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细胞工程
（一）植物细胞工程
1.理论基础（原理）：细胞全能性
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
2.植物组织培养技术
（1）过程：离体的植物器官、组织或细胞 ―→愈伤组织 ―→试管苗 ―→植物体
（2）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。
（3）地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。
3.植物细胞培养（苏教版）
（1）概念：在实验室工厂化生产的条件下，将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。
（2）与植物组织培养的关系
①植物组织培养是基础。
②目的不同：植物组织培养的目的是得到更多的植物体，植物细胞培养的目 的是获得人类所需的细胞
（3）实例：成功地培养红豆杉的细胞，从中提取出重要的抗肿瘤药物——紫杉醇。
4.植物体细胞杂交技术
（1）过程：
（2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。
（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。
（二）动物细胞工程
1. 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，让这些细胞生长和繁殖。
（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→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→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传代培养。
（3）细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
（4）动物细胞培养需要满足以下条件
①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
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。通常需加入血清、血浆等天然成分。
③温度：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。
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。
2.动物组织培养（苏教版）：
动物细胞培养与动物组织培养方法类似，主要区别是动物细胞培养过程中需要用胰蛋白酶等使组织块中的细胞离散，而动物组织培养过程中不需要使用胰蛋白酶等。
3.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胚胎细胞核移植（比较容易）和体细胞核移植（比较难）。
（2）选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母)细胞细胞质多，营养丰富。
（3）体细胞核移植的大致过程是：
核移植
胚胎移植
（4）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。
（5）体细胞核移植技术存在的问题：
克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
4.动物细胞融合
（1）动物细胞融合也称细胞杂交，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。
（2）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，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激等。
（3）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生物新品种培育的重要手段。
（4）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：
比较项目 细胞融合的原理 细胞融合的方法 诱导手段 用法
植物体细胞杂交 细胞膜的流动性 去除细胞壁后诱导原生质体融合 离心、电刺激、振动，聚乙二醇等试剂诱导 克服了远缘杂交的不亲和性，获得杂种植株
动物细胞融合 细胞膜的流动性 使细胞分散后诱导细胞融合 除应用植物细胞杂交手段外，再加灭活的病毒诱导 制备单克隆抗体的技术之一
5.单克隆抗体
（1）抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。
（2）单克隆抗体的制备过程：
（3）杂交瘤细胞的特点：既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。
（4）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。
（5）单克隆抗体的作用：
① 作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。
② 用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其它疾病。
单克隆抗体
从培养液提取
从腹水提取
体外培养
体内培养
培养基
选择培养细胞
细胞培养
杂交瘤细胞
骨髓瘤细胞
B淋巴细胞
抗原注入小鼠体内
分离
细胞融合
注入小鼠
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1（说明：苏教版与人教版在《生态工程》一章的内容上有比较大的差别，在整理知识点时主要以苏教版为主，对人教版的相关内容进行了相应的整合。）
生态工程
一、生态工程的概念
1、是指应用生态系统中物种共生和物质循环再生原理、结构和功能协调原则，结合经系统分析的最优化方法而设计的促进物质被分层多级利用的生产工艺系统。
2、实例：农林牧副渔一体化生态工程
依据生态学基本原理，其关键是调控系统内部的结构和功能，进行优化组合，提高生态系统物质再生和能量转化的能力，充分发挥物质生产的潜力，尽量充分利用原料、产品、副产品、废弃物以及时间、空间和营养生态位，提高整体的综合效益。
3、（人教版）
人类设计生态工程的根本目的是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展。与传统的工程相比，生态工程具有低消耗、多效益、可持续的特征。
4、（人教版）生态经济：主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。
二、生态工程的原理（苏教版）
生态工程主要由生物种群、生物群落和生态系统构成。生态工程构建和运行的主要依据是生态学基本原理。这些基本原理主要包括物种共生、生态位、食物链、物种多样性等。
物种共生原理：自然界中任何一种生物都不能离开其他生物而单独生存和繁衍，这种关系是自然界中生物之间长期进化的结果，包括共生、竞争等多种关系，构成了生态系统的自我调节和反馈机制。
生态位原理：生态系统中各种生物都占有一定的生态位。在生态系统中，合理利用生态位原理，可以构建一个具有多层次、多种群的稳定而有效的生态系统。
食物链原理：是实现生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的基础，也是生态工程所利用的物种共生原理的基础。
物种多样性原理：生态系统中生物多样性越高，生态系统越稳定。
生态工程的设计还必须遵循社会发展和经济运行的基本规律，运用系统工程的理论和方法来指导生态工程的实现和管理。
在生态工程中除了必须遵循上述各种基本原理外，还要考虑通过适当满足物种生存、生长或繁殖的环境条件来提高物种的适应能力。
二、生态工程所遵循的基本原理（人教版）
1、物质循环再生原理：
物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。
2、物种多样性原理：
一般而言，物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。
生物多样性高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。众多的生物通过食物链关系互相依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力。即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位置，从而避免了系统结构或功能的失衡。
3、协调与平衡原理：
处理好生物与环境的协调与平衡，除了考虑生物的生态适应性外，还需要考虑环境承载力。
环境承载力（又称环境容纳量）：是指某种环境所能养活的生物种群的数量。
4、整体性原理：
人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。除此之外，社会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有着重要影响。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础之上的整体理论，是解决生态环境问题的必要基础。
5、系统学和工程学原理：
（1）系统的结构决定功能原理：
生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。
（2）系统整体性原理：
系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转化和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1＞2”。
三、生态工程的类型
根据性质和设计目标的不同，生态工程可分为不同的类型。例如，具有农业生态保护性质并以农产品生产为目标的农业生态工程；以环境保护为目标的林业生态工程，包括水土保持生态工程、防风固沙生态工程、水源涵养生态工程、城市绿化和园林生态工程等；以治理环境污染为目标的治污生态工程，包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊和水源地治理生态工程等。
实例1：“人工湿地”生态工程。
（1）湿地是开放水域和陆地之间过渡性的生态系统，其重要特点之一是生物多样性丰富。湿地生态系统具有较强的净化功能，被誉为“地球之肾”。
（2）“人工湿地”是模拟自然湿地的人工生态系统。它的组成成分包括土壤、各类水生植物（浮水植物、挺水植物和沉水植物）和水等。
（3）“人工湿地”对污水的净化作用是通过不同类型的水生植物和微生物的共同作用实现的。水生植物除了能吸收、转化污水中的N、P等物质外，还能促进细菌等微生物对污水的处理和净化。在“人工湿地”生态系统中，对废水净化起作用的是微生物的分解和转化作用以及相关的物理、化学作用，如沉淀、吸附、过滤等。
实例2：矿山废弃地生态修复工程
（1）矿山废弃地是指因采矿活动而遭破坏且不经治理便无法使用的土地。它包括开采后的废石碓、大量采矿而形成的开采废弃地、选矿剩余物造成的污染地等。
（2）矿山废弃地的危害：不仅毁坏和污染大片森林、草地和农田，还造成水土大量流失，有的甚至成为巨大的污染源。
（3）矿山废弃地的生态修复：关键在于植被恢复，以及为其所必需的土壤微生物群落的重建（人教版）。在植被恢复过程中要注意选择生长快、抗逆性强的树种，优先选择固氮树种，尽量选择适应性强的乡土树种和先锋树种，注意树种的多功能效益。
实例3：林业生态工程
（1）林业生态工程是环境与生态保护、修复和改善的重要组成部分。它是在维护环境与发展经济的目标下，以优化土地利用为基础，以发挥水土资源和生物资源生产潜力为依据，形成各林种、各树种的合理配置和组合，充分利用多林种、多树种生物群体的多功能和多效益特点，建设功能完善、结构稳定、经济高效的生态系统。
（2）我国先后批准建设了十大林业生态工程，特别是三北防护林体系建设工程、长江中上游防护林体系建设工程、太行山绿化工程、黄河中上游防护林体系建设工程等。
四、生态工程建设的基本过程
生态工程建设既要遵循生态学原理，也要遵循适应性原则和高效益原则，即在强调可行性的前提下，突出社会—经济—自然生态系统的整体与功能，以生态建设促进产业发展，并将环境保护融于产业工程之中。
生态工程建设的基本过程包括拟定目标与本底调查、系统分析、可行性评价与决策和技术设计等。其中技术设计是整个生态工程建设的核心环节。
拟定目标与本底调查：设计时必须强调社会—经济—自然生态系统整体协调的目标。本底调查的内容包括自然资源、社会经济条件和环境条件。
系统分析：是生态工程可行性分析和决策的基础和依据。
可行性评价与决策：通过可行性评价与决策分析，在达到最佳的经济效益和社会效益的同时，也达到最佳的生态效益，增加复合生态系统的稳定性，降低生态系统恶化的风险。
技术设计：通过改变食物链的方法，提高系统自身的迁移、转化、再生物质和利用能量的能力，充分利用原料、产品、副产品以及时间、空间和营养生态位，提高整体的综合效益。
生态系统技术设计的常用方法之一是食物链（网）的“相接”。即连接平行的原本不相连接的种类，形成互利共生网络，提高效率，促进物质的良性循环。
生态系统技术设计的常用方法之二是食物链（网）的“加环”。即在食物链（网）的中增加一些环节，以充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物流和能流的路径畅通，发挥生产潜力，提高生态和经济效益。
五、我国生态工程建设的实例
典型的例子是治污生态工程和生态农业工程。
1、治污生态工程：
（1）包括固体、液体及有机废弃物的处理，生物肥料的研制与试用，湖区污染的生态治理，塑料的再生利用等方面。
（2）生物氧化塘：
①概念：是利用藻类和细菌等生物之间的协同作用处理污水的一种生态系统。
②净化污水的机理：
表层（好氧层）：分布有藻类，藻类光合作用产生的氧气和空气中的氧气，有利于好氧菌降解废水中的有机物。
下层（兼性层）：通常有无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势菌种。
底部（厌氧层）：分布有硫酸还原细菌和甲烷杆菌。
兼性菌和厌氧菌则通过好氧和厌氧反应，分解废水中的有机物。
还有钟虫、轮虫类和甲壳类等浮游动物，它们能去除塘中的营养物质，提高水的透明度。
③多功能生物氧化塘工艺流程示意图
污水进来后，首先进入沉砂环节，让一些固体废弃物沉淀下来。如果污水中有机物的含量高，就采用流程Ⅰ；如果污水中有机物的含量低，就采用流程Ⅲ或流程Ⅳ。
藻-菌互生环节就是利用藻类吸收有机物产生氧气和细菌的分解作用，促进污水净化。出水前可通过对藻、菌进行控制以达到改善水质的目的。
2、生态恢复工程：
（1）从生态学的角度出发，要实现一个地区环境的好转，首先就要恢复这一地区的生物群落，形成合理、高效的食物链，并在演替过程中保持长期的稳定和平衡。其中，恢复植被是生态恢复工程的第一步。
（2）我国西部的生态工程建设：水土流失是西部生态问题中最本质、最突出的矛盾。西部地区在落实退耕还林还草政策后，当地植被已得到一定程度的恢复。这说明在降雨量适宜的地区，生态植被具有一定的自我恢复功能。
3、生态农业：
（1）是以生态学理论为依据，以环境与经济协调发展为前提，在一定区域内，因地制宜规划、组织和开展多层次、多功能的农业生产。
（2）生态农业以保持生态系统内的生态平衡为主导思想，促进物质在系统内循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。
4、生态城市（城市环境生态工程）
（1）生态城市：
是基于社会、经济、自然三个系统并高度统一的可持续发展城市。其特点主要包括注重高效和谐性、保持整体性和实现可持续性。
（2）对城市环境的治理：
要把整个城市作为一个巨大的生态系统来考虑，即用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。首先在城市规划和布局方面，要进行城市生态分区，合理分布工业区、居住区、生态绿地等；其次是推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，以减少污染的产出；采用各种手段治理污染，进行废弃物的资源化利用；同时要建立健全法制进行监督。
在肯定生态工程的作用，特别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量；更不要误认为只要有了生态工程，就可以走发达国家“先污染、破坏，后治理”的老路。
南京市第三十九中学 汪 菁
第 4 页 共 4 页生物选修三（胚胎工程）复习提纲
第一节 动物的胚胎发育和胚胎工程
一、哺乳动物生殖细胞的发生和受精作用
1．哺乳动物生殖细胞
1．1精子的发生
精原细胞先进行有丝分裂后进行减数分裂，最后形成4个精细胞，再经过成熟过程形成精子。产生部位：睾丸的曲细精管；储存部位：曲细精管的管腔中；营养来源：支持细胞。
1．2卵子的发生
卵原细胞先进行 有丝分裂 后进行减数分裂，最后形成1个卵子。
具体过程：卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞[被卵泡细胞包围]形成初级卵泡，经过减数第一次分裂形成第一极体和次级卵母细胞，其中，第一极体经过减数第二次分裂形成2个第二极体，而次级卵母细胞的减数第二次分裂是在受精过程输卵管中完成的，形成1个卵子和1个第二极体，最终结果产生1个卵子和3个第二极体。
1．3精子卵子形成过程的不同点
项目 精子的发生过程 卵子的发生过程
发生场所 睾丸 卵巢和输卵管
发生时间 减数分裂 减数分裂和受精过程
发生过程 连续 不连续
核物质含量 减半（n） 减半(n)
是否变形 是 否
一个性原细胞最终产生的生殖细胞个数 4 1
细胞质分裂 均等 不均等
2．受精作用
精子获能
精子在附睾中成熟后必须在雌性动物生殖道内经历一段时间才能获得受精能力的过程。
卵泡液、输卵管分泌物、血清等液体可使精子获能。
特征
（1）受精作用的定义：卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
（2）受精作用的场所：输卵管的壶腹部
（3）受精标志：第二极体的形成；受精完成标志是雌雄原核融合成合子。
（4）受精作用的结果：使单倍体的精子和卵子结合形成二倍体的受精卵，染色体数目恢复到体细胞中的数目，其中一半染色体来自父方，另一半来自母方。
（5）减数分裂和受精作用的意义：对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。
二、哺乳动物胚胎发育的基本过程
受精过程的完成，标志着胚胎发育的开始。
起点：受精卵；终点：幼体；包括卵裂（细胞进行有丝分裂，数量增加，胚胎总体积不增加）、囊胚（细胞开始分化，其中个体较大的细胞叫内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织）、原肠胚、胚层分化等主要阶段。
三、胚胎工程的主要技术与应用
1．胚胎工程的概念及技术手段
对动物生殖细胞、受精卵和早期胚胎细胞所进行的多种显微操作和处理技术，由体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、胚胎冷冻保存技术和性别控制技术等组成的现代生物技术。
胚胎发育学是胚胎工程的理论基础。
1．1体外受精技术
是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。[属有性生殖过程]
基本原理：人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用，并有计划地保存胚胎等。
卵母细胞的采集和培养 对体型小的动物用促性腺激素处理，从输卵管冲取卵子（可直接受精）；对体型大的动物从卵巢中采集卵母细胞（要在体外培养成熟）。
体外受精技术是哺乳动物胚胎移植技术、克隆技术、转基因技术和性别控制技术不可缺少的组成部分。
1．2胚胎移植技术
a概念：将雌性动物的早期胚胎移植到同种的、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。
b优势：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期。
c胚胎移植的生理学基础：同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的[对供体和受体进行同期发情处理]；早期胚胎形成后处于游离状态，为胚胎的收集提供可能；受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应；移入受体的供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
d胚胎移植的程序：①对供、受体母牛进行选择，用激素进行同期发情处理；②对供体母牛用激素做超数排卵处理；③选择同种优秀公牛配种[有性生殖过程]；④对胚胎进行收集[此时胚胎处于游离状态]；⑤对胚胎进行质量检查[此时胚胎应发育到桑椹胚或囊胚]；胚胎移植[或冷冻保存]；⑥检查受体母牛是否受孕；⑦产下胚胎移植的犊牛。
1．3胚胎分割技术
a概念：用显微手术方法将早期胚胎切割成2、4、8等份，经体内或体外培养后植入受体，以获得同卵双生或同卵多生后代的技术[可看作是动物无性繁殖或克隆]。
b基本过程：选择良好的桑椹胚或囊胚移入培养皿中，用分割针或分割刀片将其切开，吸出其中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体。[注意：内细胞团要均等分割，否则会影响胚胎的恢复和进一步发育]
1．4胚胎冷冻保存技术
a概念：将动物的早期胚胎，通过特殊的保护剂和降温措施，使其长期保存在超低温环境下。
B优势：可以使胚胎移植不受时间和地域的限制，简化引种过程。
1．5动物性别控制技术
指通过人为干预，使动物按照人们的愿望繁衍所需性别的后代的技术。
第二节 胚胎干细胞的研究及其应用
一、胚胎干细胞及其研究进展
1干细胞：动物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。
按照分化潜能的大小，干细胞基本上可分为专能干细胞（只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞）、多能干细胞（具有分化成多种细胞或组织的潜能却失去发育成完全个体能力的细胞）和全能干细胞（可以分化为全身各种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官）。
2成体干细胞：存在于胎儿、儿童和成人组织中的多能干细胞。
造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，主要存在于骨髓、脐血、外周血中。
3胚胎干细胞：由早期胚胎[囊胚]或原始性腺[胎儿]中分离出来的一类细胞，又叫ES或EK细胞。具有增殖能力并保持未分化状态、在一定的条件下可以向各种组织和器官分化、易于进行基因改造操作等特点。如内细胞团细胞（位于囊胚的囊胚腔一侧）
特征：形态上体积小、细胞核大、核仁明显；功能上具有发育的全能性，即可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
二、胚胎干细胞的应用
用于治疗人类疾病，如利用ES细胞诱导其分化成新的组织细胞特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复。
三、胚胎干细胞研究面临的挑战
在法律、伦理、国家和社会安全等方面带来冲击。基础知识过关
生物技术的安全性和伦理问题
【考点解读】
转基因生物的安全性问题（A） 收集我国转基因食物安全性的监控和预防等方面的资料举例说出转基因生物技术成果的实例简述转基因生物于食物安全、生物安全和环境安全等方面的观点参与转基因生物安全性的讨论和交流尝试调查当地市场的转基因食物或农村栽培、饲养的转基因生物
生物技术中的伦理问题(A) 举例说出生物技术的伦理问题选择合适的角度，参与生物技术伦理问题的讨论说出我国和国外关于生物技术使用的规定、立场或态度
生物武器对人类的威胁(A) 说出能充当生物武器的病原体举例说出生物武器对人类的危害
【知识清单】
1． 转基因技术成果
１．1972年美国斯坦福大学的柏格第一次重组DNA成功。
２．微生物方面：
（１）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
（２）利用DNA重组的微生物生产稀缺的生化药物即基因制药
３．转基因动物方面：
（１）在培育生长迅速、营养品质优良的转基因家畜、家禽方面不断取得辉煌成就
（２）科学家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的蛋白质。
４．转基因植物方面：
（１）抗虫作物：目前已经开发和利用的抗虫基因已有４０多个，如苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因（Bt）是目前应用最广泛的基因；还有植物的蛋白酶和淀粉抑制因子、动物的蛋白酶抑制因子、动物几丁质酶基因
（２）抗病作物：将病毒外壳蛋白基因（CP）导入植物，从而使植物具有抗性。我国将人巨细胞病毒（CMV）和烟草花叶病毒（TMV）外壳蛋白基因用质粒导入烟草，获得抗TMV、CMV转基因抗病烟草。
（３）抗除草剂作物：已获得的抗除草剂作物有大豆、棉花、玉米等
（４）作物品质改良：如将抗寒基因导入作物，增强植物的耐寒性。目前从极地鱼体中分离到的基因已被转入番茄、黄瓜，使作物耐寒或耐天气的骤然变化。
二．转基因生物的安全性
（一）食物安全
１．两种观点的比较：
观点 存在安全问题 不存在安全问题
论据 对食物安全检测不全面可能出现滞后效应可能出现新的过敏源营养成分可能改变 １．“实质性等同”只是评价的起点，而不是终点２．多环节、严谨的安全性评价３．科学家对社会负责的态度４．至今未发现转基因食品影响人体健康的实例
２．实质性等同原则是指转基因生物与自然存在的传统生物在相同条件下进行性状表现的比较。
３．保证转基因食品安全的监控和预防措施：立法、多环节监控、安全评价内容具体而严格
（二）生物安全
１．两种观点的比较：
观点 引起生物安全问题 不存在生物安全问题
论据 可能变成野生种类或杂草可能重组出新的有害病原体有可能形成用除草剂除不去的“超级杂草”可能成为“入侵的外来物种” 进入非种植区生命力很差存在生殖隔离，难与其他植物杂交花粉的传播距离和存活时间有限新性状的表现必须具有一定的条件和配套的种植技术
２．外来物种入侵
（１）指有意或无意的人类活动，将某物种从一个地区引入其他地区，给当地的生态系统和社会经济造成明显的损害。
（２）危害：
　　　破坏当地的生态系统；对当地的农业或林业带来严重的损害（即爆发生物灾害）；
造成生物多样性减少；有些外来植物产生的花粉可能成为新的过敏源。
（三）环境安全
１．潜在的不安全问题：
　　可能会影响生态系统中原有的动态平衡，加剧环境污染，危害其他动植生存或人体健康。
２．安全依据：
（１）科学家转入的仅仅是有限的一种或几种基因，而转入的基因是否可能会对其他生物或环境造成危害，都要经过分析、实践的，一旦发现有害后果，科学家就会停止实验。
（２）转基因生物从实验室到自然界释放，都要经过一系列安全评价、审批。
（３）制定相关法规监控
三．关注生物技术的伦理问题
反对者观点 支持者观点
克隆人 严重违反了人类伦理道德、冲击现有的婚姻、家庭等传统的道德观念人为制造在心理和社会地位上不健全的人技术不成熟可能孕育出严重生理缺陷的孩子 １.这是一项科学研究，只有通过实践才能使之成熟２.可以通过胚胎分割、基因诊断、染色体检查等方法解决不成熟的部分
中国政府的态度：禁止生殖性克隆。不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验；不反对治疗性克隆。
设计试管婴儿 把试管婴儿当做人体零配件工厂，是对生命的不尊重胚胎也是生命，抛弃、杀死多余胚胎无异于“谋杀” １.设计试管婴儿是为了救人，是救患者的最好、最快捷的办法之一２.提供骨髓中的造血干细胞并不会对试管婴儿造成损害３.利用脐带血中的造血干细胞是更符合伦理道德的。
基因检测 目前人类对基因结构、基因间相互作用缺乏足够的认识，通过基因检测还不能达到预防疾病人类的多基因遗传病既与基因有关又与环境和生活习惯有关。有某种基因的人不一定患病，基因正常的人也不一定不患病基因检测结果会给受检者带来巨大的心理压力造成基因歧视 １.有些遗传性疾病在后代中发病率很高，通过基因检测可以及早采取预防措施，适时治疗，达到挽救患者生命的目的。2.对于基因歧视现象，可以通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法得以解决。
【拓展迁移】试管婴儿与设计试管婴儿的区别：
上述过程①②③为解决不孕夫妇生育问题的普通试管婴儿过程，①②③④⑤为设计试管婴儿的过程。后者比前者多了胚胎移植前的遗传学诊断。
四．禁止生物武器
１．生物武器的种类与危害　
种类 举例 危害
致病菌 鼠疫、霍乱、伤寒、炭疽和菌痢等 侵华日军使用细菌武器、活体实验
生化毒剂 炭疽杆菌 肉毒杆菌毒素分子可以阻滞神经末梢释放乙酰胆碱，从而引起肌肉麻痹
病毒 天花病毒、痘病毒等 出现相应的病毒感染症状
基因重组的致病菌 蜡状杆菌改造成炭疽杆菌一样的致病菌将生物毒素分子的基因与流感病毒的基因拼接对流感病毒改造，使具有易感基因的民族容易感染这种病毒，而释放国的人却不易感染， 让大批没有接触国致病菌的受感染者突然发病，而又无药可治。
2． 禁止生物武器公约
不发展、不生产、不储存生物武器
【巩固训练】
1、“转基因动物”是指（ ）
A．含有可利用基因的动物 B. 基因组中插入外源基因的动物
C．本身具有抗体蛋白类的动物 D. 能表达基因信息的动物
2、想要获得既高产又抗病毒、抗寒、抗旱、抗除草剂等多重优点的农作物，以下哪种方法能做到（ ）
A．细胞融合技术 B.转基因技术 C.组织培养技术 D.人工诱变
3、转基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治。在大田中种植转基因抗虫棉的同时，间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物，供棉铃虫取食。这种做法的主要的是（ ）
A．维持棉田物种多样性 B．减缓棉铃虫抗性基因频率增加的速度
C．使食虫鸟有虫可食 D．维持棉田生态系统中的能量流动
4、关于转基因技术的应用，不正确的是（ ）
A．可以将抗病虫害、抗除草剂等基因转入农作物使其具有相应的抗性
B. 可以使用DNA重组的微生物，生产稀缺的基因药物
C. 可以通过转基因技术使奶牛变成生物反应器，使它们的奶中富含某种营养物质、珍贵药材或人类所需要的蛋白质
D. 将不同生物的DNA进行转移和重组，可以创造出新物种
５、如果科学家通过转基因技术，成功改造了某女性血友病患者的造血干细胞，使其凝血功能全部恢复正常，那么预测该女性与正常男性结婚后所生子女的表现型为（ ）
A．儿子、女儿全部正常 B．儿子、女儿中各一半正常
C．儿子全部患病、女儿全部正常 D．儿子全部正常，女儿全部患病
６、“实质性等同”是指（ ）
A．转基因农作物中只要某种重要成分没有改变，就可以认为与天然品种“没有差别”
B．转基因农作物和天然品种没有区别
C．转基因农作物和天然品种只有细微区别，可以忽略不计，所以“没有差别”
D．转基因农作物和天然品种虽然有区别，但并没有改变其物种的任何特性，所以“没有差别”
７、在转基因生物或其产品研究过程中，必须遵循科学研究道德，其中不正确的是（ ）
A．把重组DNA的转移仅限制在遗传上具有特定缺陷的生物上
B．对用大肠杆菌作为转基因受体的菌株，限定必须使用在42℃便会死去的菌株
C．对外源DNA要进行认真选择，避免产生对人体有害的或过敏的蛋白质
D．一旦发现转基因生物出现了安全性问题，要马上停止试验，并销毁重组生物
８、全球种植量最多的转基因农作物是（ ）
A．玉米和棉花 B．油菜和棉花 C．大豆和玉米 D．大豆和油菜
９、炭疽杆菌是一种致病微生物，该菌日益引起科学界的关注，2005年美国一生化制药厂试制了一种对炭疽杆菌细胞壁有转化分解作用的酶制品。该制品所分解的物质是（ ）
A. DNA和RNA B. DNA和蛋白质的化合物
C. 葡萄糖组成的大分子 D. 糖类与蛋白质的化合物
10、肉毒杆菌会产生肉毒杆菌毒素，只要有0.01 mg的肉毒杆菌毒素就可使人致死。肉毒杆菌毒素分子的作用机理是（ ）
A. 抑制呼吸中枢，使人因缺氧而窒息而死
B. 阻断血红蛋白与氧气结合，使人因缺氧引起肌肉麻痹
C. 阻滞神经末梢释放乙酰胆碱从而引起肌肉麻痹
D. 抑制线粒体进行有氧呼吸，心肌细胞无力收缩，阻碍血液循环
11、以下有关炭疽杆菌的特点，不正确的是（ ）
A. 传染性极强 B. 感染者死亡率极高
C. 只要有0.01mg就能引发炭疽病 D. 造成人的神经失常
12、对于用重组基因技术制造的全新致病菌，以下说法不正确的是（ ）
A. 受感染者会突然发病 B. 受感染者无药可医
C. 会造成极度恐慌 D. 可以用疫苗预防
13、（多选）能充当生物武器的病原体是（ ）
A. 天花病毒 B. 霍乱弧菌 C. 炭疽杆菌 D. 金色葡萄球菌
14、（多选）1998年6月27日，中美两国元首在关于《禁止生物武器公约》议定书的联合声明中，重申了在任何情况下对于生物武器的态度是（ ）
A. 不发展 B. 不生产 C. 不储存 D. 不反对生物武器的技术发展
15、（多选）若转基因技术被滥用，恐怖组织就可以（ ）
A. 把蜡状杆菌通过转基因技术改造成像炭疽杆菌一样的致病菌
B. 把炭疽杆菌基因通过转基因技术重组到人体内，使人具有免疫力
C. 把流感病毒基因改造，只会使具有某种易感基因的人群感染，而其他人却不易感染
D. 将生物毒素分子的基因与流感病毒的基因拼接在一起
16、阅读以下材料，回答问题：
自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来，转基因鱼研究取得长足进步。如转入生长激素（GH）基因的鱼生长速度快,饵料转化率高。但鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题，需研究转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。最近，我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然系统。
（1）转基因鱼成功的物质基础是 。
（2）已知人的GH是一个含有191个氨基酸的蛋白质，若将人的GH基因转移到鱼体内，则转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是 。
（3）转基因鱼通过较高的能量转化效率取得较高的特定生长率，以至生长高于非转基因鱼，蛋白质转换效率也显著高于非转基因鱼。其可能的原因是 。
4）鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题，试分析引起生态安全性问题的原因是 。
（5）多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的，刘筠等最近培育成功的三倍体“湘云鲫”，其形成过程是 ，试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因是 。
（1）遗传物质都是DNA （2）1146 （3）合成了大量生长激素，生长激素能促进蛋白质合成 （4）转基因鱼与同种野生鱼杂交，使野生鱼带有转基因，具有生长优势，使其捕食对象大量减少，与其他物种竞争，引起生态危机。 （5）转基因的二倍体个体加倍为四倍体转基因个体，然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体。 三倍体不能繁殖，可以人工控制养殖数量和范围，避免发生杂交，竞争引起生态危机。
　　　　　体外受精
精子＋卵子　　　　受精卵　　　　早期胚胎　　　　胚胎移植
　　　　　　①　　　　　　②　　　　④　　　③
　　　　　　　　　　　　　　　　取出一个细胞
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⑤
　　　　　　　　　　　　　　　　基因检测
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6第一章 基因工程
第一节 基因工程概述
一．基因工程的概念
操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果
生物体外 基因 分子水平 剪切→拼接→导入→表达 人类需要的基因产物
由于基因工程是在DNA分子水平上进行操作,因此又叫做重组DNA技术。
二．基因工程的基本工具
（一）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
1．来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
2．功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两
个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
3．结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
（二）“分子针线”——DNA连接酶
1．分类：根据酶的来源不同，可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类
2．功能：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
★两种DNA连接酶(E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较：
①相同点：都缝合磷酸二酯键
②区别：E．coIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能使黏性末端之间连接；
T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。
★DNA连接酶与DNA聚合酶作用的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
不同点 连接的DNA 双链 单链
模板 不要模板 要模板
连接的对象 2个DNA片段 单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA片段上
相同点 作用实质 形成磷酸二酯键
化学本质 蛋白质
(三) “分子运输车”——载体
1.载体具备的条件：
①能在受体细胞中复制并稳定保存；
②具有一至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入；
③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
2.基因工程常用的载体有： 质粒 、 噬菌体 和 动、植物病毒 等。
最早应用的载体是质粒，它是细菌细胞中的一种很小的双链环状DNA分子。
三．基因工程的基本过程
(一) 获得目的基因（目的基因的获取）
1.获取方法主要有两种：①从自然界中已有的物种中分离出来，如可从基因文库中获取。
②用人工的方法合成。
★获得原核细胞的目的基因可采取直接分离，获取真核细胞的目的基因一般是人工合成。
★人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。
2.利用PCR技术扩增目的基因
（1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
（2）目的：获取大量的目的基因
（3）原理：DNA双链复制
（4）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链为单链；
第二步：冷却到55～60℃，引物与两条单链DNA结合；
第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。
（5）特点：指数形式扩增
(二) 制备重组DNA分子（基因表达载体的构建）
1．重组DNA分子的组成：除了目的基因外，还必须有标记基因。
★标记基因的作用：鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
2．方法：同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。
(三) 转化受体细胞（将目的基因导入受体细胞）
1.转化的概念：是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。
2.常用的转化方法：
①将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌介导转化技术（农杆菌转化法），其次还有基因枪介导转化技术（基因枪法）和花粉管通道技术（花粉管通道法）。
②将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。
③将目的基因导入微生物细胞：Ca＋处理法。
(四) 筛选出获得目的基因的受体细胞、培养受体细胞并诱导目的基因的表达（目的基因的检测与鉴定）
1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术。
2.其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用DNA分子杂交技术。
3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原—抗体杂交技术。
4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如抗虫或抗病的鉴定等。
第二节 基因工程的应用
1．运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。
2．基因工程的应用
（1）植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。
（2）动物基因工程：提高动物生长速度来提高产品产量、改善产品品质，用转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植的供体等。
（3）基因诊断和基因治疗：
基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病
原体。
基因治疗：指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。
实例：ADA基因缺陷症的基因治疗
第三节 蛋白质工程
1．蛋白质工程的实质：根据蛋白质的结构与功能之间的关系，通过改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质。
2．蛋白质工程的基本原理
预期蛋白质功能→测定蛋白质三维空间结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）→具有预期功能的蛋白质
3.蛋白质工程的应用
（1）通过改造酶的结构，有目的地提高蛋白质的热稳定性。
（2）合成嵌合抗体。
（3）改变蛋白质的活性。
★蛋白质工程与基因工程区别
蛋白质工程 基因工程
实质 通过改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质 将目的基因从供体转移到受体细胞，并在受体细胞中表达
结果 合成自然界不存在的蛋白质 只能生产自然界已存在的蛋白质
联系 蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出的第二代基因工程
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