高中生物选修3知识点总结(11页).doc

-第 1 页高中生物选修高中生物选修 3 知识知识点总结点总结-第 2 页高中生物高中生物选修选修 3 3 基础知识总结基础知识总结专题一专题一 基因工程基因工程原理：基因重组基因重组基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外体外 DNADNA 重组和转基因技术，重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性，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 DNADNA 分子水平分子水平上进行设计和施工的，又叫做 DNADNA 重组技术重组技术。定向改造生物的遗传性状。（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）限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定特定的核苷酸序列（回文序列），并且使每一条链中特定特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开，因此具有专一专一性。（注意“酯”的写法）（3）结果：经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式：黏性末端黏性末端和平末端平末端。2.“分子缝合针”DNADNA 连接酶连接酶(1)两种 DNA 连接酶（EcoliDNA 连接酶和T4DNA 连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯键。区别：EcoliDNA 连接酶来源于大肠杆菌大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而 T4DNA 连接酶来源于 T T4 4噬菌体噬菌体，能缝合两种两种末端末端，但连接平末端的之间的效率较低低。(2)DNA 聚合酶、RNA 聚合酶和 DNA 连接酶的比较：3.“分子运输车”载体载体（1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。具有一至多个限制酶切点，供外源 DNA片段插入。具有标记基因，供重组 DNA 的鉴定和选择。安全无毒大小合适（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第一步：目的基因的获取目的基因的获取1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因或具有调控作用的因子编码蛋白质的结构基因或具有调控作用的因子。2.目的基因的获取有三种方法：从基因文库中获取；从基因文库中获取；PCRPCR 扩增目的基因；人工化学法合成扩增目的基因；人工化学法合成。原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法3.PCR 技术扩增目的基因（1）原理：DNADNA 复制复制（2）过程：第一步：加热至 9095DNADNA 解链解链；第二步：冷却到 5560，引物结合到互补引物结合到互补 DNADNA 链链；第三步：加热至 7075，热稳定热稳定 DNADNA 聚合酶（聚合酶（TaqTaq 酶）从引物起始互补链的合成酶）从引物起始互补链的合成。（3）条件：模板、耐高温的模板、耐高温的 DNADNA 聚合酶聚合酶（TaqTaq 酶）酶）、引物、脱氧核苷酸、精确的温度控制、能量、引物、脱氧核苷酸、精确的温度控制、能量第二步：基因表达载体的构建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稳定存在并且可以遗传至下一代遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用表达和发挥作用。2.组成：目的基因目的基因启动子启动子终止子终止子标记基因（复制原点）标记基因（复制原点）（1）启动子：启动目的基因的转录。是一段有特殊结构的 DNADNA 片段片段，位于基因的首端首端，是 RNARNA 聚合酶聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出转录出 mRNAmRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：终止目的基因的转录。也是一段有特殊结构的 DNADNA 片段片段，位于基因的尾端尾端。（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抗生素基因。第三步：将目的基因导入受体细胞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。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植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法农杆菌转化法，其次还有 基因枪法基因枪法、花粉管通道法花粉管通道法。将目的基因导入动物细胞动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵受精卵。基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或 DNA 重组技术操作环境操作环境生物体外操作对象操作对象基因操作水平操作水平DNA 分子水平基本过程基本过程剪切 拼接导入 表达实质实质基因重组结果结果人类需要的基因产物（定向的)-第 3 页将目的基因导入微生物细胞微生物细胞：CaCa2+2+转化法转化法注意：注意：将目的基因导入受体细胞，目前已开发出来的方法有很多种，每种方法都有利弊，适合于不同的受体细胞。究竟选用哪种方法，要根据具体情况而定。以上介绍的几种方法，在导入受体细胞之前，都必须进行目的基因表达载体的构建，也就是说导入受体细胞的必须是重组 DNA 分子，而不能直接导入目的基因。第四步：目的基因的检测和表达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转基因生物的染色体 DNADNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因，方法是采用 DNADNA 分子杂交技术分子杂交技术。2.其次还要检测 目的基因是否转录出了目的基因是否转录出了 mRNAmRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与用标记的目的基因作探针与 mRNAmRNA 杂交杂交，即分子杂交技即分子杂交技术术。3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质蛋白质，用相应的 抗体抗体进行抗原抗体杂交抗原抗体杂交。4.有时还需进行 个体生物学水平个体生物学水平的鉴定，进行抗虫抗病的接种试验抗虫抗病的接种试验观察植物是否出现抗虫抗病性状。（三）基因工程的应用（一）植物基因工程硕果累累1.抗虫转基因植物2.抗病转基因植物3.抗逆转基因植物针对盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境条件而培育的抗盐碱、耐旱、耐寒、抗涝4.利用转基因改良植物的品质主要成果基因转移方法转基因高赖氨酸玉米将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞中表达成功转基因延熟番茄将控制番茄果实成熟的基因导入番茄转基因矮牵牛将与植物花青素代谢有关的基因导入矮牵牛转基因烟草苗将萤火虫的发光基因导入烟草（二）动物基因工程前景广阔动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。1.用于提高动物生长速度将外源生长激素基因导入动物体内，在其体内合成大量生长激素2.用于改善畜产品的品质3.用转基因动物生产药物乳腺（房）生物反应器：用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。为了使目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。4.用转基因动物作器官移植的供体（三）基因工程药物（主要是微生物）基因工程药物种类：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。原理：用基因工程的方法，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。用 DNA 重组技术生产的人类蛋白药物种类（部分）（四）基因治疗（1）体外基因治疗（2）体内基因治疗基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。总结总结：动物基因工程动物基因工程的受体细胞是受精卵或胚胎干细胞受精卵或胚胎干细胞，因为只有受精卵或胚胎干细胞接受目的基因后才能发育成具有新性状的动物个体。植物细胞工程植物细胞工程的受体细胞可以是受精卵受精卵也可以是其他的体细胞体细胞。（四）蛋白质工程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-第 4 页核苷酸序列（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）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（1）基因工程和蛋白质工程的比较基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同相同均是基因工程，蛋白质工程是第二代基因工程不同不同概念概念P1P27 黑体字目的目的获得自然界中已存在的蛋白质获得自然界中不存在的蛋白质基本途径基本途径遵循中心法则先中心法则的逆推，再遵循中心法则注意注意：蛋白质的工程的重点在于对已存在的蛋白质进行分子改造，改造的对象是编码蛋白质的 DNA 序列。对基因进行改造的蛋白质可以遗传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。专题二专题二 细胞工程细胞工程（一）植物细胞工程（一）植物细胞工程1.理论基础（原理）：植物细胞全能性植物细胞全能性2.植物组织培养技术植物组织培养技术（1）过程：离体离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织愈伤组织 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.植物繁殖微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖作物脱毒：采用茎尖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）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花药离体培养（技术是植技术是植物组织培养物组织培养）；得到单倍体植株单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb 四种类型）。优点：明显缩短育种年限明显缩短育种年限C.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。植物组织培养过程容易出现突变体）D.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。（3）地位：是培育转基因植物转基因植物、植物体细胞杂交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）过程：去除细胞壁获得原生质体原生质体融合杂种细胞杂种细胞的筛选杂种细胞再生出细胞壁植物组织培养（2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电激离心、振动、电激等。化学法是用聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）作为诱导剂。（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。克服了远缘杂交不亲和的障碍。（4）注意：脱分化起点：脱分化起点：离体的植物器官、组织、细胞（花粉）终点：终点：愈伤组织再分化起点：再分化起点：愈伤组织脱分化避光的原因：脱分化避光的原因：有利于产生愈伤组织再分化需光的原因：再分化需光的原因：有利于进行细胞分化和有机物的生成植物体细胞杂交完成的标志：植物体细胞杂交完成的标志：形成新的细胞壁（高尔基体）植物体细胞杂交的意义：植物体细胞杂交的意义：克服远缘杂交不亲和的障碍（二）动物细胞工程（二）动物细胞工程1.1.动物细胞培养动物细胞培养（1）概念：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织组织，将它分散成单个细胞单个细胞，然后放在适宜的培养基培养基中，让这些细胞生长和繁殖生长和繁殖。（2）动物细胞培养的流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织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胰蛋白酶或胶原蛋白酶酶处理分散成单个细胞单个细胞制成细胞悬液细胞悬液转入培养瓶中进行原代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传代培养。-第 5 页（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贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互相互接触接触时，细胞就会停止分裂增殖停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制细胞的接触抑制。（4）动物细胞培养需要满足以下条件无菌、无毒的环境无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素抗生素，以防培养过程中污染。此外，应定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害代谢产物积累对细胞自身造成危害。营养营养：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、血浆血清、血浆等天然成分。温度温度：适宜温度：哺乳动物多是 36.536.50.50.5；pH：7.27.27.47.4。气体环境气体环境：95%空气空气5%COCO2 2。O2是细胞代谢细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的维持培养液的 pHpH。（5）动物细胞培养技术的应用：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。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。2.动物体细胞核移植技术和克隆动物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胚胎细胞核移植核移植（比较容易）和体细胞核移植体细胞核移植（比较难）。（2）受体选用去核卵去核卵(母母)细胞细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作比较大，容易操作；细胞质多，营养丰富细胞质多，营养丰富。（3）体细胞核移植的大致过程是：高产奶牛（提供体细胞）进行细胞培养细胞培养；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（4）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。（5）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。3.3.动物细胞融合动物细胞融合（1）动物细胞融合也称细胞杂交细胞杂交，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两两个或多个个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞杂交细胞。（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、电激聚乙二醇、灭活的病毒、电激等。（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比较：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）诱导过程第一步：原生质体的制备（酶解法）第二步：原生质体融合（物、化法）第三步：杂种细胞的筛选和培养第四步：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用途和意义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（1）制备单克隆抗体(2)诊断、治疗、预防疾病，例如“生物导弹”治疗癌症4.4.单克隆抗体单克隆抗体（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）单克隆抗体的制备过程：对免疫小鼠注射特定的抗原蛋白注射特定的抗原蛋白（目的使小鼠产生浆细胞目的使小鼠产生浆细胞）；提取 B 淋巴细胞；同时用动物细胞培养的方法培养骨髓瘤细胞并提取；促使它们细胞融合 注：融合的结果是有很多不符合要求的；如有注：融合的结果是有很多不符合要求的；如有 2 2 个个 B B 淋巴细胞淋巴细胞融合的细胞等，所以要进行筛选融合的细胞等，所以要进行筛选；在特定的选择培养基上筛选出融合的杂种细胞杂种细胞 特点是能迅速大量增殖特点是能迅速大量增殖，-第 6 页又能产生专一的抗体又能产生专一的抗体；然后对它进行克隆化培养和抗体检测克隆化培养和抗体检测 筛选出能够分泌所需抗体的杂交瘤细胞筛选出能够分泌所需抗体的杂交瘤细胞；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细胞培养液或小鼠腹水中可得到大量的单克隆抗体。总结：总结：（1 1、3 3、2 2、3 3）1 1：注射特定抗原：注射特定抗原3 3：在考虑细胞两两融合的情况下，有三种杂交细胞，其中只有一种是杂交瘤细胞。：在考虑细胞两两融合的情况下，有三种杂交细胞，其中只有一种是杂交瘤细胞。2 2：两次筛选：两次筛选在选择培养基上筛选出杂交瘤细胞在选择培养基上筛选出杂交瘤细胞利用特定培养基，进行多次抗体检测筛选利用特定培养基，进行多次抗体检测筛选，筛选出能产生专一抗体的杂交瘤细胞，筛选出能产生专一抗体的杂交瘤细胞3 3：三次培养：三次培养：在选择培养基上筛选时，即是培养的过程在选择培养基上筛选时，即是培养的过程在进行多次抗体检测之前都需要克隆化培养在进行多次抗体检测之前都需要克隆化培养筛选好的杂交瘤细胞进行体内或体外大规模培养。筛选好的杂交瘤细胞进行体内或体外大规模培养。（3）杂交瘤细胞的特点：既能大量繁殖繁殖，又能产生专一的抗体专一的抗体。（4）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备特异性强，灵敏度高，并能大量制备。（5）单克隆抗体的作用：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，具有准确、高效、简易、快速的优点。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。拓展提升：拓展提升：1.1.在植物组在植物组织培养过程织培养过程中中，为什么强为什么强调要无菌操调要无菌操作？作？污染后产生的杂菌会与培养物争夺养料杂菌在生长过程中会产生对培养物有害的物质2.2.植物组织培养过程中哪一阶段需要光或不需要光？植物组织培养过程中哪一阶段需要光或不需要光？脱分化：不需要光再分化：需要光（叶绿体）、分化培养基3.3.为什么选择胡萝卜含有形成层的部分为什么选择胡萝卜含有形成层的部分?因为这部分分裂比较旺盛，容易诱导形成愈伤组织4.4.植物体细胞杂交过程中细胞融合完成及杂交完成的标志分别是什么？植物体细胞杂交过程中细胞融合完成及杂交完成的标志分别是什么？融合完成：产生新的细胞壁杂交完成：产生杂种植株5.5.植物体细胞杂交的原理是什么？植物体细胞杂交的原理是什么？细胞膜具有一定的流动性植物细胞的全能性6.6.植物体细胞杂交的结果及意义（优点）植物体细胞杂交的结果及意义（优点）结果：产生杂种植株意义：克服远缘杂交不亲和的障碍7.7.动物细胞培养的原理及选取的材料是什么？动物细胞培养的原理及选取的材料是什么？原理：有丝分裂材料：动物胚胎、幼龄动物的组织、器官或细胞8.8.细胞贴壁对培养瓶的要求是什么？（细胞接触抑制）细胞贴壁对培养瓶的要求是什么？（细胞接触抑制）培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒，易于贴附9.9.动物细胞培养的条件有哪些？动物细胞培养的条件有哪些？无菌、无毒的环境营养条件（培养基成分）温度和 PH气体环境（CO2的作用）10.10.动物细胞核移植选用的受体细胞及得到动物的名称？动物细胞核移植选用的受体细胞及得到动物的名称？受体细胞：减数第二次分裂中期的次级卵母细胞动物的名称：克隆动物11.11.动物细胞核移植得到的动物的性状与亲代的性状是否完全一致，为什么？动物细胞核移植得到的动物的性状与亲代的性状是否完全一致，为什么？不完全一致；因为大部分性状与供体性状相同，一部分性状与受体性状相同（细胞质基因控制的性状）12.12.用于核移植的供体细胞为什么都选用传代用于核移植的供体细胞为什么都选用传代 1010 代以内的细胞？代以内的细胞？10 代以内的细胞能保持正常的二倍体核型，不会发生基因突变。13.13.诱导植物体细胞杂交与动物细胞融合方法的区别？诱导植物体细胞杂交与动物细胞融合方法的区别？植物：植物：物理法（离心、振动、电激）化学法（聚乙二醇）动物：动物：物理法（离心、振动、电激）化学法（聚乙二醇）生物法（灭活的病毒）14.14.细胞融合的优点及应用细胞融合的优点及应用优点：克服远缘杂交不亲和的障碍应用：制备单克隆抗体（最主要的应用）15.15.单克隆抗体制备过程用到的技术单克隆抗体制备过程用到的技术动物细胞培养、动物细胞融合（克隆化培养和专一抗体检验阳性）原理原理应用技术应用技术植物体细胞杂交植物体细胞杂交细胞膜的流动性、细胞全能性细胞融合、植物组织培养动物细胞培养动物细胞培养细胞的增殖动物细胞核移植动物细胞核移植细胞核的全能性动物细胞培养、显微注射、胚胎移植生产单克隆抗体生产单克隆抗体细胞膜的流动性、细胞增殖动物细胞融合、动物细胞培养-第 7 页专题三专题三胚胎工程胚胎工程（一）动物胚胎发育的基本过程（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、胚胎分割胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎胚胎，还需移植到雌性动物体内雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。（1）精子的发生：精原细胞先进行有丝分裂后进行减数分裂；变形过程中，细胞核为精子头的主要部分，高尔基高尔基体发育为顶体体发育为顶体，中心体演变为精子的尾中心体演变为精子的尾，线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜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：在胎儿时期胎儿时期，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被卵泡细胞包围，减数第一分次裂在排卵前后完成排卵前后完成，形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精进入输卵管准备受精；减数第二次分裂是在受精过程中完成受精过程中完成的。（3）受精：精子获能（在雌性动物生殖道内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数第二次减数第二次分裂中期分裂中期才具备受精能力）；受精阶段（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.b.透明带反应透明带反应：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它是防止多精子入卵受精的第一道屏障；c.c.卵黄膜的封闭作用卵黄膜的封闭作用：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 它是防它是防止多精子入卵受精的第二道屏障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完成减二分裂，形成雌原核 注意：注意：开始开始受精标志：卵子的卵黄膜和透明带间隙中有出现。完成受精标志：雌雄原核融合成合子。（4）胚胎发育：受精场所是母体的输卵管输卵管。卵裂期：特点：细胞有丝有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不增加，或略有减小并不增加，或略有减小。桑椹胚：特点：胚胎细胞数目达到 32 个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。（之前所有细胞都能发之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞育成完整胚胎的潜能属全能细胞）。囊胚：特点：细胞开始出现分化分化（该时期细胞的全能性仍比较高全能性仍比较高）。聚集在胚胎一端个体较大个体较大的细胞称为内内细胞团细胞团，将来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胎膜和胎盘。中间的空腔称为囊胚腔囊胚腔注：囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化孵化。原肠胚：特点：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。细胞分化细胞分化在胚胎期达到最大限度在胚胎期达到最大限度（二）（二）胚胎工程的应用胚胎工程的应用1.体外受精和胚胎的早期培养体外受精属有性生殖过程属有性生殖过程(1)卵母细胞的采集和培养：主要方法：用促性腺激素促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟人工培养成熟后，才能与获能的精子获能的精子受精。(2)精子的采集和获能：在体外受精前，要对精子进行获能获能处理。(3)受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能获能溶液或专用的受精专用的受精溶液中完成受精过程。(4)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发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精受精状况和受精卵的发育能力卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素维生素、激素激素、氨基酸氨基酸、核苷酸核苷酸等营养成分，以及血清血清等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存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更早的阶段移植，人的体外受精胚胎可在 816 个细胞个细胞阶段移植。)2.胚胎移植(1)胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同种的、生理状态相同的同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体供体”，接受胚胎的个体称为“受体受体”。（供体为优良优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大常见或存量大的品种。）地位：如转基因、核移植，或体外受精转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道胚胎工程的最后一道“工序工序”。实质：早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移。早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移。(2)意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力雌性优良个体的繁殖能力。-第 8 页(3)生理学基础：动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同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相同的生理环境的生理环境。早期胚胎在一定时间内处于游离游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能胚胎的收集提供了可能。受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能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生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性遗传特性在孕育过程中不受影响。(4)基本程序主要包括：对供、受体的选择和处理对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能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健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一同一物种。并用激素进行同期发情处理同期发情处理，用促性腺激素促性腺激素对供体母牛做超数排卵超数排卵处理。配种或人工授精配种或人工授精。对胚胎的收集对胚胎的收集、检查检查、培养或保存培养或保存。配种或输精后第 7 天，用特制的冲卵冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹桑椹胚胚或囊胚或囊胚阶段。直接向受体移植或放入196196的液氮的液氮中保存。对胚胎胚胎进行移植。移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠是否妊娠的检查。3.胚胎分割(1)概念：是指采用机械方法将早期胚胎早期胚胎切割 2 等份、4 等份等，经移植获得同卵双胎或多胎同卵双胎或多胎的技术。(2)意义：来自同一胚胎的后代具有相同相同的遗传物质，属于无性无性繁殖。(3)材料：发育良好发育良好，形态正常的形态正常的桑椹胚或囊胚桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很全能性仍很高高，也可用于胚胎分割。）(4)操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育分割后胚胎的恢复和进一步发育。拓展：拓展：1 1、试管动物技术中用到的技术手段有哪些？、试管动物技术中用到的技术手段有哪些？体外受精动物细胞培养胚胎移植2 2、转基因动物、体细胞核移植必需用到的两项技术是？、转基因动物、体细胞核移植必需用到的两项技术是？动物细胞培养 胚胎移植3 3、胚胎移植的胚胎，来源于：、胚胎移植的胚胎，来源于：转基因技术、核移植技术、体外受精、体内受精、胚胎分割获得的胚胎4 4、怎样保证供、受体的生理状态一致？、怎样保证供、受体的生理状态一致？用促性腺激素对供、受体进行同期发情处理7 7、冲卵是指冲出卵子吗？它与排卵有何区别？、冲卵是指冲出卵子吗？它与排卵有何区别？冲卵：是把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来。排卵：是指卵子从卵泡中排出（未成熟）8 8、胚胎分割得到的个体基因型、性状是否完全相同？、胚胎分割得到的个体基因型、性状是否完全相同？胚胎分割得到的个体基因型（遗传物质）完全相同，但个体性状并不完全相同，如在体重、毛色、斑纹等方面还存在差异（操作技术、获取营养、发育能力）9 9、胚胎分割、胚胎分割、胚胎分割的工具、仪器分别是什么？（分割针或分割刀片；实体显微镜和显微操作仪）、如何确定胚胎的性别？（取样滋养层，做 DNA 分析性别鉴定）（三）胚胎干细胞（三）胚胎干细胞1、哺乳动物的胚胎干细胞简称 ES 或 EK 细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺早期胚胎或从原始性腺中分离出来。2、具有胚胎细胞胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积体积小，细胞核细胞核大，核仁核仁明显；在功能上，具有发育的全能性发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖增殖而不发生分化分化，可进行冷冻冷冻保存，也可进行遗传改造遗传改造。3、胚胎干细胞的主要用途是：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。专题四专题四 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题1.对转基因生物的安全性的争论（1）转基因生物与食物安全-第 9 页一方观点：反对“实质性等同”担心出现滞后效应担心出现新过敏源担心营养成分改变动物蛋白基因转入农作物与宗教信仰另一方观点：“实质性等同”的评价是起点，不是终点多环节、严谨性、安全性评价发现过敏反应，立即销毁至今未发现影响人健康（2）转基因生物与生物安全一方观点：转基因植物扩散到种植区外，破坏了生态平衡后，成为杂草。转基因的外源基因可能与细菌、病毒杂交，威胁其它生物生存。外源基因转入杂草成为“超级杂草”另一方观点：转基因生物某性状到种植区外死亡由于存在生殖隔离，很难杂交花粉存活时间很短（3）转基因生物与环境安全有可能打破物种界限，改变生态系统的能量流动和物质循环造成二次污染或产生危害动、植物和人类的生物或产物。特别提示：影响破坏外来物种的入侵生物多样性生态系统的结构和功能理性看待转基因技术a 首先认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的，以基因工程为代表的一大批生物技术成果，进入人类的生产和生活，特别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。b、要正视转基因技术带来的安全性问题。切实认识到个别有害转基因生物的危害性，要趋利避害。c、完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安全性。d、增强科学家的法制意识，提高科学家的研究道德水平。2.克隆人、试管婴儿、基因检测比较生物技术名称利弊克隆人是一项科学研究，是科学违反人类伦理道德，胚胎着床率低、流产率高、胎儿畸形率高、出生后死亡率高设计试管婴儿解决夫妇的生育问题把婴儿当作人体零配件工厂，对生命不尊重基因检测医学上鉴定致病基因、易感基因基因隐私成为婚姻障碍3、生物武器（1）概念：是以生物战剂杀伤敌方有生力量、毁灭动植物的各种武器和器材的总称。（2）危害：伤害对方人员、动植物以及造成大面积杀伤。（3）举例：炭疽杆菌、天花病毒等。（4）特点：致病力强，传染性大有潜伏期传染面积大，危害时间长传播途径多造价低，技术难度不大，隐蔽性强治疗性克隆：研究的目的只是为了从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗。生殖性克隆：即通常所说的克隆人。试管婴儿：通过体外受精与胚胎移植的方式使妇女受孕而生出的婴儿。其主要用于不孕夫妇的不孕设计试管婴儿：方法同于试管婴儿，只是在植入前对胚胎进行遗传学诊断。其主要用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植、器官移植的疾病。调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。专题五生态工程一、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-第 10 页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，达到经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（一）物质循环再生原理解释：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。（二）物种多样性原理解释：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