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专题1 基因工程
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,赋予生物以,创造出。基因工程是在上进行设计和施工的,又叫做。
(一)基因工程的基本工具
1.“分子手术刀”——()
(1)来源:主要是从中分离纯化出来的。
(2)功能:能够识别双链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。
(3)结果:经限制酶切割产生的DN***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。
②区别:E·coliDNA连接酶来源于,只能将双链DN***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)载体具备的条件:①
②
③
(2)最常用的载体是,它是一种
(3)其它载体:
(二)基因工程的基本操作程序
第一步:
:。
,真核基因是。人工合成目的基因的常用方法有_和_。
(1)原理:(2)过程:第一步:加热至90~95℃;第二步:冷却到55~60℃,;第三步:加热至70~75℃,
第二步:
:使目的基因在受体细胞中,并且可以,使目的基因能够。
:+++
(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。
第三步:_
:
:
将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是,其次还有和等。
将目的基因导入动物细胞:最常用的方法是。此方法的受体细胞多是。
将目的基因导入微生物细胞:原核生物作为受体细胞的原因是,最常用的原核细胞是,其转化方法是:先用处理细胞,使其成为,再将溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程。
,筛选的依据是第四步:
,方法是采用
,方法是采用
,方法是从转基因生物中提取,用相应的进行。
。如
(三)基因工程的应用
:
:
:
(四)蛋白质工程的概念:蛋白质工程是指以作为基础,通过,对现有蛋白质进行,或制造一种,以满足人类的生产和生活的需求。(基因工程在原则上只能生产的蛋白质)
A表示
B表示
专题2细胞工程
(一)植物细胞工程
(原理):
全能性表达的难易程度:;
(1)过程:的植物器官、组织或细胞―→―→试管苗―→植物体
(2)用途:、、、、。
(3)地位:是培育、培育植物新品种的最后一道工序。
(1)过程:
(2)诱导融合的方法:物理法包括等。化学法一般是用作为诱导剂。
(3)意义:。
(二)动物细胞工程
(1)概念:动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的,将它分散成,然后放在适宜的中,让这些细胞。
(2)动物细胞培养的流程:取动物组织块()→剪碎→用处理分散成→制成→转入培养瓶中进行培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续培养。
(3)细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就,称为。细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面时,细胞就会,这种现象称为
(4)动物细胞培养需要满足以下条件
①:培养液应进行处理。通常还要在培养液中添加一定量的,以防培养过程中的污染。此外,应定期更换培养液,防止
②:合成培养基成分:糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入等天然成分。
③:适宜温度:哺乳动物多是;pH:。
④:95%+5%。O2是所必需的,CO2的主要作用是。
(5)动物细胞培养技术的应用:
(1)哺乳动物核移植可以分为核移植(比较容易)和核移植(比较难)。
(2)选用去核的原因:卵(母)细胞;卵(母)细胞。
(3)体细胞核移植的大致过程是:(下图)
a表示b表示
(4)体细胞核移植技术的应用:
①②③④
⑤
(5)体细胞核移植技术存在的问题:
克隆动物存在着问题、表现出缺陷等。
(1)动物细胞融合也称,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来细胞遗传信息的单核细胞,称为。
(2)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同,诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似,常用的诱导因素有
等。
(3)动物细胞融合的意义:克服了,成为研究、、的重要手段。
(4)动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较:
比较项目
细胞融合的原理
细胞融合的方法
诱导手段
用法
植物体细胞杂交
细胞膜的流动性
去除细胞壁后诱导原生质体融合
离心、电刺激、振动,聚乙二醇等试剂诱导
克服了远缘杂交的不亲和性,获得杂种植株
动物细胞融合
细胞膜的流动性
使细胞分散后诱导细胞融合
除应用植物细胞杂交手段外,再加灭活的病毒诱导
制备单克隆抗体的技术之一
(1)抗体:一个B淋巴细胞只分泌一种。从血清中分离出的抗体。
(2)单克隆抗体的制备过程:
注入小鼠
细胞融合
分离
抗原注入小鼠体内
B淋巴细胞
骨髓瘤细胞
杂交瘤细胞
细胞培养
选择培养细胞
培养基
体内培养
体外培养
从腹水提取
从培养液提取
单克隆抗体
(3)杂交瘤细胞的特点:既能大量,又能产生。
(4)单克隆抗体的优点:。
(5)单克隆抗体的作用:
①:准确识别各种物质的细微差异,并跟发生特异性结合,具有的优点。
②:主要用于治疗,可制成,也有少量用于治疗其它疾病。
专题3胚胎工程
(一)动物胚胎发育的基本过程
1、胚胎工程是指对动物所进行的多种显微操作和处理技术,如、、、等技术。经过处理后获得的,还需移植到生产后代,以满足人类的各种需求。
2、动物胚胎发育的基本过程
(1)受精场所是母体的。
(2)卵裂期:特点:细胞分裂,细胞数量不断增加,但胚胎的总体体积。
(3)桑椹胚:特点:胚胎细胞数目达到32个左右时,胚胎形成致密的细胞团,形似桑椹。是。
(4)囊胚:特点:细胞开始出现(该时期细胞的)。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为,将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为。
(5)原肠胚:特点:有了的分化,具有腔和腔。
(二)胚胎干细胞
1、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞,来源于
中分离出来。
2、具有的特性,在形态上表现为小,大,明显;在功能上,具有,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外,在体外培养的条件下,可以而不发生,可进行保存,也可进行。
3、胚胎干细胞的主要用途是:
①可用于研究哺乳动物;
②是在体外条件下研究的理想材料,在培养液中加入,如牛黄酸等化学物质时,就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化,这为揭示的机理提供了有效的手段;
③可以用于治疗,如帕金森综合症、少年糖尿病等;
④利用可以被诱导分化形成的特性,移植ES细胞可使的部位得以修复并恢复正常功能;
⑤随着组织工程技术的发展,通过ES细胞,定向培育出,用于,解决供体器官不足和器官移植后的问题。
(三)胚胎工程的应用
(1)卵母细胞的采集和培养:
主要方法:用处理,使其排出更多的卵子,然后,从中冲取卵子,直接与获能的精子在体外受精。第二种方法:从刚中采集卵母细胞;第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞,都要在体外经后,才能与受精。
(2)精子的采集和获能:在体外受精前,要对精子进行处理。
(3)受精:获能的精子和培养成熟的卵细胞在溶液或溶液中完成受精过程。
(4)胚胎的早期培养:精子与卵子在体外受精后,应将受精卵移入中继续培养,以检查。培养液成分较复杂,除一些无机盐和有机盐外,还需添加等营养成分,以及等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时,可将其取出向。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到阶段才能进行移植,小鼠、家兔等实验动物可在移植,人的体外受精胚胎可在阶段移植。)
(1)胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎,或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎,移植到其它雌性动物的体内,使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为,接受胚胎的个体称为。(供体为品种,作为受体的雌性动物应为的品种。)
地位:如、,或等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎,都必须经过才能获得后代,是。
(2)胚胎移植的意义:大大缩短了,充分发挥
(3)生理学基础:①动物发情排卵后,同种动物的供、受体***官的。这就为供体的胚胎移入受体提供了。
②早期胚胎在一定时间内处于状态。这就为
③受体对移入子宫的外来胚胎不发生。这为
④供体胚胎可与受体子宫建立正常的联系,但供体胚胎的在孕育过程中不受影响。
(4)基本程序主要包括:
①。选择优秀的供体,有
的受体,供体和受体是物种。并用激素进行,用对供体母牛做处理。
②。
③、、或。配种或输精后第7天,用特制的装置,把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行,此时的胚胎应发育到阶段。直接向受体移植或放入中保存。
④对进行移植。
⑤移植后的检查。对受体母牛进行的检查。
(1)概念:是指采用机械方法将切割2等份、4等份等,经移植获得的技术。
(2)意义:来自同一胚胎的后代具有的遗传物质,属于繁殖。
(3)材料:发育良好,形态正常的。(桑椹胚至囊胚的发育过程中,细胞开始分化,但其,也可用于胚胎分割。)
(4)操作过程:对囊胚阶段的胚胎分割时,要将分割,否则会影响。
专题4生物技术的安全性和伦理问题
(一)转基因生物的安全性争论:
(1)基因生物与食物安全:
反方观点:、、
、
正方观点:、、
(2)转基因生物与生物安全:对生物多样性的影响
反方观点:
、、、
、
正方观点:、、、
(3)转基因生物与环境安全:对生态系统稳定性的影响
反方观点:、、
、
正方观点:、
、
(二)生物技术的伦理问题
(1)克隆人:两种不同观点,多数人持否定态度。
否定的理由:克隆人严重违反了,是克隆技术的滥用;克隆人冲击了等传统的伦理道德观念;克隆人是在人为的制造在都不健全的人。
肯定的理由:技术性问题可以通过、和
等方法解决。不成熟的技术也只有通过实践才能使之成熟。
中国政府的态度:,四不原则:
任何生殖性克隆人的实验。
(2)试管婴儿:两种目的试管婴儿的区别两种。不同观点,多数人持认可态度。
否定的理由:把试管婴儿当作人体零配件工厂,是;早期生命也有活下去的权利,抛弃或杀死多余胚胎,。
肯定的理由:解决了不育问题,提供骨髓中造血干细胞、的方法,提供骨髓造血干细胞并不会对造成损伤。
(3)基因身份证:
否定的理由:个人基因资讯的泄漏造成,势必造成造成、等严重后果。
肯定的理由:通过可以及早采取预防措施,适时进行治疗,达到挽救患者生命的目的。
(三)生物武器
(1)种类:。
(2)散布方式:
(3)特点:、、、、、、等。
(4)禁止生物武器公约及中国政府的态度
专题5生态工程
一、生态工程的基本原理
1、生态工程的概念
(1)原理技术
应用和等学科的基本理论和方法
通过、和
(2)操作
对进行
对进行
(3)结果
提高促进
2、生态工程所遵循的基本原理
:遵循,充分,防止
,达到和的同步发展。
:。
项目
理论基础
意义
实例
物质循环
可避免环境污染及其
对系统稳定和发展
无废弃物农业
生态系统的稳定性
生物多样性程度高,可提高系
统的抵抗力稳定性
“三北”防护林建设中的单
纯林问题,珊瑚礁生态系统
的生物多样性问题
生物与环境的协调与平衡
可避免系统的失衡和破坏
太湖富营养化问题
社会、经济、自然
复合系统
统一协调各种关系,保障系统
的平衡与稳定
林业建设中自然系统与社
会、经济系统的关系问题
系统的结构决定功能
原理:分布式优
于集中式和环式
改变和优化系统的结构以改善
功能
桑基鱼塘
系统整体性原理:
整体大于部分
保持很高的系统生产力
珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
二、生态工程的实例和发展前景
1、生态工程的实例分析
类型
主要原理
注意问题
农村综合发展型生态工程
物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理
①核心:沼气工程
②优点:农林牧副渔全面发展;开发可更新资源,减少环境污染
小流域综合治理生态工程
整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理
①“综合”表现在同时考虑到生态效益和经济效益
②不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区,生态工程模式应各具特色
大区域生态系统恢复工程
物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理
工程建设中应注意的问题
①考虑树种生态适应性问题,种植适宜品种
②考虑树种多样性,保证防护林体系稳定
③不同地区应根据当地情况采取不同策略
湿地生态恢复工程
协调与平衡原理、整体性原理
主要措施:退耕还林
主要困难:解决迁出湖区居民的生计问题
矿区废弃地的生态恢复工程
系统学和工程学原理
①种植耐旱的灌木、草和树
②确定合理载牧量
③改良表土
城市环境生态工程
协调与平衡原理、整体性原理
①解决大气污染措施:禁止使用有铅汽油
②水污染:减少或禁止污水排放,进行污水净化
2、生态工程的发展前景
(1)“生物圈2号”生态工程实验启示:
(2)对我国生态工程发展前景的分析与展望
前景:解决我国目前面临的生态危机,生态工程是途径之一,需要走有中国特色的道路,不但要重视对生态环境的保护,更要注重与经济、社会效益的结合。
存在问题:缺乏定量化模型的指导,难以设计出标准化、易操作的生态工程样板设计缺乏高科技含量,生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持,缺乏理论性指导等。