专题1基因工程
1概念：按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此叫做DNA重组技术。
(1)自然形成不算
(2)原理：基因工程
依据：
① 不同生物DNA分子结构基本相同
② 不同生物进行基因表达都遵循中心法则
③ 不同生物共用一套密码子
(3)特点：打破生殖隔离，定向改造生物体遗传特性
(4)水平：DNA分子水平
2内容
1.1DNA重组技术的基本工具
一、限制性核酸内切酶（限制酶）
(1)来源：主要来自原核生物
为何有？原核生物易受外源DNA入侵，切割外源DNA使之失效，保护自身。
(2)特点：识别双连DNA分子的某种特定核苷酸序列，并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（3号碳相连）
(3)作用部位：磷酸二酯键
(4)种类：约种，大多数限制酶(如：EcoRⅠ，SmaⅠ)的识别序列由6个核苷酸组成，少数限制酶的识别序列由4，5或8个核苷酸组成。
(5)结果：
① 黏性末端（当限制酶（如EcoRⅠ）在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开）
② 平末端（当限制酶（如SmaⅠ）在它识别序列的中轴线处将DNA的两条链分别切开）
二、DNA连接酶
(1)作用部位：磷酸二酯键（将双链DNA片段拼接成新的DNA分子）
(2)种类：
① E·coliDNA连接酶
来源：大肠杆菌
特点：只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来
② T4DNA连接酶
来源：T4噬菌体
特点：既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端
(3)与DNA聚合酶比较：
不同点：模板，结果，用途，对象（将单个的脱氧核苷酸加到已有的DNA片段上）
相同点：磷酸二酯键
三、基因进入受体细胞的载体
(1)条件：
① 在细胞中自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
② 有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中
③ 特殊的标记基因
④ 安全无害
⑤ 大小合适
(2)种类：
① 质粒（受体细胞为细菌）
② λ噬菌体的衍生物（受体细胞为细菌）
③ 动植物病毒（受体细胞为动植物）
(3)作用
作为运输工具，将外源基因送入受体细胞。
(4)质粒（存在于细菌，真菌，植物等等）
① 特点：一种裸露的，结构简单，独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的的很小的双链环状DNA分子。条件1，2，3
② 运用：真正被用作载体的质粒都是在天然质粒的基础上进行人工改造的。
1.2基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
（目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是具有调控作用的因子。）
(1)从基因文库中获取
基因文库，基因组文库，部分基因文库基因的结构（启动子（区分起始密码子），终止子（区分终止密码子），外显子，内含子）
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，以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。
(2)人工合成法：
条件：如果基因较小，核苷酸序列又已知，
方法：DNA合成仪用化学方法直接人工合成。
特点：专一性强，可产生自然界中不存在的新基因
缺点：适用范围小
PCR技术（选修1）：概念，原理，条件，过程，优点，注意事项。
二、基因表达载体的构建（基因工程的核心）
① 目的：使目的基因在受体细胞中能稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。
② 组成：
目的基因
启动子（是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA），
终止子（RNA聚合酶脱离部位，终止转录），
标记基因（鉴别受体细胞中是否含有目的基因）
三、将目的基因导入受体细胞
转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞维持稳定和表达的过程。
(1)将目的基因导入植物细胞：
农杆菌转化法：双子叶植物，酚类化合物(农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体DNA上)
基因枪法，花粉管通道法。
(2)将目的基因导入动物细胞：
显微注射技术显微注射仪显微操作技术显微操作去核法
(3)将目的基因导入微生物细胞
原核特点：繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少
方法：Ca2+处理法（Ca2+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。将重组表达载体DNA分子溶解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分子完成转化过程）
四、目的基因的检测和鉴定（分子检测+个体生物学水平）
(1)DNA分子杂交技术：转基因生物的基因组提取出来，含有目的基因的DNA片段上用放射线同位素标记，以此为探针与基因组DNA杂交
(2)分子杂交技术
(3)抗原抗体杂交
(4)个体生物学水平检测
1.3基因工程的应用
一、植物基因工程硕果累累
(1)抗虫棉基因植物
(2)抗病转基因植物
项目
抗虫转基因植物
抗病转基因植物
方法
从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中
将抗病基因导入植物中
基因种类
Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等
①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因
②抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因
成果
转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等
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
意义
减少了化学农药的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，降低了对人体健康的损害
(3)抗逆转基因植物
抗逆基因
作用
成果
调节细胞渗透压基因
改变细胞内渗透压，提高抗盐碱、抗干旱能力
抗盐、抗旱烟草
抗冻蛋白基因
提高耐寒能力
耐寒番茄
抗除草剂基因
抗除草剂
抗除草剂玉米
(4)利用转基因改良植物的品质
方法：将优良性状基因导入植物，获得优良品质的植物。
意义：改良植物的某些品质。
二、动物基因工程前景广阔
(1)用于提高动物生长速度
(2)用于改善畜产品的品质
(3)用转基因动物生产药物
(4)用转基因动物做器官移植的供体
项目
目的基因或操作
作用
受体生物
说明
提高动物生长速率
生长激素基因
促进生长，
提高生长速度
鲤鱼、绵羊等
不是导入生长素基因
改善畜产品的品质
肠乳糖酶基因
使转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量
降低
奶牛
解决某些人食用牛奶出现的过敏等不适症状
生产药物(乳腺生物反应器或乳房生物反应器)
药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等
通过分泌乳汁来生产所需要的药品
牛、
山羊等
已生产出的药品有抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶
转基因动物作器官移植的供体
①将器官供体基因组导入某种调节因子；②抑制或设法除去抗原决定基因
①抑制抗原决定基因的表达；②不能合成相应抗原
猪
选择猪器官作人类器官替代品的原因：①其内脏构造与人极为相似；
②体内可导致人类疾病的病毒少
三、基因工程药物异军突起
(1)概念：基因工程药物是指利用转基因的工程菌生产的药物。
(2)原理：通过基因工程技术，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。
(3)成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
(4)作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。
四、基因治疗曙光初照（初期的临床试验阶段）
(1)体外基因治疗
概念：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。
特点：操作复杂，效果可靠
(2)体内基因治疗
概念：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。
1.4蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由
(1)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
(2)天然蛋白质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。
二、蛋白质工程的基本原理
(1)概念:
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，通过对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。
(2)过程：
从预期蛋白质的功能→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
三、蛋白质工程的进展和前景
(1)进展
1医药方面：科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。
2电子方面：生物和材料科学家正积极探索将蛋白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。
(2)前景和存在的问题：
蛋白质工程前景是诱人的，但难度却很大，尤其是目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。
比较项目
基因工程
蛋白质工程
操作对象
天然基因
改造基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程
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
预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测蛋白质应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
结果
生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质)
可以生产自然界没有的、不存在的新蛋白质
联系
蛋白质工程是以基因工程为基础的
专题2细胞工程
1概念：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，按照人们的意愿来改变细胞内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，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
(1)对象：细胞
(2)水平：细胞水平或细胞器水平
(3)目的：
① 培养细胞（细胞产物的工厂化生产），
② 诱导细胞（植物繁殖新途径），
③ 改造细胞（作物新品种的培育（基因工程，动物体细胞核移植，细胞融合））
(4)分类：植物细胞工程，动物细胞工程，微生物细胞工程
2内容：
2.1.1植物细胞工程的基本技术
一、全能性
(1)定义：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
(2)原因：在细胞分化的过程中，基因只是选择性表达，遗传物质并没有丢失，细胞中仍然含有本物种全部遗传信息（一个染色体组），所以理论上，仍能发育为一个完整的个体。
(3)全能性表达与否：基因在特定时间和空间条件下选择性表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。
(4)全能性表达的条件：
① 离体
② 无菌（灭菌，消毒）
③ 营养（水，无机盐（种类，含量，浓度），有机小分子（蔗糖，葡萄糖，氨基酸），维生素）
④ 环境（T，PH，O2，CO2，光照（影响细胞分化，叶肉细胞叶绿素的合成））
⑤ 激素（细胞分裂素，生长素）动物另需血浆，血清（区别）
(5)全能性大小比较：
① 分化程度低的＞分化程度高的。
② 分裂能力强的＞分裂能力弱的。
③ 受精卵＞生殖细胞＞体细胞。
④ 植物细胞＞动物细胞。
⑤ 幼嫩细胞＞衰老细胞
(6)全能性表达过程：
①脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
②再分化：脱分化产生的愈伤组织在一定的培养条件下，再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。
愈伤组织：高度液泡化，无定形，细胞壁薄，排列疏松，具有分生能力的，未分化的薄壁细胞（没有叶绿体，异养型）
二、植物组织培养技术
(1)概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官，组织，细胞，培养在人工配置的培养基上，给与适宜的条件，诱导产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整植株。
① 起点：离体的植物器官，组织，细胞，（外植体）
其他不行。例如：受精卵，种子
② 终点：完整植株
③ 过程：脱分化，再分化
④ 条件：
⑤ 理论基础：植物细胞具有全能性
(2)胡萝卜组织培养
① 目的
② 原理
③ 材料用具
④ 步骤：
a.植物材料消毒
b.接种在诱导培养基上
c.诱导出愈伤组织
d.接种到分化培养基上
e.完整植株
f.移栽到大田
⑤ 注意事项：
a.无菌
b.选材
c.光照（影响细胞分化，叶肉细胞叶绿素的合成）
d.激素杠杆：
1．生长素与细胞分裂素比值高促进根分化、抑制芽形成
2．生长素与细胞分裂素比值低促进芽分化、抑制根形成
3．生长素与细胞分裂素比值适中促进愈伤组织形成
三、植物体细胞杂交技术
(1)概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术
起点：不同种植物细胞
终点：新的植物体
(2)原理：细胞膜具有一定的流动性
植物细胞具有全能性
(3)过程：
① 获得原生质体:酶解法即用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁。（区分原生质层）
② 诱导原生体融合：
a.阶段：细胞膜融合，细胞核融合
b.方法：物理法（离心，振动，电激）化学法（聚乙二醇PEG）
c.融合成功标志：杂种细胞再生出细胞壁
区分植物体细胞杂交成功标志，新物种（异源多倍体）（有丝分裂中期染色体形态与数目）
③ 对杂种细胞植物进行组织培养:脱分化，愈伤组织，再分化
(4)优缺点：
① 优点：克服了植物远缘杂交不亲和的障碍，打破了物种之间的生殖隔离。
② 缺点：不能使杂种植物按照人们的需要表现出亲本的优良性状。（原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控相互影响的）。
2.1.2植物细胞工程的实际应用
一、植物繁殖新途径（技术，原理，可育否）
(1)微型繁殖
① 概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
② 特点：保持亲本优良遗传特性，高效快速，可实现产业化生产
(2)作物脱毒
① 选择部位：无病毒的植物分生区附近的部位（如茎尖）
② 优点：提高作物的产量和品质
③ 例子：脱毒马铃薯的培育
④ 区分：抗毒苗（基因工程）
(3)神奇的种子
① 结构：人工薄膜+胚状体（或不定芽，顶芽，腋芽）
人工薄膜：
a.相当于种皮及提供营养的胚乳或子叶
b.成分含有无机盐（种类，含量，浓度），有机小分子（蔗糖，氨基酸），农药，抗生素，有益菌，植物生长调节剂
c.透气透水（异养性）
② 优点：a.保持亲本优良遗传特性
b.不受季节，气候和地域的限制
c.大量贮存，运输
二、作物新品种的培育
(1)单倍体育种
① 原理：植物细胞具有全能性染色体变异
② 过程：a花药离体培养获得单倍体植株
b人工诱导染色体加倍（秋水仙素，低温）形成稳定遗传的优良品种
③ 优点：a极大地缩短育种年限
b子代是稳定遗传的纯合子
(2)突变体的利用
① 原理：基因突变植物细胞具有全能性
② 优点：筛选有用突变体，培育新物种
③ 例子：抗花叶病毒的甘蔗等
(3)转基因作物的培育
(4)植物体细胞杂交育种
三、细胞产物的工厂化生产
(1)种类：蛋白质，脂肪，糖类，药物，香料，生物碱
(2)技术：植物组织培养技术
(3)实例：人参，三七，紫草，银杏
四、其他应用
(1)拯救濒危植物
(2)提供食品原料
(3)利用愈伤组织进行转基因操作
培养细胞（细胞产物的工厂化生产），愈伤组织
诱导细胞（植物繁殖新途径），微型繁殖（试管苗）人工种子（胚状体）
改造细胞（作物新品种的培育（基因工程，动物体细胞核移植，细胞融合））
2.2动物细胞工程
一、动物细胞培养
(1)概念
从动物机体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。
(2)过程
① 将组织分散成许多单个细胞：(选择年幼，或胚胎细胞)
a.原因（营养供应充分，代谢废物易排出）
b.方法(剪碎用胰蛋白酶或胶原蛋白酶（7.2-8.4）处理一段时间
c.区别胃蛋白酶（1.5-2.0）
② 原代培养
用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液，再将细胞悬液放入培养瓶内，置于适宜的环境中培养
细胞贴壁：悬液中分散的细胞很快就贴附在培养瓶上，称为细胞贴壁
接触抑制：当贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖。
（一般为单层细胞，癌细胞除外，因为表面糖蛋白减少，已于扩散，为多层细胞）
③ 传代培养
贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖。
原代培养的细胞一般传至10代左右就不易传下去了，细胞的生长就会出现停滞，大部分细胞衰老死亡。少数细胞传至10-50代左右时，细胞增殖缓慢，甚至完全停止，此时细胞普遍表现为衰老和凋亡的特征。少部分细胞的细胞核型可能会发生变化，克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变。正朝着等同于癌细胞的方向发展。
目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型
(3)条件
① 无菌，无毒的环境：
a.培养液和所有培养用具进行无菌处理
b.抗生素，
c.及时更换培养液（清除代谢产物，防止细胞代谢产物对细胞自身造成危害）
② 营养（与体内基本相同）：
a.水
b.无机物(无机盐，微量元素)
c.有机小分子（葡萄糖，氨基酸，促生长因子）
d.天然成分（血浆，血清等）
合成培养基：将细胞所需的上述营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基。区别天然培养基
③ T,PH36.5±0.57.2-7.4
④ 气体环境（95%空气+5%CO2）：O2细胞代谢所必需的
CO2维持培养液中的PH
(4)应用
① 生产生物制品：病毒疫苗，干扰素，抗体
② 检测有毒物质：判断某种物质毒性
③ 生理病理药理研究：筛选抗癌药物，为治疗和预防癌症及其他疾病提供依据
④ 皮肤移植，器官移植：
⑤ 基因工程：
二、动物体细胞核移植技术和克隆动物
(1)概念：
① 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（MⅡ中期），使其重组并发育成一个新的胚胎最终发育为动物个体。
② 克隆动物：用核移植的方法得到的动物。
a.MⅡ中期原因：卵黄多，营养丰富，为胚胎发育提供充足的营养。此时具备受精能力，细胞质中含有能刺激重组细胞进行分裂，分化并形成胚胎的物质。
b.去核原因：保证克隆动物的遗传物质最大程度地来自重要利用价值的动物
c.克隆：广义（分子，细胞，个体，无性繁殖）狭义：核移植
d.遗传物质非%复制：细胞核来自供体细胞，而细胞质中的遗传物质来自受体细胞质。
e.性状非%复制：1，性状受细胞核基因和细胞质基因的共同控制，细胞质基因来自受体细胞。2，性状还受环境影响
(2)原理：动物细胞核具有全能性，细胞膜具有流动性
(3)分类：
a.胚胎细胞核移植
b.体细胞核移植恢复全能性难度比较
(4)体细胞核移植的过程
显微操作去核法区别显微注射技术重组细胞重组胚胎激活受体细胞遗传物质基本相同
(5)应用
① 畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
② 保护濒危物种：增加动物存活量
③ 医药卫生：转基因动物可作为生物反应器生产医用蛋白。
④ 治疗人类疾病：转基因克隆动物细胞，组织，器官可以作为异种移植的供体。
起点选用早期胚胎细胞，因为分化程度低，全能性高，可诱导分化为各种组织器官
优点：无免疫排斥反应
⑤ 深入了解胚胎发育及衰老过程
⑥ 克隆动物做疾病模型，能使人们更好的追踪研究疾病的发展过程和治疗问题。
(6)存在问题
① 成功率低
② 存在健康问题：遗传，生理缺陷
③ 克隆动物的食品的安全性存在争议
三、动物细胞融合（细胞杂交）
(1)概念：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。
① 融合后细胞种类（只考虑两两融合）：融合细胞3种+未融合细胞2种=5种
原因：细胞融合是随机的且融合率达不到%。
② 融合成功标志：来自不同细胞的两个或多个细胞核融合成一个核
(2)原理：细胞膜具有一定的流动性
(3)方法：物理（电激）化学（聚乙二醇PEG）生物：灭活的病毒
灭活的病毒：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝集，细胞膜打开，细胞融合。
灭活：用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。病毒：
① 结构：蛋白质外壳+遗传物质核酸（DNAorRNA）
② 特点：必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物
③ 培养：活体培养法
④ 增殖：吸附，注入（遗传物质），合成（逆转录/整合入宿主细胞DNA），装配（利用宿主细胞转录RNA，翻译蛋白质再组装），释放五个步骤。
⑤ 应用：1.灭活病毒做疫苗2.基因工程中作载体3.细胞工程中作细胞融合的诱导剂。来源：假说了解：朊病毒，类病毒
(4)优点：打破生殖隔离，使远缘杂交成为可能。
研究细胞遗传，细胞免疫，肿瘤和生物新品种培育
杂交瘤技术制造单克隆抗体。
四、单克隆抗体技术
(1)概念：把一种B淋巴细胞与能在体外大量繁殖的骨髓瘤细胞进行融合，所得到的融合细胞既能无限繁殖又能产生特异性抗体的技术
① 传统抗体的获得
方法：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体。从动物血清中分离所需抗体。
缺陷：产量低，纯度低，特异性差。
② 抗原：任何可诱发免疫反应的物质。异物性、大分子性和特异性。
③ 抗体：是一种由浆细胞（效应B细胞）分泌，被免疫系统用来鉴别与中和外来物质如细菌、病毒等的大型Y形蛋白质。
(2)单克隆抗体的制备
① 原理：
a.B淋巴细胞特点：每一个B淋巴细胞只能分泌一种特性异性抗体，在体外不能无限增值
b.骨髓瘤细胞特点：能无限增殖
c.杂交瘤细胞特点：既能无限增殖又能产生特异性抗体。
② 制备过程：
a.制备特异性B淋巴细胞：向小鼠注射特定抗原蛋白，从小鼠脾脏（或血液）中获得相应B淋巴细胞
b.获得杂交瘤细胞：将小鼠的骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合，用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。
c.克隆化培养和抗体检测,经过多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
d.将杂交瘤细胞在体外培养或注射到小鼠腹腔中增殖（动物体内培养）
e.提取单克隆抗体：从细胞培养液或小鼠的腹水中提取
③ 优点：特异性强，灵敏度高，可大量制备。
④ 应用：①作为诊断试剂②用于治疗疾病和运载药物
专题3胚胎工程
1概念
胚胎工程是指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。如：体外受精，胚胎移植，胚胎分割，胚胎干细胞培养等技术。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。
(1)操作对象：动物早期胚胎或配子
(2)处理技术：体外受精，胚胎移植，胚胎分割，胚胎干细胞培养等技术
(3)特点：经处理的胚胎还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的需求。
(4)理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。
(5)实质：在体外条件下，对动物自然的受精的和早期胚胎发育条件进行模拟操作
2内容：
3.1体内受精和早期胚胎培养
一、精子的发生
(1)场所：睾丸的曲细精管
(2)时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退
(3)过程：
(4)形态：
① 外形似蝌蚪，分头，颈和尾三大部分
② 不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关。
（细胞不能无限长大的原因：1，细胞越大，表面积与体积的比值越小，细胞的物质运输效率就越低。2核质比过大，细胞核负担过重）
(5)形成特点：
MⅠ与MⅡ连续，需变形，细胞质均分，形成四个精子
二、卵子的发生
(1)场所：卵巢和输卵管
(2)时期：
动物胚胎在性别分化以后和从初情期开始，直到生殖机能衰退
(3)过程：
卵原细胞
↓有丝分裂场所：卵巢内时期：胎儿期
初级卵母细胞（被卵泡包围，停留在减数第一次分裂前期，等待促性腺激素刺激）
↓减数第一次分裂场所：卵巢内时间：排卵（概念）前后MⅠ同时形成透明带
次级卵母细胞和第一极体
↓减数第二次分裂场所：输卵管时间：精子和卵子结合的过程中
卵子和第二极体
(4)受精标志：卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。（多数哺乳动物第一极体不进行减数第二次分裂）
注意区别：受精完成标志雌雄原核融合成合子
(5)形成特点：俩时期，不连续，不变形，不均分，一卵子。
(6)和精子形成的相同点：
① 原始生殖细胞的增殖为有丝分裂，
② 产生精子或卵细胞的方式均为减数分裂。（即染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目减半）
三、受精作用
(1)概念：精子与卵细胞相互识别，融合成受精卵的过程。
(2)场所：输卵管
(3)过程：准备阶段和受精阶段
准备阶段1精子获能：精子在雌性的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。体外受精需获能处理（是否看来源）
准备阶段2卵子的准备：卵子在输卵管内进一步成熟，当达到MⅡ中期时，才具备受精的能力。体外受精是否需人工培养成熟（看来源）
受精阶段：
① 精子穿越放射冠和透明带：
顶体反应（精子与卵子相遇时，顶体释放顶体酶（合成部位：核糖体）溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通道。顶体酶将透明带溶出一条孔道，精子借自身运动穿越透明带）
② 进入卵细胞膜：
透明带反应（精子触及卵细胞膜的瞬间，产生阻止后来精子进入透明带的反应）防止多精入卵受精的第一道屏障
卵细胞膜反应（精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内）防止多精入卵受精的第二道屏障
③ 原核形成和融合：
雄原核形成：精子入卵后尾部脱离，原有核膜破裂，形成一个新的核膜，形成比原来精子和还大的核
雌原核形成：精子入卵后被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体，形成雌原核。雌原核一般略小于雄原核
融合：雄雌原核充分发育后，相向移动，彼此接触，二者体积缩小，合并，两个核染色体合为一组，形成一个含二倍染色体的合子
注意：受精卵遗传物质来源（核基因父母各一半，质基因几乎全部来自母方）
精子完成受精不易：生殖道酸性，白细胞吞噬，进入子宫，两侧输卵管，透明带反应，卵细胞膜反应
四、胚胎发育
（细胞分裂，细胞分化，细胞衰老，细胞凋亡的过程）
(1)概念：
个体发育：受精卵经过细胞分裂、组织分化和器官的形成，直到发育成性成熟个体的过程。分为胚胎发育和胚后发育。
胚胎发育：从受精卵起到胚胎出离卵膜的一段过程。
胚后发育：在动物个体发育过程中，经过幼虫或幼体至成虫、或成体达到性成熟时的发育过程。
(2)场所：输卵管和子宫
(3)过程：
① 两个时期：
a.卵裂期：胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的。特点细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，或略有减小。有机物含量减少，有机物的种类增加。
（注意：种子萌发干重增加的原因）
b.非卵裂期：孵化以后与母体子宫建立联系汲取母体营养。
注意：非哺乳动物蛙胚发育营养物质来自自身受精卵细胞。
② 三个阶段（根据胚胎形态的变化）
a.桑椹胚：当胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑葚，叫做桑椹胚。
特点：每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。（区分全能性）
b.囊胚：内细胞团（ICM），滋养层，囊胚腔，孵化
内细胞团：桑椹胚进一步发育，细胞开始出现分化。聚集在胚胎一端，个体较大的细胞，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，将来发育成胎盘和胎膜。
囊胚腔：囊胚内部出现了含有液体的囊腔
孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带的破裂，胚胎从其中伸展出来。
c.原肠胚：外胚层，中胚层，内胚层，原肠腔，
囊胚孵化后，再进一步发育，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层。中胚层外胚层和内胚层之间的细胞层。内胚层包围的囊腔叫原肠腔。滋养层发育为胎儿的胎膜和胎盘。
③ 胚胎进入子宫时间，桑椹胚或桑椹胚前，囊胚。无原肠胚（已与子宫建立联系）
辨析：
全能干细胞：形成机体任何组织，器官，甚至完整个体的潜能。例如胚胎干细胞（注意全能性比较）
多能干细胞：形成机体多种细胞，组织的潜能。但不能形成个体。例如多能造血干细胞
专能干细胞：只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞。例如神经干细胞皮肤生发层细胞
3.2体外受精和早期胚胎培培养
一、试管动物技术
(1)概念：通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。
(2)技术：体外受精技术和早期胚胎培养
(3)应用：良种动物快速大量繁殖
二、体外受精
(1)卵母细胞的采集和培养
① 用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子。
对象：实验动物如小鼠，兔，以及家畜猪，羊
特点：直接与获能的精子在体外受精。
② 从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞
对象：大家畜或大型动物如牛
特点：在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精
③ 活体取卵（借助超声波探测仪，内窥镜或腹腔镜等工具，直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞）
对象：大家畜或大型动物如牛
特点：在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精
(2)精子的采集和获能
① 采集方法：假阴道法，手握法（适用于个体较小，易于控制的家畜，如猪，狗），电刺激法（野生或经济动物）
② 体外获能的方法：
培养法：将取自附睾的精子，放入人工配置的获能液中，培养一段时间后，精子就可获能。例如：啮齿动物，家兔，猪
化学诱导法：将精子放入一定浓度的肝素或钙离子载体A溶液中，用化学药物诱导精子获能。例如：牛，羊等家畜。
(3)体外受精
① 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或专用的受精溶液中完成受精过程。
② 精子和卵子一般要放在培养液小滴内共同培养一段时间才能完成受精。（培养液小滴：限制范围，发现及时转移，）
③
三、胚胎早期培养
(1)场所：发育培养液
(2)培养液成分：无机盐和有机盐，维生素和激素，氨基酸和核苷酸，血清。（动物细胞培养的条件：无菌无毒，营养，温度，PH，气体环境。每一项的具体做法想想。）
(3)目的：
① 精子和卵子在体外受精后，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。
② 当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其其取出向受体移植，或冷冻保存。
(4)胚胎移植时间:不同动物胚胎移植时间不同。
① 牛羊桑椹胚或囊胚
② 人8-16个细胞阶段
复习：：：：
动物细胞培养的条件：
① 无菌，无毒的环境：
d.培养液和所有培养用具进行无菌处理
e.抗生素，
f.及时更换培养液（清除代谢产物，防止细胞代谢产物对细胞自身造成危害）
② 营养（与体内基本相同）：
e.水
f.无机物(无机盐，微量元素)
g.有机小分子（葡萄糖，氨基酸，促生长因子）
h.天然成分（血浆，血清等）
合成培养基：将细胞所需的上述营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基。区别天然培养基
③ T,PH36.5±0.57.2-7.4
④ 气体环境（95%空气+5%CO2）：O2细胞代谢所必需的
CO2维持培养液中的PH
3.3胚胎工程的应用及前景
一、胚胎移植
(1)概念：将雌性动物体内的早期胚胎，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体内，使之继续发育为新个体的技术。
① 对象：雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎
② 条件：同种的，生理状态相同的其他雌性动物体内
③ 供体：提供胚胎的个体
④ 受体：接受胚胎的个体
⑤ 地位：胚胎工程其他技术的最后一道屏障
⑥ 实质：生产胚胎的供体与孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。即早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
(2)胚胎移植的意义
可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能，大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量。
(3)胚胎移植的生理学基础（）
① 生理环境同期发情，供受体生殖器官的生理变化是相同的。
② 胚胎收集早期胚胎一定时间内不与子宫建立联系，处于游离状态
③ 胚胎存活（基本不发生免疫排斥反应-胎盘屏蔽作用，免疫抑制状态）
④ 遗传特性(不受影响)
(4)胚胎移植的基本程序
① 对供受体的选择和处理（同期发情-孕激素，超数排卵-促性腺激素）
② 配种或进行人工授精
③ 对胚胎的收集，检查，培养或保存（-℃的液氮中）（冲卵：把供体子宫内的胚胎冲洗出来）注意区别排卵
④ 对胚胎进行移植（手术法，非手术法）
⑤ 移植后的检查（是否妊娠）
二、胚胎分割
(1)概念：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者多胎的技术。
(2)仪器：显微操作仪实体显微镜
(3)繁殖方式：无性繁殖
(4)特点：后代具有相同的遗传物质
(5)操作过程：
① 选择发育良好的，形态正常的桑椹胚或囊胚，将其移入盛有操作液的培养皿中。
② 用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的透明带中，或直接将裸半胚移植入受体。
a.对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
b.还可以用分割针取滋养层做DNA分析性别鉴定
三、胚胎干细胞（又称ES细胞EK细胞）
(1)来源：早期胚胎或原始性腺中
(2)形态特点：体积小，细胞核大，核仁明显
(3)功能特点：
① 具有发育的全能性。即可以分化为成年为成年动物体内任何一种组织细胞。
② 在体外培养条件下可以增殖而不发生分化，可以进行冷冻保存，也可进行遗传改造。
(4)用途：
① 治疗人类某些顽症（ES细胞诱导分化形成新的组织）
② 培育人造器官，用于器官移植
③ 揭示细胞分化和细胞凋亡的机理（抑制因子的培养基不分化，加入分化诱导因子，如牛磺酸，丁酰环腺苷酸等化学物质）
④ 哺乳动物个体发生和发育规律的研究。
专题4生物技术的安全性问题和伦理问题
4.1转基因生物的安全性
一、转基因成果令人叹为观止
（详见专题一第3节）
(1)转基因植物方面
① 培育具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物。
② 种植最多的转基因植物有大豆和玉米，转基因棉花和油菜次之。
(2)转基因动物方面
① 培育生长迅速、营养品质优良的转基因家畜、家禽。
② 把转基因动物变成生物反应器，让它们的奶中富含某种营养物质、珍贵药物或人类所需要的蛋白质。
(3)微生物方面
① 利用DNA重组的微生物进行基因制药。
② 制造出具有重要经济价值的各种重组微生物，如清除石油污染的假单胞杆菌等。
二、对转基因生物的安全性的争论
转基因生物的安全性争论原因:
① 目前科学家对基因的结构，基因间的相互作用以及基因的调控机制等都了解的相当有限。
② 转移来的基因不少都是异种生物基因
③ 外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的
(1)争论1 转基因生物与食物安全
反方
正方
不能对转基因食物安全性问题掉以轻心的理由
不用担心转基因食物安全性的理由
①反对“实质性等同”
所谓“实质性等同”概念是对转基因农作物安全性评价的起点，而不是终点
②担心出现滞后效应（原因12）
多环节、严谨的安全性评估，可以保证转基因食物的安全
③担心出现新的过敏原
科学家的负责态度，可以防止新过敏原的产生，对于产生过敏反应的农作物会予以销毁
④担心营养成分改变
至今尚未发现因食用转基因食物而影响人体健康的实例
⑤担心把动物蛋白基因转入农作物会侵犯宗教信仰者或素食者的权益
没有足够的证据证明转基因食物有问题
(2)争论2 转基因生物与生物安全
反方
正方
转基因生物可能会对生物多样性构成威胁的理由
转基因生物不大可能对生物多样性构成威胁的理由
①转基因植物可能会扩散到种植区以外，成为野生种类或杂草
转基因农作物扩散到种植区以外会很快死亡
②可能会成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存
要表现出新性状必须具有一定的水、肥等条件，以及配套的种植技术
③可能重组出对人类或其他生物有害的病原体
由于生殖隔离的存在，使它们很难与其他植物杂交
④有可能使杂草成为除草剂除不掉的“超级杂草”
花粉传播的距离和存活时间有限
(3)争论3 转基因生物与环境安全
反方
正方
可能会对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏的理由
转基因生物有利于环境保护的理由
①打破了自然物种的原有界限，改变生态系统中的能量流动和物质循环
转基因生物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
②重组的微生物可能会对人类生活环境造成二次污染
转基因抗虫作物的种植，减少了农药的使用量
③重组DNA与微生物杂交，可能产生对动植物和人类有害的病原微生物
抗除草剂农作物的种植，减轻了农田管理的负担，保护了农田土壤环境
④转基因植物花粉中的有毒蛋白或过敏蛋白可以通过蜜蜂进入蜂蜜，再经过食物链传递
由于新闻报道不实，增加了公众对转基因农作物的恐惧感
三、理性看待转基因技术
(1)坚持正确的社会舆论导向，将有利于决策者做出正确的决策，从而促进科学技术的发展。
(2)面对转基因技术的利弊，正确的做法应该是趋利避害，而不能因噎废食。
(3)各国对转基因技术都制定了符合本国利益的政策和法规。
4.2