则。 ②保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则。 ③确保出现相同黏性末端原则，为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，使用双酶切法。 目录 CONTENTS 目的基因的筛选与获取 1 基因表达载体的构建 2 将目的基因导入受体细胞 3 目的基因的检测与鉴定 4 目录页 35 三、将目的基因导入受体细胞 将目的基因导入受体细胞的方法 花粉管通道法（我国科学家独创） 质粒自连（常用） 导入植物细胞 导入微生物细胞 导入动物细胞 显微注射法 Ca2+处理法 1.将目的基因导入植物细胞 三、将目的基因导入受体细胞 花粉管通道法 （我国科学家独创的将Bt基因导入棉花细胞的方法） （1）用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中； （2）在植物受粉后一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴在花柱切面，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。 受体细胞为受精卵 1.将目的基因导入植物细胞 三、将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法 （1）转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。 （2）特点： a.能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。 b.农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA（可转移的DNA）转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。 农杆菌 Ti质粒 T-DNA 1.将目的基因导入植物细胞 三、将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法 （3）过程： 第一次拼接：将目的基因拼接到 Ti 质粒的 T-DNA上。 第二次拼接：含目的基因的 T-DNA 被拼接到受体细胞的染色体DNA上（非人工操作）。 第一次导入：将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌。 第二次导入：含目的基因的 T-DNA 导入受体细胞（非人工操作）。 1.将目的基因导入植物细胞 三、将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法 1.农杆菌转化法中，目的基因是否就是T-DNA，如果不是，T-DNA与目的基因是什么关系？ 思考 2. 农杆菌转化法中，目的基因只能进入植物的一个体细胞中，但基因工程最终要的是一个转基因植株，如何实现这一目标？ T-DNA不是目的基因，但它将来会被整合到宿主细胞染色体的DNA上，只要将目的基因插入T-DNA中，目的基因就可以随T-DNA进入宿主细胞并整合到宿主细胞的染色体上。 得到含有目的基因的植物细胞后进行植物组织培养。 2.将目的基因导入动物细胞 三、将目的基因导入受体细胞 显微注射法 构建基因表达载体并提纯 利用显微注射将基因表达载体注入动物的受精卵中 早期胚胎培养 胚胎移植 获得具有新性状的动物 优点： ①个体大，易操作。 ②受精卵全能性高，易培养成完整个体。 3.将目的基因导入微生物细胞 三、将目的基因导入受体细胞 常用方法： Ca2+处理 原核细胞（常选择大肠杆菌） 过程： 受体细胞： Ca2+处理细胞 感受态细胞 表达载体与感受态细胞混合 感受态细胞吸收重组DNA 增加细胞壁的通透性 一般利用温度变化导入 原因：繁殖周期短，多为单细胞，遗传物质相对较少，易于培养。 目的：可使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 注意：原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。 目录 CONTENTS 目的基因的筛选与获取 1 基因表达载体的构建 2 将目的基因导入受体细胞 3 目的基因的检测与鉴定 4 目录页 43 四、目的基因的检测与鉴定 活动 任务一：理解限制性内切核酸酶的作用 回顾基因表达的过程，推测可以从哪些方面对目的基因进行检测与鉴定，小组讨论思考以下问题： 1. 如何检测发光基因是否插入到棉花细胞的染色体DNA上？ 2. 如何检测发光基因是否转录出了mRNA? 3. 如何检测发光基因是否翻译出了发光蛋白？ 4. 如何检测获得的矮牵牛植株具有发光性状？ 四、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平的检测 目的基因 mRNA 蛋白质 性状 （个体） 转录 翻译 是否成功插入目的基因 目的基因是否 正常表达 目的基因是否 正常表达 转基因生物是否表现出相应的性状 四、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平的检测 （1）检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 转基因生物 提取DNA PCR扩增 检测是否扩增出目的基因 M：marker；1-阳性质粒；2-原始品系；3-9发光品系。 PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果 电泳操作 方法一：通过PCR等技术检测 四、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平的检测 （1）检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 方法二：核酸杂交技术（DNA分子杂交） 原理：碱基互补配对 说明： 带标记的基因探针，与目的基因DNA单链在一定条件下互补配对，结合成双链，从而出现杂交带。 15N 15N 变性 变性 杂交DNA分子 标记的基因探针 （PCR扩增） 提取转基因生物的DNA 四、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平的检测 （2）检测目的基因是否转录出了mRNA 方法一：通过PCR等技术检测 逆转录 产生DNA 用与目的基因相关的 引物进行PCR扩增 对扩增产物进行检测 M3 C0 T-9 T-2 T-51 T-5 T-23 T-11 T-20 T-21 T-34 T-10 10个PCR阳性植株中，有四株目的基因发生转录 提取转基因植株细胞mRNA 四、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平的检测 （2）检测目的基因是否转录出了mRNA 方法二：通过核酸分子杂交技术 原理：碱基互补配对 说明： 带标记的基因探针，与目的基因转录产物mRNA在一定条件下互补配对，结合成双链，从而出现杂交带。 15N 15N 变性 变性 杂交核酸分子 标记的基因探针 （PCR扩增） 提取转基因生物的mRNA ①制作与目的基因序列相同的有同位素标记的DNA片段（基因探针），并用PCR扩增 ②提取受体细胞全部DNA或mRNA，与基因探针置于同一培养液。 ③高温变性处理，使之全部变为单链，观察是否出现杂交DNA片段。 四、目的基因的检测与鉴定 拓展 核酸分子杂交技术 四、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平的检测 （3）检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法：抗原-抗体杂交技术 原理：抗原与抗体特异性杂交 过程： 提取转基因生物体内的的蛋白质+相应抗体 → 是否出现杂交带。 四、目的基因的检测与鉴定 2.个体水平的检测 转基因生物 鉴定方法 成功标志 抗虫植物 抗病毒（菌）植物 耐盐植物 抗除草剂植物 获取目的基因产物的转基因生物 饲喂害虫（抗虫接种实验） 害虫死亡 病原体感染 （抗病接种实验） 未出现病斑 盐水浇灌 正常生长 喷洒除草剂 正常生长 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 功能、活性正常 进行抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。 课堂小结 目的基因的筛选与获取 目的基因的检测 与鉴定 基因表达载体的构建 将目的基因导入 受体细胞 导入植物细胞：农杆菌转化法、 花粉管通道法 导入微生物细胞：Ca2＋处理法 导入动物细胞：显微注射技术 基因工程的 基本操作程序 分子水平上的检测 个体生物学水平上的鉴定 PCR 常用 方法 随堂检测 1.下列有关获取目的基因的叙述，错误的是（ ） A. 目的基因就是编码蛋白质的基因 B. 获取目的基因是基因工程的第一步 C. 来自苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白基因可作为转基因抗虫棉的目的基因 D. 序列比对工具的应用为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会 2.下列有关体内DNA复制与PCR技术比较的叙述，错误的是（ ） A. 二者子链的延伸方向相同，均为5′端→3′端 B. 二者均需要解旋酶破坏氢键来实现解旋 C. 体内DNA复制需要能量，PCR反应也需要能量 D. 二者遵循的碱基互补配对原则相同 A B 3.下列有关基因工程中目的基因的检测与鉴定的说法错误的是( ) A.检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因用DNA分子杂交的方法 B. 检测目的基因是否转录用分子杂交的方法 C. 检测目的基因是否表达用抗原-抗体杂交的方法 D. 目的基因的检测与鉴定是基因工程的核心步骤 4.下列各项中能说明目的基因在受体细胞中完成表达的是 (　　) A.番茄叶肉细胞检测到鱼的抗冻蛋白基因 B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA C.山羊乳腺细胞中检测到人抗凝血酶基因 D.酵母菌细胞中提取到人白细胞介素 随堂检测 D D 随堂检测 5.某同学拟用限制酶（酶1、酶2、酶3和酶4）、DNA连接酶为工具，将目的基因（两端含相应限制酶的识别序列和切割位点）和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是（ ） A. 质粒和目的基因都用酶3切割， 用E.coli DNA连接酶连接 B. 质粒用酶3切割、目的基因用酶1 切割，用T4 DNA连接酶连接 C. 质粒和目的基因都用酶1和酶2 切割，用T4 DNA连接酶连接 D. 质粒和目的基因都用酶2和酶4 切割，用E.coli DNA连接酶连接 C 感谢聆听！ 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 57 Lavf58.20.100 $$各位朋友大家好，我是李仁汉，也不务正业的博士。今天拍这个视频的目的是给大家分享一下这些年来的一个生活，还有一个实验以及我们实验的一个进展。首先我想详细描述一下我拍这个视频的一个起因。首先我在有一天做梦梦见自己到达了阿凡达星球上。然后大家应该都知道阿凡达星球上的一个非常梦幻的，非常经典的一个场景，就是那个闪片也都是能够发光的植物，发光的花卉。所以我就在想阿凡达星球上的这种植物能够发光的时候，能否移植到我们地球上来呢？作为一个博士一样的博士，我就想尝试一下。所以我们通过调研了大量的参考文献以及最新的研究进展，对整个地球上的一生物的发光系统进行了一个深入研究。我发现只有4种能够发光的生物，那这种四种分别是哪四种呢？第一个是发光的海藻。也就我们常经常在媒体上看到报道的福建平潭的蓝眼泪。还有就是我们小时候经常在夏天夜晚能够看见的叫萤火虫，也是我们最常见的一个发光动物。第三个是发光的细菌，就是存在于海水中的一个细菌。第四个是发光的真菌。那我们了解了这四种之后，我们使用哪一种呢？首先我们排除了发光细菌，因为细菌毕竟是不管是对动物还是对植物，它都是有毒害，所以我们把它排除掉了。那我们选择了哪一种呢？我们选择了首先选择了发光海藻，为什么呢？因为大家看这个蓝眼泪的报告，大家应该能看见看过这种就是满整个海滩都是那种蓝蓝的那种荧光，其实效果非常强。我们选择发光海藻的唯一的一个原因就是它非常亮，还有发光海藻也属于真核性，那植物也属于真核，那我们这两者之间会不会操作起来更容易一些呢？所以我们选择了发光海藻。但是怎么把发光海藻的这种发光系统导入到植物的这个系统中呢？这就涉及了很一系列的专业的知识。首先我们就在市场上购买了很多发光的海藻，就是能够发光的，大家报道过，然后我们购买了很多的发光海藻用来自己进行培养。通过培养这些发光海藻，我们提取这些发光海藻的基因，从而把这些基因通过加入到我们的这个递送工具里面。然后再通过这些递送工具，我们再导入到植物细胞内，从而实现一个植物细胞的一个反光。当然结合是比较简单。我们就是从基因扩张再到这个基因从工具的构建，再到这种细胞的培养，我们经历了很长的一个时间。最终大概经历了大概两个月，我们终于获得了第一颗发光海藻发光系统的一个植物幼苗。但是虽然植入了发光海藻的这个发光系统，经过我们一系列的努力，我们并没有检测到肉眼可见的一个光，那就离我们这个阿凡达场景就特别远了。另外甚至我们通过这个专业的手机去进行拍摄，我们大概要曝光三分钟才能得到微弱的一个光芒。这个图片我们当时拍了一个照片，就是曝光了大概三分钟，这个植物叶片才能发出这种来自于发光海藻那种蓝色的光芒。但这种淡淡的光，其实如果我们只是为了拍一个照去炫耀，或者是只是为了拍个照发朋友圈，这是完全可行的。但是我们想做的是能够肉眼可见，能够实现真正实现阿凡达星球的那那种场景。所以虽然经历了大概三个多月，我们才做出了这样一组发光的食物。但是不得不宣布，其实这个实验里，我们预期的这种实验结果还有很大的差距。所以我们就放弃了法国海藻这条通路。现在我刚我们之前说了，就是有4种系发光海藻的系统刚被我们排除了。然后发光海洋细菌我们觉得有毒性也没有用，现在只剩萤火虫，还有发光真菌的系统，也就这两个系统。所以我们就在考虑这两个系统中的一些基因，也查阅了一系列的文献，对最前沿的一个工作进行了一个汇总。然后我们幸运的发现，其实美国有一家科技公司也正在做相关的。所以我们最初想法就是把他们的基因通路完全复刻过来。但是也是经历了在上次的这种基因的组装，基因的扩张这种经验情况下，我们很快的就把这个地址工具做好了，然后把这个载体也构建好了。导入到植物细胞中之后，我们发现并没有得到我们想要的一种效果，就是还是没有实现肉眼可见。虽然拍照相对于我们之前的发光海藻的这种系统有大幅度的一个提升。你像发光还早的可能要曝光三分钟，但是我们现在大概45秒，曝光45秒我们就能看到微弱的一个光，就是提升了大概几倍。但是虽然复刻了别人最先进的一个通路，但是我们始终没有达到我们想要的效果，就肉眼可见。我觉得我们最终实现唯一一个判断标准就是肉眼可见，这离这个目标还有很远的一个距离。所以我们还要继续的进行一个研究，那怎么实现这个发光植物的一个发光亮度，不需要专业的相机，不需要相机去延时曝光，长时间的去曝光才能拍出一个像样的照片。那我们就其实只有两种话，一个叫开源，一个叫节流。什么意思呢？就像一个水库，如果上游来的这个水流，有很多个河流在往这个水库里排水，它这个水库的水就会很满，也就是我们发光会很亮。而且这个水库的水闸不能打开，就是我们的这个发光物质不能被其他的这种雷力去分解掉。所以我简单的比喻一下，就是这个就像一个水库一样，我们要把上游开源，就是把更引进更多的水流。第二就是把这个闸门给它关上，也就是开源节流。所以我们选择了两种喷雾共用，是什么意思？就是既要开源又要结。我们通过引入了一些新的，能把大幅度的提高这些发光物质含量的一些基因引入到细胞内。另外有一些植物体内本身就含有的一系列的能够降解这些发光物质的这些基因，我们把它屏蔽掉，把它消除掉。这样才能实现我们整个发光的水库，发光库的的量的一个积累，这就是我们的一个技术原理。当然说着说着比较容易做，比较麻烦。我不要一系列的工作，把这些各种经验都尝试了一遍，我简单的就是还是从刚开始的这个进行了扩增，进行了改造，到我们进行检测底层工具的构建，再到走底盘的一个改造，再到最终获得了进行改造的一个发光的一个幼苗。我们经历了532次的一个试验，我们特别期待这就是这一系列成功到最后能否达到我们肉眼这样的一个效果呢？我们就把我记得特别清晰，那天是2024年7月20号的晚上，我觉得没有太多的词可以形容的，可以直接放我们当时的一个场景，还有就是最终的站立式的一个画面，接下来就直接放影片。