現(xiàn)代生物技術(shù)專題講座(陳景紅)

1、高三生物專題講座現(xiàn)代生物技術(shù)上海市實驗學(xué)校 陳景紅 考綱要求 考點解讀 知識整合情景題 2009年2月2日，山東省干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心宣布成功克隆出5枚符合國際公認(rèn)技術(shù)鑒定指標(biāo)的人類囊胚。該課題首席專家稱他們掌握此項技術(shù)不是為了制造克隆人，而是進行人類治療性克隆研究。 知識整合知識整合 生物技術(shù)也稱生物工程，它是人類應(yīng)用生命科學(xué)理論和工程科學(xué)技術(shù)手段，按照預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖，大規(guī)模的生產(chǎn)人類所需要的物質(zhì)和產(chǎn)品的技術(shù)。基因工程酶工程發(fā)酵工程細(xì)胞工程現(xiàn)代生物技術(shù)主要服務(wù)領(lǐng)域：人類健康工農(nóng)業(yè)資源能源環(huán)境生物工程主要領(lǐng)域之間關(guān)系微生物工程菌發(fā)酵工程基因工程酶產(chǎn)品動植物個體或細(xì)胞酶工程細(xì)胞工程優(yōu)良動植物品

2、種生物工程的特點1. 高效性和經(jīng)濟性2. 清潔和低耗3. 強調(diào)技術(shù)設(shè)計4. 可遺傳和可擴散5. 對人類倫理道德觀念有影響一、核心技術(shù)基因工程 概念：是一種通過體外dna重組（人工的方法）創(chuàng)造生物新類型，并獲得多肽或蛋白質(zhì)等基因產(chǎn)品（表達(dá)）的技術(shù)。 分類：微生物基因工程、植物基因工程、動物基因工程。 過程：獲取目的基因、目的基因與運載體重組、重組dna分子導(dǎo)入受體細(xì)胞、篩選含目的基因的受體細(xì)胞。過過程程圖圖解解獲取目的基因的方法（從細(xì)胞中分離、用化學(xué)方法人工合成）1.鳥槍法2.基因文庫的構(gòu)建3.pcr法（聚合酶鏈反應(yīng)）4.反轉(zhuǎn)錄法5.化學(xué)合成法酶：限制酶、連接酶。運載體的選擇1.能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)

3、制并穩(wěn)定的保存2.具有多個限制酶切點，3.具有某些標(biāo)記基因（熒光標(biāo)記、抗生素標(biāo)記等）受體細(xì)胞的篩選：篩選目的基因表達(dá)的受體細(xì)胞微生物基因工程（發(fā)酵工程） 由于微生物繁殖迅速、結(jié)構(gòu)簡單、遺傳操作較為容易，所以微生物基因工程具有技術(shù)比較成熟、研制周期比較短、通過發(fā)酵可以大量生產(chǎn)等優(yōu)點。植物基因工程培育抗逆植物、園藝植物、植物疫苗等ck抗蟲ck抗蟲動物基因工程概念：動物基因工程通常以動物的受精卵作為受體細(xì)胞，用顯微注射的方法將目的基因?qū)雱游锏氖芫阎校偈故芫寻l(fā)育成個體而獲得轉(zhuǎn)基因動物。應(yīng)用：1.在基因表達(dá)調(diào)控研究方面的應(yīng)用2.用于基因產(chǎn)品的制備（培育乳腺生物發(fā)生器）3.動物品種的培育與改良 （

4、獲得優(yōu)良性狀的動物新品種 ） 顯微注射法進行動物轉(zhuǎn)基因的基本過程 迄今應(yīng)用得較為普遍而又最有成效的一種獲得轉(zhuǎn)基因動物的技術(shù)。胚胎干細(xì)胞法 胚胎干細(xì)胞介導(dǎo)法胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell，es)是指從哺乳動物胚胎囊胚期內(nèi)的細(xì)胞團中分離出來的尚未分化的胚胎細(xì)胞，這種細(xì)胞具有發(fā)育的多能性，能夠分化出各種組織。這個途徑是將外源基因直接導(dǎo)人es細(xì)胞，經(jīng)體外培養(yǎng)篩選后再注入到受體囊胚腔中，與其中的囊胚細(xì)胞聚集在一起，成為受體胚胎的一部分，參與其分化。由這種胚胎發(fā)育而成嵌合體的轉(zhuǎn)基因動物，即其中有一部分組織來源于整合有外源基因的供體es細(xì)胞。在嵌合過程中，被轉(zhuǎn)化的es細(xì)胞分化而成的生殖細(xì)

5、胞可通過雜交將引入的外源基因傳遞下去。 反轉(zhuǎn)錄病毒法 反轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)移基因反轉(zhuǎn)錄病毒是一類含有rna的動物病毒，它的基因組進入寄主細(xì)胞內(nèi)，在反轉(zhuǎn)錄酶催化下合成dna。反轉(zhuǎn)錄病毒的這種特性說明它有可能是一種天然的轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，可經(jīng)人工操作改建為動物基因的轉(zhuǎn)移載體。另外，反轉(zhuǎn)錄病毒感染效率高，但卻不會招致寄主細(xì)胞的死亡，被它感染或轉(zhuǎn)化的動物細(xì)胞常可持續(xù)許多世代。反轉(zhuǎn)錄病毒可用作載體的另一個優(yōu)點是其寄主范圍廣泛，包括無脊椎動物和脊椎動物，其中有的還能夠在人體細(xì)胞中生長。 基因治療概念：是一種從根本上治療遺傳病的方法，即用正常的基因置換遺傳缺陷的基因，或增補缺失的基因。1. 體外治療2. 體內(nèi)治療（基因診斷

6、dna分子雜交法）體外治療體外治療轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品的安全性對生態(tài)環(huán)境基因漂移，影響生物的多樣性對人類健康轉(zhuǎn)基因食品是否含致敏物質(zhì)。二、細(xì)胞工程概念：就是在細(xì)胞水平上，以細(xì)胞生物學(xué)理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代工程技術(shù)手段以及其他學(xué)科的科學(xué)原理和技術(shù)，研究、開發(fā)和利用細(xì)胞的現(xiàn)代技術(shù)。（一）植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù) 將無菌的外植體接種在含有營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素等的培養(yǎng)基中進行無菌培養(yǎng)，使其形成芽、根，并發(fā)育成完整植株的技術(shù)。分為以下四個階段：1. 預(yù)備階段（外植體、ms培養(yǎng)基）2. 誘導(dǎo)去分化階段3. 再分化階段（細(xì)胞分裂素與生長素濃度比不同誘導(dǎo)生成根、愈傷組織、芽）4. 移栽階段 常用技術(shù)手段：植物組織培

7、養(yǎng)，植物體細(xì)胞雜交。 理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性 植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍：快速繁殖、培育無病毒植物，通過大規(guī)模的植物細(xì)胞培養(yǎng)來生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料、色素和殺蟲劑等。（二）動物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)概念：動物組織和細(xì)胞培養(yǎng)是從動物體內(nèi)分離出組織和細(xì)胞，在無菌和適宜的溫度和營養(yǎng)條件下，使組織或細(xì)胞生長和繁殖的一門技術(shù)。應(yīng)用：獲得一定數(shù)量的細(xì)胞用于臨床治療；生產(chǎn)生物制品，如抗體、激素、酶、生長因子等。 條件：適宜的溫度、ph值、溶解氧、滲透壓。 培養(yǎng)基成分：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清等。細(xì)胞懸浮液原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)（三）干細(xì)胞技術(shù)干細(xì)胞概念：具有自我更新、分化能力的細(xì)胞稱為干細(xì)胞。

8、1. 成體干細(xì)胞（多能干細(xì)胞，如骨髓干細(xì)胞；單能干細(xì)胞，如皮膚基底細(xì)胞）2. 胚胎干細(xì)胞（早期胚胎中）人體細(xì)胞的分化（四）細(xì)胞融合技術(shù)概念：是指用人工的方法，使不同來源的細(xì)胞相互融合，形成一個新細(xì)胞，即重組細(xì)胞的過程。應(yīng)用細(xì)胞融合技術(shù)進行細(xì)胞雜交，能夠克服遠(yuǎn)緣雜交不育的缺陷，對培育新品種具有廣闊的應(yīng)用前景。最有價值的成就單克隆抗體概念：由單個雜交瘤細(xì)胞增殖產(chǎn)生的雜交瘤細(xì)胞群持續(xù)分泌的成分單一的特異性抗體稱為單克隆抗體。 單克隆抗體導(dǎo)彈療法（五）細(xì)胞核移植技術(shù)概念：將一種細(xì)胞的細(xì)胞核移植到另一種去核的細(xì)胞中的技術(shù)稱為細(xì)胞核移植。童第周：將鯉魚胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核移植到鯽魚成熟的卵中。 克隆動物：一般

9、是指通過無性繁殖形成動物后代。1997年，英國生物學(xué)家首次用羊的體細(xì)胞成功地克隆了一只小母羊，即多利綿羊。克隆是指無性繁殖系，具體地說，是指從一個共同的祖先，通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的一群遺傳特性相同的dna分子、細(xì)胞或個體?？寺∫部芍笩o性繁殖的過程。white sheepblack sheepegg celludder cellsdnaembryodollysurrogatemother多利綿羊的培育（六）胚胎移植技術(shù)概念：胚胎移植技術(shù)是將動物的受精卵或早期胚胎移植到母體子宮內(nèi)，使之繼續(xù)妊娠發(fā)育為新個體的技術(shù)。試管動物（嬰兒）：通過體外受精和胚胎移植技術(shù)而產(chǎn)生的動物或嬰兒。在這一技術(shù)過程中

10、，精子和卵子從動物（人）體內(nèi)取出來，在人工提供的生活條件下（通常是在試管中）進行受精，并讓體外受精的受精卵在試管中發(fā)育，再把發(fā)育到一定階段的胚胎移植到“代理母親”動物（人）的子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育直到誕生。試管嬰兒主要是在夫妻間進行的，其目的是解決不育問題。 三、酶工程概念：是一項借助生物反應(yīng)裝置和工藝過程來生產(chǎn)人類所需酶產(chǎn)品的現(xiàn)代生物技術(shù)酶的生產(chǎn)與提純 生產(chǎn)：提取、發(fā)酵、化學(xué)合成。 提純：注意保持酶的活力。酶的固定化技術(shù)意義：可以回收再利用；連續(xù)進行反應(yīng)，提高催化效率。方法：酶的應(yīng)用工業(yè)：洗滌劑醫(yī)療：酶療法、糖尿試紙環(huán)保：降解廢水中的污染物等。四、發(fā)酵工程概念：通過工程技術(shù)手段，由微生物生產(chǎn)出人類所

11、需產(chǎn)品的技術(shù)。發(fā)酵工程的內(nèi)容發(fā)酵工程的內(nèi)容1. 菌種的選育2. 配置培養(yǎng)基和滅菌3. 擴大培養(yǎng)和接種4. 發(fā)酵過程5. 發(fā)酵產(chǎn)物的分離和提取基因工程細(xì)胞工程誘變育種ph溶解氧溫度攪拌（99年上海）50.（7分）世界上第一只克隆綿羊“多利”的培育程序如下圖所示。請看圖后回答： (1)寫出圖中 a 、b 所指的細(xì)胞工程名稱：a ,b (2)實施細(xì)胞工程a 時,所需的受體細(xì)胞大多采用動物卵細(xì)胞的原因是： (3)“多利”面部的毛色是 ,請根據(jù)遺傳學(xué)原理說明判斷的原因是： (4)繼植物組織培養(yǎng)之后,克隆綿羊的培育成功,證明動物細(xì)胞也具有 。 (5)請舉一例,說明克隆綿羊培育成功的實際意義 上海歷屆高考題

12、匯編上海歷屆高考題匯編（00年）48、（9分）昆蟲學(xué)家用人工誘變的方法使昆蟲產(chǎn)生基因突變，導(dǎo)致酯酶活性升高，該酶可催化分解有機磷農(nóng)藥。近年來已將控制酯酶合成的基因分離出來，通過生物工程技術(shù)將它導(dǎo)入細(xì)菌體內(nèi)，并與細(xì)菌內(nèi)的dna分子結(jié)合起來。經(jīng)過這樣處理的細(xì)菌仍能分裂繁殖。請根據(jù)上述資料回答： （1）人工誘變在生產(chǎn)實踐中已得到廣泛應(yīng)用，因為它能提高 ，通過人工選擇獲得。 （2）酯酶的化學(xué)本質(zhì)是 ，基因控制酯酶合成要經(jīng)過和 兩個過程。 （3）通過生物工程產(chǎn)生的細(xì)菌，其后代同樣能分泌酯酶，這是由于 。 （4）請你具體說出一項上述科研成果的實際應(yīng)用。 。 答案： （第（1）（2）小題每格1分，第（3）、

13、（4）小題每格2分。） 基因突變頻率 人們所需要的突變性狀 （僅答突變性狀不給分） 蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)錄 翻譯 控制酯酶合成的基因隨著細(xì)菌dna分子復(fù)制而復(fù)制，并在后代中表達(dá)。 用于降解污水中的有機磷農(nóng)藥，以保護環(huán)境。 （01）21胚胎移植技術(shù)目前主要應(yīng)用于a 解決某些不孕癥者的生育問題 b 治療某些遺傳病c 提高良種家畜的繁殖力 d 提高動物的抗病力（ac）（01）37（9分）1990年10月，國際人類基因組計劃正式啟動，以揭示生命和各種遺傳現(xiàn)象的奧秘。下圖a、b表示人類體細(xì)胞染色體組成。請回答問題：（1）從染色體形態(tài)和組成來看，表示女性的染色體是圖 ，男性的染色體組成可以寫成_ （2）染色體的化學(xué)

14、成分主要是 _ （3）血友病的致病基因位于 染色體上，請將該染色體在a、b圖上用筆圈出。唐氏綜合征是圖中21號染色體為 條所致。（4）建立人類基因組圖譜需要分析 條染色體的 序列。（5）有人提出“吃基因補基因”，你是否贊成這種觀點，試從新陳代謝角度簡要說明理由。 。(02)6科學(xué)家將雌黑鼠乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核移入白鼠去核的卵細(xì)胞內(nèi)，待發(fā)育成早期胚胎后移植入褐鼠的子宮，該褐鼠產(chǎn)下小鼠的體色和性別是a 黑、雌 b 褐、雌 c 白、雄 d 黑、雄(02)29下列高科技成果中，根據(jù)基因重組原理進行的是 我國科學(xué)家袁隆平利用雜交技術(shù)培育出超級水稻 我國科學(xué)家將蘇云金桿菌的某些基因移植到棉花體內(nèi)，培育出抗蟲棉

15、 我國科學(xué)家通過返回式衛(wèi)星搭載種子培育出太空椒 我國科學(xué)家通過體細(xì)胞克隆技術(shù)培養(yǎng)出克隆牛a b c d （a）（b）（03上海）3“試管嬰兒”技術(shù)屬于 a胚胎移植 b組織培養(yǎng) c克隆技術(shù) d基因工程答案：答案： a（03上海） 7“人類基因組計劃”中的基因測序工作是指測定（ ）adna的堿基對排列順序 bmrna的堿基排列順序c蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序 ddna的基因排列順序答案：答案： a（03上海高考）36（9分）已知細(xì)胞合成dna有d和s兩條途徑，其中d途徑能被氨基嘌呤阻斷。人淋巴細(xì)胞中有這兩種dna的合成途徑，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤細(xì)胞中盡管沒有s途徑，但能不斷分裂增殖，將這兩種細(xì)胞

16、在試管中混合，加聚乙二醇促融，獲得雜種細(xì)胞。請回答： （1）試管中除融合的雜種細(xì)胞外，還有 種融合細(xì)胞。 （2）設(shè)計一方法（不考慮機械方法），從培養(yǎng)液中分離出雜種細(xì)胞，并說原理。 方法： 。 原理： _。（3）將分離出的雜種細(xì)胞在不同條件下繼續(xù)培養(yǎng)，獲得a、b、c三細(xì)胞株。各細(xì)胞株內(nèi)含有的人染色體如有表（“+”有，“”無）測定各細(xì)胞株中人體所具有的五種酶的活性。結(jié)果是：b株有a酶活性；a、b、c株均有b酶活性：a、b株有c酶活性；c株有d酶活性；a、b、c株均無e酶活性。若人基因的作用不受鼠基因影響，則支配a、b、c、d和e酶合成的基因依次位于人的 、 、 、 和 號染色體上。答案（1）2 （

17、2）培養(yǎng)液中加入氨基嘌呤，收集增殖的細(xì)胞 加入氨基嘌呤后，使d合成途徑阻斷，僅有d合成途徑的骨髓瘤細(xì)胞及其彼此融合的細(xì)胞就不能增殖，但人淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合后的雜種細(xì)胞中可以利用淋巴細(xì)胞中的s途徑合成dna而增殖 （3）6 1 2 7 8細(xì)胞株人染色體編號12345678a株b株c株（2004年）年）18、（2分）下列關(guān)于細(xì)胞工程的敘述中，錯誤的是（ ）a植物細(xì)胞融合必須先制備原生質(zhì)體b試管嬰兒技術(shù)包括人工受精和胚胎移植兩方面c經(jīng)細(xì)胞核移植培育出的新個體只具有一個親本的遺傳性狀 d用于培養(yǎng)的植物器官或組織屬于外植體答案：答案：c（2005年）年）26、（2分）將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成幼苗時

18、，下列條件中不需要的是 （ ）a、具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞 b、一定的營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素c、離體狀態(tài) d、導(dǎo)入指定基因答案：答案：d（2005年）年） 27現(xiàn)有黑色短毛兔和白色長毛兔，要育出黑色長毛兔。理論上可采用的技術(shù)是雜交育種 基因工程 誘變育種 克隆技術(shù) a b c d（2005年）年） 37（10分）回答有關(guān)真核細(xì)胞中遺傳信息及其表達(dá)的問題。（1）將同位素標(biāo)記的尿核苷（尿嘧啶和核糖的結(jié)合物）加入細(xì)胞培養(yǎng)液中，不久在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)被標(biāo)記的_、_、_。（2）將從a細(xì)胞中提取的核酸，通過基因工程的方法，轉(zhuǎn)移到另一種細(xì)胞b中，當(dāng)轉(zhuǎn)入_時，其遺傳信息在b細(xì)胞中得到表達(dá)并能夠復(fù)制傳給下一代，當(dāng)轉(zhuǎn)入_時，

19、在b細(xì)胞中雖能合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，但性狀不會遺傳。（3）已知某基因片段堿基排列如右圖。由它控制合成的多肽中含有“脯氨酸谷氨酸谷氨酸賴氨酸”的氨基酸序列。（脯氨酸的密碼子是：ccu、ccc、cca、ccg；谷氨酸的是gaa、gag；賴氨酸的是aaa、aag；甘氨酸的是ggu、ggc、gga、ggg。）ggcctgaagagaagtccggacttctcttca（1）翻譯上述多肽的mrna是由該基因的_鏈轉(zhuǎn)錄的（以圖中或表示），此mrna的堿基排列順序是：_。（2）若該基因由于一個堿基被置換而發(fā)生突變，所合成的多肽的氨基酸排列順序成為“脯氨酸谷氨酸甘氨酸賴氨酸”。寫出轉(zhuǎn)錄出此段多dna單鏈的堿基排列

20、順序：_。（1）mrna trna rrna （2）dna rna （3）1） ccugaagagaag 2）ggacttcccttcggcctgaagagaagtccggacttctcttca（2006年）年）39a(12分)農(nóng)業(yè)科技工作者在煙草中找到了一抗病基因，現(xiàn)擬采用基因工程技術(shù)將該基因轉(zhuǎn)入棉花，培育抗病棉花品系。請回答下列問題。(1)要獲得該抗病基因，可采用_、 _等方法。為了能把該抗病基因轉(zhuǎn)入到棉花細(xì)胞中，常用的載體是_ 。(2)要使載體與該抗病基因連接，首先應(yīng)使用 _ 進行切割。假如載體被切割后，得到的分子末端序列為，則能與該載體連接的抗病基因分子末端是( )(3)切割完成后，采

21、用 _ 酶將載體與該抗病基因連接，連接后得到的dna分子稱為 _ 。(4)再將連接得到的dna分子導(dǎo)入農(nóng)桿菌，然后用該農(nóng)桿菌去 _ 棉花細(xì)胞，利用植物細(xì)胞具有的 _ 性進行組織培養(yǎng)，從培養(yǎng)出的植株中 _ 出抗病的棉花。(5)該抗病基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)的產(chǎn)物是( )a淀粉b脂類c蛋白質(zhì)d核酸(6)轉(zhuǎn)基因棉花獲得的 _ 是由該表達(dá)產(chǎn)物來體現(xiàn)的。答案：答案：a(1)從細(xì)胞中分離 化學(xué)方法人工合成 ti質(zhì)粒(2)限制性內(nèi)切酶(限制酶) a (3)dna連接酶(4)感染 全能 篩選(選擇) (5)c (6)抗病性狀（07年）13下列有關(guān)植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)的敘述中，錯誤的是a花藥、胚不能作為組織培養(yǎng)的材料

22、b植物細(xì)胞具有全能性c外植體是指用于培養(yǎng)的植物組織或器官d外植體可誘導(dǎo)出愈傷組織（07上海高考）39（9分）a下圖表示用生物工程制備人抗a抗體的過程。請回答下列問題（1）人的紅細(xì)胞膜表面有被稱為凝集原的特異_：從免疫學(xué)角度看，這種凝集原是_。（2）圖中細(xì)胞中1是小鼠體內(nèi)注入人a型血紅細(xì)胞后而獲得的_細(xì)胞，這種細(xì)胞具有產(chǎn)生_的特點，但難以在體外培養(yǎng)。甲培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細(xì)胞2，是從患骨髓瘤的小鼠體內(nèi)獲取的骨髓瘤細(xì)胞，這種細(xì)胞在體外培養(yǎng)時能_，但不會產(chǎn)生抗體。（3）為了能充分發(fā)揮上述兩種細(xì)胞各自的特點，經(jīng)特殊處理，在促細(xì)胞融合因子的作用下，使兩種細(xì)胞發(fā)生融合，形成圖中的細(xì)胞3，這種細(xì)胞稱為_。把它在乙培養(yǎng)皿中進行培養(yǎng)，則能產(chǎn)生大量的細(xì)胞群，這種方法稱為_。（4）過程的主要目的_。通過過程或的培養(yǎng)方法能產(chǎn)生大量_抗體。（08年）11制備單克隆抗體所采用的細(xì)胞工程技術(shù)包括細(xì)胞培養(yǎng) 細(xì)胞融合 胚胎移植 細(xì)胞核移植a bc d答案：答案：a（08上海高考） 23阻止病人的致病基因傳給子代的方法通常是將正?；?qū)氩∪薬體細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì) b生殖細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)c體