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专题一基因工程
一、基因工程的基本工具
1、“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)
功能:能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。
结果:经限制酶切割产生的DN***段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。
2、“分子缝合针”——DNA连接酶
(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:都缝合磷酸二酯键。②区别:E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端;T4DNA连接酶能缝合两种末端,但效率较低。
3、“分子运输车”——运载体
(1)载体具备的条件:①能在受体细胞中复制并稳定保存。②具有一至多个限制酶切点,供外源DN***段插入。③具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。
(2)最常用的载体是:质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
(3)其它载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒
二、基因工程的基本操作程序
1、目的基因的获取
从基因文库中获得、人工合成、PCR扩增。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。(了解基因组文库和CDNA文库?;如何从基因文库中提取目的基因??)
2、基因表达载体的构建(关键步骤)
组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因
(1)启动子:是一段有特殊结构的DN***段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA,最终获得所需的蛋白质。
(2)终止子:也是一段有特殊结构的DN***段,位于基因的尾端。
(3)标记基因的作用:是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。
3、将目的基因导入受体细胞_
(1)常用的转化(导入)方法:
导入植物细胞:常用农杆菌转化法(双子叶植物),其次还有基因枪法和花粉管通道法等。
导入动物细胞:最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。
导入微生物细胞:感受态细胞法。先用Ca2+处理细胞,使其成为感受态细胞,再将重组表达载体DNA分子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。原核生物作为受体细胞的原因是繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少
,最常用的原核细胞是大肠杆菌。
(2)重组细胞导入受体细胞后,筛选含基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。
4、目的基因的检测和表达
检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子杂交技术。
检测目的基因是否转录出mRNA,方法是采用用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。
检测目的基因是否翻译成蛋白质,提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原-抗体杂交。
有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
三、蛋白质工程的概念
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,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自然界已存在的蛋白质)
专题2细胞工程
一、植物细胞工程
1、理论基础(原理):植物细胞全能性
2、植物组织培养技术
(1)过程:离体的植物器官、组织或细胞→愈伤组织→试管苗→植物体
(2)用途:微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。
(3)地位:是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。
3、植物体细胞杂交技术
诱导融合的方法:物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。
原理:细胞膜的流动性。意义:克服了远缘杂交不亲和的障碍。
二、动物细胞工程
1、动物细胞培养
(1)取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→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传代培养。
(2)细胞贴壁:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上。接触抑制:细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时,会停止分裂增殖。
(3)动物细胞培养需要满足以下条件
①无菌、无毒的环境:培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防培养过程中的污染。此外,应定期更换培养液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养:糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。需加入血清、血浆等天然成分。
③温度:适宜温度:℃+℃;pH:~。
④气体环境:95%空气+5%CO2。O2是细胞代谢所必需的,CO2作用是维持培养液的pH。
2、动物体细胞核移植技术和克隆动物
(1)哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植(比较容易)和体细胞核移植(比较难)。
(2)选用去核卵(母)细胞的原因:卵(母)细胞比较大,容易操作;卵(母)细胞细胞质多,营养丰富。
3、动物细胞融合
(1)原理级方法:细胞膜的流动性。诱导融合的方法:物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。还可以用灭活的病毒诱导。
(2)动物细胞融合的意义:克服了远缘杂交的不亲和性。
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
物理法、化学法
克服远缘杂交不亲和性,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
物理法、化学法、灭活的病毒诱导
制备单克隆抗体的技术之一
4、单克隆抗体
(1)抗体:一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。
(2)杂交瘤细胞的特点:既能大量繁殖,又能产生专一的抗体。
(3)单克隆抗体的优点:特异性强,灵敏度高,并能大量制备。
(4)单克隆抗体的作用:
①作为诊断试剂:准确识别各种抗原物质的细微差异,并跟一定抗原发生特异性结合,准确、高效、简易、快速。
②用于治疗疾病和运载药物:主要用于治疗癌症治疗,可制成“生物导弹”,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早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术,如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎,还需移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
2、动物胚胎发育的基本过程
(1)精子的发生:细胞核为精子头的主要部分,高尔基体发育为顶体,中心体演变为精子的尾,线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜,其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。
(2)卵子的发生:在胎儿时期,卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞,减一分裂在排卵前后完成,形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管;减二分裂是在受精过程中完成的。
(3)受精:精子获能(在雌性动物生殖道内);卵子的准备(排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减二中期才具备受精能力);受精阶段:透明带反应:防止多精子入卵受精的第一道屏障。卵黄膜的封闭作用:它是防止多精子入卵受精的第二道屏障。受精标志是第二极体的形成;受精完成标志是雌雄原核融合成合子。受精场所是母体的输卵管上段。
(4)胚胎发育:卵裂期→桑椹胚(全能细胞)→囊胚:开始出现分化(该时期细胞的全能性仍比较高)。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团,将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为囊胚腔。→原肠胚:有了三胚层的分化,具有囊胚腔和原肠腔。
二、体外受精
1、卵母细胞的采集和培养:对体型小的动物用促性腺激素处理,从输卵管冲取卵子(可直接受精);对体型大的动物从卵巢中采集卵母细胞(要在体外培养成熟)
2、精子的采集和获能:对啮齿动物、兔、猪等的精子用培养法(放入人工配制的获能液中);对牛、羊等精子用化学法(放在肝素或钙离子载体溶液中)
三、胚胎移植
1、将雌性动物的早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内,使之继续发育为新个体的。通过转基因、核移植、体外受精获得的胚胎必须移植给受体才能获得后代。
2、优势:可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,缩短供体本身的繁殖周期。
3、胚胎移植的生理学基础:
动物发情排卵后,同种动物的供、受体***官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
早期胚胎形成后处于游离状态,为胚胎的收集提供可能;
受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应;为胚胎在受体的存活提供了可能。供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,遗传特性在孕育过程中不受影响。
4、胚胎移植的程序:
①对供、受体母牛进行选择,用促性腺激素进行同期发情处理;对供体母牛用促性腺激素做超数排卵处理。②选择同种优秀公牛配种;③对胚胎进行收集[此时胚胎处于游离状态];对胚胎进行质量检查[此时胚胎应发育到桑椹胚或囊胚];④胚胎移植;⑤检查受体母牛是否受孕;产下胚胎移植的犊牛。
四、胚胎分割
1、概念:将早期胚胎切割成2、4、8等分等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,属于无性繁殖。
2、操作要点:选择发育良好,形态正常的桑椹胚或囊胚。内细胞团要均等分割,否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。
五、胚胎干细胞的移植(识记)
1、含义:由早期胚胎[囊胚]或胎儿的原始性腺中分离出来的一类细胞,又叫ES或EK细胞。
2、特征:形态上体积小、细胞核大、核仁明显;功能上具有发育的全能性,即可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。[体外培养下,ES细胞可以只增殖不分化]
3、应用:用于治疗人类疾病,如利用ES细胞诱导其分化成新的组织细胞特性,移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复。
专题五生态工程的原理(识记)
1、对象:以破坏的生态系统进行修复和重建
2、基本原理:
物质循环再生原理[如无废弃物农业]
物种多样性原理[提高生态系统的抵抗力稳定性]
协调与平衡原理[处理生物与环境的协调与平衡,考虑环境容纳量]
整体性原理[考虑自然系统、经济系统和社会系统的统一]
系统性和工程学原理[系统的结构决定功能原理:考虑系统内部不同组分之间的结构,通过改变和优化结构,达到改善系统功能的目的;系统整体性原理:实现总体功能大于各部分之和的效果]
相关考题:
一对表现型正常的夫妇,生了一个镰刀型细胞贫血症(常染色体隐性遗传病)患儿。在他们欲生育第二胎时,发现妻子的双侧输卵管完全堵塞,不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断,过程如下图。
请回答:
(1)过程①是指在体外进行的__________处理,从而使精子与卵子结合形成受精卵;过程②称为_______________。
(2)在对胎儿进行镰刀形细胞贫血症的产前基因诊断时,要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③__________进行PCR扩增。然后用MstⅡ对扩增产物进行切割,产生多个片段的酶切产物。据此判断,MstⅡ是一种______酶。
(3)不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同,形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀型细胞贫血症基因分析的电泳带谱如④,据此判断胎儿为_____________(填“正常”、“患者”或“携带者”)。
二、自1981年Evans和Kaufman首次成功分离小鼠胚胎干细胞(ES细胞),医学界对其的研究虽颇有争议但也如火如荼,下图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所做的一系列研究,请据图分析回答:
(1)过程Ⅰ将胚胎干细胞置于用γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上,并加入动物血清、抗生素等物质,维持细胞不分化的状态。在此过程中,饲养层提供干细胞增殖所需的________,加入抗生素是为了________,这对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义。
(2)过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔,通过组织化学染色,用于研究动物器官形成的时间、发育过程以及影响的因素,这项研究利用了胚胎干细胞具有________的特点。在哺乳动物早期发育过程中,囊胚的后一个阶段是________。
(3)过程Ⅲ中目的基因导入胚胎干细胞最常用的方法是________,将获得的目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体,其目的是__________________(4)过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官。实验时,必须用X射线照射去除胸腺的小鼠,获得免疫缺陷小鼠,其目的是_____________该过程研究的意义在于解决___________________问题。
三、胚胎工程技术包含的内容很丰富,如图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况,其中供体1是良种荷斯坦高产奶牛,供体2是黄牛,请据图回答下列问题:
(1)应用1中获得的小牛,其遗传物质来源于,细胞B的名称是。
(2)应用2中牛完成体内受精的场所是____________,刚种植在子宫内的胚胎其发育程度一般为,胚胎种植后可以通过__________从母体获得正常发育所需要的物质。这种试管牛的产生,采用的胚胎工程技术有(至少答出2种)等。
(3)应用3中细胞C取自牛胎儿的,或细胞。
(4)应用4中通过技术获得二分胚①和②,得到两只小牛,可以通过PCR技术进行小牛早期胚胎性别鉴定;也可以在细胞水平上通过对___________的分析进行性别鉴定。
答案:
一、(1)精子获能胚胎移植(2)DNA限制性核酸内切(3)正常
(1)营养物质防止杂菌污染(2)发育的全能性原肠胚(3)显微注射法使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以传给下一代,同时,使目的基因能够发挥作用(4)去除胸腺,使其不能形成T细胞,不发生细胞免疫,使移植的组织细胞不会被排斥 临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥等
(1)供体1和供体2卵细胞(2)输卵管胎盘桑椹胚或囊体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植)(3)原始性腺早期胚胎(4)胚胎分割染色体