1、高中生物選修三專題 1 基因工程基因工程的概念基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外 DNADNA 重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。基因工程是在 DNADNA 分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNADNA1組技術。（一）基因工程的基本工具1 1“分子手術刀”一一限制性核酸內切酶（限制酶）（1 1 ）來源：主要是從 原核生物 中分離純化出來的。（2 2） 功能：能夠識別雙鏈 DNADNA 分子的某種 特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的 磷酸二酯鍵 斷開，因此具有 專一性。（3 3） 結果：經限制酶切

2、割產生的 DNADNA 片段末端通常有兩種形式：黏性末端 和平末端。2 2“分子縫合針” 一一 DNADNA 連接酶（1 1）兩種 DNADNA 連接酶（DNADNA 連接酶和 DNADNA 連接酶）的比較：1相同點：都縫合 磷酸二酯 鍵。2區別：DNADNA 連接酶來源于 T T4噬菌體，只能將雙鏈 DNADNA 片段互補的 黏性末端 之間的磷酸二酯鍵連接起來；而 T T4DNADNA 連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較 低。與 DNADNA 聚合酶作用的異同: :DNADNA 聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端, 形成磷酸二酯鍵。DNADNA 連接酶是連接兩個

3、DNADNA 片段的末端，形成磷酸二酯鍵。（3 3）與 DNADNA 分子相關的酶限制酶DNADNA 連接酶DNADNA 聚合酶解旋酶作用底物DNADNA 分 子DNADNA 分子片段脫氧核苷酸DNADNA 分 子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵作用結果形成粘性末端或形成重組 DNADNA 分形成新的 DNADNA 分形成單鏈 DNADNA 分平末端子子子3.3. “分子運輸車”載體（1 1）載體具備的條件： 能在受體細胞中復制并穩定保存。2具有一至多個限制酶切點，供外源DNADNA 片段插入。3具有標記基因，供重組 DNADNA 的鑒定和選擇。（2 2 ）最常用的載體是

4、質粒, ,它是一種 裸露的、結構簡單的、獨立于細菌染色體之外，并具 有自我復制能力的雙鏈環狀 _ _ DNADNA 分子。（3 3）其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的獲取從基因文庫中獲取1 1 獲取目的基因的方法 Y 鳥槍法人工合成提取目的基因的謹徑_目的基IH的皿反轉錄年鏈EMAI合成重白質紂氨基酸序列惟測mRNA的核昔醯序列I推測嚴費般田抱|外嘛 DdAH 増立注特定性扶2.2. 目的基因是指：編碼蛋白質的結構基因。3.3. 原核基因采取 直接分離 獲得，真核基因是 人工合成。人工合成目的基因的常用方法有 反轉 錄法_ _和化學合成法_ _。

5、4.4. PCRPCR 技術擴增目的基因(1)原理：DNADNA 雙鏈復制(2 2 )過程：第一步：加熱至 90909595CDNADNA 解鏈；第二步：冷卻到 55556060C,引物結合到互 補 DNADNA 鏈；第三步：加熱至 70707575C,熱穩定 DNADNA 聚合酶從引物起始互補鏈的合成。第二步：基因表達載體的構建1.1. 目的：使目的基因在受體細胞中 穩定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠 表達 和發揮作用。2.2. 組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因(1 1 )啟動子：是一段有特殊結構的DNADNA 片段，位于基因的首端，是 RNARNA 聚合酶識別和結合的部

6、位，能驅動基因 轉錄出 mRNmRNA A 最終獲得所需的 蛋白質。(2)終止子：也是一段有特殊結構的 DNDNA A片段， 位于基因的 尾端。(3)標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將 含有目的基因的 細胞篩選岀來。常用的標記基因是抗生素基因。質粒価分子從供體細胞初曲中直接為離基因耳槍法的過程J反轉錄陡八工合戌基芮真核細胞,_. I _反轉錄法的過程:根搦已知氮基酸序列合成D1U的過程;供述鈿胞申IMI限制醛許多DNA片段I載人玖鏈1皿(即目的基囲;3 3、目的基因與運載體結合（以質粒為運載體）、_v_Z1 秤釀制酶處理、r一個切口兩個切口商個黏性耒端蕊鶴目的基因”即

7、匹攝菲重組LNA分子（S組質粒）第三步：將目的基因導入受體細胞 _ _1.1. 將目的基因導入受體細胞受體細胞：細菌J氯化鈣細胞壁的通透性增大重組質粒進入受體細胞目的基因隨受體細胞的繁殖而復制2.2. 轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。3.3. 常用的轉化方法：將目的基因導入植物細胞：采用最多的方法是農桿菌轉化法，其次還有 基因槍法 和 花粉管通道法等。將目的基因導入動物細胞： 最常用的方法是 顯微注射技術。此方法的受體細胞多是 受精卵。將目的基因導入微生物細胞：原核生物作為受體細胞的原因是繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少，最常用的原核細胞是 大腸

8、桿菌，其轉化方法是：先用 CaCa2+處理細胞, 使其成為 感受態細胞，再將重組表達載體 DNADNA 分子溶于緩沖液中與感受態細胞混合， 在一定的溫度下促進感受態細胞吸收DNADNA 分子，完成轉化過程。生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞常用方法農桿菌轉化法顯微注射技術CaCa2+處理法受體細胞體細胞受精卵原核細胞轉化過程將目的基因插入 TiTi 質粒的 T T DNADNA 上T農桿菌T導入植物細胞T整合到受體細胞將含有目的基因的表達載咼考資源網體提純T取卵（受精卵）Ca+處理細胞T微生物細胞壁的通透性增的 DNADNA表達T顯微注射T受精卵發加T重組育質粒與感受態細T獲得具有新性狀的動胞

9、混合T物感受態細胞吸收DNADNA 分 子4.4.重組細胞導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。第四步：目的基因的檢測和表達1.1. 首先要檢測 轉基因生物的染色體 DNADNA 上是否插入了目的基因，方法是采用 DNADNA 分子雜交 技術。2.2. 其次還要檢測 目的基因是否轉錄出了 mRNmRNA A 方法是采用 用標記的目的基因作探針與 m m RNARNA 雜交。3.3. 最后檢測 目的基因是否翻譯成蛋白質 ，方法是從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的_抗體進行 抗原-抗體雜交。4.4. 有時還需進行個體生物學水平的鑒定。女口 轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲

10、性狀。（三）基因工程的應用1.1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。2.2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。3.3.基因治療： 把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。（四）蛋白質工程的概念蛋白質工程是指以 蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關系 作為基礎，通過 基因修飾或 基因合成，對現有蛋白質進行 改造，或制造一種 新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需 求。（基因工程在原則上只能生產 自然界已存在 的蛋白質）蛋白展工程r| inKM 翻譯井手設計- 蛋白質三維結構折疊專題 2 細胞工程(一)植物細胞工

11、程1.1.理論基礎(原理)：細胞全能性全能性表達的難易程度：受精卵生殖細胞干細胞體細胞；植物細胞動物細胞細胞懸液T轉入培養瓶中進行原代培養T貼滿瓶壁的細胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白 酶處理分散成單個細胞繼續傳代培養。(3)細胞貼壁和接觸抑制： 懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。細胞數目不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互抑制時，細胞就會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的接觸抑制。(4) 動物細胞培養需要滿足以下條件1無菌、無毒的環境：培養液應進行 無菌處理。通常還要在培養液中添加一定量的抗生素，以防培養過程中的污染。 此外，應定期更換培養液， 防止代謝產物積 累對細胞自身造成危害

12、。2營養：合成培養基成分：糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分。3溫度：適宜溫度：哺乳動物多是36.536.5C+0.50.5C; pHpH: 7.27.27.47.4。2.2.植物組織培養技術(1) 過程(2) 用途(3) 地位離體的植物器官、組織或細胞 一-愈傷組織 一-試管苗一-植物體 微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細胞產物的工廠化生產是培育 轉基因植物、植物體細胞雜交 培育植物 新品種的最后一道工序3.3.植物體細胞雜交技術(1 1)過程：JSW蠢舸虢齡 S 蹴鶴酣 5 璽種曲(2 2 )誘導融合的方法：物理法包括 離心、振動、電刺

13、激 化學法一般是用聚乙二醇(PEGPEG 作為誘導劑。(3 3)意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。等。(二)動物細胞工程1.1.動物細胞培養(1)(2)概念：動物細胞培養就是從動物機體中取出相關的 織，將它分散成單個細胞，然后放在適宜的 培養 基中，讓這些細胞 生長和繁殖。動物細胞培養的流程：取動物組織塊(動物胚胎或幼齡動物的器官或組織剪碎T用 胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細胞T制成釉唸生扯物tw磁A1雜+t囪flt雜刊44悻4氣體環境：95%95%空氣+ 5 5 空。Q Q 是細胞代謝所必需的,COCO 的主要作用是 維持培養液的 pHpH。(5)動物細胞培養技術的應用： 制備病毒疫苗

14、、 制備單克隆抗體、 檢測有毒物質、培養醫學研究的各種細胞。2.2.動物體細胞核移植技術和克隆動物(1) 哺乳動物核移植可以分為 胚胎細胞核移植(比較容易)和 體細胞核移植(比較難)。（2 2 ）選用去核 卵（母）細胞的原因：卵（母）細胞比較大，容易操作；卵（母）細胞細胞質多, 營養豐富。（3 3 ）體細胞核移植的大致過程是：（右圖）選拝供體増牛矣體悻牛I I. 伺期密歴瑾.I趙鍛排卵慣丼聲牛Eft沖卵Ir坯量橙至搭養肛齢拉.I妊血驗董I井曉術時移戦茁輪牛）（4）體細胞核移植技術的應用：1加速家畜遺傳改良進程，促進良畜群繁育；保護瀕危物種，增大存活數量；3生產珍貴的醫用蛋白； 作為異種移植的供

15、體；5用于組織器官的移植等。（5 5）體細胞核移植技術存在的問題：克隆動物存在著健康問題、表現出遺傳和生理缺陷等。3.3.動物細胞融合（1 1）動物細胞融合也稱 細胞雜交，是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程。融 合后形成的具有原來 兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞，稱為 雜交細胞。（2 2 ）動物細胞融合與植物原生質體融合的原理基本相同，誘導動物細胞融合的方法與植物 原生質體融合的方法類似，常用的誘導因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激 等。（3 3）動物細胞融合的意義：克服了 遠緣雜交的不親和性，成為研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和生物新品種培育的重要手段。（4 4）動物細胞融合與植物

16、體細胞雜交的比較:比較項目細胞融合的原理細胞融合的方法誘導手段用法植物體細 胞雜交細胞膜的流動性去除細胞壁后誘 導原生質體融合離心、電刺激、振動，聚乙二醇 等試劑誘導克服了遠緣雜交 的不親和性， 獲得 雜種植株動物細胞 融合細胞膜的流動性使細胞分散后誘 導細胞融合除應用植物細胞 雜交手段外，再加 滅活的病毒誘導制備單克隆抗體 的技術之一4.4.單克隆抗體(1) 抗體：一個 B B 淋巴細胞只分泌一種 特異性抗體。從血清中分離出的抗體 彳氐、特異性差。(2) 單克隆抗體的制備過程：(3) 雜交瘤細胞的特點：既能大量 繁殖，又能產生專一的抗體。(4)單克隆抗體的優點：特異性強，靈敏度高，并能大量制

17、備。(5) 單克隆抗體的作用：1作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質的細微差異，并跟一定抗原發生特異性結合，具 有準確、高效、簡易、快速 的優點。2用于治療疾病和運載藥物 ：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導彈”，也有少量用于治療其它疾病。專題 3 胚胎工程（一） 動物胚胎發育的基本過程1 1 胚胎工程是指對動物 早期胚胎或配子 所進行的多種顯微操作和處理技術，女口胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養等技術。經過處理后獲得的 胚胎，還需移植到 雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。2 2、動物胚胎發育的基本過程（1 1）受精場所是母體的 輸卵管上段。（2 2） 卵裂期：特點：細胞

18、 有絲分裂，細胞數量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。（3 3） 桑椹胚：特點：胚胎細胞數目達到3232 個左右時，胚胎形成致密的細胞團，形似桑椹。是全能細胞。（4 4） 囊 胚：特點：細胞開始出現 分化（該時期細胞的 全能性仍比較高）。聚集在胚胎一 端個體較大的產量低、純度抗原注入小鼠體內細胞稱為 內細胞團，將來發育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔。（5 5）原腸胚：特點：有了 三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。（二） 胚胎干細胞1 1、 哺乳動物的胚胎干細胞簡稱 ESES 或 EKEK 細胞，來源于 早期胚胎或從原始性腺 中分離出來。2 2、 具有胚胎細胞 的特性，在形

19、態上表現為 體積小,細胞核 大,核仁明顯；在功能上，具有 發育的全能性，可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。另外，在體外培養的條件下， 可以增殖而不發生 分化，可進行 冷凍保存，也可進行 遺傳改造。3 3、胚胎干細胞的主要用途是：1可用于研究哺乳動物個體發生和發育規律；2是在體外條件下研究細胞分化的理想材料,在培養液中加入分化誘導因子，如牛黃酸等化學物質時，就可以誘導 ESES 細胞向不同類型的組織細胞分化，這為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效的手段；3可以用于治療 人類的某些頑疾，如帕金森綜合癥、少年糖尿病等;4利用可以被誘導分化形成新的組織細胞的特性，移植 ESES 細胞可使壞死或

20、退化的部位得以 修復并恢復正常功能；5隨著組織工程技術的發展，通過ESES 細胞體外誘導分化，定向培育出人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。（三） 胚胎工程的應用1.1.體外受精和胚胎的早期培養（1 1）卵母細胞的采集和培養：主要方法：用 促性腺激素 處理，使其排岀更多的卵子，然后，從 輸卵管中沖取卵子，直接與 獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細胞:第三種方法是 借助超聲波探測儀、腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細胞。采集的卵母細胞，都 要在體外經人工培養成熟后，才能與獲能的精子受精。（2 2）精子的采集和獲能：在體外受精

21、前，要對精子進行獲能處理。（3 3）受精：獲能的精子和培養成熟的卵細胞在 獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程。(4)胚胎的早期培養：精子與卵子在體外受精后， 應將受精卵移入 發育培養液中繼續培養, 以檢查受精狀況和受精卵的發育能力 。 培養液成分較復雜， 除一些無機鹽和有機鹽外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養成分，以及 血清等物質。當胚胎發育到適宜的階段時，可將其取出向 受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時間不同。( (牛、羊一般要培育到 桑椹胚或囊胚 階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段 移植,人的體外受816816 個細胞階段移植。) )2.2. 胚胎移

22、植(1)(1) 胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的 其它雌性動物的體內, 使之繼續發育為新個體的技術。 其中提供 胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體稱為“受體”。(供體為優良品種，作為受體的 雌性動物應為 常見或存量大 的品種。)地位：如轉基因、核移植，或體外受精 等任何一項胚胎工程技術所生產的胚胎,都必須經過胚胎移植技術才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。(2)(2) 胚胎移植的意義：大大縮短了 供體本身的繁殖周期，充分發揮 雌性優良個體的繁殖能 力。生理學基礎：動物發情排卵后，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化

23、是相同的。這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環境。2早期胚胎在一定時間內處于游離狀態。這就為胚胎的收集提供了可能。3受體對移入子宮的外來胚胎不發百免疫排斥反應。這為胚胎在受體的存活提供了可能。4供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系,但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。(4)(4)基本程序主要包括：1對供、受體的選擇和處理 。選擇遺傳特性和生產性能 優秀的供體，有 健康的體質和正常 繁殖能力的受體，供體和受體是 同一物種。并用激素進行 同期發情處理，用促性腺激素厲 供體母牛做超數排卵處理。2配種或人工授精 。3對胚胎的收集、檢查、培養或保存。配種或輸精后第 7 7 天，用特制

24、的沖卵裝置，把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來 ( (也叫沖卵) )。對胚胎進行質量檢查,此時的胚胎應發育到 桑椹或 胚囊胚階段。直接向受體移植或放入196196C的液氮中保存。4對胚胎進行移植。5移植后的檢查。對受體母牛進行是否妊娠的檢查。3.3. 胚胎分割(1)(1) 概念：是指采用機械方法將 早期胚胎 切割 2 2 等份、4 4 等份等，經移植獲得 同卵雙胎或多 胎的技術。(2)(2) 意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，屬于 無性繁殖。(3)(3) 材料：發育良好，形態正常的 桑椹胚或囊胚。(桑椹胚至囊胚的發育過程中，細胞開始 分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。)操作過程：對囊胚階段的胚胎分割時，要將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育 。專題 4 生物技術的安全性和倫理問題(一) 轉基因生物的安全性爭論：(1)(1) 基因生物與食物安全：反方觀點：反對“實質性等同”、出現滯后效應、出現新的過敏原、營養成分改變 正方觀點：有安全性評價、科學家負責的態度、無實例無證據(2)(2) 轉基因生物與生物安全：對生物多樣性的影響反方觀點：擴散到種植區之外變成野生種類、成為入侵外來物