PAGEPAGE6選修3現代生物科技專題主要知識點專題1基因工程一、基因工程的一、基因工程的工具來源：主要從原核生物分離純化（“分子手術刀（“分子手術刀”）結果：產生黏性末端或平末端E·coliDNA連接酶E·coliDNA連接酶DNA連接酶“分子縫合針”本作用：只DNA連接酶“分子縫合針”T4DNA連接酶工來源：T4噬菌體T4DNA連接酶具作用：可連接兩種末端常用載體：質粒能在受體細胞中復制并穩定保存基因進入受體細胞的載體必備條件具有一至多個限制酶切點（“分子運輸車”）具有標記基因其他載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒目的基因：主要指編碼蛋白質的結構基因目的基因：主要指編碼蛋白質的結構基因從基文庫中獲取目的基因方法利用PCR技術擴增目的基因用化學方法直接人工合成基因組文庫部分基因文庫（cDNA文庫）目的基因的獲取 二、基因工程的操作二、基因工程的操作程序目的：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（基因工程的核心）組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因基因表達載體的構建（核心）將目的基因導入植物細胞：農桿菌轉化法（雙子葉、裸子）將目的基因導入植物細胞：農桿菌轉化法（雙子葉、裸子）、基因槍法、花粉管通道法將目的基因導入動物細胞：顯微注射法Ca2+含重組DNA將目的基因導入微生物細胞：受體細胞↓感受態分子的緩沖液感受態細胞吸細胞收DNA分子的基因導入受體細胞檢測轉基因生物的染色體DNA是否插入了目的基因（DNA分子雜交法）檢測轉基因生物的染色體DNA是否插入了目的基因（DNA分子雜交法）↓檢測目的基因是否轉錄出了mRNA（分子雜交法）↓檢測目的基因是否翻譯成蛋白質（抗原—抗體雜交法）目的基因的檢測與鑒定抗蟲轉基因植物抗蟲轉基因植物—減輕農藥對環境的污染植物基因工程抗病轉基因植物抗逆轉基因植物利用轉基因改良植物的品質 提高動物生長速度改善畜產品的品質提高動物生長速度改善畜產品的品質動物基因工程用轉基因動物生產藥物用轉基因動物作器官移植的供體基因工程藥物的生產基因工程應用把正常基因導入體內，使該基因表達產物發揮作用把正常基因導入體內，使該基因表達產物發揮作用基因治療體外基因治療方法體內基因治療 四、四、蛋白質工程的崛起基因工程的實質：蛋白質工程崛起緣由基因工程原則上只能生產自然界原有的蛋白質蛋白質工程的目的：生產人類需要的蛋白質目標：根據需要對蛋白質的結構進行分子設計蛋白質工程的基本原理原理：過程：蛋白質工程的進展和前景五、蛋白質工程與基因工程比較項目蛋白質工程基因工程區別過程預期蛋白質功能→設計蛋白質結構→推測氨基酸序列→推測脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質獲取目的基因→構建表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定實質定向改造或生產人類所需蛋白質定向地改造生物的遺傳性狀，以獲得人類所需的生物類型或生物產品（基因的異體表達）結果生產自然界沒有的蛋白質生產自然界中已有的蛋白質聯系蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。因為對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成實現多倍體育種染色體變異器官大，提高產量和營養成分適用于植物，動物方面難以展開基因工程育種分子遺傳學原理打破物種界限，定向地改造生物遺傳性狀技術要求高細胞工程育種細胞生物學和分子生物學原理、基因突變植物體細胞雜交可以克服遠緣雜交不親和的障礙，擴大了用于雜交的親本范圍；定向改造生物遺傳性狀遠緣雜種不能按人們的需要表現出親代的優良性狀專題3胚胎工程時間：初情期以后場所：睪丸曲細精管二者重要區別：哺乳動物卵泡內體精子的發生過程：三個階段的形成和在卵巢內的儲備是在出生受前完成的，而精子是從初情期開始的和時間：性別分化以后早卵子的發生場所：卵巢輸卵管期過程胚受精前的準備階段準備階段1：精子獲（得受精）能（力）胎受精準備階段2：卵子的準備發受精階段：頂體反應、透明帶反應、卵黃膜封閉作用育胚胎發育：受精卵→卵裂→桑椹胚（32個、全能性）→囊胚→原腸胚一、胚胎工程試管動物技術：是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養發一、胚胎工程①促性腺激素處理卵母細胞的采集和培養②超聲波探測儀、內窺鏡等①假陰道法體外采集②手握法體受精精子的采集和獲能③電刺激法外受獲能①培養法精②化學法和受精：獲能的精子和培養成熟的卵子發生作用早期培養液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、胚早期胚氨基酸、核苷酸、血清等胎胎培養不同動物胚胎移植時間不同培定義養現狀和意義胚胎移植生理學基礎：與供體、受體的生理狀況有關胚胎工程的基本程序應用及前景定義胚胎分割設備：實體顯微鏡和顯微操作儀定義：由早期胚胎或原始性腺分離出來的一類細胞。應用二、精子、卵子的發生兩者都是在生殖器官內，經過減數分裂而形成的。關于兩者的區別應注意以下幾點：（1）卵泡的形成和卵巢內的儲備，是在出生前完成的，這是兩者在發生上的重要區別，但不是唯一區別。（2）精子的發生中減數分裂的兩次分裂是連續的，在曲細精管內進行的，場所是唯一的。卵子發生減數分裂的兩次分裂是不連續的，第一次是在卵巢內完成，形成的次級精母細胞和第一極體進入輸卵管，與精子的結合過程中完成第二次減數分裂。因此，場所在卵巢和輸卵管兩處，也不是唯一的。（3）減數分裂中細胞質的分配、形成成熟性生殖細胞的數目、是否需要變形，都是兩者在發生上的區別。現將二者的發生比較如下：項目精子發生卵子發生區別場所睪丸的曲細精管（場所惟一）卵巢（MI）、輸卵管（MII）（場所不惟一）時間初情期后性別分化后開始，卵泡（含次級卵母細胞和第一極體的形成）的形成和在卵巢內的儲備，是在出生前（胎兒時期）完成的，減II是在精子和卵子的結合過程中（即受精過程中）完成的過程特點①MI和MII是連續的，需要變形②細胞質均等分配①MI和MII是不連續的，不需要變形②細胞質不均等分配結果形成4個精子形成一個卵細胞和3個極體相同點原始生殖細胞的增殖為有絲分裂生殖細胞的成熟為減數分裂成熟過程均經一次復制和兩次分裂，子細胞中染色體數目減半三、受精作用①成熟的精子并不代表具有受精的能力，必須獲能后才具備受精能力，剛剛排出的精子，不能立即與卵子受精，必須在雌性動物生殖道發生相應的生理變化后，才能獲得受精能力，這一現象稱為精子獲能。②排出的卵子并未成熟且成熟程度因動物種類不同而異，但只有達到減II中期時，才具備與精子受精的能力。③對于受精階段的理解，要先弄清卵母細胞的層層基本結構，才能掌握精子穿行的路線和發生的反應。④對于受精的標志和受精完成的標志應該區分開，受精的標志是第二極體的形成，受精完成的標志是雌雄原核融合成合子。雌雄原核不能理解成卵子、精子原來的細胞核，而是在原來細胞核的基礎上形成的新核，原核膜已破裂。⑤受精卵中的遺傳物質中，核遺傳物質一半來自精子（父方），一半來自卵子（母方），質遺傳物質幾乎全來自卵子。四、受精與胚胎的早期培養精子和卵子受精后，應將受精卵放入發育培養液中繼續培養。（1）發育培養液①用途：精子和卵子在體外受精后，用于受精卵的繼續培養。②成分：水、無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、動物血清等。（2）過程（以牛為例）大致為：體外受精→良種牛早期胚胎→胚胎移植→健康受體牛→良種犢牛→成熟期牛五、胚胎移植（1）實質：是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉換，而胚胎本身的遺傳物質并不發生改變，因此各種性狀能保持其原來的優良特性。這是胚胎工程的最后一道“工序”。（2）基本程序下面以牛胚胎移植為例，移植的基本程序如下：（3）胚胎移植成功與否的兩個條件一是胚胎移植一般應在同種的雌性供體和受體之間進行。這是因為，同種動物之間的生理特征相近，進行胚胎移植易于成功。在這里同“種”是指同“物種”。例如：加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植給我國黃牛，生出了荷斯坦奶牛。二是進行胚胎移植的供體和受體的生理狀態要相同。六、胚胎干細胞（1）胚胎干細胞，簡稱ES細胞或EK細胞，是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞，具有胚胎細胞的特性。它能長期維持未分化狀態，又有全能分化的潛能和無限增殖的能力，在體外培養時仍能維持正常和穩定的染色體組型，在特定的環境誘導下，能分化成各類細胞系。因此，它是唯一不死的全能或多能細胞，并能夠無限分化，它能制造機體需要的全部細胞。（2）應用前景ES細胞的分離和培養成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基礎生物學、畜牧學和醫學上都具有十分重要的應用價值。①ES細胞可用于治療人類的某些頑癥利用ES細胞可以被誘導分化成新的組織細胞的特性，移植ES細胞可以使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。②培育成組織器官，用于器官移植。③對ES細胞的培養和誘導，為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效手段。④ES細胞可用于對哺乳動物個體發生和發育規律的研究。專題4生物技術的安全性和倫理問題基因工程藥物轉基因家畜、家禽優良品種的培育基因工程藥物轉基因家畜、家禽優良品種的培育生物反應器──生產細胞產品轉基因抗性作物的培育等轉基因成果轉基因生物的安全性轉基因生物的安全性對對轉基因生物安全性的爭論食物安全：毒性蛋白、過敏源、營養成分改變食物安全：毒性蛋白、過敏源、營養成分改變生物安全：對生物多樣性的影響環境安全：對生態系統穩定性的影響一、生物技術的安一、生物技術的安全性及倫理問題正確地社會輿論導向社會的監督法制的制度理性看待轉基因技術克隆人克隆人設計試管嬰兒基因歧視生物技術的倫理問題生物技術的倫理問題病菌病菌病毒生化毒劑經基因重組的致病菌生物武器的種類 生物武器的種類禁止生禁止生物武器生物武器尤其是轉基因武器對人類的威脅生物武器尤其是轉基因武器對人類的威脅禁止生物武器公約及中國政府的態度二、安全性問題①食物安全方向:可能合成出毒蛋白,出現新的過敏源,改變食物的營養成分。②生物安全方面：有可能造成“基因污染”，危害生物的多樣性。③環境安全方面：有可能打破物種界限，改變生態系統的能量流動和物質循環；造成二次污染或產生危害動、植物和人類的生物或產物。三、采取了哪些監控和預防措施來保護轉基因食品的安全性？（1）立法是監控農業轉基因生物安全的有力措施。（2）多環節監控、轉基因農作物研究、從實驗室走向大田試驗及產品商品化都有相應法規或進行嚴格監控，只有每一步階段試驗獲得認可證書后，才可進行下一階段。（3）安全評價內容具體而嚴格。四、理性看待轉基因技術（1）首先認識到轉基因技術的應用前景是非常廣闊的，以基因工程為代表的一大批生物技術成果，進入了人類的生產和生活，特別是在醫藥和農業生產上發揮了極大的作用。（2）要正視轉基因技術帶來的安全性問題，切實認識到個別有害轉基因生物的危害性，要趨利避害。（3）完善相應的法令法規，利用法制手段確保轉基因生物的安全性。（4）增強科學家的法制意識，提高科學家的研究道德水平。五、如何看待克隆人？倫理學家認為違反了人類倫理道德，是克隆技術的濫用，克隆人對現有的婚姻、家庭和兩性關系等傳統的倫理道德觀念具有沖擊作用，克隆人是在人為制造在心理上和社會地位上都不健全的人；生物學家認為克隆技術尚不成熟，實際上正常個體少；堅持做克隆技術的科學家認為，克隆技術可以通過胚胎分級、基因診斷和染色體檢查等手段解決。六、何謂“設計試管嬰兒”？所謂設計試管嬰兒，是在試管嬰兒培育的技術上，在早期胚胎移入母體子宮之前，對胚胎進行的遺傳學診斷，如診斷血型、診斷性別、診斷HLA的類型等等，有選擇性地把胚胎植入母體子宮，以達到生出所需類型嬰兒的一種技術手段。七、基因身份證及對基因身份證的看法（1）基因身份證：把治病基因和易感基因都檢測出來，記錄在磁卡上，做一張身份證，稱基因身份證。（2）對基因身份證的看法。①對個人所有基因進行檢測是不現實的，因為還有很多基因尚未確定。即便是進行少數基因的檢測，也并不是每個人都必須的，往往是在遺傳病家庭族史的個人或某類疾病的高危個人間進行。②有致病基因未必就一定會患病。很多病是由遺傳因素和環境共同決定的，有個別病，基因檢測相當困難，往往檢測所表達的蛋白質正常，而他可能攜帶了致病基因。③基因檢測給受試者造成的心理負擔或壓力必須考慮。八、生物武器的威脅生物武器對人類的威脅：生物武器可能像一陣煙霧或像一包粉末，也可能是一群老鼠或蒼蠅。病原體通過空氣、食物，甚至皮膚等渠道侵入人、畜體內，迅速或緩慢致死，也可大規模毀傷農作物。生物武器與其他武器的區別是擁有生命力，能夠在宿主體內繁殖，并隨宿主移動散布到不同地方。專題5生態工程一、知識網絡生態工程建設目的：遵循自然界的規律，充分發揮資源的生產潛力，防止，達到和的同步發展。（少消耗、多效益、）生態經濟：主要是通過實行“”原則，使一個系統產生出的污染物，能夠成為本系統或者另一個系統的，從而實現廢棄物的資源化，而實現循環經濟最重要的手段之一是。1）原理：物質能在生態系統中循環往復，2）原理：物種繁多復雜的生態系統具有較高的生態工程原理3）原理：生態系統的生物數量不能超過（環境容納量）的限度4）原理：生態系統建設要考慮自然、、的整體影響5）原理系統的結構決定原理：要通過改善和優化系統結構改善功能系統整體性原理：系統各組分間要有適當的，使得能量、物質、信息等的轉換和流通順利完成，并實現總體功能大于各部分的效果，即“1+1>2答案：物質循環環境污染經濟效益生態效益可持續循環經濟生產原料生態工程物質循環再生分層分級利用物種多樣性抵抗力穩定性協調與平衡環境承載力整體性經濟社會系統學和工程學功能比例關系之和二、分析桑基魚塘的物質和能量流動途徑。桑基魚塘系統中物質和能量的流動是相互聯系的，能量的流動包含在物質的循環利用過程中，隨著食物鏈的延伸逐級遞減。能量的多級利用和物質的循環利用：桑葉喂蠶，蠶產蠶絲；桑樹的凋落物和蠶糞落到魚塘中，作為魚飼料，經過魚塘內的食物鏈過程，可促進魚生長；甘蔗可榨糖，糖渣喂豬，豬的排泄物進入魚塘；魚的排泄物及其他未被利用的有機物和底泥經微生物的分解，又可作為桑和甘蔗的有機肥料。桑基魚塘巧妙地利用了很難利用的大片低濕地，發展了多種經營，為農民創造了多種收入的門路，完全符合“無廢棄農業”的要求。三、導致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么？根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。直接原因：1998年度的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度升高、氣候異常有關。解決長江洪水泛濫的措施有：我國政府提出的“積極營造長江中上游水源涵養林和水土保持林”計劃，即以生物措施為主，結合工程措施，提高森林覆蓋率；“退耕還湖