1、【专题分系统】1.1 DNA重组技术的基本工具来源 主要从原核生物中分离纯化出来。种类 已从近 300 种不同的微生物中分离出约 4000 种限制酶。内容及特点识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列（大多数识别序列由 6 个核苷酸组成，如 EcoRI、Sma I；也有少数识别序列由 4、5 或 8 个核苷酸组成） ，并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，参见教材图 1-2，即具有特异性。限制性核酸内切酶“分子手术刀”作用结果切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式（参见教材图 1-3）：黏性末端：在识别序列中轴线两侧切开平末端：在识别序列中心轴线处切开作用将双链 DNA
2、 片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。种类 来源 作用EcoliDNA 连接酶大肠杆菌只能连接互补的黏性末端。DNA 连接酶“分子缝合针”种类T4DNA 连接酶T4 噬菌体连接互补的黏性末端和平末端（效率低） 。概念是一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体（即拟核 DNA）之外，并具有自我复制能力的双链环状 DNA 分子。DNA重组技术的基本工具基因进入受体细胞的载体“分子运输车”举例质粒（常用）特点具有一个至多个限制酶切点，供外源 DNA片段插入其中；可在受体细胞中自我复制或整合到染色体DNA 上进行同步复制；具有标记基因，供重组 DNA 的鉴定和选择。其它 噬菌
3、体的衍生物、动植物病毒等。作用 将外源基因送入细胞。目的要求详见教材相关内容。材料用具详见教材相关内容。模拟制作方法步骤1.制作个 DNA 片段：详见教材相关内容。2.切割：详见教材相关内容。3.拼接：详见教材相关内容。1.2 基因工程的基本操作程序概念将含有某种生物不同基因的许多 DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。基因文库类型 基因组文库和部分基因文库（如 cDNA 文库）：详见表 1-2-1。从基因文库中获取获取方法根据目的基因的有关信息（例如根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物 mRNA，以及基因
4、翻译的产物蛋白质等特性）来获取目的基因。目的基因的获取利用PCR含义PCR 是聚合酶链式反应的缩写。是一项在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术。原理是利用 DNA 双链复制的原理，将基因的核苷酸序列不断地加入复制，使其数量呈指数方式增加。技术扩增过程目的基因 DNA 受热解为单链；引物与单链相应互补序列结合；在 DNA 聚合酶作用下延伸形成新基因；重复循环多次，基因数目以指数形式扩增。如教材图1-8。适用范围 基因比较小，核苷酸序列已知的基因；用化学方法人工合成 仪器 可用 DNA 合成仪人工合成。目的使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可遗传给下一代；使目的基因能够表达和发挥作用。位
5、置 基因的首端启动子作用是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA，最终获得所需蛋白质。目的基因位置 基因的尾端终止子作用 使转录在所需要的地方停止下来。作用 鉴别、筛选受体细胞中的目的基因。组成标记基因 举例抗生素基因基因表达体的构建（核心）构建方法因受体细胞（植物、动物、微生物）不同，目的基因导入受体细胞的方法不同而有所差别。转化的概念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。存在 生活在土壤中农杆菌特点能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物无感染能力。将目的基因导入受体细胞方法植物细胞农杆菌转化法(常用) 原理植物伤口处细胞分泌的酚
6、类化合物吸引农杆菌移向这些细胞，使其 Ti 质粒上的 T-DNA 转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体 DNA 上。方法将目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上，通过农杆菌转化作用进入植物细胞并插入到染色体 DNA 上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达优点比较经济有效，约 80%转基因植物通过这种方法获得。基因枪法和花粉管通道法：详见教材中的【生物技术资料卡】动物细胞显微注射技术：将含目的基因的表达载体提纯，并使 DNA 浓度保持在13g/mL；从雌性动物体内取出卵（可体内或体外受精） ，进行显微注射；将注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内，发育成具有新性状的动物。
7、特点 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。微生物方法用 Ca2+处理细胞（这种细胞称为感受态细胞） ，将重组表达载体DNA 分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞吸收 DNA 分子。意义 目的基因能否在真核细胞中稳定遗传的关键目的基因是否插入到转基因生物染色体上方法DNA 分子杂交技术：提取转基因生物的基因组DNA；用放射性同位素标记含目的基因的 DNA 片段作探针；与基因组 DNA 杂交；若显示出杂交带就表明目的基因已插入染色体 DNA 中。如教材图1-14。意义 是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步目的基因是否转录成 mRNA 方法DNA 分子杂交技术：从转基因生
8、物中提取mRNA；同样方法标记目的基因作探针；与mRNA 杂交；若显示出杂交带就表明目的基因转录出 mRNA。分子检测目的基因是否翻译成蛋白质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；有杂交带表明目的基因已形成蛋白质。目的基因的检测与鉴定个体生物学水平鉴定：如抗虫或抗病性状的接种实验；与天然产品的功能活性比较等。表 1-2-1 基因文库的类型：文库类型 基因组文库 部分基因文库（如 cDNA 文库）构建方法将某种生物体内的 DNA 全部提取出来，选用适当的限制酶，将 DNA 切成一定范围大小的 DNA 片段，分别与运载体连接，导入受体菌群体中储存，每个受体菌中都含有一段不同的 D
9、NA 片段。用某种生物发育的某个时期的 mRNA 反转录产生的多种互补 DNA（也叫cDNA）片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中。文库大小 大 小基因中启动子（具有启动作用的 DNA 片段）有 无基因中内含子（位于编码蛋白质序列内的非编码 DNA片段）有 无基因多少 某种生物的全部基因 某种生物的部分基因物种间的基因交流 部分基因可以 可以1.3 基因工程的应用方法 大多是依靠化学农药传统防虫 危害造成环境污染损害人类健康增加成本成果水稻、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花和白花三叶草等。植物提高农作物的抗逆能力抗虫转基因植物发展趋势转基因抗 杀虫基 主要是 B
10、t 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、因 植物凝集素基因等。虫植物我国成就我国转基因抗虫棉就是转入 Bt 毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。含义 引起植物生病的微生物称为病原微生物。病原微生物 类型 主要有病毒、真菌和细菌等。成果已获得抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等多种作物。抗病转基因植物采用的基因抗病转基因植物使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。造成低产、减产的常见因素盐、碱、干早、低温、涝害等不利的环境条件其他抗逆转基因植物 成果正在研究提高农作物的抗盐碱和抗
11、干旱能力。开发出了耐寒作物。抗除草剂的大豆、玉米等作物的研究。问题人们对食品的要求是吃饱且要富于营养。许多食品含有的营养成分并不平衡。措施将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。食品营养成果我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，玉米中赖氨酸的含量比对照提高 30。延长番茄贮存期我国科学家将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄，储存时间可延长 l 2 个月，有的可达 80 多天。改良植物的品质花卉的观赏价值我国科学家还成功地将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有
12、的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。方法 将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。提高生长速度 举例转基因绵羊的生长速率比一般的绵羊提高 30，体型增大50；9 个月后有的转基因鲤鱼比对照重 1.5kg。动物品种改良改善畜产品品质 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组获得的转基因牛分泌的乳汁乳糖的含量大大减低。乳腺生物反应器或乳房生物反应器科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品。用转基因动物生产药物生物反应器
13、成果已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和 抗胰蛋白酶等重要医药产品。作器官移植的供体科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官（由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似，而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物）进行改造，采用的方法是将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。第一种基因工程药物 重组人胰岛素成果利用转基因的工程菌生产的药物已有 60 多种。这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。这些药物可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾
14、病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。我国成就白细胞介素2、干扰素、乙肝疫苗等近 20 种基因工程药物投放市场，年产值达 30 亿元人民币。基因工程药品举例 干扰素的生产（化学本质、作用、传统生产方法）概念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。意义 这是治疗遗传病的最有效的手段疾病类型 是一种遗传疾病病因由于腺苷酸脱氨酶基因缺失，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶（腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的） 。基因治疗 举例：复合型免疫缺陷症治疗将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴
15、细胞转入患者体内。方法先从病人体内获得某种细胞，例如 T 淋巴细胞，进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体外基因治疗特点大部分基因治疗的临床试验方法；方法操作复杂，但效果较为可靠。方法 直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法举例1994 年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中。方法体内基因治疗特点 简便问题处于初期的临床试验阶段。可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制，充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是十分困难的。存在技术、伦理道德以及安全性方面的诸多困难。问
16、题及展望展望如果这些问题能逐一解决的话，基因治疗将推动 21 世纪的医学革命。1.4 蛋白质工程基础 基因工程内容基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。产生(崛起) 缘由举例利用蛋白质工程延长干扰素的保存时间；利用蛋白质工程提高玉米中赖氨酸的含量；许多工业用酶改变天然酶的特性后，使之适应生产和使用需要。基本 流程 预期蛋白质功能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）合成 DNA表达出蛋白质，参见教材图 1-29。原理 内容(概念)
17、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与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（即基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域） 。前景极为广阔，如：科学家通过对胰岛素改造使其成为速效型药品。正积极探索将蛋门质工程应用于微电子方面（用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点） 。内容 难度大，成功的例子不多。进展原因 蛋白质的高级结构复杂，了解不够。进展和前景展望 随着科学技术的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福音。【专题总系统】【专题分系统】2.1 植物
18、细胞工程含义理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。原因某种生物的任何一个细胞都具有该生物的全部遗传信息植物细胞工理论基础细胞的全能未表现而分 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性 化的原因 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。含义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。步骤 详见图解 2-1-1组织培养实验 详见表 2-1-1设想“番茄马铃薯”植株（因不同的两种生物之间存在着生殖隔离，用传统的有性杂交方法不可能得到二者的杂种后代。）原因 细胞壁阻
19、碍着细胞间的杂交。去除细胞壁，获得原生质体方法利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。物理法 包括离心、振动、电激等 方法 化学法 般用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合。诱导融合原理 膜的流动性再生细胞壁，得到杂种细胞步骤组织培养，获得杂种植株。含义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。意义 克服不同生物远缘杂交的障碍成果培育出烟草海岛烟草、胡萝卜羊角芹、白菜甘蓝等种间或属间杂种。程的基本技术技术手段体细胞杂交问题目前还不能让杂种细胞完全按人们的需要表达亲代优良性状。植物细植物繁殖微型繁殖技术 含义把用于快速繁殖优良品种的
20、植物组织培养技术，叫做植物的微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。特点可保持优良品种的遗传特性，高效快速地实现种苗的大量繁殖。成果 详见教材相关内容产生原因马铃薯和草莓等无性繁殖的作物感染的病毒易传播给后代，经逐年积累，会导致产量降低，品质变差。方法植物分生区附近（如茎尖）病毒极少，甚至无病毒。切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。特点用脱毒苗进行繁殖，种植的作物不会或极少感染病毒。作物脱毒成果在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等主要经济作物上获得成功。培育出的马铃薯增产约50以上。产生原因不少树木需要生长数年后才能结出种子；一些作物优良杂种的后代会发生性状分离；
21、常规种子的生产会受到季节、气候和地域的限制，且占用大量土地来实现制种。含义就是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，经过人工薄膜包装得到的种子。人工种子成果 详见教材相关内容常规育种的局限常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过 56 年的连续筛选。通过花药培养获得单倍体植株胞工程的实际应用作物新品种的培育单倍体育种 方法 染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种特点极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力物力。成果 详见教材相关内容产生原因组织培养的细胞一直处于不断的分生状态，易受培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）影响而产生突变。突变体应用从这些产生突
22、变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。突变体的利用成果 详见教材相关内容细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。成果人参皂甙干粉的大量生产；三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。细胞产物的工厂化生产 研究方向目前正在研究是否可以通过组织培养技术来大量生产抗癌物质紫杉醇。图 2-1-1 组织培养的流程：表 2-1-1 【实验】胡萝卜的组织培养：实验原理植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。植物组
23、织培养的全过程，证明了分化的植物细胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。实验目的1尝试进行植物的组织培养。2了解植物组织培养的基本原理。材料用具胡萝卜根（或烟草叶片、小麦花药、菊花花瓣等）、经过灭菌的培养基、体积分数为 70的酒精、体积分数为 20的次氯酸钠溶液、无菌水、50mL 锥形瓶或大试管、烧杯、酒精灯、恒温箱、超净工作台（或接种箱）、高压灭菌锅（或普通高压锅）、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿（或瓷砖）、解剖刀、镊子等。取材将胡萝卜根用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段（约10cm）。用酒精棉球擦手消毒。消毒在超净工作台（或接种箱）上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30s 后，立即用无菌水
24、清洗 23 次，再用次氯酸钠溶液处理 30min 后，立即用无菌水清洗 23 次。材料处理 制作外植体用无菌的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在消毒瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成 1 cm 厚的横切片，再选取有形成层的部位，切取 1cm3左右的小块。接种将胡萝卜组织块接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。方法步骤培养去分化形成愈伤组织将接种后的胡萝卜组织块，放在 2326恒温避光条件下培养。4d 后，检查培养材料的污染情况；14d 后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续避光培养。在培养过程中，注意定期观察和
25、记录愈伤组织的生长情况。再分化形成试管苗培养一段时间后，将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出试管苗。移栽 将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。讨论1在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作?2在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗?3请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图，并与同学交流。2.2 动物细胞工程含义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
26、在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。过程 详见图解 2-2-1无菌对培养液和所有培养用具进行无菌处理；在细胞培养液中添加一定量的抗生素。无菌、无毒的环境无毒定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对自身造成危害。成分所需营养物质与体内基本相同，例如需要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，还需加入血清、血浆等天然成分。动物细胞培养条件营养(培养基)类型合成培养基（将细胞所需的营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基）温度 哺乳动物多以 36.50.5为宜pH 多数细胞生存的适宜 pH 为 7.27.4O2 是细胞代谢所必需的种类CO2 主要作用是维持培养液的 pH气体环境方法通常
27、采用培养皿或松盖培养瓶，将其置于含 95空气加5CO 2的混合气体的培养箱中进行培养。应用生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。基因工程中受体细胞的培养。用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性。科学家培养正常或各种病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究，如用于筛选抗癌药物等，为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据。含义将动物的一个细胞的细胞核，移入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，最终发育为动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。难易度体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。胚胎细胞核移植 原因 胚胎细胞分化程度低，动物体细胞分化程度高。
28、过程 教材图 2-21畜牧业可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育保护濒危物种可望利用体细胞核移植技术增加濒危动物的存活数量。医药卫生转基因克隆动物可作为生物反应器，生产珍贵医用蛋白；转基因克隆动物细胞、组织和器官可作为异种移植的供体；人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可用于组织器官的移植。体细胞核移植技术 类型体细胞核移植应用前景其他 研究克隆动物和克隆细胞可使人类深入了解胚胎发育及衰老过程；用克隆动物做疾病模型能领域 使人们更好追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。存在问题成功率低，克隆技术的各个环节有待进一步改进。绝大多数克隆动物还存在健康问题，许多克隆动物表现出
29、遗传和生理缺陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷、免疫失调等；对克隆动物食品的安全性问题也存有争议。含义也称细胞杂交，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。原理 与植物原生质体融合的基本原理相同，都是膜的流动性。方法与植物原生质体融合的方法也类似，常用的诱导因素有：化学法：聚乙二醇（PEG）；生物法：灭活的病毒；物理法：电激等。发展简史详见教材小字部分。意义 突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。动物细胞融合成果种间、属间、科间甚至动植物间的细胞融合；成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的
30、重要手段；为制造单克隆抗体开辟了新途径。方法向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后，从动物血清中分离所需抗体。传统生产 缺点 产量低、纯度低，特异性差。制备过程详见教材图 2-24优点 特异性强、灵敏度高，并可能大量制备。特点单克隆抗体在诊断应用上具有准确、高效、简易、快速的优点。单克隆抗体应用作为诊断试剂成果在多种人类疾病及动植物病害的诊断和病原鉴定中发挥着重要的作用，如利用同位素标记的单克隆抗体，在特定的组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。方法把抗癌细胞的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，能将
31、药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。癌症治疗(主要)特点 不损伤正常细胞，减少用药剂量。应用其他疾病的治疗（少量）用于治疗疾病和运载药物使用方法单抗药物剂型种类繁多，有单独使用的，也有与同位素、毒素、药物结合使用的。图解 2-2-1 动物细胞培养的过程：【专题总系统】【专题分系统】3.1 体内受精和早期胚胎发育场所 睾丸的曲细精管时期 初情期生殖机能衰退过程 见图解 3-1-1精子的发生 形态结构外形似蝌蚪，分头、颈和尾三大部分。不同动物的精子大小略有不同，但与动物的体型大小无关。场所 卵巢时期 动物胚胎性别分化后生殖机能衰退生殖细胞的发生卵子的发生 过程 见图解 3-1-2标志 在
32、卵黄膜和透明带的间隙观察到两个极体时概念 精子与卵子结合成合子（即受精卵）的过程场所 输卵管发现 略含义在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后获得受精能力的现象。精子获能发现意义加速了对精子获能机理的研究，并找到了使精子在体外获能的物质，实现了哺乳动物精子在体外条件下的获能。受精阶段受精前的准备阶段卵子 获能 经历类似精子获能的过程的准备成熟排出的初级卵母细胞（马、犬）或次级卵母细胞（猪、羊）在输卵管内达到 M中期的过程，这样才具备受精能力。穿越放射冠发生顶体反应，使顶体酶释放，溶解卵丘细胞间物质，精子穿越放射冠。穿越透明带顶体酶将透明带溶出一个孔道，精子穿越并接触卵黄膜。同时发生透明带反应（防
33、止多精入卵的第一道屏障）。进入卵黄膜微绒毛将精子抱合，精子外膜与卵黄膜融合，入卵；发生卵黄膜封闭作用（防止多精入卵的第二道屏障）。原核形成精子尾部脱离，原有核膜破裂，形成新核膜，最后形成雄原核（比原来精子核大）；激活的卵子完成 M分裂，排出第二极体，形成雌原核。受精阶段配子结合 雄、雌原核接触、融合，形成 2N 合子。场所 在透明带内完成方式 有丝分裂卵裂特点 细胞数量增加，胚胎总体积不增加或略有缩小。含义细胞数目达到 32 个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。桑椹胚特点 这一阶段前的每一个细胞都是全能细胞。特点 细胞开始出现分化特点 发育趋势胚胎发育囊胚结构 内细胞团聚集在胚胎一端，个
34、体较大的细胞。将来发育成胎儿的各种组织。滋养层沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞。将来发育成胎膜和胎盘。囊胚腔胚胎内部含有液体的空腔孵化 囊胚进一步扩大，导致透明带破裂，胚胎从中伸展出来。外胚层内细胞团表层细胞形成内胚层内细胞团下面的细胞形成结构原肠腔内胚层包围的囊腔原肠胚滋养层发育为胎儿的胎膜和胎盘。图解 3-1-1 精子形成的过程：图解 3-1-2 卵子形成的过程：3.2 体外受精和早期胚胎发育表 3-2-1 试管动物技术的工作：实验动物，如小鼠、兔、家畜猪、羊等促性腺激素处理，排出更多卵子，从输卵管中冲取卵子，体外受精。体外受精卵母细胞的采集主要方法 大家畜或大型动物，如牛从已屠宰
35、的母畜中采集或从活体动物卵巢中吸取卵母细胞，体外培养成熟后与精子受精。成果 活体采卵在一些畜牧业发达国家已开始商品化生产意义 对充分发挥优良母畜的繁殖潜力具有重要意义。假阴道法模仿发情雌性动物阴道环境设计的装置，它能满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求，同时配有与采精动物相适应的活台畜或假台畜。方 法 适用范围手握法直接把握雄性动物的阴茎，给予适当的压力和刺激引起射精。猪和犬等体型较小，易于控制的家畜。采集其它方法电刺激法将动物麻醉后，用特制的电极伸入动物直肠直接刺激位于腰荐部的射精中枢神经，引起射精。野生或经济动物。方 法 适用范围培养法将取自附睾的精子，放入人工配制的获能液中，培养
36、。啮齿动物、家兔和猪等动物精子的获取获能化学诱导法将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体 A23187 溶液中，诱导精子获能。牛、羊等家畜含义获能的精子和培养成熟的卵子在获能液或专用的受精液中完成受精的过程。受精过程 参见教材图 3-14精子与卵子体外受精后移入发育培养液中继续培养检查受精情况和发育能力。培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、动物血清等物质。胚胎的早期培养胚胎发育到适宜阶段（牛、羊一般要培养到桑椹胚或囊胚阶段；小鼠和家兔等实验动物可在更早阶段；人有体外受精胚胎试管胚胎可在 4 细胞阶段）可取出向受体移植或冷冻保存。3.3胚胎工程的应用及前景概念指将雌性动物的早
37、期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，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。实质实际上是生产胚胎的供体（提供胚胎的个体）和孕育胚胎的受体（接受胚胎的个体）共同繁殖后代的过程。胚胎获取的方式转基因、核移植、体外受精等技术。重要性 是胚胎工程其他技术的最后一道工序。现状 详见教材相应内容。意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，如教材图 3-17。成功关键与供体和受体的生理状况有关。生理学基础生理环境：同种动物供、受体的生理变化相同；胚胎收集：哺乳动物早期胚胎形成后，一定时间内不会与母体子宫建立组织联系，为胚胎收集提供可能；胚胎存活：受体对外来胚胎基本上
38、不发生免疫排斥反应；遗传特性：供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎遗传特性在孕育过程中不受任何影响。基本程序详见图 3-3-1胚胎移植我国概况及发展前景胚 概念 是指采用机械方法将早期胚胎切割成 2 等份、4 等份或 8 等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。所属范畴无性繁殖或克隆的方法之一发展简史详见教材相应内容。我国成就详见教材相应内容。仪器 主要为实体显微镜和显微操作仪选材 发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚流程分割在盛有操作液的培养皿中，用分割针或分割刀将胚胎切开，吸出半个胚胎，注入空透明带中，或直接将裸半胚移植给受体。（注意：切割囊胚阶段的胚胎要将内细胞团均等分割
39、，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。）方法应用性别鉴定或胚胎移植（同卵双生或多生），教材图 3-23胎分割存在问题刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹上还存在差异。最常见产生的是同卵双胎，而产生同卵多胎的可能性有限的。概念简称 ES 或 EK 细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞形态上体积小、核大、核仁明显。功能上具全能性，即可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。特性其他体外培养条件下，可增殖而不分化。可冷冻保存，可也遗传改造。胚胎干细胞应用价值医学治疗人类的某些顽症（难题、理论基础、取得成果，展望）培育人造组织器官，解决临床供体器官不足和器官移植免疫排斥问题。基础生物学是研究体
40、外细胞分化的理想材料，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段。（方法）畜牧学用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究（内容）。发展前景ES 细胞的分离、培养体系的研究，ES 细胞的选择、检测和全能性的维持，是胚胎工程的前沿课题之一，也是当前生命科学研究的热门课题之一。图解 3-3-1 牛胚胎移植流程图：【专题总系统】【专题分系统】4.1 转基因生物的安全性转基因微生物环境净化（清除石油污染的假单孢菌）基因制药转基因动物超级动物品质优良、生长迅速的转基因家畜、家禽做生物反应器成果转基因植物培育抗虫、抗病剂、抗除草、抗逆等性状的作物。转基因生物产生原因对基因结构、基因间相互作用以及基因的调控
41、机制了解有限转移的基因不少是异种生物的基因外源基因插入宿主基因组的部位是随机的观点不能对转基因食物安全性掉以轻心不必担心转基因食物的安全性食品安全理由（论据）反对“实质性等同”：指转基因农作物中只要某些重要成分没有发生改变，就可以认为与天然品种“没有差别”，因此不必再进行安全性检测。担心出现滞后效应担心出现新的过敏源担心营养成分改变是否侵犯宗教信仰或素食者权益所谓“实质性等同”的概念是对转基因农作物安全性评价的起点，而不是终点。多环节、严谨的安全性评价可保证转基因食物的安全。科学家的负责态度可以防止新过敏源的产生。至今尚未发现食用转基因食物影响人体健康的实例。没有足够的证据证明转基因食物有问题
42、的安全性争论生物安全观点转基因生物会对生物的多样性构成潜在的风险和威胁转基因生物不会对生物多样性构成威胁理由（论据）可能会扩散到种植区外，变成野生种类；进入新生态区破坏生态平衡成为杂草。有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统其他生物的生存可能重组出对人类或对其他生物有害的病原体。转基因植物的抗除草剂基因有可能通过花粉传播而使杂草成为抗除草剂的“超级杂草”。扩散到种植区外就很快死亡。要表现出新性状，必须具备一定的水、肥等条件及配套的种植技术。生殖隔离的存在，使它们很难与其他生物杂交。花粉传播距离有限和存活时间有限，而具有受精能力的时间比存活时间还短；有些农作物是自花传粉。观点转基因生物会对生
43、态系统的稳定性和人类环境造成破坏同意对环境安全问题提高警惕，但不必做出过度反应环境安全 理由（论据）打破自然物种的界限，改变了生态系统中能量流动和物质循环。重组微生物可能对人类的生活环境造成二次污染。重组 DNA 与微生物杂交，可能产生有害的病原微生物。转基因不会改变生物原有的分类地位，不会破坏生态系统的稳定性。转基因抗虫作物的种植，减少了农药的使用量。抗除草剂农作物的种植，减轻了农田管理的转基因植物花粉中的有毒物质可通过蜜蜂进入蜂蜜，有可能经过食物链传递给其他动物和人。负担，保护了农田土壤环境。新闻报道不实，增加了公众对转基因农作物的恐惧感。人们的价值观取向的不同（产生原因）产生争议的原因社
44、会舆论导向的正确与否消费者面对转基因技术的利弊，正确的做法是趋利避害，不能因噎废食。国家建立相应的法规，如我国制定的基因工程安全管理办法、农业转基因生物标识管理办法【生物技术资料卡片】理性看待转基因生物正确做法科学家自觉遵守科学研究道德（举例）4.2 生物技术的安全性和伦理问题产生原因生物技术革命的浪潮席卷全球，不仅带来巨大的社会效益，而且也对人们传统的观念造成极大撞击，在持有不同价值观的人群中引起了激烈的争论。意义公众期望通过这种争论，能够在新的时代背景下调节人与人、人与自然之间的关系，使大多数公众的价值观能在本国的道德规则和法律、法规中得到体现。举 克 背景资料 详见教材相应内容观点 反对
45、 赞成伦理学家伦理方面：违反了伦理道德，是克隆技术的滥用。心理方面：冲击了现有的婚姻、家庭与两性关系等传统的伦理道德观念。社会方面：人为制造在心理和社会地位上不健全的人。克隆人是一项科学研究，有其内在发展规律，人的伦理道德观念可以改变。争论理由（论据）生物学家科学可行性：技术尚不成熟。可能孕育出有生理缺陷的孩子。技术性问题可通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法得到解决。隆人的争论我国态度 禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。含义 将胚胎移植入母体前所做的遗传学诊断是根据某种需要进行的。背景资料 详见教材相应内容观点 不符合伦理道德 符合伦理道德例设计试管婴儿的争论争论理由（论据）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”。防止有人滥用技术设计试管婴儿技术，如用于设计婴儿性别等。是父母爱子、救子行为。是救治患者最好、最快捷的方法之一。提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤，两个孩子都能活下来是两全其
