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选修三 《现代生物科技专题》(专题1-5)

高中生物学习帮 2018-06-12 15:00:59
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专题一 基因工程

1、什么是基因工程:

基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,通过体外DNA重组和转基因技术,赋予生物以新的遗传特性创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品基因工程是在DNA分子水平进行设计和施工的,又叫做DNA重组技术


2、基因工程的诞生:

基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科基础上发展起来的,正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程,具体有三大理论发现三个技术突破


1) 理论基础:DNA是遗传物质;DNA分子的双螺旋结构和半保留复制;遗传密码的通用性和遗传信息传递的方式;

2) 技术基础:限制性核酸内切酶的发现与DNA的切割;DNA连接酶的发现与DNA片段的连接;基因工程载体的构建与应用


理论上的三大发现

⑴、发现了遗传物质——DNA

1944年,艾弗里(O.T.Avery)的肺炎双球菌转化实验

⑵、揭示了遗传物质的分子机制:DNA分子的双螺旋结构和半保留复制

1953年,沃森(J.D.Watson)和克里克(F.Crick)的DNA双螺旋结构模型、半保留复制图,获1958年诺贝尔奖。

⑶、确立了遗传信息的传递方式:以密码形式传递

1963年,美国尼伦伯格(M.W.Nirenberg)和马太(H.Matthaei)确立了遗传信息以密码形式传递,破译了编码氨基酸的遗传密码(3个核苷酸=1个密码子=1个aa)。


技术上的三大突破

⑴、世界上第一个重组DNA实验:实现不同来源DNA的体外重组

1972年斯坦福大学化学家伯格(P.Berg)借助内切酶和连接酶将猴病毒SV40的DNA和大肠杆菌λ噬菌体的DNA在试管中连接在了一起,第一次成功地实现了DNA的体外重组。

⑵、第一个基因克隆实验:重组DNA表达实验,是世界上第一个基因工程实验

1973年美国斯坦福大学医学院遗传学家科恩(S.Cohen)将体外构建的含有四环素和卡那霉素抗性基因的重组质粒导入大肠杆菌,获得了具有双抗性的大肠杆菌转化子,成功完成了第一个基因克隆实验。基因工程诞生的标志

⑶、第一个真核基因在原核生物中的表达:第一次实现了异源真核基因在原核生物中的表达

1974年,科恩(S.Cohen)和博耶(H.Boyer)将非洲爪蟾编码核糖体基因的DNA片断同pSC101质粒重组,并导入大肠杆菌细胞,结果表明动物基因已进入大肠杆菌并转录出相应的mRNA产物,第一次实现了异源真核基因在原核生物中的表达。




1.1 DNA基因工程的基本工具

一、DNA基因工程的基本工具

DNA基因工程至少需要三种工具

分子手术刀——限制性核酸内切酶(限制酶)

分子缝合针——DNA连接酶

分子运输车——基因进入受体细胞的载体



1、分子手术刀”——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:能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,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。

(3)结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:粘性末端和平末端。



2分子缝合针”——DNA连接酶

(1)两种DNA连接酶(E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较:

  ①相同点:都缝合磷酸二酯键。

  ②区别:E·coli DNA连接酶来源于T4噬菌体,只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4DNA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苷酸加到已有的核苷酸片段的末端,形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端,形成磷酸二酯键




3分子运输车”——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DNA片段插入。

  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




1.2 基因工程的基本操作程序

基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤:目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定。


第一步:目的基因的获取

1.目的基因是指:编码蛋白质的结构基因

2.原核基因采取直接分离获得,真核基因是人工合成

 人工合成目的基因常用方法有反转录法化学合成法

3.PCR技术扩增目的基因

1)原理:DNA双链复制

    (2)过程:a:加热至90-95℃DNA解链;b:冷却到55-60℃,引物结合到互补DNA链;c:加热至70-75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。



第二步: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。



第三步:将目的基因导入受体细胞

1.转化的概念是目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。


2.常用的转化方法

将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是 农杆菌转化法,其次还有基因枪法,花粉管通道法等。

将目的基因导入动物细胞: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。

将目的基因导入微生物细胞:Ca2+处理法


3.重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达



第四步:目的基因的检测和表达

1.首先要检测 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。


2.其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA,方法是采用 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。


3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原-抗体杂交。


4.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。




1.3 基因工程的应用

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。




1.4 蛋白质工程的崛起

1、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



2、蛋白质工程的基本原理:

它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构,又称为第二代的基因工程。

基本途径:从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白质工程特有的途径;以下按照基因工程的一般步骤进行。(注意:目的基因只能用人工合成的方法)

设计中的困难:如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列





专题二 细胞工程


细胞工程:是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过细胞水平或细胞器水平上的操作,按着人的意志来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。


根据操作对象的不同,可以分为植物细胞工程动物细胞工程两大领域。



2.1 植物细胞工程

1、植物细胞工程的理论基础(原理):细胞全能性,即,具有某种生命全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能。这也是为什么植物的一瓣花瓣就可培育出完整的植株的原因。


理论上生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力但是在生物的生长发育过程中细胞并不会表现出全能性,而是分化成各种组织和器官这是因为在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质,从而构成生物体的不同组织和器官。


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、植物细胞工程的基本技术:植物组织培养技术


植物组织培养技术

1概念植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。


2过程离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织试管苗植物体


(3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


A、植物繁殖的新途径:

 u 微型繁殖:可以高效快速地实现种苗的大量繁殖

  u 作物脱毒:采用茎尖组织培养来除去病毒(因为植物分生区附近的病毒极少或没有

 u 人工种子:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经人工薄膜包装得到的种子。优点:完全保持优良品种的遗传特性,不受季节的限制;方便储藏和运输


B、作物新品种培育

 u 单倍体育种:

  a过程:植株(AaBb)通过减数分裂得到花粉(AB、Ab、aB、ab四种类型);对花粉进行花药离体培养(技术是植物组织培养);得到单倍体植株;对其幼苗时期进行秋水仙素处理;得到了正常的纯合二倍体植株(AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型)

  b优点:明显缩短育种年限

u 突变体利用:在组织培养中会出现突变体,通过从有用的突变体中选育出新品种(如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体

u 细胞产物的生产:通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养,从而让它们能够产生大量的细胞产物。



4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

1概念:植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞,在一定条件下,融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。


2过程:如下图,其中,①去壁;②融合;③再生细胞壁;④脱分化;⑤再分化



3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。


(4意义克服了远缘杂交不亲和的障碍。





2.2 动物细胞工程

动物细胞工程常用的技术手段:动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等。其中,动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。


1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,让这些细胞生长和繁殖


(2)流程:取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织剪碎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。


(3)细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。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,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制


(4)需要满足以下条件

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

营养:合成培养基成分:糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。

温度:适宜温度:哺乳动物多是36.5℃+0.5pH7.27.4

气体环境:95%空气5%CO2O2细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH


(5)技术应用:制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。




动物体细胞核移植技术和克隆动物

(1) 概念

动物体细胞核移植:是将动物的一个细胞的细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,使其重组并发育成一个新的胚胎,这个新胚胎最终发育为动物个体。

克隆动物:用核移植的方法得到的动物,称为克隆动物。


(2)哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。


(3)选用去核卵(母)细胞的原因:()细胞比较大,容易操作;卵()细胞细胞质多,营养丰富细胞质不会抑制细胞核全能性的表达


(4)体细胞核移植的大致过程是(奶牛克隆为例):

高产奶牛(提供体细胞)进行细胞培养

同时采集卵母细胞,在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞,去核(显微操作);

将供体细胞注入去核卵母细胞;

通过电刺激使两细胞融合,供体核进入受体卵母细胞,构建重组胚胎;

将胚胎移入受体(代孕)母牛体内;

生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛


5)体细胞核移植技术的应用:

加速家畜遗传改良进程,促进良畜群繁育;保护濒危物种,增大存活数量;生产珍贵的医用蛋白;作为异种移植的供体;用于组织器官的移植等


6体细胞核移植技术存在的问题克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。




动物细胞融合

(1)概念

动物细胞融合也称细胞杂交,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两个或多个细胞遗传信息的单核细胞,称为杂交细胞


(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,常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激等。


(3)动物细胞融合的意义克服了远缘杂交的不亲和性,成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生物新品种培育的重要手段。


4)动物细胞融合与植物体细胞杂交的对比


细胞工程

植物体细胞杂交

动物细胞融合

理论基础

细胞的全能性、细胞膜的流动性

细胞增殖、细胞膜的流动性

融合前处理

酶解法去除细胞壁(纤维素酶、果胶酶)

注射特定抗原,免疫处理正常小鼠

融合方法

诱导原生质体融合

使细胞分散后诱导细胞融合

诱导手段

物理法离心、振动、电激

化学法聚乙二醇(PEG)

物理法离心、振动、电激

化学法聚乙二醇

生物法:灭活的病毒(灭活的仙台病毒)

诱导过程

步:原生质体的制备(酶解法)

步:原生质体融合(物、化法)

步:杂种细胞的筛选和培养

步:杂种植株的诱导与鉴定

正常小鼠免疫处理

动物细胞的融合(物、化、生法)

杂交瘤细胞的筛选与培养

专一抗体检验阳性细胞培养

单克隆抗体的提纯

应用

克服远缘杂交的不亲和障碍,大大扩展杂交的亲本组合范围

应用:白菜-甘蓝等杂种植株

制备单克隆抗体

诊断、治疗、预防疾病,例如“生物导弹”治疗癌症




单克隆抗体

(1)概念:

简称单抗,单克隆抗体是指由淋巴B细胞杂交瘤产生的、只针对复合抗原分子上某一单个抗原决定簇的特异性抗体。单克隆抗体是仅由一种类型的细胞制造出来的抗体,对应于多克隆抗体/多株抗体——由多种类型的细胞制造出来的一种抗体。


(2)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


(3)单克隆抗体的制备过程:(如下图)

① 对免疫小鼠注射特定的抗原蛋白(目的使小鼠产生了效应B细胞);

② 提取B淋巴细胞;

③ 同时用动物细胞培养的方法培养骨髓瘤细胞并提取;

④ 促使它们细胞融合[注:融合的结果是有很多不符合要求的;如有2B淋巴细胞融合的细胞等,所以要进行筛选]

⑤ 在特定的选择培养基上筛选出融合的杂种细胞[特点是能迅速大量增殖,又能产生专一的抗体]

⑥ 然后对它进行克隆化培养和抗体检测[筛选出能够分泌所需抗体的杂种细胞]

⑦ 最后将杂交瘤细胞在体外做大规模培养或注射入小鼠腹腔内增殖,从细胞培养液或小鼠腹水中可得到大量的单克隆抗体。




4)杂交瘤细胞的特点既能大量繁殖,又能产生专一的抗体


(5)单克隆抗体的优点:特异性强,灵敏度高,并能大量制备。


(6)单克隆抗体的应用:

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

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。





专题三 胚胎工程


概念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。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。

主要的技术手段:如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。



3.1 体内受精和早期胚胎发育

哺乳动物受精胚胎发育的基本过程

1精子的发生在睾丸内完成的。

第一阶段:精原细胞进行有丝分裂,染色体复制,形成初级精母细胞;

第二阶段:初级精母细胞进行减数分裂,产生含单倍染色体的精子细胞;

第三阶段:圆形精子细胞变形成为精子(变形过程中,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)。[线粒体为精子运动提供能量]


(2)卵子的发生:在雌性动物的卵巢内完成。在胎儿时期,卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞(被卵泡细胞包围;初级卵母细胞经减数分裂形成成熟的卵子(减一分裂在排卵前后完成,形成次级卵母细胞和第一极体,并进入输卵管准备受精;减二分裂是在受精过程中完成的,次级卵母细胞分裂产生一个成熟卵子和第二极体。


★ 当在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时,说明卵子已经完成了受精,这是判断卵子是否受精的重要标志。

★ 哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备,是在出生前(即胎儿时期)完成的。这是精子卵子在发生上的重要区别。


3)受精:是精子与卵子结合形成(即受精卵)的过程。包括受精前的准备阶段受精阶段

★ 准备阶段1:精子获能(在雌性动物生殖道内);

★ 准备阶段2: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:精子穿越放射冠和透明带,进入卵黄膜,原核形成和配子结合。具体过程如下:[卵子周围的结构由外到内:放射冠、透明带、卵黄膜]

 a)顶体反应:精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质,穿越放射冠。

 b)透明带反应:顶体酶可将透明带溶出孔道,精子穿入,在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障]

 c)卵黄膜的封闭作用:精子外膜和卵黄膜融合,精子入卵后,卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程[它是防止多精子入卵受精的第二道屏障];精子尾部脱落,原有核膜破裂形成雄原核,同时卵子完成减二分裂,形成雌原核



★ 注意: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

★ 自然条件下,受精是在母体的输卵管上段完成的



(4)胚胎发育:

a卵裂期受精卵细胞进行有丝分裂,数量增加,胚胎总体积不增加或略有减小。;

b桑椹胚:胚胎细胞数目达32个左右时,胚胎形成致密的细胞团,形似桑椹。是全能细胞

c囊胚:细胞开始分化(该时期细胞的全能性仍比较高),其中聚集在胚胎一端个体较大的细胞叫内细胞团将来可发育成胎儿的各种组织;而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘;胚胎内部的空腔称为囊胚腔。(注:囊胚的扩大会导致透明带的破裂,胚胎伸展出来,这一过程叫孵化

d原肠胚:有了三胚层的分化,内细胞团表层形成外胚层,下方细胞形成内胚层,由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。[细胞分化在胚胎期达到最大限度]



3.2 体外受精和胚胎的早期培养

哺乳动物的体外受精:主要包括卵母细胞的采集精子的获取受精等步骤。属于有性生殖过程


(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,使其排出更多的卵子,从输卵管冲取卵子(可直接与获能的精子在体外受精);对体型大的动物从卵巢中直接或间接(借助超声波探测仪、腹腔镜等)采集卵母细胞。卵母细胞要在体外人工培养成熟后,才能与获能的精子受精


(2)精子的采集和获能:假阴道法、手握法和电刺激法;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);在体外受精前,要对精子进行获能处理。精子获能的方法有:培养法和化学诱导法两种。


(3)受精:获能的精子和培养成熟的卵子,一般情况下都可以在获能溶液专用受精溶液中完成受精过程。



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


a)培养液成分:无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等[注意与动物细胞培养液成分的比较];


b)胚胎发育到适宜阶段时,可将培养的胚胎取出,向受体移植或冷冻保存


不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植;小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植,人的体外受精胚胎可在4个细胞阶段移植。)




3.3 胚胎工程的应用

目前,胚胎工程应用较多的是家畜的胚胎移植胚胎分隔体外生产胚胎技术。


胚胎移植


(1)概念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技术。

其中提供胚胎的个体称为“供体”,接受胚胎的个体称为“受体”。(供体为优良品种,作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。)

是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程,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。是胚胎工程的最后一道“工序”


(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:

★ 同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的[对供体和受体进行同期发情处理];

★ 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,移入受体的供体胚胎的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,选择遗传特性和生产性能优秀的供体,有健康的体质和正常繁殖能力的受体,供体和受体是同一物种。用激素进行同期发情处理;

② 对供体母牛用促性腺激素做超数排卵处理;

③ 选同种优秀公牛配种或人工授精[有性生殖过程];

④ 对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天,用特制的冲卵装置,把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。

⑤ 对胚胎进行质量检查,此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。

⑥ 直接向受体进行胚胎移植或放入-196℃的液氮中保存。

⑦ 胚胎移植;

⑧ 移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。

⑨ 产下胚胎移植的犊牛。




胚胎分割


概念:用机械方法将早期胚胎切割成2、4、8等分等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。由于来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此胚胎分割可看作是动物无性繁殖或克隆的方法之一。


基本过程:选择良好的桑椹胚或囊胚(期间的发育过程中,细胞开始分化,但其全能性仍很高,也可以用于胚胎分割)移入培养皿中,用分割针或分割刀片将其切开,吸出其中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体。

注意:囊胚阶段的胚胎分割时,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)。




胚胎干细胞ES或EK细胞

概念:早期胚胎囊胚原始性腺胎儿中分离出来的一类细胞,又叫ES或EK细胞。


特征:具有胚胎细胞的特征,在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。在体外培养下,ES细胞可以只增殖不分化可以进行冷冻保存,也可以进行遗传改造


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。



胚胎干细胞的主要用途有:

 可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律

 是在体外条件下研究细胞分化的理想材料,在培养液中加入分化诱导因子,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,这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段;

 可以用于治疗人类的某些顽疾,如帕金森综合症、少年糖尿病等;

 利用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;

 随着组织工程技术的发展,通过ES细胞体外诱导分化,定向培育出人造组织器官,用于器官移植,解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。




专题四 生物技术的安全性和伦理问题

4.1 转基因生物的安全性

1、基因生物与食物安全的争论

反方观点:反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变

正方观点:有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据


2、转基因生物与生物安全(对生物多样性的影响)的争论:

反方观点:扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”

正方观点:生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限


3、转基因生物与环境安全(对生态系统稳定性的影响)的争论:

反方观点:打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体

正方观点:不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境

4、理性看待转基因技术


5、我国的农业转基因生物实行了标识制度:农业转基因生物分为四个等级:

安全等级I:尚不存在危险;

安全等级II:具有低度危险;

安全等级III:具有中度危险;

安全等级IV:具有高度危险。




4.2 关注生物技术的伦理问题

三个关于生物技术的伦理的热点问题

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;克隆人是在人为的制造在心理上和社会地位上都不健全的人。

肯定的理由:技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决。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:禁止生殖性克隆,不反对治疗性克隆四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受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,是对生命的不尊重;早期生命也有活下去的权利,抛弃或杀死多余胚胎,无异于“谋杀”

肯定的理由:解决了不育问题,提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷的方法,提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤。


3、基因身份证:

否定的理由:个人基因资讯的泄漏造成基因歧视,势必造成遗传学失业大军、造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。

肯定的理由: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。



4.3 禁止生物武器

生物武器:

(1)种类致病菌病毒生化毒剂,以及经过基因重组的致病菌

2散布方式吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等

(3)特点致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有潜伏期、不易被发现、危害时间长等

4)《禁止生物武器公约》及中国政府的态度:在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。



专题五 生态工程


5.1 生态工程的基本原理

1、生态工程建设的目的:

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,达到经济效益生态效益的同步发展。与传统的工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。


2、生态济:

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另一个系统的生产原料,从而实现废弃物的资源化。

实现循环经济的最重要的手段之一就是生态工程。


3、生态工程所遵循的基本原理:

    生态工程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。它遵循的基本原理有:

① 物质循环再生原理物质能在生态系统中循环往复,分层分级利用如无废弃物农业

② 物种多样性原理;提高生态系统的抵抗力稳定性,物种繁多复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性

③ 协调与平衡原理生态系统的生物数量不能超过环境承载力(环境容纳量)的限度。处理生物与环境的协调与平衡,考虑环境容纳量

④ 整体性原理;考虑自然系统、经济系统和社会系统的统一

⑤ 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。系统各组分间要有适当的比例关系,使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成,并实现总体功能大于各部分之和的效果,即1+1>2.




5.2 生态工程的实例

1、农村综合发展型生态工程:

解决问题:在农村实现经济效益、社会效益和生态效益的全面提高

运用原理:物质循环再生原理;整体性原理;物种多样性原理


2、小流域综合治理生态工程:

解决问题:水土流失

运用原理  整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等


3、大区域生态系统恢复工程:

解决问题:西北地区的土地荒漠化问题

运用原理:协调与平衡原理、生物多样性原理、整体性原理等


4、湿地生态恢复工程:

湿地的功能:具有蓄洪防旱,调节区域气候,控制土壤侵蚀,自然净化污水等。

解决问题:湿地的大面积缩小问题

处理方法:采用工程和生物措施相结合,如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程等使湿地得以恢复。

运用原理:系统学和工程学原理


5、矿区废弃地的生态恢复工程:

解决问题:采矿业造成的重金属污染

措施 人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、植被恢复

运用原理:协调与平衡原理、整体性原理。


6、城市环境生态工程:

解决:环境污染问题

措施:进行城市规划和合理布局;推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺;对垃圾进行分类处理,并实现垃圾资源化利用等

运用原理:协调与平衡原理、整体性原理。







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