专题11-基因工程、细胞工程和胚胎工程(检测版).docx

专题11基因工程、细胞工程和胚胎工程
基因工程
一、DNA重组技术的基本工具
1. ——“分子手术刀”
（1）来源：主要是从 中分离纯化出来的。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中
部位的两个核苷酸之间的 断开，因此具有 。
（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式： 和 。
2. ——“分子缝合针”
(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：
①相同点：都缝合 键。
②区别：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将 加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接 的末端，形成磷酸二酯键。
3.基因进入受体细胞的 ——“分子运输车”
（1）载体具备的条件：① ②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。③
（2）最常用的载体是 ,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有 能力的 。
（3）其它载体：
二、基因工程的基本操作程序
第一步：
1.目的基因是指：
2.获取目的基因的方法 、 、
3.原核基因采取 获得，真核基因是 。人工合成目的基因的常用方法有 和 。
4.PCR技术扩增目的基因
（1）原理：
（2）过程：第一步：加热至90～95℃ ；第二步：冷却到55～60℃，
；第三步：加热至70～75℃， 。
第二步：
1.目的：使目的基因在受体细胞中 ，并且可以 ，使目的基因能够 作用。
2.组成：目的基因＋ ＋终止子＋ +
（1）启动子：是一段有特殊结构的 ，位于基因的 ，是 识别和结合的部位，能驱动基因 ，最终获得所需的 。
（2）终止子：也是一段有特殊结构的 ，位于基因的 。
（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中 ，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是 。
第三步：将目的基因导入
1.转化的概念：是 进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持 的过程。
2.常用的转化方法：
将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 ，其次还有 和 等。
将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 。此方法的受体细胞多是 。
将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是
，最常用的原核细胞是 ，其转化方法是：先用 处理细胞，使其成为 ，再将 溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。
3.重组细胞导入受体细胞后，筛选 的依据是 。
第四步：
1.首先要检测 转基因生物的染色体DNA上是否插入了 ，方法是采用
。
2.其次还要检测目的基因是否转录出了 ，方法是采用标记的目的 与 杂交。
3.最后检测 目的基因是否翻译成 ，方法是从转基因生物中提取 ，用相应的 进行 。
4.有时还需进行 的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现 。
三、基因工程的应用
1.植物基因工程：
2.动物基因工程：
3.基因治疗：
四、蛋白质工程的崛起
蛋白质工程是指以 作为基础，通过 ，对现有蛋白质进行 ，或制造一种 ，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产
的蛋白质）

易错题醒

1.基因工程中的工具
(1)限制酶是一类酶,而不是一种酶。
(2)限制酶的本质为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。
(3)在切割目的基因和载体时通常要求用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。
(4)将一个基因从DNA分子上切割下来,需要切割两处,同时产生四个黏性末端。
(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割,产生的黏性末端都相同,同一个DNA分子用不同的限制酶切割,产生的黏性末端一般不相同。
(6)限制酶切割质粒时,切割位点应位于标记基因之外,不能破坏标记基因,以便进行检测。
(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子,能将目的基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜的通透性有关。
(8)基因工程中有三种工具,但工具酶只有两种。
2.基因工程的操作过程
(1)基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。
(2)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,称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞基因组中。
(3)标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞,常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。
(4)受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)细胞等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌);一般不用支原体,原因是它营寄生生活;一定不能用哺乳动物成熟的红细胞,原因是它无细胞核,不能合成蛋白质。

细胞工程
一、 植物细胞工程
2.1.1植物细胞工程的基本技术
1.植物组织培育技术
（1）理论基础（原理）：
细胞具有全能性的原因：每个细胞都含有该物种的
全能性表达的难易程度：受精卵、生殖细胞、干细胞、体细胞；植物细胞、动物细胞,请排序 ；

（2）过程： 的植物器官、组织或细胞（又称 ） ―→ ―→胚状体―→试管苗 ―→植物体
愈伤组织的特点：一团没有特定 不处于旺盛分裂状态的
脱分化： 形成 的过程
再分化：愈伤组织生长一段时间后，再移植到新的培养基上继续培养，从新诱导分化形成 的过程。
2.植物体细胞杂交技术
1、过程：

2、植物诱导融合的方法：物理法包括 等。化学法一般是用 作为诱导剂。
（3）注意：a生理基础：
b植物细胞融合前需用 和 除去细胞壁
（3）意义：
2.1.2植物细胞工程的实际应用
应用： （微型繁殖、作物脱毒、神奇的人工种子）、 、细胞产物的工厂化生产。
（1）植物繁殖的新途径
微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖
作物脱毒：采用 组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒 ）
人工种子：以植物组织培养得到的 、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经 包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性， ；方便储藏和运输人工种子的结构包括：
（2）作物新品种培育
单倍体育种：
a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行 （技术是植物组织培养）；得到 ；对其幼苗时期进行
处理；得到了正常的 植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。
b 优点：
（3）细胞产物的工厂化生产
组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于另一个重要的领域，即
。
二、动物细胞工程
一般包括 、 等技术
2.2.1动物细胞培养和核移植技术
（一）动物细胞培养
（1）概念：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的 ，将它分散成 ，然后放在适宜的 中，让这些细胞 。
（2）动物细胞培养的流程：
取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用 处理分散成 →制成 →转入培养瓶中进行 培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续 培养。
（3）细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就 ，称为 。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面 时，细胞就会 ，这种现象称为 。
（4）动物细胞培养需要满足以下条件
①无菌、无毒的环境：培养液应进行 处理。通常还要在培养液中添加一定量的 ，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止 。
②营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入 、血浆等天然成分。
③温度：适宜温度：哺乳动物多是 ；pH： 。
④气体环境：95%空气＋5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。
（5）动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
(6)动物细胞培养与组织培养的主要区别

（二）动物体细胞核移植技术和克隆动物
1、哺乳动物核移植可以分为 核移植（比较容易）和 核移植（比较难）。
2、选用去核 的原因：卵(母)细胞 ；卵(母)细胞 。
3、体细胞核移植的大致过程是：（右图）
注意：(1)
(2)原理： 克隆羊性别：
3、体细胞核移植技术的应用：
①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育； ②保护濒危物种，增大存活数量；
③生产珍贵的医用蛋白； ④作为异种移植的供体；⑤用于组织器官的移植等。
4、体细胞核移植技术存在的问题：
克隆动物存在着健康问题、表现出 缺陷等。
2.2.2 动物细胞融合和单克隆抗体
（一）动物细胞融合
1、动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有 等。
2、动物细胞融合的意义：克服了 ，成为研究 、 、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。
3、动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：（重点记忆）
细胞工程
植物体细胞杂交
动物细胞融合
理论基础
细胞的 、细胞膜的
细胞 、细胞膜的
融合前处理
酶解法去除 （纤维素酶、果胶酶）
注射特定抗原，免疫处理正常小鼠
诱导手段
物理法:
化学法：
物理法:
化学法：
生物法：
诱导过程
第一步：原生质体的制备（酶解法）
第二步：原生质体融合（物、化法）
第三步：杂种细胞的筛选和培养
第四步：杂种植株的诱导与鉴定
正常小鼠免疫处理动物细胞的融合（物、化、生法）杂交瘤细胞的筛选与培养专一抗体检验阳性细胞培养单克隆抗体的提纯
用途和意义
，大大扩展杂交的亲本组合范围
应用：
诊断、治疗、预防疾病，例如“生物导弹”治疗癌症
4.单克隆抗体
（1）a.抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种 。从血清中分离出的抗体 。
b.B淋巴细胞特点：可以产生 ，但不能无限增殖；
骨髓瘤细胞特点：能 ，但不能产生抗体。
（2）单克隆抗体的制备过程：
注入小鼠
细胞融合
分离
抗原注入小鼠体内
B淋巴细胞
骨髓瘤细胞
杂交瘤细胞
细胞培养养
选择培养细胞
培养基
体内培养
体外培养
从腹水提取
从培养液提取
单克隆抗体

（3）杂交瘤细胞的特点：既能大量 ，又能产生 。
（4）单克隆抗体的优点： 。
（5）单克隆抗体的作用：
① 作为诊断试剂：准确识别各种 物质的细微差异，并跟 发生特异性结合，具有 的优点。
② 用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗 ，可制成“ ”（连接上抗癌药物的单克隆抗体），也有少量用于治疗其它疾病。
补充：淋巴因子中的干扰素是治疗病毒的特效药，通常只能从体内获得，且数量非常的少，
为了在体外获得大量的干扰素，我们可以用鼠的效应T淋巴细胞与其骨髓瘤细胞进行融合，
进而从小鼠的腹水中或从培养液中提取。干扰素是由效应T淋巴细胞产生的，所以在进行
细胞融合时，选用的是效应T淋巴细胞和骨髓瘤细胞。
易错题醒

1.与植物细胞工程相关的易错易混点
(1)植物体细胞杂交和有性杂交的区别
①植物体细胞杂交:若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合,A含有2m条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,B含有2n条染色体,2个染色体组,基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为(2m+2n),基因型为AabbccDd。从中不难看出,体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。
②植物有性杂交的结果:子代细胞中染色体数为(m+n),基因型为AbcD、abcD、Abcd或abcd,即先减半再相加。
③有性生殖过程中基因的遗传符合孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交过程中基因的遗传不符合孟德尔遗传规律。
(2)利用植物组织培养生产细胞产物时,有时只需将外植体培养到愈伤组织阶段,从愈伤组织中获取产物。
2.动物细胞融合与单克隆抗体
(1)灭活是指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。
(2)除了受到注射的抗原的刺激,小鼠在生活过程中还可能受到其他抗原的刺激,因此从小鼠体内取出的多个B淋巴细胞可能产生多种不同抗体,所以进行第二次筛选是非常必要的。
(3)单克隆抗体制备过程中,进行了多次动物细胞培养的操作,说明动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
胚胎工程
一、体内受精和早期胚胎发育
1.精子与卵子的发生
（1）精子的发生：精原细胞先进行有丝分裂后进行减数分裂；变形过程中，细胞核为精子头的主要部分， 发育为 ， 演变为精子的 ， 在尾基部形成线粒体鞘膜，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。[ 为精子运动提供能量]
（2）卵子的发生：卵原细胞演变成初级卵母细胞[被卵泡细胞包围]，减一分裂在 ，形成次级卵母细胞和第一极体进入 准备受精；减二分裂是在 中完成的。
2.受精
（1）受精场所：是母体的
（2）受精前的准备
a. （在雌性动物生殖道内）；
b.卵子的准备（排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到 才具备受精能力）；
（3）受精过程[卵子周围的结构由外到内：放射冠、透明带、卵黄膜]，
a ：精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质，穿越放射冠。
b ：顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应[它是防止多精子入卵受精的 ]；
c ：精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵后，卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程[它是防止多精子入卵受精的 ]；精子尾部脱落，原有核膜破裂形成雄原核，同时卵子 ，形成雌原核
[注意：受精标志是 的形成；受精完成标志是 ]
3.动物胚胎发育
胚胎发育的各个阶段的特点：
（1）卵裂期：特点：细胞 分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不 。
（2）桑椹胚：特点：胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。是 。
（3）囊 胚：特点：细胞开始出现 （该时期细胞的 ）。聚集在胚胎一端个体较大的细胞群称为 ，将来发育成胎儿的各种组织。而滋养层细胞将来发育成 ；胚胎内部逐渐出现 [注：囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫 ]
（4）原肠胚：特点：有了 的分化，具有 腔。
3.2体外受精和胚胎的早期培养
(1)卵母细胞的采集和培养：
主要方法：用 处理，使其排出更多的卵子，然后，从 中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚 中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从 中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经 后，才能与 受精。
(2) 精子的采集和获能：在体外受精前，要对精子进行 处理。
(3) 受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在 溶液或 溶液中完成受精过程。
(4)胚胎的早期培养：精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入 中继续培养，以检查 。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加 等营养成分，以及 等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向 。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到 阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在 移植，人的体外受精胚胎可在 阶段移植。)
3.3胚胎工程的应用及前景
胚胎工程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，由 、 、 、胚胎冷冻保存技术和 技术等组成的现代生物技术。
2.胚胎移植
(1)胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎，移植到 其它 动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为 ，接受胚胎的个体称为 。（供体为 品种，作为受体的雌性动物应为 的品种。）
地位：如 等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过 才能获得后代，是 。
(2) 胚胎移植的意义：大大缩短了 ，充分发挥 。
(3) 生理学基础：①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的 。这就为供体的胚胎移入受体提供了 。
②早期胚胎在一定时间内处于 状态。这就为 。
③受体对移入子宫的外来胚胎不发生 。这为 。
④供体胚胎可与受体子宫建立正常的 联系，但供体胚胎的 在孕育过程中不受影响。
(4) 基本程序主要包括：

①对供、受体的选择和处理。选择 优秀的供体，有 的受体，供体和受体是 物种。并用激素进行 ，用 对供体母牛做 处理。
② 。
③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天，用特制的 装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行 检查，此时的胚胎应发育到 阶段。直接向受体移植或放入 中保存。
④对 进行移植。
⑤移植后的检查。对受体母牛进行 的检查。
3.胚胎分割
(1)概念：是指采用机械方法将 切割2等份、4等份等，经移植获得 的技术。
(2)意义：来自同一胚胎的后代具有 的遗传物质，属于 繁殖。
(3)材料：发育良好，形态正常的 。（桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其 ，也可用于胚胎分割。）
(4)操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将 分割，否则会影响 。
4.胚胎干细胞
(1)、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于 中分离出来。
(2)、具有 的特性，在形态上表现为 小， 大， 明显；在功能上，具有 ，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以 而不发生 ，可进行 保存，也可进行 。
(3)、胚胎干细胞的主要用途是：（了解）
①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；
②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；
③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等；
④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能；
⑤随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。