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文档简介
1、一、基因工程的基本工具1限制性核酸内切酶(简称:限制酶)(1)来源:主要是从 生物中分离纯化出来的。(2)作用:识别特定的 并切开特定的两个核苷酸之间的 。(3)结果:产生 末端或 末端。2DNA连接酶常用类型来源功能连接 末端连接 末端或 末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 键3.载体(1)(2)其他载体: 衍生物、 等。二、基因工程的基本操作程序1目的基因的获取(1)目的基因:主要是指 的基因,也可以是一些具有 作用的因子。(2)获取方法:从 中获取目的基因 利用 扩增目的基因 通过DNA合成仪用 方法直接人工合成:适用于 核苷酸序列的较 基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,
2、不需要 。2基因表达载体的构建基因工程的核心(1)基因表达载体的组成: 、 、 、 。启动子:a位置:位于基因的 端。b作用:是 识别和结合的部位,驱动基因转录出 ,最终获得所需要的蛋白质。终止子:a位置:位于基因的 端。b作用:使 在所需要的地方停止下来。(2)构建基因表达载体的目的: ; 。3将目的基因导入受体细胞(1)转化: 的过程。(2)常用方法:生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法受体细胞转化过程4目的基因的检测与鉴定方法检测或鉴定目的水平检测目的基因的有无 水平目的基因是否转录目的基因是否翻译是否有抗虫抗病特性或是否具有良好的生物活性 水平三、基因工程的应用技术名称应用植物基
3、因工程培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质动物基因工程提高动物生长速度,改善畜产品的品质,用转基因动物生产药物,用转基因动物作器官移植的供体基因治疗把 基因导入病人体内,使其表达产物发挥作用,从而治疗疾病,分为 基因治疗和 基因治疗四、蛋白质工程1概念理解(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(2)操作:基因 或基因 。(3)结果:改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。(4)目的:满足人类的生产和生活的需求。(5)本质:第二代 工程。2操作过程从预期的 出发设计预期的 推测应有的 找到相对应的 基因 产生需要的蛋白质。五、容易混淆的概念1.
4、与DNA相关的酶(1)五种DNA相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制酶DNA连接酶DNA聚合酶DNA解旋酶DNA (水解)酶(2)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是 键。限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的 或它已经被修饰。限制酶是一类酶,而不是一种酶。DNA连接酶起作用时,不需要 。2载体具备的条件:条件适应性目的基因稳定存在且数量可扩大可携带多个或多种外源基因便于重组DNA的鉴定和选择六、植物细胞工程1理论基础细胞的 性(1)概念:具有 的任何一个细胞,都具有发育成 的潜能。2植物组织培养技术(1)概念理解:培养对象: 。培养条件: 、 、 、 等人工控制条件。培养结果
5、: 。(2)操作流程: 3植物体细胞杂交技术 (1)操作流程:(2)流程分析:过程a为去除 获得具有活力的原生质体,用到的酶是 (细菌则用 )。过程b是原生质体的融合,其原理是 。诱导b融合的两种方法:物理法包括 、 、 等;化学法一般用 ( )作为诱导剂。过程c是原生质体融合后再生出 。新细胞壁的生成是杂种细胞形成的标志。过程d是 技术,其原理是。(4)意义:克服了远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。4植物细胞工程的实际应用(1))微型繁殖技术的优势有 、 等。常选用幼嫩的植物组织作为外植体的原因是 。(2)获得脱毒苗常选用茎尖等分生组织的原因是 ;(3)单倍体育种是通过 获得单倍体植株,
6、后当年便可得到 的优良品种,这样极大地 ,节约了大量人力物力。(4)在植物的组织培养过程中,由于培养细胞处在 ,因此容易受到培养条件和外界压力(如 )的影响而产生突变。(5)可利用组织培养技术获得的 大量生产人参皂甙、生物碱等细胞产物。六、动物细胞培养和动物细胞核移植技术1培养条件(1)无菌、无毒的环境:对培养液和所有培养用具进行 处理,可添加 以防止培养过程的污染,定期 培养液以清除 。(2)营养:除正常的有机和无机营养外,加入 等一些天然成分。(3)适宜的温度和pH:温度为 (哺乳动物),pH为 。(4)气体环境:含95%空气加 的混合气体,其中后者的作用是 。2、动物细胞培养与动物体细胞
7、核移植的比较动物细胞培养动物体细胞核移植原理 过程(流程图)结果获得 ,目前使用的正常细胞通常为 代以内,以保持 获得 应用生产生物制品用于基因工程检测有毒物质加速家畜遗传改良进程,促进良种繁育保护濒危物种生产医用蛋白提供克隆器官、组织等七、动物细胞融合与单克隆抗体1动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较比较项目动物细胞融合植物体细胞杂交原理融合前处理及使用的酶诱导手段结果应用意义相同点2单克隆抗体 (1) (1)原理:一个(或一种) B淋巴细胞只产生 ,小鼠骨髓瘤细胞能够 。因此杂交瘤细胞就具备了既能 ,又能大量产生 的特征。(2)取相应B淋巴细胞前必须先注射 。(3)细胞融合后需经二次筛选:第
8、一次:在 上,未融合的亲本细胞(B淋巴细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞都会死亡,只有融合的杂种细胞才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖,又能产生单一的特异性抗体。第二次:经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞,需经 培养和 检测,经筛选后才可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。(3)优点: 、 ,可大量制备。(4)用途:作为诊断试剂;用于治疗疾病和制作生物导弹运载药物。八、精子和卵子的发生和受精作用(1)精子的发生:场所:睾丸的 管。时间: 期生殖机能衰退。过程:(2)卵子的发生:场所: 、输卵管 时间: 期和 期后过程:3受精(1)场所: (2)过程:准备阶
9、段受精阶段4胚胎发育受精卵卵裂桑椹胚囊胚(内细胞团)原肠胚第3讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题1胚胎工程的概念(1)操作对象:动物的早期胚胎或配子。(2)技术:体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。2体外受精和早期胚胎培养1体外受精(1)卵母细胞的采集和培养:(2)精子的采集和获能:(3)受精:获能的精子和培养成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精作用。2胚胎的早期培养(1)目的:检查受精状况和受精卵的发育能力。(2)培养液成分巧记(3)胚胎处理:受体移植或冷冻保存。胚胎工程的应用及前景1胚胎移植 (1)概念剖析:供体:能提供早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到的胚胎的
10、雌性动物。受体:同种的、生理状态相同的其他雌性动物。结果:产生新个体。(2)意义:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(3)生理学基础:移入:排卵后,供、受体生殖器官的生理变化是相同的。收集:早期胚胎处于游离状态。存活:受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。遗传性:供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但移入受体的供体胚胎的遗传特性不受任何影响。(4)基本程序:对供、受体的选择和处理配种或进行人工授精对胚胎的收集、检查、培养或保存胚胎移植移植后检查。2胚胎分割(1)概念:方法:机械方法;分割份数:将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等;目的:获得同卵双胎或多胎。(2)定位:动
11、物无性繁殖或克隆的方法之一。(3)材料:发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。(4)要求:将内细胞团均等分割。3胚胎干细胞(ES或EK细胞)(1)来源:早期胚胎或原始性腺。(2)特点1精子、卵子发生的比较项目精子发生卵子发生区别场所睾丸的曲细精管卵巢(M),输卵管(M)开始时间初情期后胚胎性别分化后过程特点M 、M 是连续的;需要变形;两次细胞质分裂均等M 、M 是不连续的;不需要变形;两次细胞质分裂不均等结果形成4个精细胞形成1个卵细胞相同点原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂;生殖细胞的成熟经减数分裂完成;成熟过程均经一次复制和两次分裂,子细胞染色体数目减半2.受精作用(1)受精作用的场所:输卵管
12、。(2)受精前的准备阶段:精子获能:精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才获得受精能力的生理现象。卵子的准备:在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期,才具有与精子受精的能力。(3)受精阶段四步曲:第一步:精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内卵丘细胞之间的物质,透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障;第二步:精子进入卵细胞膜。卵细胞膜作用是防止多精入卵受精的第二道屏障; 第三步:原核形成。雄原核形成和雌原核形成;第四步:合子形成。雌雄原核融合形成合子(受精卵)。3早期胚胎发育(1)过程:受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚试管动物与克隆动物比较项目试管动物克隆动
13、物技术基础体外受精、胚胎移植核移植技术、细胞培养、胚胎(分割)移植实例试管牛多利羊过程生殖方式有性生殖无性生殖遗传物质遗传物质来自两个个体遗传物质大部分来自供核生物体意义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加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等1.胚胎移植的实质早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换,胚胎本身的遗传物质并不发生改变。2影响胚胎移植成功率的两个重要条件(1)要在同种动物之间进行移植,“同种”是指“同一物种”。(2)供、受体生理状态要相同:供、受体母畜的发情时间一致;胚胎移入受体子宫的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。3胚胎移植的时间(1)不同动物其胚胎移植
14、的时间不同 (2)几乎所有动物都不能在原肠胚阶段移植,因为此时胚胎细胞分化程度高,移植成功率很低。4胚胎分割(1)理论基础:细胞的全能性。(2)材料选择:发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。(3)囊胚期分割要求:内细胞团均等分割,以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(4)意义:加快繁殖速度,是动物无性繁殖或克隆的方法之一,其他克隆方法还有核移植。 (3)胚胎干细胞(ES细胞)的应用前景ES细胞可用于治疗人类的某些顽症:利用ES细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性,移植ES细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。培育成组织器官,用于器官移植。对ES细胞的培养和诱导,为揭示细胞分化和
15、细胞凋亡的机理提供了有效手段。ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。生物技术的安全性和伦理问题1.转基因生物存在安全性问题的原因(1)目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。(2)目的基因往往是异种生物的基因。(3)外源基因插入宿主细胞基因组的部位往往是随机的。2理性看待转基因生物(1)转基因生物的优缺点优点缺点解决粮食短缺问题大大减少农药的使用量,减少环境污染增加食物营养,提高附加值增加食物种类,提升食物品质提高生产效率,带动相关产业发展可能出现新的过敏原或重组形成新病毒可能产生抗除草剂的杂草可能使疾病的传播跨越物种障碍可能会损害生物多样性可能会对人类生活环境造成二
16、次污染(2)对待转基因生物的正确态度对转基因生物出现激烈的伦理方面的争论是正常的,关键是社会应有正确的舆论导向,从而促进科学技术的发展。国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规。在转基因生物或其产品研究过程中,科学家要自觉遵守科学研究道德。3试管婴儿与克隆人的比较一般过程实质说明试管婴儿体外受精、体外一定程度的胚胎发育、胚胎移植到子宫内继续发育有性生殖与人类正常生殖情况相比,主要是改变了受精和初期发育的场所克隆人将体细胞的核物质移到去核的卵细胞中,将重组卵细胞移植到子宫内,逐渐发育为新个体体细胞繁殖,属于无性生殖克隆过程证明了动物细胞核的全能性4.克隆的分类类型项目 治疗性克隆生殖性克隆
17、区别目的从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗用于生育,获得人的复制品水平细胞水平个体水平联系都属无性生殖;产生新个体或新组织,遗传信息相同5.试管婴儿和设计试管婴儿的比较(1)所用技术手段:设计试管婴儿胚胎移植前需进行遗传学诊断或基因诊断,试管婴儿不需进行遗传学诊断或基因诊断。(2)试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗。6基因检测(1)概念:指通过基因芯片对被检测者细胞中的DNA分子或蛋白质进行检测,分析出被检测者所含的各种致病基因和疾病易感基因情况的一种技术。(2)争论焦点基因检测能否达到预防疾病的目的;是否引起基因歧视、个人婚姻困难、人际关系疏远
18、等严重后果。第4讲生态工程生态工程的基本原理1建设目的:遵循自然界物质循环的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展。2特点:少消耗、多效益、可持续的工程体系。3基本原理:(1)物质循环再生原理:物质在生态系统中循环往复分层分级利用。(2)物种多样性原理:物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。(3)协调与平衡原理:处理好生物与环境的协调与平衡,需要考虑环境承载力。(4)整体性原理:进行生态工程建设时,不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑到经济和社会等系统的影响力。(5)系统学和工程学原理:包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。生态工程的实例
19、(连线)类型实例农村综合发展型生态工程 a“三北”防护林,退耕还林还草小流域综合治理生态工程 b窦店村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程大区域生态系统恢复工程 c甘肃陇南“九子登科”治理模式湿地生态恢复工程 d张家港、大连等国家环境保护模范城市矿区废弃地的生态恢复工程 e.城市环境生态工程 f赤峰市元宝山矿区生态恢复工程【提示】bcaefd项目理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理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,提高系统的生产力“三北”防护林建设中的问题,珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡
20、原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力,可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题、过度放牧等整体性原理社会、经济、自然构成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学和工程学原理系统的结构决定功能原理:分布式优于集中式和环式改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘2.几种典型生态工程原理归纳(1)单一人工林比天然混交林稳定性低,易爆发虫害物种多样性原理。(2)草原确定合理载畜量,不能过度放牧协调与平衡原理。(3)引种考虑适应环境协调与平衡原理。(4)林业生态工程建设,既考虑种树又考虑生活问题整体性原理。1.主要生态工程实例的列表比较类
21、型问题主要原理对策案例农村综合发展型生态工程资源有限,人多地少,产出不足物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理建立农村综合发展型生态工程,实现物质的多级循环利用,在资源有限的条件下有较多的产出窦店村以沼气为中心的生态工程小流域综合治理生态工程小流域的水土流失整体性原理、协调与平衡原理等运用多种原理,应用多种措施综合治理甘肃陇南县“九子登科”模式大区域生态系统恢复工程土地荒漠化协调与平衡原理、整体性原理退耕还林还草、植树造林等“三北”防护林退耕还林还草工程湿地生态恢复工程湿地的缩小和破坏控制污染、退耕还湖江西鄱阳湖湿地生态恢复工程矿区废弃地的生态恢复工程矿区生态环境的破坏系统学和工程学原理
22、修复土地、恢复植被赤锋市元宝山矿区生态恢复工程城市环境生态工程环境污染协调与平衡原理、整体性原理等城市绿化、污水净化、废弃物处理、合理布局等污水及垃圾处理城市绿化【判断】(1)限制酶只能用于切割目的基因。(×) (2)DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。(×) (3)E·coli DNA连接酶既可以连接平末端,又可以连接黏性末端。(×) (4)质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。()(5)蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白质。() (6)理论上,每个正常活细胞都具有全能性。()(7)植物的每个细胞在植物体内和体外都能
23、表现出细胞的全能性。(×) (8)愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的。(×)(9)植物体细胞杂交获得的杂种植株含有两个亲本的全部遗传信息。() (10)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×) (11)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。(×) (12)哺乳动物细胞体外培养时乳腺癌细胞易于乳腺细胞;胚胎细胞易于脂肪细胞。()(13)克隆动物的性状与供体动物完全相同。(×) (14)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(×) (15)成熟的精子并不具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。()(16)卵子形成过程中,减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的。(×) (17)胚胎移植时对供体和受体母牛都要进行相同激素处理。(×) (18)在对囊胚进行分割时,要将滋养层细胞均等分割。(×) (19)胚胎分割的份数越多,操作技术的难度会越大,移植的成功率也越低。() (20)转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉
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