现代生物技术专题讲座(陈景红)

1、高三生物专题讲座现代生物技术上海市实验学校 陈景红 考纲要求 考点解读 知识整合情景题 2009年2月2日，山东省干细胞工程技术研究中心宣布成功克隆出5枚符合国际公认技术鉴定指标的人类囊胚。该课题首席专家称他们掌握此项技术不是为了制造克隆人，而是进行人类治疗性克隆研究。 知识整合知识整合 生物技术也称生物工程，它是人类应用生命科学理论和工程科学技术手段，按照预先设计的蓝图，大规模的生产人类所需要的物质和产品的技术。基因工程酶工程发酵工程细胞工程现代生物技术主要服务领域：人类健康工农业资源能源环境生物工程主要领域之间关系微生物工程菌发酵工程基因工程酶产品动植物个体或细胞酶工程细胞工程优良动植物品

2、种生物工程的特点1. 高效性和经济性2. 清洁和低耗3. 强调技术设计4. 可遗传和可扩散5. 对人类伦理道德观念有影响一、核心技术基因工程 概念：是一种通过体外dna重组（人工的方法）创造生物新类型，并获得多肽或蛋白质等基因产品（表达）的技术。 分类：微生物基因工程、植物基因工程、动物基因工程。 过程：获取目的基因、目的基因与运载体重组、重组dna分子导入受体细胞、筛选含目的基因的受体细胞。过过程程图图解解获取目的基因的方法（从细胞中分离、用化学方法人工合成）1.鸟枪法2.基因文库的构建3.pcr法（聚合酶链反应）4.反转录法5.化学合成法酶：限制酶、连接酶。运载体的选择1.能在宿主细胞内复

3、制并稳定的保存2.具有多个限制酶切点，3.具有某些标记基因（荧光标记、抗生素标记等）受体细胞的筛选：筛选目的基因表达的受体细胞微生物基因工程（发酵工程） 由于微生物繁殖迅速、结构简单、遗传操作较为容易，所以微生物基因工程具有技术比较成熟、研制周期比较短、通过发酵可以大量生产等优点。植物基因工程培育抗逆植物、园艺植物、植物疫苗等ck抗虫ck抗虫动物基因工程概念：动物基因工程通常以动物的受精卵作为受体细胞，用显微注射的方法将目的基因导入动物的受精卵中，再使受精卵发育成个体而获得转基因动物。应用：1.在基因表达调控研究方面的应用2.用于基因产品的制备（培育乳腺生物发生器）3.动物品种的培育与改良 （

4、获得优良性状的动物新品种 ） 显微注射法进行动物转基因的基本过程 迄今应用得较为普遍而又最有成效的一种获得转基因动物的技术。胚胎干细胞法 胚胎干细胞介导法胚胎干细胞(embryonic stem cell，es)是指从哺乳动物胚胎囊胚期内的细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞，这种细胞具有发育的多能性，能够分化出各种组织。这个途径是将外源基因直接导人es细胞，经体外培养筛选后再注入到受体囊胚腔中，与其中的囊胚细胞聚集在一起，成为受体胚胎的一部分，参与其分化。由这种胚胎发育而成嵌合体的转基因动物，即其中有一部分组织来源于整合有外源基因的供体es细胞。在嵌合过程中，被转化的es细胞分化而成的生殖细

5、胞可通过杂交将引入的外源基因传递下去。 反转录病毒法 反转录病毒转移基因反转录病毒是一类含有rna的动物病毒，它的基因组进入寄主细胞内，在反转录酶催化下合成dna。反转录病毒的这种特性说明它有可能是一种天然的转导因子，可经人工操作改建为动物基因的转移载体。另外，反转录病毒感染效率高，但却不会招致寄主细胞的死亡，被它感染或转化的动物细胞常可持续许多世代。反转录病毒可用作载体的另一个优点是其寄主范围广泛，包括无脊椎动物和脊椎动物，其中有的还能够在人体细胞中生长。 基因治疗概念：是一种从根本上治疗遗传病的方法，即用正常的基因置换遗传缺陷的基因，或增补缺失的基因。1. 体外治疗2. 体内治疗（基因诊断

6、dna分子杂交法）体外治疗体外治疗转基因生物产品的安全性对生态环境基因漂移，影响生物的多样性对人类健康转基因食品是否含致敏物质。二、细胞工程概念：就是在细胞水平上，以细胞生物学理论和技术为基础，结合现代工程技术手段以及其他学科的科学原理和技术，研究、开发和利用细胞的现代技术。（一）植物组织和细胞培养技术 将无菌的外植体接种在含有营养物质和植物激素等的培养基中进行无菌培养，使其形成芽、根，并发育成完整植株的技术。分为以下四个阶段：1. 预备阶段（外植体、ms培养基）2. 诱导去分化阶段3. 再分化阶段（细胞分裂素与生长素浓度比不同诱导生成根、愈伤组织、芽）4. 移栽阶段 常用技术手段：植物组织培

7、养，植物体细胞杂交。 理论基础：植物细胞的全能性 植物组织培养技术的应用范围：快速繁殖、培育无病毒植物，通过大规模的植物细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。（二）动物组织和细胞培养技术概念：动物组织和细胞培养是从动物体内分离出组织和细胞，在无菌和适宜的温度和营养条件下，使组织或细胞生长和繁殖的一门技术。应用：获得一定数量的细胞用于临床治疗；生产生物制品，如抗体、激素、酶、生长因子等。 条件：适宜的温度、ph值、溶解氧、渗透压。 培养基成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等。细胞悬浮液原代培养传代培养（三）干细胞技术干细胞概念：具有自我更新、分化能力的细胞称为干细胞。

8、1. 成体干细胞（多能干细胞，如骨髓干细胞；单能干细胞，如皮肤基底细胞）2. 胚胎干细胞（早期胚胎中）人体细胞的分化（四）细胞融合技术概念：是指用人工的方法，使不同来源的细胞相互融合，形成一个新细胞，即重组细胞的过程。应用细胞融合技术进行细胞杂交，能够克服远缘杂交不育的缺陷，对培育新品种具有广阔的应用前景。最有价值的成就单克隆抗体概念：由单个杂交瘤细胞增殖产生的杂交瘤细胞群持续分泌的成分单一的特异性抗体称为单克隆抗体。 单克隆抗体导弹疗法（五）细胞核移植技术概念：将一种细胞的细胞核移植到另一种去核的细胞中的技术称为细胞核移植。童第周：将鲤鱼胚胎细胞的细胞核移植到鲫鱼成熟的卵中。 克隆动物：一般

9、是指通过无性繁殖形成动物后代。1997年，英国生物学家首次用羊的体细胞成功地克隆了一只小母羊，即多利绵羊。克隆是指无性繁殖系，具体地说，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的dna分子、细胞或个体。克隆也可指无性繁殖的过程。white sheepblack sheepegg celludder cellsdnaembryodollysurrogatemother多利绵羊的培育（六）胚胎移植技术概念：胚胎移植技术是将动物的受精卵或早期胚胎移植到母体子宫内，使之继续妊娠发育为新个体的技术。试管动物（婴儿）：通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物或婴儿。在这一技术过程中

10、，精子和卵子从动物（人）体内取出来，在人工提供的生活条件下（通常是在试管中）进行受精，并让体外受精的受精卵在试管中发育，再把发育到一定阶段的胚胎移植到“代理母亲”动物（人）的子宫内继续发育直到诞生。试管婴儿主要是在夫妻间进行的，其目的是解决不育问题。 三、酶工程概念：是一项借助生物反应装置和工艺过程来生产人类所需酶产品的现代生物技术酶的生产与提纯 生产：提取、发酵、化学合成。 提纯：注意保持酶的活力。酶的固定化技术意义：可以回收再利用；连续进行反应，提高催化效率。方法：酶的应用工业：洗涤剂医疗：酶疗法、糖尿试纸环保：降解废水中的污染物等。四、发酵工程概念：通过工程技术手段，由微生物生产出人类所

11、需产品的技术。发酵工程的内容发酵工程的内容1. 菌种的选育2. 配置培养基和灭菌3. 扩大培养和接种4. 发酵过程5. 发酵产物的分离和提取基因工程细胞工程诱变育种ph溶解氧温度搅拌（99年上海）50.（7分）世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如下图所示。请看图后回答： (1)写出图中 a 、b 所指的细胞工程名称：a ,b (2)实施细胞工程a 时,所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是： (3)“多利”面部的毛色是 ,请根据遗传学原理说明判断的原因是： (4)继植物组织培养之后,克隆绵羊的培育成功,证明动物细胞也具有 。 (5)请举一例,说明克隆绵羊培育成功的实际意义 上海历届高考题

12、汇编上海历届高考题汇编（00年）48、（9分）昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌内的dna分子结合起来。经过这样处理的细菌仍能分裂繁殖。请根据上述资料回答： （1）人工诱变在生产实践中已得到广泛应用，因为它能提高 ，通过人工选择获得。 （2）酯酶的化学本质是 ，基因控制酯酶合成要经过和 两个过程。 （3）通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于 。 （4）请你具体说出一项上述科研成果的实际应用。 。 答案： （第（1）（2）小题每格1分，第（3）、

13、（4）小题每格2分。） 基因突变频率 人们所需要的突变性状 （仅答突变性状不给分） 蛋白质 转录 翻译 控制酯酶合成的基因随着细菌dna分子复制而复制，并在后代中表达。 用于降解污水中的有机磷农药，以保护环境。 （01）21胚胎移植技术目前主要应用于a 解决某些不孕症者的生育问题 b 治疗某些遗传病c 提高良种家畜的繁殖力 d 提高动物的抗病力（ac）（01）37（9分）1990年10月，国际人类基因组计划正式启动，以揭示生命和各种遗传现象的奥秘。下图a、b表示人类体细胞染色体组成。请回答问题：（1）从染色体形态和组成来看，表示女性的染色体是图 ，男性的染色体组成可以写成_ （2）染色体的化学

14、成分主要是 _ （3）血友病的致病基因位于 染色体上，请将该染色体在a、b图上用笔圈出。唐氏综合征是图中21号染色体为 条所致。（4）建立人类基因组图谱需要分析 条染色体的 序列。（5）有人提出“吃基因补基因”，你是否赞成这种观点，试从新陈代谢角度简要说明理由。 。(02)6科学家将雌黑鼠乳腺细胞的细胞核移入白鼠去核的卵细胞内，待发育成早期胚胎后移植入褐鼠的子宫，该褐鼠产下小鼠的体色和性别是a 黑、雌 b 褐、雌 c 白、雄 d 黑、雄(02)29下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是 我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻 我国科学家将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉

15、 我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒 我国科学家通过体细胞克隆技术培养出克隆牛a b c d （a）（b）（03上海）3“试管婴儿”技术属于 a胚胎移植 b组织培养 c克隆技术 d基因工程答案：答案： a（03上海） 7“人类基因组计划”中的基因测序工作是指测定（ ）adna的碱基对排列顺序 bmrna的碱基排列顺序c蛋白质的氨基酸排列顺序 ddna的基因排列顺序答案：答案： a（03上海高考）36（9分）已知细胞合成dna有d和s两条途径，其中d途径能被氨基嘌呤阻断。人淋巴细胞中有这两种dna的合成途径，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤细胞中尽管没有s途径，但能不断分裂增殖，将这两种细胞

16、在试管中混合，加聚乙二醇促融，获得杂种细胞。请回答： （1）试管中除融合的杂种细胞外，还有 种融合细胞。 （2）设计一方法（不考虑机械方法），从培养液中分离出杂种细胞，并说原理。 方法： 。 原理： _。（3）将分离出的杂种细胞在不同条件下继续培养，获得a、b、c三细胞株。各细胞株内含有的人染色体如有表（“+”有，“”无）测定各细胞株中人体所具有的五种酶的活性。结果是：b株有a酶活性；a、b、c株均有b酶活性：a、b株有c酶活性；c株有d酶活性；a、b、c株均无e酶活性。若人基因的作用不受鼠基因影响，则支配a、b、c、d和e酶合成的基因依次位于人的 、 、 、 和 号染色体上。答案（1）2 （

17、2）培养液中加入氨基嘌呤，收集增殖的细胞 加入氨基嘌呤后，使d合成途径阻断，仅有d合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，但人淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞中可以利用淋巴细胞中的s途径合成dna而增殖 （3）6 1 2 7 8细胞株人染色体编号12345678a株b株c株（2004年）年）18、（2分）下列关于细胞工程的叙述中，错误的是（ ）a植物细胞融合必须先制备原生质体b试管婴儿技术包括人工受精和胚胎移植两方面c经细胞核移植培育出的新个体只具有一个亲本的遗传性状 d用于培养的植物器官或组织属于外植体答案：答案：c（2005年）年）26、（2分）将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时

18、，下列条件中不需要的是 （ ）a、具有完整细胞核的细胞 b、一定的营养物质和植物激素c、离体状态 d、导入指定基因答案：答案：d（2005年）年） 27现有黑色短毛兔和白色长毛兔，要育出黑色长毛兔。理论上可采用的技术是杂交育种 基因工程 诱变育种 克隆技术 a b c d（2005年）年） 37（10分）回答有关真核细胞中遗传信息及其表达的问题。（1）将同位素标记的尿核苷（尿嘧啶和核糖的结合物）加入细胞培养液中，不久在细胞核中发现被标记的_、_、_。（2）将从a细胞中提取的核酸，通过基因工程的方法，转移到另一种细胞b中，当转入_时，其遗传信息在b细胞中得到表达并能够复制传给下一代，当转入_时，

19、在b细胞中虽能合成相应的蛋白质，但性状不会遗传。（3）已知某基因片段碱基排列如右图。由它控制合成的多肽中含有“脯氨酸谷氨酸谷氨酸赖氨酸”的氨基酸序列。（脯氨酸的密码子是：ccu、ccc、cca、ccg；谷氨酸的是gaa、gag；赖氨酸的是aaa、aag；甘氨酸的是ggu、ggc、gga、ggg。）ggcctgaagagaagtccggacttctcttca（1）翻译上述多肽的mrna是由该基因的_链转录的（以图中或表示），此mrna的碱基排列顺序是：_。（2）若该基因由于一个碱基被置换而发生突变，所合成的多肽的氨基酸排列顺序成为“脯氨酸谷氨酸甘氨酸赖氨酸”。写出转录出此段多dna单链的碱基排列

20、顺序：_。（1）mrna trna rrna （2）dna rna （3）1） ccugaagagaag 2）ggacttcccttcggcctgaagagaagtccggacttctcttca（2006年）年）39a(12分)农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题。(1)要获得该抗病基因，可采用_、 _等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是_ 。(2)要使载体与该抗病基因连接，首先应使用 _ 进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是( )(3)切割完成后，采

21、用 _ 酶将载体与该抗病基因连接，连接后得到的dna分子称为 _ 。(4)再将连接得到的dna分子导入农杆菌，然后用该农杆菌去 _ 棉花细胞，利用植物细胞具有的 _ 性进行组织培养，从培养出的植株中 _ 出抗病的棉花。(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是( )a淀粉b脂类c蛋白质d核酸(6)转基因棉花获得的 _ 是由该表达产物来体现的。答案：答案：a(1)从细胞中分离 化学方法人工合成 ti质粒(2)限制性内切酶(限制酶) a (3)dna连接酶(4)感染 全能 筛选(选择) (5)c (6)抗病性状（07年）13下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是a花药、胚不能作为组织培养的材料

22、b植物细胞具有全能性c外植体是指用于培养的植物组织或器官d外植体可诱导出愈伤组织（07上海高考）39（9分）a下图表示用生物工程制备人抗a抗体的过程。请回答下列问题（1）人的红细胞膜表面有被称为凝集原的特异_：从免疫学角度看，这种凝集原是_。（2）图中细胞中1是小鼠体内注入人a型血红细胞后而获得的_细胞，这种细胞具有产生_的特点，但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞2，是从患骨髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细胞，这种细胞在体外培养时能_，但不会产生抗体。（3）为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，使两种细胞发生融合，形成图中的细胞3，这种细胞称为_。把它在乙培养皿中进行培养，则能产生大量的细胞群，这种方法称为_。（4）过程的主要目的_。通过过程或的培养方法能产生大量_抗体。（08年）11制备单克隆抗体所采用的细胞工程技术包括细胞培养 细胞融合 胚胎移植 细胞核移植a bc d答案：答案：a（08上海高考） 23阻止病人的致病基因传给子代的方法通常是将正常基因导入病人a体细胞的细胞质 b生殖细胞的细胞质c体