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文档简介
生物选修3
专题1基因工程
1.1DNA重组技术的基本工具-L2基因工程的基本操作程
序
一、与DNA分子相关的几种酶及基因工程的其他工具
1、与DNA分子相关的酶
限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶
作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核甘酸DNA分子
作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键
作用结果形成粘性末端或形成重组DNA分形成新的DNA分形成单链DNA分
平末端子r
“分子手术刀“一一限制性核酸内切酶(限制酶)
(1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。
(2)功能:能够识别双链DNA分子的某种特定的核甘酸序列,并且使每一条链中特足部位
的两个核昔酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。
(3)结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。
“分子缝合针”一一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连接酶来源于T4噬菌体,只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的
磷酸二酯键连接起来;而T,DNA连接酶能缝合两种末端,但连接平末端的之间的效率较低。
(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核昔酸加到已有的核昔酸片段的末端,
形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端,形成磷酸二酯键。
2、载体
(1)条件:
①能在宿主细胞中稳定保存下来并大量复制。
②有一个至多个限制性核酸内切酶切割点,以便与外源基因连接。
③具有特殊的标记基因,便于筛选。
(2)种类:
质粒(常用)、Y噬菌体的衍生物、动植物病毒。
(3)作用:
①作为运载工具,将目的基因转移到宿主细胞内;
②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
二、基因工程基本操作程序
1、目的基因的获取途径(目的基因:编码蛋白质的结构基因。)
(1)从基因文库中获取
(2)人工合成目的基因,人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法。(原核
基因采取直接分离获得,真核基因是人工合成。)
(3)PCR技术扩增目的基因
①原理:DNA双链复制
②过程:
第一步:加热至90〜95CDNA解链;
第二步:冷却到55〜60℃,引物结合到互补DNA链;
第三步:加热至70〜75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
2、基因表达载体的构建
(1)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够
表达和发挥作用。
(2)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DNA片段,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DNA片段,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
生物
植物细胞动物细胞微生物细胞
种类
采用最多的方法是农杆菌转化法其
常用次还有基因枪法和花粉管通道法等Ca”处理法使其
显微注射技术
方法处于感受态
受体受体细胞多是受精卵
体细胞原核细胞
细胞受精卵
Ca?,处理细胞一
将含有目的基因的表达微生物细
将目的基因插入Ti质粒的T—DNA上载体提纯一取卵(受精胞壁的通透性增
转化一农杆菌一导入植物细胞f整合到受卵)一显微注射一受精加一重组
过程体细胞卵发育质粒与感受态细
的DNA-表达一获得具有新性状的动胞混合一
物感受态细胞吸收
DNA分子
4、目的基因的检测与鉴定
(1)分子水平检测
①导入检测即转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因:DNA分子杂交技术,即使用
放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作探针。
②转录检测即检测目的基因是否转录出了mRNA:分子杂交法,即目的基因作探针与mRNA杂
交
翻译检测即检测目的基因是否翻译成蛋白质:抗原一抗体杂交法
(2)个体生物学水平鉴定:对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验。
1.3基因工程的应用一1.4蛋白质工程的崛起
一、基因工程的成果
1.植物基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。
2.动物基因工程:提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。
3.基因治疗:把正常的外源基因导入病人体内,使该基因表达产物发挥作用。
二、蛋白质工程与基因工程的比较
蛋白质工程基因工程
过程预期蛋白质功能f设计预期的蛋获取目的基因f构建基因表达载体
白质结构一推测应有的氨基酸序一将目的基因导入受体细胞一目的
区别列f找到相对应的脱氧核昔酸序基因的检测与鉴定
列
实质定向改造或生产人类所需的蛋白定向改造生物的遗传特性,以获得
质人类所需的生物类型或生物产品
结果可产生自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质
结果(1)蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程
(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质进行修饰、改造
专题2细胞工程
2.1植物细胞工程
一、植物细胞工程
1、原理:细胞全能性:细胞具有该生物的全部遗传信息并具有发育成完成个体的能力。
全能性表达的难易程度:受精卵>生殖细胞>干细胞〉体细胞;植物细胞〉动物细胞
2、植物组织培养技术
概念:是指依据细胞全能性的原理,在无菌条件下,分离植物的器官、组织、细胞或
原生质体(称为外植体),并在培养基上培养,在适宜的条件下使其长成部分或完整植株的
技术。
(1)过程:离体的植物器官、组织或细胞一-►脱分化一一愈伤组织一-►再分化一一试管
苗一一植物体
(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。
•愈伤组织:是一团没有特定结构和功能并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞。
•脱分化:由已分化的植物细胞形成愈伤组织的过程。
•再分化:愈伤组织生长一段时间后再移植到新的培养基(人教版:分化培养基)上继续
培
养,重新诱导分化形成根、芽等器官的过程。
(4)条件:首先用澧物除去外植体表面的微生物,在无菌条件下将其放到适宜的培养基
上。培养基一般有五类成分:
(1)水
(2)无机营养:包括大量元素和微量元素。
(3)有机营养:主要有糖、维生素、氨基酸。
(4)生长物质:指植物激素,常用的有生长素和细胞分裂素,离体培养物的根芽分化取决
于激素间的比例。此外,蛙塞对刺激细胞的伸长也有一定的作用。
(5)天然附加物:如椰子乳、酵母提取物等。
3.植物体细胞杂交技术
(1)过程:
植物细胞甲-宫矍A原生质体甲
植物细胞乙-逑4原生质体乙新的原生
质体$髓A杂种细胞脱分化A愈伤组织再分化A杂种植株
(2)诱导融合的方法:物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇(PEG)
作为诱导剂。
(3)意义:克服了远缘杂交不亲和的障碍。
二、植物细胞工程的应用
1、植物繁殖的新途径
(1)微型繁殖:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
特点:保持优良品种的遗传特性;高效快速的实现种苗的大量繁殖。
(2)作物脱毒:植物分生区附近,如茎尖、根尖,很少被病毒感染,其至无病毒,因而被
用来培育无病毒植株。
(3)人工种子:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料,经过人工
薄膜包装得到的种子。/一'人工种皮
[易~,胚状体或不定芽、顶芽、腋芽
-----人工胚乳或子叶
2、作物新品种的培育:单倍体育种和突变体的利用。
3、细胞产物的工厂化生产:细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
【要点名师精解】
植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
名称植物组织培养植物体细胞杂交
原理细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性
过程离体的植物器官.组织或细胞植物细胞A
1脱分化|去壁
愈伤组织原生质体A、人工诱导融合的原生
1再分化
原生质体B/质体AB
根.芽或胚状体1去壁再生壁
J发育
植物细胞B杂种细
植物体
脱分化
杂种再分化愈伤
植株组织
注意事①选材:选取根尖、茎尖、形成层部①去细胞壁的方法:酶解法,所用的酶是纤
项位、最容易诱导脱分化维素酶和果胶酶
②光照:脱分化过程不需光照,再分②人工诱导融合的方法:
化过程一定要有光物理法:离心、振动电激
化学法:用聚乙二醇诱导
2.2动物细胞工程
一、动物细胞培养
概念:就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后,放在适宜的培养
基中,让这些细胞生长和增殖。这项技术是动物细胞工程的基础。用于培养的动物细胞和组
织大多取自动物胚胎或出生不久的继动物的器官或组织
1、原理:细胞增殖
2、过程:
取动彳组织块
剪碎组织
I
八用胰蛋白酶处理形
e-A分散成单个细胞
用培养全稀释制成
细胞悬液
转入培养液中二U干
进行原代培养」
贴满瓶壁的细胞用胰蛋白酶处理
分散成单个细胞,制成细胞悬液
相关概念
•细胞贴壁:培养时悬液中分散的细胞很快就会贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。
•接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种
现象称为细胞的接触抑制。
•原代培养:是指从供体获取组织或细胞后的返培养。
•传代培养:将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养。(一般情况下,
传代培养10-50次后,细胞增殖会明显放缓,甚至完全停止,但有少部分细胞克服细胞
寿命的自然极限,获得不死性,这些细胞已经发生了父变,正在朝着等同于癌细胞的方
向发展。)
3、结果:获得细胞群
4、传代培养的原因:培养到一定时期细胞密度过大和代谢消耗引起营养枯竭。
5、条件:
(1)无菌、无毒的环境
•培养液和培养用具进行无苴处理
•培养液中添加一定量的抗生素
•定期更换培养液
(2)营养
•葡萄糖、氨基酸、维生素、无机盐、微量元素、促生长因子等。
•合成培养基中还需加入动物电溃、血浆等
(3)温度和PH
•温度:细胞体外培养的温度一般与动物的隹遇相近,哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜。
•PH:多数细胞最适PH为7.2-7.4。
(4)气体环境
•细胞培养所需气体主要是以和曲,02是细胞代谢所必需的,CO?的主要作用是维拉
培养液的PH。
•进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,将其置于95%空气加5%CO2的混合
气体的培养箱
中进行培养。
附:培养基的的种类(按来源分)
j天然培养基:主要取自动物血清、动物组织提取液和鸡胚汁等,具有营养价值高、成分
t复杂的特点。
合成培养基:是人工配制的,具有成分明确、便于控制实验条件的特点。
4、应用:
(1)许多有重要价值的生物制品,如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等,都可以借助动物
细胞的大规模培养来生产。
(2)作为基因工程的受体细胞。
(3)用于检测有毒物质,判断某种物质的毒性。
(4)用于医学研究
二、动物体细胞核移植
概念:将供体体细胞的细胞核与受体去核卵细胞的细胞质进行人工组合,借助于卵细胞的发
育能力,经过培养发育成胚胎,进而形成个体的技术。
1、不同细胞全能性的表现程度不同,
如:受精卵〉胚胎干细胞>多能干细胞〉单能干细胞〉体细胞。
2、动物细胞核的移植技术
项目细胞核的移植
利用一个细胞的细胞核(供体核)来取代另一个细胞中的细胞核,
概念
形成一个重建的“合子”
原理动物体细胞核具有全能性
A动物一卵细胞一去核的卵细胞、
B动物一体细胞一细胞核/细旭
过程
产下彼.
的核6NA^一c动物耳期胚胎]发育
与供核动的子宜内早期瓯
物相同
结果获得与供体遗传物质基本相同的个体
①有利于遗传疾病的治疗,优良品种的培育
意义②对物种的优化、濒危动物的保护和转基因动物的扩群有重要意义
③降低畜牧业的成本,缩短育种年限,提高生产效率
三、动物细胞融合与单克隆抗体制备
概念:指在一定条件下将/或至企动物细胞融合为一个细胞的过程。(融合成的细胞称为
杂交细胞)
1、原理:细胞膜的流动性、细胞增殖
2、诱导融合的因素:聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。
3、意义:制备单克隆抗体。
4、单克隆抗体的制备:
(1)过程
^射抗.
B*巴“
。)东交京编曲
第端
o>
****/\体内培养
从培界版申n£Y从J»水中8W
单克・蜕体
(2)主要优点:特异性强、灵敏度高,并可大量制备。
【要点名师精解】
动物细胞融合与植物体细胞杂交的不同
比较项目细胞融合的原理细胞融合的方法诱导手段用法
植物体细去除细胞壁后诱离心、电刺激、振动,克服了远缘杂交的不亲和
胞杂交细胞膜的流动性导原生质体融合聚乙二醇等试剂诱导性,获得杂种植株
使细胞分散后诱除应用植物细胞杂交制备单克隆抗体的技术之一
动物细胞细胞膜的流动性导细胞融合手段外,再加灭活的病
融合毒诱导
专题3胚胎工程
概念:是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和技术处理,经过处理后获得的
胚胎,还需移植到甦性动物体内产生后代,以满足人类的各种需求。
技术:体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、胚胎干细胞移植技术、胚胎冷冻保
度技术、性别控制技术等
操作对象:生殖细胞、受精卵和早期胚胎细胞
3.1动物胚胎发育的基本过程
(-)精子的发生
1、场所:睾丸
2、时间:初情期
3、过程:
第一阶段:位于曲细精管管壁的植&5胞进行数次有丝分裂,产生多个初级精母细胞。
第二阶段:初级精母细胞连续进行两次分裂(即减数分裂,包括MI和Mil),第一次分裂
产生2个次级精母细胞,每个次级精母细胞再分裂一次产生2个精子细胞。
第三阶段:圆形的精子细胞经过变形成为蚯。
高尔基体线粒体中『'体
顶体核线粒体鞘尾
(-)卵子的发生
1、场所:卵巢
2、时间及过程:AQ
卵原细题
•胎儿期「一•
脑儿朗1有续分我
动物的胚胎在性别分化后以后,卵原细胞通过有丝分裂不初皴卵母如能a
断增加数量,并进一步演变为初级卵母细胞,这时,它被卵泡
细胞包围,形成卵泡。
•初情期后透明♦射成
初级卵母维胞2N--------建4.
减数第一次分裂:是在雌性动物排卵前后完成的,结果产--------------
生1个次级卵母细胞和1个第一极体,进入输卵管,准备与精Ml**
子受精。初情期行|—马
次徽”母细鹏N偏,:林如
减数第二次分裂:是在精子和次级卵母细胞(减n中期)
第一松体J+
结合的过程中形成的,次级卵母细胞经分裂产生1个卵子和1MOOH<猜
个第二极体。
(当在卵细胞膜和透明带的间隙观察到2个极体时,说明台于”
第9R体.
卵子已经完成了受精,这是判断卵子是否受精的重要标志)
(三)受精
准备阶段1一一精子获能
刚刚排出的精子,不能立即与卵子受精,必须在雌性动物的生殖道(子宫和输卵管)发
生相应的生理变化后,才能获得受精的能力,这种现象称为“精子获能”。
(苏教版:卵泡液、输卵管分泌物、血清等液体可使精子获能)
准备阶段2一—卵子的准备
卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程。动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能
是次级卵母细胞,有的可能是初级卵母细胞,它们都要在输卵管内进一步成熟,当达到减
数第二次分裂中期时,才具备与精子受精的能力。
受精阶段
(1)场所:输卵管
(2)主要过程(哺乳动物):精子穿越放射冠和透明带,进入卵细胞膜,原核形成和配子
结合。
获能后的精子与卵子相遇时,首先发生顶体反应,使顶体内的顶体酶释放出来,以溶
解透明带外面的放射冠(由卵泡细胞构成的放射状结构),形成精子穿越的通道。
精子穿越透明带后,在接触卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来的精子进入透明带的生
理反应,这个反应称作透明带反应。这是防止多精子入卵受精的第一道屏障。
精子外膜与卵细胞膜相互融合,精子入卵。精子入卵后,卵黄膜会立即发生一种生理
反应,拒绝其他精子再进入卵内,这种生理反应称作卵细胞膜反应。这是防止多精子入卵受
精的第二道屏障。
精子入卵后的另一个变化,是尾部脱离,并且原有的核膜破裂;随后,精子形成一个
新的核膜,最后形成一个比原来精子核还大的雄原核。与此同时,精子入卵后被激活的卵子
完成减数第二次分裂,排出第二极体后,形成雌原核。雄、雌原核充分发育后,相向移动,
彼此接触,二者体积缩小、合并,形成一个含二倍染色体的合子,即受精卵。受精过程至此
注意:
1、一个卵泡中一般能形成一个成熟的卵子。
2、排卵是指卵子从卵泡中排出而不是指卵泡从卵巢中排出。
3、刚排出的卵子尚未完全成熟,一般仅完成减数第一次分裂,需要在输卵管内进一步成熟。
4、成熟的精子无受精能力,需要在生殖道内获能后方能受精
2、动物排出的卵子并未成熟,只有达到减数第二次分裂中期时,才具备受精能力。
3、受精卵的遗传物质中,核遗传物质一半来自精子,一半来自卵子,细胞质遗传物质几乎
全来自卵子。
二'哺乳动物胚胎发育的基本过程
1'胚胎发育概念:
是指受精卵发育成幼体的过程,包括卵裂、囊胚、原肠胚、胚层分化等主要阶段。
(卵裂期细胞数目为32个左右时的胚胎,叫做桑牝胚)
2、胚胎发育过程:
苏教版:胚胎发育分为3个阶段
胚卵期(受精卵T第1周末)T胚胎期(第2周T第8周)T胎儿期(第9周始)
注意:
1、发育中的细胞分裂均为有丝分裂,原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段,但要
注意细胞分化贯穿整个个体发育过程中。
3.3胚胎干细胞的移植
(-)干细胞
1、概念:是动物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞,
是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。
2、类型:
(专能干细胞:只能分化为一种或功能密切相关的两种细胞。
如上皮组织基底层的干细胞,肌肉中的成肌细胞。
I多能干细胞:能分化为多种细胞或组织。如造血干细胞。
〔全能干细胞:能分化为各种细胞、组织或器官。如胚胎干细胞。
(-)胚胎干细胞
1、概念:是在人胚胎发育早期的囊昼(受精后约5〜6d)中未分化的细胞。
(人教版:是由早期胚胎或原始性腺分离出来的一类细胞,简称ES或EK细胞。)
2、特点(人教版)
形态上:体积上,细胞核大、核仁明显。
功能上:具有发育的全能性。
3、胚胎干细胞的分离途径:见下图
全能细胞
内细胞团细胞生殖腺细胞
胚胎干细胞分离培养
4、胚胎干细胞的应用
(1)用于治疗人类的某些顽症。
人类的某些顽症是由于细胞坏死、退化或功能异常引起的,如帕金森综合症、少年糖
尿病和老年痴呆等。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
使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。目前,在动物实验方面,用ES细胞诱导分
化出的某些组织细胞已成功治愈糖尿病、肝衰竭等。也许将来当我们身体某一类细胞功能出
现异常或退化时,可以通过诱导ES细胞定向分化来及时修补。
(2)通过诱导ES细胞体外诱导分化,可以培育出人造组织器官,解决目前临床上供体器官
不足和器官移植后免疫排斥的问题。
(3)ES细胞是研究体外翅题殳化的理想材料
3.4胚胎工程的应用
一、体外受精
1、概念:是指哺乳动物的精子和卵子在也h人工控制的环境中完成受精过程的技术。主要
包括卵母细胞的采集、精子的获能和受精等几个主要步骤。
人工模拟体内环境,包括营养、温度、PH等,使初级卵母细胞电通,同时使精子获能,
最终完成受精作用,并有计划地保存胚胎等。
2、过程:见图下
3、意义:加快优良家畜的繁殖速度。
二、胚胎早期培养
1、概念:精子与卵子在体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查受精
状况和受精卵的发育能力。当胚胎发育到适宜阶段时,可将其取出向受体移植或冷冻保存。
2、胚胎培养液:成分包括无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苔酸等营养成分,
及血清等物质。
3、牛体外受精胚胎工程化生产流程:
二氧化碳培养箱
1'概念:
是指将良种母畜(供体)配种后,从其生殖道取出受精卵或早期胚胎(人教版:或通过
体外受精及其他方式得到的胚胎),移植到生理状态相同的同种母畜(受体)体内,使之继
续发育成为新个体的技术。
2、过程:见右图
【特别提示】
①用于移植的胚胎应为桑甚胚或囊胚。
②胚胎移植的供体和受体必须是同种生物,同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。
③作为供体的是优良品种,受体的雌性动物则是常见或存量大的品种。
胚胎采集(桑根胚或囊胚)
产生大量优质后代
3、关键技术:超数排卵(促性腺激素处理)、人工授精、同期发情、胚胎采集等。
4、意义:大大缩短了供体本身的繁殖周期,充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。
5、胚胎移植的生理学基础
(1)排卵后,供、受体生殖器官的生理变化是相同的
(2)哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是
处于游离状态,这就为胚胎的收集提供了可能。
(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,这为胚胎在受体内的存活提
供了可能。
(4)供体胚胎可与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,
在孕育过程中不受任何影响。
四、胚胎分割
1、概念:用显微手术的方法将一枚胚胎分割成二分胚、四分胚甚至八分胚,经体内或体外
培养后植入受体,以得到同卵双生或同卵多生后代的技术。这种方法可视为一种
胚胎克隆方法。
2、材料:发育良好,形态正常的桑格胚或囊胚。
(注意:对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割,否则会影响分割后
胚胎的恢复和进一步发育)
2、意义:提高家畜的胚胎利用率。
注意:桑格胚以前的细胞均未分化,细胞全能性高,是胚胎分割的最佳时期
桑根胚到囊胚的发育过程中,细胞开始分化,但其全能性仍很高,也可用于胚胎
分割
(三)胚胎冷冻保存技术
1、概念:将动物的早期胚胎,通过特殊的保护剂和降温措施,使其长期保存在超低温环境
下。
2、意义:可以使胚胎移植不受时间和地域的限制,简化引种过程。
(五)性别控制技术
1、概念:通过人为干预,使动物按照人们的愿望繁衍所需性别的后代的技术。
2、应用:
•在临床上,避免与性别有关的遗传病胎儿的出生;
•在畜牧业生产上,按生产需要控制动物性别以提高经济效益。
3、牛胚胎性别鉴定和分割技术:
分割针
内细胞团
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问题
1、对转基因生物安全性的担忧:
(1)食用是否安全:
•转基因生物可能产生毒性蛋白、新的过敏原,导致营养成分的改变。
(2)对生态系统的影响;
•对生物多样性的影响;
•导入的目的基因是否会扩散到其他物种而导致自然界的混乱;
•转基因植物的残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效
应等。
2、我们应该采取的态度和措施
(1)对于转基因生物及其产品,我们应该科学地认识、评估和利用,保障公众的知情权;
(2)国家应建立相应的评估及预警机制,更加理性地利用转基因生物。
二'生物武器对人类的威胁
1、生物武器的危害性
(1)许多细菌和病毒具有强大的感染力和致病力;
(2)利用转基因技术,在一些不致病的微生物体内插入致病基因,或在一些致病的细菌或
病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因;
(3)人类基因组计划的完成也为生物武器的研制创造了条件。如,不同种群基因组成的特
性的阐明,就有可能被用于研制针对特定种群的生物武器。
2、禁止生物武器的措施
(1)1972年4月10日,苏、美、英签署了《禁止生物武器公约》,我国1984年加入。
(2)全球刑警合作,共防生物袭击。
三、生物技术中的伦理问题
1、热点讨论1——克隆人(人教版)
(1)争论焦点
•反对者认为,①克隆人严重违反了人类伦理道德,是克隆技术的滥用,克隆人冲击
了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念,克隆人是在人为地制造在
心理上和社会地位上都不健全的人等:②由于克隆技术尚不成熟,很有可能孕育出
有严重生理缺陷的孩子。
•支持者认为,①克隆人是一项科学研究,既然是科学,就应该允许科学家研究克隆
人;②担心可能孕育出有生理缺陷孩子的问题可以通过基因诊断、染色体检查等方
法得到解决,不成熟的技术只有通过实践,才能使之成熟。
(2)中国政府的态度:
•禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆。
•四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受。
2、热点讨论2——设计试管婴儿(人教版)
(1)设计试管婴儿与为解决不孕夫妇的生育问题的试管婴儿区别:
设计试管婴儿需要对胚胎进行基因检测,选择符合配型要求的胚胎,然后用其干细胞
(如造血干细胞)进行移植,从而治疗白血病、贫血病等疾病。而为解决不孕夫妇的生育问
题的试管婴儿则不需要。
(2)争论焦点
•反对者认为,把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不尊重,那些配型不合适的
胚胎又将如何处理?
•大部分人则认为,设计试管婴儿是符合伦理道德的,因为这是父母出于强烈的爱子之心,
千方百计救治自己孩子的行为。
3、热点讨论3——是否需要“基因身份证”(人教版)
(1)基因身份证:记录有个人某些基因(如致病基因和易感基因)资讯的身份证,便于医
生对疾病进行诊治。
(2)争论焦点
•反对者认为,完全没有必要,因为:①目前人类对基因结构及基因间相互作用,要想通
过基因检测达到预防疾病的目的是困难的,况且人类的多基因病,既与基因有关,由于
环境与习惯有关;②个人基因资讯的泄露所造成的基因歧视已经在社会上出现了。
•支持者认为,有必要,因为:①虽然基因不是决定一切的,但是有一些遗传性疾病在后
代中复现率很高,通过基因检测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;②对于基因歧视现象,可以通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立
法得以解决。
专题5生态工程
5.1生态工程的基本原理
一'生态工程提出的原因
>传统的经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源,消耗地球增给我们的自然资
本。
>为了实现可持续发展,经济发展必须生态学规律,走生态经济之路。生态经济主要
是通过实行“循环经济”的原则,使一个系统产出的污染物,能够成为本系统或者
另一个系统的生产原料,从而实现废弃物的资源化,而实现循环经济最重要的手段
之一就是生态工程。
二'生态工程的概念
生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法,通过系统设计、调控
和技术组装,对已被破坏的生态环境进行修复、重建,对造成环境污染和破坏的传统生产方
式进行改善、并提高生态系统的生产力,从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。
•产生:是人类学习自然生态系统"智慧”的结晶,是生态学、工程学、系统学、经济学等
学科交叉而产生的新兴学科。
•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,达到丝
济效益和生态效益的同步发展。
•特征:与传统的工程相比,生态工程是一类低消耗、多效益、可持续的工程体系。
三、生态工程的原理
(-)物质循环再生原理
1、解释:地球以有限的空间和资源,长久维持着众多生物的生存、
繁
衍和发展,奥秘就在于物质实现了循环往复、分层分级利用,
从而达到取之不尽,用之不竭的效果。而在没有物质循环的
系统,就会产生废弃物,造成环境污染,并最终影响到系统
的稳定和发展。
2、举例:“无废弃物农业”
“无废弃物农业”(如右图)是我国古代传统农业的辉煌成就之一,
也是生态工程最早、最生动的一种模式。土壤肥力是一切农业生产特S5-1•无度弃物衣业.物质和靛■流动围
别是种植业的基础,我们的祖先之所以维持土壤肥力几千年,其中的诀窍就在于实现了物质
的循环利用。
(-)物种多样性原理
1、解释:一般而言,物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。农业和林业生
产为追求最大产量,常常忽略生物多样性而连年种植单一品种,这往往会造成病虫
害增加,环境恶化。
生物多样性程度高,可以为各类生物的生存提供多样的机会和条件。众多的生物通
过食物链关系互相依存,就可以在有限的资源条件下,产生或容纳更多的生物量,
提高系统生产力。即使某个物种由于某种原因而死亡,也会有其他物种占据它原来
的生态位置,从而避免了系统结构或功能的失衡。
2、举例:人工单一樟子常常会遭到松林松毛虫的肆虐,一种小小的杨树天牛曾经将几十亿
株杨树毁于一旦;而珊瑚礁区存在于养分稀少的深海中,但其中的生物种类却非
常多,保持着很高的稳定性。
(三)协调与平衡原理
1、解释:在进行生态工程建设时,生物与环境的协调与平衡也是需要考虑的问题之一。
处理好生物与环境的协调与平衡,需要考虑环境承载力。环境承载力(又称环境
容纳量)是指某种环境所能养活的生物种群的数量,如果生物的数量超过了环境
承载力的限度,就会引起系统的失衡和破坏。
2、举例:我国西北一些地区年降雨量小于450mm,是只适宜种植灌木
和生产梢费
草的地区,但却被硬性规定种植属于乔木的杨树,以致到处都成本'
是“杨家将生态的不适应使许多地方的杨树长成半死不活
的“小老头”远不如当地树种那样有较高的生态适应性,结果
防护林成了残败的“灰色长城”。
(四)整体性原理
1、解释:人类是处在一个社会-经济
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