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1、高中生物選修3知識(shí)點(diǎn)總結(jié)班級(jí):_姓名:_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(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì),通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù),賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的,又叫做DNA重組技術(shù)。 基因工程的原理:基因重組(一)基因工程的基本工具 1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶) (1)來(lái)源:主要是從原核生物中分離純化出來(lái)的。 (2)功能:能夠識(shí)別雙鏈DNA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
2、的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi),因此具有專一性。 (3)結(jié)果:經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式:黏性末端和平末端。2.“分子縫合針”DNA連接酶 (1)兩種DNA連接酶(E·coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶)的比較: 相同點(diǎn):都縫合磷酸二酯鍵。 區(qū)別:E·coliDNA連接酶來(lái)源于大腸桿菌,只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái);而T4DNA連接酶能縫合兩種末端,但連接平末端的之間的效率較低。 (2)與DNA聚合酶作用的異同: DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核苷酸
3、片段的末端,形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個(gè)DNA片段的末端,形成磷酸二酯鍵。 DNA連接酶 DNA聚合酶不同點(diǎn)連接的DNA雙鏈單鏈模板 不要模板要模板連接的對(duì)象2個(gè)DNA片段 單個(gè)脫氧核苷酸加到已存在的單鏈DNA片段上相同點(diǎn)作用實(shí)質(zhì)形成磷酸二酯鍵化學(xué)本質(zhì)蛋白質(zhì)3.“分子運(yùn)輸車(chē)”載體 (1)載體具備的條件:能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。 具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn),供外源DNA片段插入。 具有標(biāo)記基因,供重組DNA的鑒定和選擇。 (2)最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于
4、細(xì)菌染色體之外,并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。 (3)其它載體:噬菌體的衍生物、動(dòng)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 1.目的基因是指: 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 。 2.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(zhuǎn)錄法_和化學(xué)合成法_。 3.PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 (1)PCR的含義:是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 (2)目的:獲取大量的目的基因 (3)原理:DNA雙鏈復(fù)制
5、(4)過(guò)程:第一步:加熱至9095DNA解鏈為單鏈; 第二步:冷卻到5560,引物與兩條單鏈DNA結(jié)合; 第三步:加熱至7075,熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成。(5)特點(diǎn):指數(shù)(2n)形式擴(kuò)增 第二步:基因表達(dá)載體的構(gòu)建(核心) 1.目的:使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳至下一代,使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 2.組成:目的基因啟動(dòng)子終止子標(biāo)記基因 (1)啟動(dòng)子:是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位,能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA,最終獲得所需的蛋白質(zhì)。 (2)
6、終止子:也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ,位于基因的尾端。(3)標(biāo)記基因的作用:是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。 第三步:將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞_ 1.轉(zhuǎn)化的概念:是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。 2.常用的轉(zhuǎn)化方法: 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞:采用最多的方法是 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。 將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞:最常用的方法是 顯微注射技術(shù)。方法的受體細(xì)胞多是
7、受精卵。 將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞:原核生物作為受體細(xì)胞的原因是 繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少 ,最常用的原核細(xì)胞是 大腸桿菌 ,其轉(zhuǎn)化方法是:先用 Ca2+ 處理細(xì)胞,使其成為 感受態(tài)細(xì)胞 ,再將 重組表達(dá)載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合,在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子,完成轉(zhuǎn)化過(guò)程。 3.重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后,篩選含有基因表達(dá)載體受體細(xì)胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達(dá)。 第四步:目的基因的檢測(cè)和表達(dá) 1.首先要檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物
8、的染色體DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子雜交(DNA-DNA)技術(shù)。 2.其次還要檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA,方法是采用分子雜交(DNA-RNA)技術(shù)。 3.最后檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),方法是采用抗原抗體雜交技術(shù)。 4.有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定。如生物抗蟲(chóng)或抗病的鑒定等。(三)基因工程的應(yīng)用 1.植物基因工程:抗蟲(chóng)、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物,利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。 2.動(dòng)物基因工程:提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物。 3.基因治療:把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)
9、揮作用。 4.基因診斷:又稱為DNA診斷,是采用基因檢測(cè)的方法來(lái)判斷患者是否出現(xiàn)了基因異?;驍y帶病原體。 (四)蛋白質(zhì)工程的概念 1、概念:蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過(guò)基因修飾或基因合成,對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)) A轉(zhuǎn)錄 B 翻譯 2、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由:基因工程只能生產(chǎn)自然界已存
10、在的蛋白質(zhì)3、蛋白質(zhì)工程的基本原理:它可以根據(jù)人的需求來(lái)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),又稱為第二代的基因工程。4、蛋白質(zhì)工程的基本途徑:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列 找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)注意:目的基因只能
11、用人工合成的方法5、設(shè)計(jì)中的困難:如何推測(cè)非編碼區(qū)以及內(nèi)含子的脫氧核苷酸序列6、 蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別蛋白質(zhì)工程基因工程實(shí)質(zhì)通過(guò)改造基因,以定向改造天然蛋白質(zhì),甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)將目的基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞,并在受體細(xì)胞中表達(dá)結(jié)果合成自然界不存在的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出的第二代基因工程專題2 細(xì)胞工程一、植物細(xì)胞工程 1.理論基礎(chǔ)(原理):細(xì)胞全能性 全能性表達(dá)的難易程度:受精卵生殖細(xì)胞干細(xì)胞體細(xì)胞;植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞 2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)
12、(1)過(guò)程:離體的植物器官、組織或細(xì)胞 愈傷組織 試管苗 植物體(2)用途:微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。 A 植物繁殖微型繁殖:可以高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖作物脫毒:采用莖尖組織培養(yǎng)來(lái)除去病毒(因?yàn)橹参锓稚鷧^(qū)附近的病毒極少或沒(méi)有)人工種子:以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,經(jīng)人工薄膜包裝得到的種子。優(yōu)點(diǎn):完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性,不受季節(jié)的限制;方便儲(chǔ)藏和運(yùn)輸B 作物新品種培育單倍體育種:a過(guò)程:植株(AaBb)通過(guò)減數(shù)分裂得到花粉(AB、Ab、aB、ab四種類型);對(duì)花粉進(jìn)行花藥離體培
13、養(yǎng)(技術(shù)是植物組織培養(yǎng));得到單倍體植株;對(duì)其幼苗時(shí)期進(jìn)行秋水仙素處理;得到了正常的純合二倍體植株(AABB、AAbb、aaBB、aabb四種類型)。b 優(yōu)點(diǎn):明顯縮短育種年限C 突變體利用:在組織培養(yǎng)中會(huì)出現(xiàn)突變體,通過(guò)從有用的突變體中選育出新品種(如篩選抗病、抗鹽、含高蛋白的突變體)D 細(xì)胞產(chǎn)物的生產(chǎn):通過(guò)能夠產(chǎn)生對(duì)人們有利的產(chǎn)物的細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng),從而讓它們能夠產(chǎn)生大量的細(xì)胞產(chǎn)物。(3)地位:是培育轉(zhuǎn)基因植物、植物體細(xì)胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。3. .植物體細(xì)胞雜交技術(shù)(1)過(guò)程:(2)誘導(dǎo)融合的方法:物理法包括離心、振動(dòng)、電刺激等。化學(xué)法一般是用聚乙二醇(PEG)作
14、為誘導(dǎo)劑。(3)意義:克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。二、動(dòng)物細(xì)胞工程 1. 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng) (1)概念:動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)就是從動(dòng)物機(jī)體中取出相關(guān)的組織,將它分散成單個(gè)細(xì)胞,然后放在適宜的培養(yǎng)基中,讓這些細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖。 (2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的流程:取動(dòng)物組織塊(動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)物的器官或組織)剪碎用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個(gè)細(xì)胞制成細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶中進(jìn)行原代培養(yǎng)貼滿瓶壁的細(xì)胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個(gè)細(xì)胞繼續(xù)傳代培養(yǎng)。 (3)細(xì)胞貼壁和接觸抑制:懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上,稱為細(xì)胞貼壁。細(xì)胞數(shù)目不斷增多,當(dāng)貼壁
15、細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互抑制時(shí),細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖,這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。 (4)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要滿足以下條件 無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境:培養(yǎng)液應(yīng)進(jìn)行無(wú)菌處理。通常還要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素,以防培養(yǎng)過(guò)程中的污染。此外,應(yīng)定期更換培養(yǎng)液,防止代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞自身造成危害。 營(yíng)養(yǎng):合成培養(yǎng)基成分:糖、氨基酸、促生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分。 溫度:適宜溫度:哺乳動(dòng)物多是36.50.5;pH:7.27.4。 氣體環(huán)境:95%空氣5%CO2。O2是細(xì)胞代謝所必需的,CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。
16、(5)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用:制備病毒疫苗、制備單克隆抗體、檢測(cè)有毒物質(zhì)、培養(yǎng)醫(yī)學(xué)研究的各種細(xì)胞。2.動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物 (1)哺乳動(dòng)物核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植(比較容易)和體細(xì)胞核移植(比較難)。 (2)選用去核卵(母)細(xì)胞的原因:卵(母)細(xì)胞比較大,容易操作;卵(母)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)多,營(yíng)養(yǎng)豐富。卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)可使體細(xì)胞細(xì)胞核全能性得到表達(dá)。 (3)體細(xì)胞核移植的大致過(guò)程是:(右圖)高產(chǎn)奶牛(提供體細(xì)胞)進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng);同時(shí)采集卵母細(xì)胞,在體外培養(yǎng)到減二分裂中期的卵母細(xì)胞,去核(顯微操作)注:為什么要用卵細(xì)胞?它可以提供充足的營(yíng)養(yǎng);操作簡(jiǎn)便;細(xì)胞質(zhì)不會(huì)
17、抑制細(xì)胞核全能性的表達(dá);將供體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞;通過(guò)電刺激使兩細(xì)胞融合,供體核進(jìn)入受體卵母細(xì)胞,構(gòu)建重組胚胎;將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi);生出與供體奶牛遺傳基因相同的犢牛。 (4)體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用: 加速家畜遺傳改良進(jìn)程,促進(jìn)良畜群繁育; 保護(hù)瀕危物種,增大存活數(shù)量; 生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白; 作為異種移植的供體; 用于組織器官的移植等。 (5)體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問(wèn)題: 克隆動(dòng)物存在著健康問(wèn)題、表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。 3.動(dòng)物細(xì)胞融合 (1)動(dòng)物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交,
18、是指兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的過(guò)程。融合后形成的具有原來(lái)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞遺傳信息的單核細(xì)胞,稱為雜交細(xì)胞。 (2)動(dòng)物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同,誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方法類似,常用的誘導(dǎo)因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激等。 (3)動(dòng)物細(xì)胞融合的意義:克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和性,成為研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生物生物新品種培育的重要手段。 (4)動(dòng)物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交的比較:細(xì)胞工程植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞融合理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性、細(xì)胞膜的流動(dòng)性細(xì)胞增殖、細(xì)胞膜的流動(dòng)性融合前處理酶解法去除細(xì)胞壁(纖維素酶、果膠酶)
19、注射特定抗原,免疫處理正常小鼠誘導(dǎo)手段物理法:離心、振動(dòng)、電激化學(xué)法:聚乙二醇(PEG)物理法:離心、振動(dòng)、電激化學(xué)法:聚乙二醇生物法:滅活的病毒(滅活的仙臺(tái)病毒)誘導(dǎo)過(guò)程第一步:原生質(zhì)體的制備(酶解法)第二步:原生質(zhì)體融合 (物、化法)第三步:雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)第四步:雜種植株的誘導(dǎo)與鑒定正常小鼠免疫處理動(dòng)物細(xì)胞的融合(物、化、生法)雜交瘤細(xì)胞的篩選與培養(yǎng)專一抗體檢驗(yàn)陽(yáng)性細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體的提純用途和意義克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和障礙,大大擴(kuò)展雜交的親本組合范圍應(yīng)用:白菜-甘藍(lán)等雜種植株(1) 制備單克隆抗體(2) 診斷、治療、預(yù)防疾病,例如“生物導(dǎo)彈”治療癌癥4.單克隆抗體 (1)抗
20、體:一個(gè)B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產(chǎn)量低、純度低、特異性差。 (2)單克隆抗體的制備過(guò)程: 對(duì)免疫小鼠注射特定的抗原蛋白(目的使小鼠產(chǎn)生了效應(yīng)B細(xì)胞);提取B淋巴細(xì)胞;同時(shí)用動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的方法培養(yǎng)骨髓瘤細(xì)胞并提?。淮偈顾鼈兗?xì)胞融合注:融合的結(jié)果是有很多不符合要求的;如有2個(gè)B淋巴細(xì)胞融合的細(xì)胞等,所以要進(jìn)行篩選;在特定的選擇培養(yǎng)基上篩選出融合的雜種細(xì)胞特點(diǎn)是能迅速大量增殖,又能產(chǎn)生專一的抗體;然后對(duì)它進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測(cè)篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細(xì)胞;最后將雜交瘤細(xì)胞在體外做大規(guī)模培養(yǎng)或注射入小鼠腹腔內(nèi)增殖,從細(xì)胞培養(yǎng)液或小鼠腹水中可得到大量
21、的單克隆抗體。注入小鼠細(xì)胞融合分離抗原注入小鼠體內(nèi)B淋巴細(xì)胞骨髓瘤細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞細(xì)胞培養(yǎng)選擇培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)基體內(nèi)培養(yǎng)體外培養(yǎng)從腹水提取從培養(yǎng)液提取單克隆抗體 兩次篩選:第一次篩選出雜交瘤細(xì)胞,第二次篩選出能產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤細(xì)胞。 (3)雜交瘤細(xì)胞的特點(diǎn):既能大量繁殖,又能產(chǎn)生專一的抗體。 (4)單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn):特異性強(qiáng),靈敏度高,并能大量制備。 (5)在腹腔內(nèi)增殖的優(yōu)點(diǎn):不需要特定的培養(yǎng)基,不需要嚴(yán)格的外界條件。 (6)篩選的時(shí)候用:特定的選擇性培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。 (7)
22、單克隆抗體的作用: 作為診斷試劑:準(zhǔn)確識(shí)別各種抗原物質(zhì)的細(xì)微差異,并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合,具有準(zhǔn)確、高效、簡(jiǎn)易、快速的優(yōu)點(diǎn)。 用于治療疾病和運(yùn)載藥物:主要用于治療癌癥治療,可制成“生物導(dǎo)彈”(借助單克隆抗體的導(dǎo)向作用),也有少量用于治療其它疾病。 專題3 胚胎工程 3.1 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育 一、精子的發(fā)生 1、場(chǎng)所:睪丸的曲細(xì)精管 2、時(shí)間:從初情期開(kāi)始,到生殖機(jī)能衰退 3、過(guò)程:(1)精原細(xì)胞多個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞(通過(guò)數(shù)次有絲分裂)
23、0;(2)1個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞2個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞4個(gè)精子細(xì)胞(通過(guò)減數(shù)分裂,即MI和MII) (3)精子細(xì)胞精子(通過(guò)變形)補(bǔ)充,精原細(xì)胞先進(jìn)行有絲分裂后進(jìn)行減數(shù)分裂;變形過(guò)程中,細(xì)胞核為精子頭的主要部分,高爾基體發(fā)育為頂體,中心體演變?yōu)榫拥奈?,線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜,其他物質(zhì)濃縮為原生質(zhì)滴直至脫落。線粒體為精子運(yùn)動(dòng)提供能量。二、卵細(xì)胞(卵子)的發(fā)生 1、場(chǎng)所:卵巢 2、 時(shí)間:從胎兒時(shí)期開(kāi)始(胎兒時(shí)期完成了卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲(chǔ)備) 3、過(guò)程:
24、(1)卵原細(xì)胞初級(jí)卵母細(xì)胞 ( 2)1個(gè)初級(jí)卵母細(xì)胞1個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞第一極體(排卵前后完成) (3)1個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞1個(gè)卵子第二極體(精子和卵子結(jié)合過(guò)程中完成) 在胎兒時(shí)期,卵原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂演變成初級(jí)卵母細(xì)胞被卵泡細(xì)胞包圍,減一分裂在排卵前后完成,形成次級(jí)卵母細(xì)胞和第一極體進(jìn)入輸卵管準(zhǔn)備受精;減二分裂是在受精過(guò)程中完成的。三、受精1、概念:精子和卵子結(jié)合成合子(受精卵)的過(guò)程。 2、 場(chǎng)所:雌性的輸卵管內(nèi)3、過(guò)程 (1)受精前的準(zhǔn)備階段1:精子獲能 &
25、#160;(2)受驚前的準(zhǔn)備階段2:卵子的準(zhǔn)備(到減數(shù)第二次分裂中期,具備與精子受精的能力) (3)受精階段 精子穿越放射冠和透明帶:頂體反應(yīng),透明帶反應(yīng)進(jìn)入卵黃膜:卵黃膜封閉作用 原核形成和配子結(jié)合 精子獲能(在雌性動(dòng)物生殖道內(nèi));卵子的準(zhǔn)備(排出的卵子要在輸卵管中進(jìn)一步成熟到減二中期才具備受精能力);受精階段卵子周?chē)慕Y(jié)構(gòu)由外到內(nèi):放射冠、透明帶、卵黃膜。a頂體反應(yīng):精子釋放頂體酶溶解卵丘細(xì)胞之間的物質(zhì),穿越放射冠。b透明帶反應(yīng):頂體酶可將透明帶溶出孔道,精子穿入,在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止后來(lái)精子進(jìn)入透明帶的生理反應(yīng)它是防止
26、多精子入卵受精的第一道屏障;c卵黃膜的封閉作用:精子外膜和卵黃膜融合,精子入卵后,卵黃膜會(huì)拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)的過(guò)程它是防止多精子入卵受精的第二道屏障;d精子尾部脫落,原有核膜破裂形成雄原核,同時(shí)卵子完成減二分裂,形成雌原核注意:受精標(biāo)志是第二極體的形成;受精完成標(biāo)志是雌雄原核融合成合子。四、早期胚胎發(fā)育1、卵裂期:細(xì)胞在透明帶中進(jìn)行有絲分裂,細(xì)胞數(shù)量不斷增加,但胚胎的總體體積并不增加,或略有減小。 2、桑椹胚:胚胎細(xì)胞達(dá)32個(gè)左右的胚胎(之前所有細(xì)胞都能發(fā)育成完整胚胎的潛能屬全能細(xì)胞)3、囊胚:細(xì)胞開(kāi)始分化,其中個(gè)體較大的細(xì)胞叫內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來(lái)發(fā)育成胎兒的各種組織;而滋養(yǎng)層細(xì)胞將來(lái)發(fā)
27、育成胎膜和胎盤(pán);胚胎內(nèi)部逐漸出現(xiàn)囊胚腔注:囊胚的擴(kuò)大會(huì)導(dǎo)致透明帶的破裂,胚胎伸展出來(lái),這一過(guò)程叫孵化 4、原腸胚:內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞形成外胚層和內(nèi)胚層(內(nèi)細(xì)胞團(tuán)表層形成外胚層,下方細(xì)胞形成內(nèi)胚層,由內(nèi)胚層包圍的囊腔叫原腸腔),滋養(yǎng)層發(fā)育成胎膜和胎盤(pán)。 細(xì)胞分化在胚胎期達(dá)到最大限度3.2 體外受精和早期胚胎培養(yǎng) 一、體外受精1、試管動(dòng)物技術(shù):通過(guò)人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精,并通過(guò)培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎(桑葚胚或囊胚)后,再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術(shù)。2、卵母細(xì)胞的采集: 方法一:用促性腺激素處理,使其超數(shù)排卵,從中輸卵管沖取精子(針
28、對(duì)體型小的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,家畜豬、羊等) ,可直接受精。方法二:從屠宰母畜卵巢中采集(針對(duì)大家畜或大型動(dòng)物,如牛) 方法三:借助超聲波探測(cè)儀、內(nèi)窺鏡、腹腔鏡等工具直接從活體母畜卵巢中吸?。ㄡ槍?duì)大家畜或大型動(dòng)物,如牛) 3、 卵母細(xì)胞的培養(yǎng):在體外人工培養(yǎng)成熟 4、 精子的采集:方法有假陰道法、手握法和電刺激法等 5、精子的獲能:方法有:(1)培養(yǎng)法(通過(guò)獲能培養(yǎng)液),如嚙齒動(dòng)物、兔、豬等的精子;(2)化學(xué)法(通過(guò)一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液) ,用化學(xué)藥物誘導(dǎo)精子獲能,如
29、牛、羊等家畜的精子。6、受精:獲能的精子 培養(yǎng)成熟的卵子 完成受精 二、胚胎早期培養(yǎng) 1、條件:受精卵在發(fā)育培養(yǎng)液中培養(yǎng) 2、培養(yǎng)液成分:無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等
30、 3、當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時(shí),可將其取出向受體移植或冷凍保存。3.3 胚胎工程的應(yīng)用及前景胚胎工程的概念及技術(shù)手段:對(duì)動(dòng)物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù),如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。 一、胚胎移植1、概念:是指將雌性動(dòng)物的早期胚胎,或者通過(guò)體外受精及其他方式得到的胚胎,移植到 同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動(dòng)物的體內(nèi),使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。其中提供胚胎的個(gè)體叫供體 (遺傳特性和生產(chǎn)性能優(yōu)秀),接受胚胎的個(gè)體叫受體(有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力)。2、 應(yīng)用:胚胎移植是轉(zhuǎn)基因、核
31、移植、或體外受精等技術(shù)的最后一道“工序” 。3、現(xiàn)狀:在牛的胚胎移植中,技術(shù)方法更為簡(jiǎn)便、實(shí)用。 4、意義:可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體繁殖潛力。供體主要職能只是產(chǎn)生優(yōu)良特性的胚胎,縮短繁殖周期。5、生理學(xué)基礎(chǔ) 胚胎移植成功與否關(guān)系到:供體和受體的生理狀況 (1)供、受體生殖器官的生理變化相同,為胚胎提供相同的生理環(huán)境 生理學(xué)基礎(chǔ) (2)早期胚胎沒(méi)有與母體子宮建立組織聯(lián)系,為胚胎收集提供可能 (3)受體對(duì)外來(lái)胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng),為胚胎的存活提供可能 (4)胚胎能與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系,但其
32、遺傳物質(zhì)在孕育過(guò)程中不受影響 6、基本程序(1)對(duì)供、受體母牛進(jìn)行選擇:用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理;對(duì)供體母牛用激素做超數(shù)排卵處理; (2)配種或人工受精 :選擇同種優(yōu)秀公牛配種有性生殖過(guò)程;(3)胚胎收集(沖卵(早期胚胎),此時(shí)胚胎處于游離狀態(tài))、檢查(胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹胚或囊胚)、培養(yǎng)或保存(196的液氮) (4)胚胎移植:手術(shù)法(引出子宮和卵巢將其注入);非手術(shù)法(用移植管將其送入子宮)( 5)移植后的檢查(是否妊娠)等 (6)產(chǎn)下胚胎移植的犢牛。7、胚胎移植的時(shí)間不同動(dòng)物胚胎移植的時(shí)間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進(jìn)
33、行移植,小鼠、家兔等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可在更早的階段移植,人的體外受精胚胎可在8-16個(gè)細(xì)胞階段移植。)二、胚胎分割1、概念:指采用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等,經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)可看作是動(dòng)物無(wú)性繁殖或克隆。 2、儀器設(shè)備:實(shí)體顯微鏡和顯微操作儀 3、意義:來(lái)自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì),屬于無(wú)性繁殖。 4、操作程序: (
34、1)選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚,移入盛有操作液的培養(yǎng)皿 (2)用分割針或分割刀切開(kāi)胚胎,吸出半個(gè),注入空透明帶或直接將裸半胚移植給受體。分割囊胚時(shí)要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割,否則會(huì)影響分割后胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育。此時(shí)還可用分割針?lè)指钭甜B(yǎng)層,做胚胎DNA分析性別鑒定。 5、局限:剛出生的動(dòng)物體重偏低,毛色和斑紋上存在差異,同卵多胎的可能性有限。三、胚胎干細(xì)胞 1、概念:由早期胚胎或原始性腺中分離出來(lái)的一類細(xì)胞。簡(jiǎn)稱ES或EK細(xì)胞。 2、特點(diǎn): 形態(tài)上:體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯 功能上:具有發(fā)育的全能性,即
35、可分化為成年動(dòng)物體任何一種組織細(xì)胞;在體外可增殖而不發(fā)生分化;可冷凍保存;可進(jìn)行遺傳改造 。3、意義:(1)移植ES細(xì)胞修復(fù)壞死或退化部位,治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病癥 (2)ES細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化,可培育人造組織器官,解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問(wèn)題 (3)ES細(xì)胞在牛黃酸、丁酰環(huán)腺苷酸等分化誘導(dǎo)因子作用下可向不同類型組織細(xì)胞分化 4、胚胎干細(xì)胞的主要用途是: 可用于研究哺乳動(dòng)物個(gè)體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律; 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; 5、胚胎工程 胚胎工程是指對(duì)動(dòng)物早
36、期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù),如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過(guò)處理后獲得的胚胎,還需移植到雌性動(dòng)物體內(nèi)生產(chǎn)后代,以滿足人類的各種需求。 專題4 生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題一、轉(zhuǎn)基因生物的安全性爭(zhēng)論 : (1)基因生物與食物安全: 反方觀點(diǎn):反對(duì)“實(shí)質(zhì)性等同”、出現(xiàn)滯后效應(yīng)、出現(xiàn)新的過(guò)敏原、營(yíng)養(yǎng)成分改變 正方觀點(diǎn):有安全性評(píng)價(jià)、科學(xué)家負(fù)責(zé)的態(tài)度、無(wú)實(shí)例無(wú)證據(jù) (2)轉(zhuǎn)基因生物與生物安全:對(duì)生物多樣性的影響 反方觀點(diǎn):擴(kuò)散到種植區(qū)之外變成野生種類、成為入侵
37、外來(lái)物種、重組出有害的病原體、成為超級(jí)雜草、有可能造成“基因污染” 正方觀點(diǎn):生命力有限、存在生殖隔離、花粉傳播距離有限、花粉存活時(shí)間有限 (3)轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全:對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 反方觀點(diǎn):打破物種界限、二次污染、重組出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體 正方觀點(diǎn):不改變生物原有的分類地位、減少農(nóng)藥使用、保護(hù)農(nóng)田土壤環(huán)境 二、生物技術(shù)的倫理問(wèn)題 (1)克隆人:兩種不同觀點(diǎn),多數(shù)人持否定態(tài)度。 否定的理由:克隆人嚴(yán)重違反了人類倫理道德,是克隆技術(shù)的濫用;克隆人沖擊了現(xiàn)有的婚姻、家庭和兩性關(guān)系等傳統(tǒng)的倫
38、理道德觀念;克隆人是在人為的制造在心理上和社會(huì)地位上都不健全的人。 肯定的理由:技術(shù)性問(wèn)題可以通過(guò)胚胎分級(jí)、基因診斷和染色體檢查等方法解決。不成熟的技術(shù)也只有通過(guò)實(shí)踐才能使之成熟。 中國(guó)政府的態(tài)度:禁止生殖性克隆,不反對(duì)治療性克隆。四不原則:不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人的實(shí)驗(yàn)。 (2)試管嬰兒:兩種目的試管嬰兒的區(qū)別兩種。不同觀點(diǎn),多數(shù)人持認(rèn)可態(tài)度。 否定的理由:把試管嬰兒當(dāng)作人體零配件工廠,是對(duì)生命的不尊重;早期生命也有活下去的權(quán)利,拋棄或殺死多余胚胎,無(wú)異于“謀殺”。 肯定的理由:解決了不育問(wèn)題,提供骨髓中造血干細(xì)胞救治患
39、者最好、最快捷的方法,提供骨髓造血干細(xì)胞并不會(huì)對(duì)試管嬰兒造成損傷。 (3)基因身份證: 否定的理由:個(gè)人基因資訊的泄漏造成基因歧視,勢(shì)必造成遺傳學(xué)失業(yè)大軍、造成個(gè)人婚姻困難、人際關(guān)系疏遠(yuǎn)等嚴(yán)重后果。 肯定的理由:通過(guò)基因檢測(cè)可以及早采取預(yù)防措施,適時(shí)進(jìn)行治療,達(dá)到挽救患者生命的目的。 三、生物武器 (1)種類:致病菌、病毒、生化毒劑,以及經(jīng)過(guò)基因重組的致病菌。 (2)散布方式:吸入、誤食、接觸帶菌物品、被帶菌昆蟲(chóng)叮咬等。 (3)特點(diǎn):致病力強(qiáng)、多數(shù)具傳染性、傳染途徑多、污染面廣、有潛伏期、不易被發(fā)現(xiàn)、危害時(shí)間長(zhǎng)等
40、。 (4)禁止生物武器公約及中國(guó)政府的態(tài)度專題5 生態(tài)工程一、生態(tài)工程的基本原理 1、生態(tài)工程的概念 (1)原理技術(shù)應(yīng)用: 生態(tài)學(xué) 和 系統(tǒng)學(xué) 等學(xué)科的基本理論和方法 通過(guò) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 調(diào)控 和 技術(shù)組裝 (2)操作 對(duì) 已破壞的生態(tài)環(huán)境 進(jìn)行 修復(fù)、重建 對(duì) 已造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進(jìn)行 改善
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