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第第②掠夺式利用包括过度采伐、滥捕乱猎,这是物种生存受到威胁的重要原因。(2)环境污染也会造成生物多样性的丧失。(3)农业和林业品种的单一化会导致遗传多样性的丧失,以及与之相应的经长期协同进化的物种消失。(4)外来物种的盲目引入也会导致物种的灭绝,使生物多样性丧失。15.保护措施(1)就地保护,是指在原地被保护的生态系统或物种建立自然保护区以及国家公园等,这是对生物多样性最有效的保护。(2)易地保护,是指把保护对象从原地迁出,在异地进行专门保护,这是为行将灭绝的生物提供最后的生存机会。(3)利用现代生物技术对濒危物种的基因进行保护,例如:建立精子库、种子库、基因库,也是对濒危物种保护的重要措施。(4)加强执法、立法、宣传教育,关键是要处理好人与自然的相互关系,科学道理是“合理利用就是最好的保护”16.生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法,对人工生态系统进行分析、设计和调控,或对已被破坏的生态环境进行修复、重建,从而提高生态系统的生产力或改善生态环境,促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。17.生态工程建设的目的是遵循生态学规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统的工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。18.生态工程所遵循的基本原理基本原理内容实例自生a.自生是指由生物组分产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持;b.遵循自生原理,需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设,提高生物多样性;c.要维持系统的自生,需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖,以及它们形成互利共存关系的条件a.在湿地修复过程中,选择污染物净化能力较强的多种水生植物,考虑其生态位差异及它们之间的种间关系,合理人工设计使这些物种形成互利共存的关系;b.在湿地生态工程中,通过移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质,减少水体污染物,增加水体溶氧量,可改善水生生物的生存环境,有利于生态系统的自生循环循环是指在生态工程中促进系统的物质迁移与转化,既保证各个环节的物质迁移顺畅,也保证主要物质或元素的转化率较高“无废弃物农业”保证了土壤的肥力,改善了土壤结构,培育了土壤微生物,实现了土壤养分的循环利用协调处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡,需要考虑环境容纳量引入适宜当地气候环境的物种,
且生物的数量不超过环境承载
力的限度整体a.遵从自然生态系统的规律,各组分之间要有适当的比例,不同组分之间应构成有序的结构,通过改变和优化结构,达到改善系统功能的目的;b.人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中,不仅要考虑自然生态系统的规律,更要考虑经济和社会等系统的影响力在进行林业工程建设时,一方面要号召农民种树,另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题,如粮食、烧柴以及收入等问题生态工程的实例农村综合发展型生态工程问题:资源有限,人多地少,产出不足。对策:建立农村综合发展型生态工程,实现物质的多级循环利用。案例:北京郊区某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。应用原理:循环、整体原理等。湿地生态恢复工程湿地的作用:湿地被誉为地球的“肾”,具有蓄洪防旱,调节区域气候,控制土壤侵蚀,自然净化污水,为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地,以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。问题:人们对湿地进行排水和围垦,破坏80%的湿地资源。对策:在湿地周围建立缓冲带,以尽量减少人类的干扰,并采用工程学和生态学措施相结合的方法,使受到干扰的湿地得以恢复。案例:厦门筼筜湖生态恢复工程。应用原理:自生、协调原理等。矿区废弃地的生态恢复工程问题:矿藏开采后会造成山体、土壤和植被,乃至整个地区生态系统的破坏,还可能产生严重的重金属污染。对策:关键在于植被恢复,以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。案例:赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。应用原理:自生、协调原理等。20.生态工程发展前景存在问题:缺乏定量化模型的指导,难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。有些设计缺乏高科技含量,生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持,缺乏理论性指导等。原因剖析:环境问题与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。解决思路:不但要重视对生态环境的保护,更要注重与经济、社会效益的结合,需要生态工程发挥作用。(4)我国党和政府高度重视生态文明建设,在党的十九大报告中,首次把美丽中国作为建设社会主议现代化强国的重要目标。选择性必修3《生物技术与工程》第1章发酵工程第1节传统发酵技术1.发酵:是指人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。(P5)2.传统发酵技术:指的是直接利用原材料中天然存在的的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。3.传统发酵技术的特点:以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主,通常是家庭式或作坊式的。(P5)传统发酵技术的缺点:菌种差异、杂菌情况不明;发酵过程的控制缺乏标准。(P8)4.工业大规模生产的方法:通过微生物培养技术获得单一菌种,再将它们接种到物料中进行发酵。(P8)5.腐乳制作参与发酵的微生物有酵母、曲霉和毛霉,其中起重要作用的是毛霉。发酵的原理是:经过微生物的发酵,豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸,味道鲜美,易于消化吸收。(P5)酶6.乳酸发酵:①菌种是乳酸菌,其代谢类型为异养厌氧型;其分布广泛,空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内。②原理:在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸,反应式为酶C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量。(P5)7.传统泡菜的制作(P6)(1)制作泡菜发酵条件:适宜的温度、严格控制厌氧条件。制作传统泡菜的步骤:①配制盐水:清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水,并将盐水要煮沸,冷却备用。(煮沸的作用是杀菌,去除水中的溶解氧。冷却的目的是为了不影响乳酸菌的生命活动。)②原料处理、蔬菜装坛:将新鲜蔬菜洗净,切成块状或条状,混合均匀,晾干后装入泡菜坛内;装至半坛时,放入香辛料;继续装至八成满。③加盐水:将冷却好的盐水缓缓倒入坛中,使盐水没过全部菜料,盖好坛盖。④封坛发酵:向坛盖边沿的水槽中注满水(目的:给泡菜坛内创造无氧环境,严格控制厌氧条件。)(3)影响因素:泡菜制作过程中,亚硝酸盐的含量取决于腌制方法、腌制时间长短和温度高低。8.酒精发酵:(P6)酶①菌种是酵母菌,其代谢类型为异养兼性厌氧;温度是影响酵母菌生长的重要因素;酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。酶②原理(反应式)为C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量。9.醋酸发酵:(P7)酶①菌种是醋酸菌,其代谢类型为异养需氧型;多数醋酸菌的最适生长温度为30-35℃。酶酶②原理(反应式):C6H12O6+2O22CH3COOH(醋酸)+2H2O+2CO2+能量(O2、糖源都充足)酶C2H5OH+O2CH3COOH(醋酸)+H2O+能量(缺少糖源)10.果酒和果醋的制作(P7)(1)步骤:①器具消毒:将器具洗净后用体积分数为70%的酒精消毒,晾干备用。②冲洗葡萄:取新鲜葡萄,用清水冲洗1-2次(不能反复冲洗,原因是防止果皮表面的野生菌种数量减少),再去除枝梗和腐烂的籽粒(先冲洗再去枝梗的原因是避免葡萄破损,减少被杂菌污染的机会),沥干。③榨汁装瓶:用榨汁机榨取葡萄汁,将葡萄汁装入发酵瓶。要留有约1/3的空间(原因是先让酵母菌进行有氧呼吸,快速繁殖,耗尽O2后,再进行酒精发酵及防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出),盖好瓶盖。④酒精发酵:将温度控制在18-30℃,发酵时间10-12d。每隔12h左右将瓶盖拧松(目的是排出气体CO2)一次,此后再拧紧瓶盖。⑤果醋发酵:温度控制在30-35℃,氧气含量——氧气供应充足。(2)检测:①果酒检测:闻、品尝和用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测(橙色→灰绿色)。②果醋检测:方法有闻、品尝和使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值、观察醋酸菌膜是否形成。第2节微生物的培养技术及应用1.实验室培养微生物,一方面要为人们需要的微生物提供合适的营养和环境条件;另一方面要确保其他微生物无法混入,并将需要的微生物分离出来。(P9)2.培养基的配制(P9)(1)培养基概念:人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出供其生长繁殖的营养基质。用以培养、分离、鉴定、保存或积累其代谢物。(2)培养基的种类:①按物理性质分为:液体培养基(用途:扩大培养获得大量菌种、常用于工业生产)和固体培养基(含凝固剂-琼脂)(用途:分离、计数、鉴定等);②按功能分为:选择培养基(用途:培养、分离出特定微生物)和鉴别培养基(用途:鉴别不同种类微生物);③按成分来源分为:天然培养基(化学成分不确定)和合成培养基(化学成分确定)。营养成分:一般都含有水、碳源、氮源、无机盐等营养物质,另外还需要满足微生物生长对pH、特殊的营养物质以及O2的需求。例如,在培养乳酸杆菌时,需要在培养基中添加维生素;在培养霉菌时,一般需要将培养基调至酸性;在培养细菌时,一般需要将培养基调至中性或弱碱性;在培养厌氧微生物时,需要提供无氧的条件。(P10)3.获得纯净微生物的关键是防止杂菌污染,主要包括消毒和灭菌。(P10)(1)消毒:是指使用温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。常用的消毒方法:煮沸消毒法、巴氏消毒法、化学药物消毒法、紫外线消毒法。(2)灭菌:是指使用强烈的理化方法杀死物体内外的微生物,包括芽孢和孢子。常用的灭菌方法:湿热灭菌、干热灭菌和灼烧灭菌。(P10)4.微生物的纯培养(1)相关概念①培养物:微生物学中,接种于培养基内,在合适条件下形成的特定种类微生物群体。(P11)②纯培养物:由单一个体繁殖所获得的微生物群体。(P11)③纯培养:获得纯培养物的过程。(P11)④菌落:分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。菌落通常可以用来作为鉴定菌种的重要依据。(P12)⑤单菌落:一般是由单个微生物在固体培养基上形成的纯培养物。(P12)(2)微生物纯培养的方法:采用平板划线法和稀释涂布平板法将单个微生物分散在固体培养基上,而获得由单一个体繁殖而来的微生物群体。微生物纯培养的步骤:配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等。(P11-12)5.实例:酵母菌的纯培养(P12-13)(1)配制培养基(配制培养基——灭菌——倒平板)①培养基的灭菌:湿热灭菌法;培养皿的灭菌:干热灭菌法。②倒平板:待培养基冷却至50℃时,在酒精灯火焰附近倒平板。待培养基冷却凝固后,将培养皿倒置,其目的是防止皿盖上冷凝的水珠落入培养基,又可避免培养基水分过快蒸发。(P12)③接种:用平板划线法和稀释涂布平板法(P12)(2)接种和分离酵母菌。通过接种环在固体培养基连续划线的操作,将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面,经数次划线后培养,可以分离得到单菌落;(P13)(注意事项:接种环灼烧后,待其冷却后才能伸入菌液,以免温度过高杀死菌种。)(3)培养:将接种后的平板和未接种的空白培养基(空白对照)倒置放入28℃左右(温度应菌种不同而稍有差异)恒温培养箱中培养24-48h;将一个未接种的平板同时培养的目的是做空白对照,判断培养基是否被污染,判断培养基灭菌是否彻底;若培养后培养基表面无菌落,则说明培养基没有污染;(4)鉴别:可以根据菌落的形状、大小、颜色等特征鉴别菌种;如果观察到不同形态的菌落可能是接种的菌种不纯或者无菌操作不规范等原因引起的;(注意:在实验室中,切记不可饮食,离开实验室时一定要洗手,以防止被微生物感染。使用后的培养基在丢弃前一定要进行灭菌处理,以免污染环境。)6.选择培养基:在微生物学中,将允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他微生物生长的培养基。(P16)7.微生物的选择培养(P17)(1)分解尿素的细菌的分离:分解尿素的细菌能合成脲酶,该酶能催化尿素分解产生NH3,以此作为细菌生长的氮源。要将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来,培养基的配方设计思路是培养基中除含有细菌必需的碳源、水、无机盐外,只含有尿素一种氮源。(P16)(2)既能分离得到分解尿素的细菌又能计数要采用稀释涂布平板法,由于土壤中细菌数量庞大,要想得到分解尿素的细菌的纯培养物,必须要对土样进行充分稀释,然受再将菌液涂布到制备好的选择培养基上;(3)稀释涂布平板法操作注意事项:①将10g土样加入盛有90mL无菌水的锥形瓶中,充分摇匀;取1mL上清液加入盛有9mL无菌水的试管中,依次等比稀释;取0.1mL菌液,滴加到培养基表面(多了不易被吸收)②将涂布器浸盛有酒精烧杯中,然后将涂布器放在火焰上灼烧,待酒精燃尽、涂布器冷却后,在进行涂布;③在稀释涂布平板法操作过程中都要在酒精灯火焰附近进行操作。8.微生物的数量测定(P18)稀释涂布平板法除了可以用于分离微生物外,也常用于统计样品中活菌的数目;这种方法统计活菌数目的原理是当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌。(2)样品的稀释度将直接影响平板上的菌落数目。为了保证结果准确,一般选择菌落数为30-300的平板进行计数,在同一稀释度,应该至少对3个平板进行重复计数,然后求出平均值;(3)统计的菌落数往往比活菌的实际数值少,这是因为当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。因此统计结果一般用菌落数表示;(4)利用显微镜直接计数也是一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法。该方法利用特定的细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下观察、计数,然后再计算一定体积的样品中微生物的数量。(5)显微镜直接计数法统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和,所以计数结果比实际活菌数偏大。个体小的细菌在显微镜下难以观察。9.观察和统计:可以每隔24统计一次菌落数目,选择菌落稳定时的记录作为结果。可通过观察菌落特征来鉴别微生物。鉴别尿素分解菌,可在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂来;鉴定纤维素,加刚果红,出现透明圈越大,说明纤维素分解菌能力越强。(P20)10.发酵工程的基本环节:发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,配制培养基,灭菌,接种,发酵罐内发酵,分离、提纯产物,获得产品。(P22)11.性状优良的菌种可从自然界中筛选,也可以通过诱变育种或基因工程育种获得,但需考虑菌种是否生长繁殖快,产量高,发酵条件是否容易控制,是否容易发生变异和退化。12.发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分,要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物的代谢物的形成。例如,在谷氨酸的生产中,在中性和碱弱性的条件下会积累谷氨酸;酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。(P23)13.发酵工程的特点:生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等。(P23)13.发酵工程应用:①食品工业:酱油的生产利用到产蛋白酶的霉菌(如黑曲霉);柠檬酸的生产可通过黑曲霉的发酵制得;味精可由谷氨酸棒状杆菌发酵得到谷氨酸经由一系列处理制得。果胶酶、氨基酸肽酶和脂肪酶等酶制剂多数是通过发酵工程生产的。(P24、25)②医药工业:采用基因工程或蛋白质工程的办法,将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种药物生产能力的微生物,如将病原体的某个或几个抗原基因转入适当的微生物细胞,获得的表达产物就可以作为疫苗使用。(P26)③农牧业:生产微生物肥料;生产微生物农药(是利用微生物或微生物的代谢物来防治病虫害的,属于生物防治);生产微生物饲料——单细胞蛋白(微生物菌体)细胞工程第1节植物细胞工程1.细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法。操作水平包括细胞器、细胞或组织水平上的操作。其目的是获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。(P31)2.细胞工程分类及应用技术:植物细胞工程包括的技术:植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术;动物细胞工程包括的技术:动物细胞培养、动物细胞融合技术、体细胞核移植技术;胚胎工程包括的技术:体外受精、胚胎移植、胚胎分割;植物组织培养技术:(P35)(1)概念:指离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的固体培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。(2)理论基础:植物细胞具有全能性。(细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。)(3)植物组织培养的过程包括(用文字与箭头表示):4.已分化的细胞表现出全能性的条件:(1)离体(2)一定的营养物质、植物激素(生长素与细胞分裂素)(3)适宜的外界条件(温度、pH、光照、无菌环境等)5.植物组织培养整个过程为什么要保证无菌:避免杂菌产生对培养物有害的物质;避免杂菌与培养物竞争营养物质。6.脱分化需避光,再分化需要光。(P36)7.生长素与细胞分裂素比例的影响:比例高有利于根的分化,抑制芽的形成;比例低有利于芽的分化,抑制根的形成;比例适中促进愈伤组织的形成。8.植物体细胞杂交技术:将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新植物体的技术。(P38)9.植物体细胞杂交的过程包括(用文字与箭头表示):10.植物体细胞杂交中去壁的方法是酶解法,所用的酶是纤维素酶和果胶酶。诱导原生质体融合的方法基本可以分为两大类物理法和化学法。物理法包括电融合法、离心法等;化学法包括聚乙二醇融合法、高Ca2+--高pH融合法等。两两融合后的细胞可是AA、BB和AB,除此外,培养瓶中还有未融合的细胞。细胞融合成功的标志是融合的原生质体再生出细胞壁。(P38)11.杂种植株含有两种植物的遗传物质,故杂种植株具备两种植物的遗传特性。若A植物体细胞中染色体数为2N=2x,B植物体细胞中染色体数为2N=2y,所获得杂种植株应为异源四倍体,其体细胞中染色体数为(2x+2y)条,4个染色体组。12.植物细胞工程有哪些应用(P39-41):(1)快速繁殖技术,也叫微型繁殖技术,是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,它不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传特性。(2)脱毒苗的培育应选用顶端分生组织(如茎尖)为材料,脱毒作物产量高,品质好。(3)突变体应选愈伤组织的细胞,原因是细胞一直处于不断增殖的状态,容易发生突变。(4)细胞产物的工厂化生产是指人们利用植物细胞培养来获得目标产物。常见的细胞产物有次生代谢物,次生代谢物是一类小分子有机化合物,在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源,如紫草宁、紫杉醇,人参皂甙等。第2节动物细胞工程1.动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。(P43)2.动物细胞培养的条件包括营养物质;无菌、无毒的环境;适宜的温度、pH、渗透压;气体环境,培养基的特有成分是葡萄糖和动物血清;所用培养液和所在培养用具进行灭菌处理,还需要定期更换培养液,以获得无菌、无毒的环境。所需的气体主要有95%空气和5%的CO2的混合气体,其中O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。(P44)3.动物细胞培养的步骤:首先要对新鲜取材的动物组织用机械的方法进行处理,或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间,将组织分散成单个细胞。体外培养的动物细胞可以分为两大类:一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖;另一类需要贴附于某些物质表面才能生长增殖,大多数属于这种类型。(P44)4.培养的细胞贴附于瓶壁上生长,这种现象叫细胞贴壁。当细胞生长到表面相互抑制时,细胞停止增殖的现象叫接触抑制。(P44)5.细胞在培养过程中分裂受阻的原因:悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻;对于贴壁细胞来说,除上述因素外,还会因为接触抑制而停止分裂增殖。(P44)6.通常将分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养,将分瓶后的细胞培养称为传代培养。(P45)7.干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞;胚胎干细胞(简称ES细胞)存在于早期胚胎中,具有分化为成年动物体内任何一种类型的细胞,并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,不具有发育成完整个体的能力,如造血干细胞是发现最早、研究最多的一类成体干细胞,主要存在成体的骨髓、外周血、脐带血中。(P46)8.科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞,获得了类似胚胎干细胞的一种细胞,称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)。iPS细胞用于治疗人类疾病的优势是不涉及伦理问题、无免疫排斥等。(P46)9.动物细胞融合的方法是PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法,相对于植物,特有的融合方法是灭活病毒诱导法。(P48)10.制备单克隆抗体时,注射抗原的目的是:使小鼠体内产生能产生特异性抗体的浆细胞;第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞,方法是用选择培养基筛选;第二次筛选的目的是筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,方法是克隆化培养和专一抗体检测;培养杂交瘤细胞的两种方法:注入小鼠腹腔培养、体外培养基培养;两种提取抗体的部位:小鼠腹水、细胞培养液;杂交瘤细胞的特点:既能迅速大量繁殖,又能产生专一抗体;单克隆抗体的特点:特异性强、灵敏度高、可大量制备。(P49)11.抗体-药物偶联物(ADC)通过将药物与特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合,实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤,其中单克隆抗体的作用是靶向运输作用,将药物定向带到靶细胞所在位置,药物的作用是杀死靶细胞。(P50)12.动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组织的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术。(P52)13.哺乳动物核移植可以分胚胎细胞核移植和体细胞核移植。体细胞核移植较难,原因是:体细胞分化程度高,恢复其全能性较难;(P52)13.核移植选用的受体细胞是减Ⅱ中期去核的卵母细胞,原因是:体积大,易操作;含有激发细胞核全能性表达的物质;卵黄大,营养物质多。必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞。(P53)14.核移植中去核方法是显微操作法,也可以用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。注入核的方法是显微注射法,细胞融合方法电融合法,激活重构胚的方法是物理或化学法。(P54)15.通过体细胞核移植技术培育的克隆动物,不是对体细胞供体动物进行了100%的复制,原因是克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核,其核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。此外,动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。(P54)第3节胚胎工程1.胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微镜操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。2.精子的发生部位在睾丸的曲细精管,卵子的发生部位在卵巢和输卵管,受精作用的部位在输卵管。卵子成熟必须培养到减Ⅱ中期时期。(P56)3.受精是指:精子和卵子结合形成合子的过程;(P56)卵细胞完成受精的标志:在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体;受精完成的标志:雌雄原核融合形成合子;(P58)4.卵裂期时,以下变化分别是:DNA总量增多,有机物总量减少,有机物种类增多,单个细胞体积减小,胚胎总体积不增大或略有减小。开始分化的时期是囊胚期,其中内细胞团发育为胎儿的各种组织,滋养层细胞发育为胎膜和胎盘。(P58)5.体外受精的步骤包括:卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精。(P60)6.胚胎移植的实质是:早期胚胎在相同生理环境下的空间位置的转移。(P62)7.胚胎移植的生理学基础有:①供受体动物进行同期发情处理,供受体生殖器官的生理变化是相同的,这就为供体胚胎移入受体提供了相同的生理环境;②早期胚胎在一定时间内处于游离状态,这就为胚胎的收集提供了可能;③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应,这为胚胎在受体的存活提供了可能;④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。(P62)8.胚胎移植成功的条件是必须移植到同种的、生理状态相同且遗传特性和生产性能优秀的雌性动物体内,供体的要求是同种的、生理状态相同且遗传特性和生产性能优秀,受体的要求是有健康的体质和正常繁殖能力。对雌性的供体与受体都进行同期发情处理,超数排卵是指用促性腺激素排出卵子,冲卵是指冲出胚胎。胚胎移植的胚胎应为桑椹胚或囊胚时期的胚胎。(P61)9.胚胎分割的后代的特点是具有相同的遗传物质,选择桑椹胚或囊胚的胚胎进行分割。对囊胚进行分割时,注意事项:将内细胞团均等分割;(P62)原因是:否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(P62)10.超数排卵是指用促性腺激素排出卵子,冲卵是指冲出胚胎。胚胎移植的胚胎应为桑椹胚或囊胚时期的胚胎。(P61)11.设计试管婴儿与试管婴儿的区别是:设计试管婴儿需要在胚胎移植前进行遗传学诊断。(P109)小结:1.细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法。操作水平包括细胞器、细胞或组织水平上的操作。其目的是获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。(P31)2.胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需要。3.应用技术:植物细胞工程包括的技术:植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术;动物细胞工程包括的技术:动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、单克隆抗体技术、体细胞核移植技术;胚胎工程包括的技术:体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术;单克隆抗体制备利用的技术有动物细胞培养、动物细胞融合;试管动物应用的技术有体外受精技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术;克隆动物应用的技术有核移植技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术;转基因动物应用的技术有基因工程技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术。原理:植物组织培养的原理是植物细胞的全能性;植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性;动物细胞培养的原理是细胞增殖;动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性;动物细胞核移植的原理是动物细胞核的全能性。5.植物体细胞杂交的意义:打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种。动物细胞融合的意义:突破有性生殖的局限,使远缘杂交成为可能。胚胎移植的意义: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。胚胎分割的意义:促进优良动物品种的繁殖,产生遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。第3章基因工程1.基因工程是指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品,从技术操作层面看,由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫作重组DNA技术。(P67)2.限制性内切核酸酶(限制酶)——“分子手术刀”(P71)(1)来源:主要是原核生物。(2)功能:识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。(3)作用结果:形成黏性末端或者平末端。3.DNA连接酶——“分子缝合针”(P72)(1)功能:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。(2)种类项目E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体作用特点只连接黏性末端连接黏性末端和平末端,连接平末端的效率相对较低(3)DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸加到已有的DNA片段上,形成磷酸二酯键;4.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”(P72)(1)作用:将外源基因送入受体细胞。(2)种类:质粒、噬菌体和动植物病毒等。(3)常用载体:质粒。5.DNA的粗提取与鉴定原理:(P74)(1)提取原理①DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,初步分离DNA和蛋白质。②DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,能溶于2mol/L的NaCl溶液。(2)鉴定原理:DNA+二苯胺蓝色。6.培育转基因主要需要四个步骤:目的基因的筛选与获取、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。(P76)7.目的基因的筛选与获取(P76)(1)目的基因:用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。它主要是指编码蛋白质的基因。(2)筛选目的基因的方法:从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。(3)利用PCR获取和扩增目的基因①原理:DNA半保留复制。②DNA复制所需的基本条件组分作用解旋酶(体外用高温代替)打开DNA双链4种脱氧核苷酸合成DNA子链的原料DNA母链提供DNA复制的模板DNA聚合酶催化合成DNA子链引物使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸③PCR反应过程:变性,当温度上升到90℃以上时,双链DNA解聚为单链;复性,当温度下降到50℃左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合;延伸,当温度上升到72℃左右时,溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色,可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。DNA片段的扩增及电脉鉴定:PCR利用了DNA的热变性原理,通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。PCR通过琼脂糖凝胶电泳时,它的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。基因表达载体的构建——转基因的核心工作:(P80)(1)基因表达载体的组成:目的基因、启动子、终止子、标记基因、复制原点等。①启动子:位于基因的上游,是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录。②终止子:位于基因的下游,终止基因转录。(2)基因表达载体的构建过程:限制酶切割载体,使其出现一个切口→用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段→利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处,形成重组DNA分子。9.将目的基因导入受体细胞的方法(P80)生物种类方法受体细胞植物农杆菌转化法、花粉管通道法体细胞或受精卵动物显微注射技术受精卵微生物Ca2+处理法原核细胞(1)农杆菌转化法①转化的概念: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转化过程:将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中→转入农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上→获得表现出新性状的植株。10.目的基因的检测与鉴定(P82)检测水平检测方法分子水平(1)通过PCR等技术检测生物的染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出了mRNA。(2)从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交,检测目的基因是否翻译出蛋白质等个体生物学水平通过接种实验进行抗性特性及抗性程度的鉴定11.利用乳腺生物反应器生产药物(P90)(1)乳腺生物反应器的概念:将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中,由其发育成的转基因动物在进入泌乳期后,可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。(2)乳腺生物反应器的优点:①产量高,易收获目标产品,产品可以随乳汁分泌排出动物体外;②产品生产成本低等。12.器官移植最大的难题是免疫排斥。解决免疫排斥的方法:利用基因工程技术对供体器官进行改造,采用的方法是在器官供体的基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因,再结合克隆技术,培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。(P90)13.蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础,通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或制
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