科技探索之路 基礎理論和技術的發(fā)展催生了基因工程
基因工程是指按照人們的愿望,進行嚴格的設計,并通過體外DNA 重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性,從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的,因此又叫做DNA重組技術.
基因拼接技術或DNA重組技術
人們需要的新的生物類型和生物產品
基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：
普通棉花(無抗蟲特性)
與運載體DNA拼接導入
棉花細胞(含抗蟲基因)
棉花植株(有抗蟲特性)
上述培育抗蟲棉的關鍵步驟是什么？
基因工程培育抗蟲棉的關鍵步驟：
抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內提取出來
抗蟲基因與運載體DNA連接
抗蟲基因導入受體(棉花)細胞
解決培育抗蟲棉的關鍵步驟需要哪些工具？
關鍵步驟一的工具：關鍵步驟二的工具：關鍵步驟三的工具：
“分子手術刀”——限制性內切酶“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運載車”——載體
1. 限制性核酸內切酶——“分子手術刀”
限制酶主要是從原核微生物中分離純化出來的。能識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間 的磷酸二酯鍵斷開。 特點：特異性。 即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子。
（二）DNA重組技術的基本工具
大腸桿菌(EcRΙ)的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。
當限制酶在它識別序列的中心軸線兩側將DNA的兩條鏈分別切開時，產生的是黏性末端。而當限制酶在它識別序列的中心軸線處切開時，產生的則是平末端。
要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產生幾個黏性末端？
要切兩個切口，產生四個黏性末端。
如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？
會產生相同的黏性末端，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了。
2. DNA連接酶——“分子縫合針”
DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個重組的DNA分子就形成了。
外源基因(如抗蟲基因)怎樣才能導入受體細胞(如棉花細胞)？
導入過程需要運輸工具——載體。
作用一：作為運輸工具，將外源基因(抗蟲基因)轉移到受體細胞(棉花細胞)中去。作用二：利用載體在受體細胞(棉花細胞)內，對外源基因(抗蟲基因)進行大量復制。
作為載體必須具備哪些條件？
1）能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存。2）載體DNA必須有一個或多個限制酶切點，以便目的基因插入到載體上去。3）具有某些標記基因，便于進行篩選。 如抗菌素的抗性基因、產物具有顏色反應的基因等。載體DNA必須是安全的,不會對受體細胞有害,或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去;5) 載體DNA分子大小應適合,以便提取和在體外進行操作,太大就不便操作.
3.基因進入受體細胞的運載——”分子運輸車”
常用的運載體主要有兩類： 1）細菌細胞質的質粒 2）噬菌體或某些動植物病毒
質粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子 質粒是基因工程最常用的載體。 絕大多數(shù)細菌質粒都是閉合環(huán)狀DNA分子。有的一個細菌中有一個，有的一個細菌中有多個。
最常用的質粒是大腸桿菌的質粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標記基因。質粒的存在與否對宿主細胞生存沒有決定性作用，但復制只能在宿主細胞內成。
一、基因工程的概念 基因工程是指按照人們的愿望,進行嚴格的設計,通過體外____和____等技術,賦予生物以心得遺傳特性,創(chuàng)造出符合人們的需要的新的____和____.又叫做DNA的重組技術 .二、DNA重組技術的基本工具 1.限制性核酸內切酶-----“分子手術刀” (1)主要來源:從____生物中分離出來的. (2)特點:能夠識別DNA特定的核苷酸序列,切開
兩個____之間的_____ . (3) DNA末端:限制酶切割DNA產生的DNA末端有兩種形式:______和_______. 2. DNA連接酶----“分子縫合針” (1)作用:將雙鏈DNA____,恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的______. (2)種類: ①E.cli DNA連接酶:只能縫合DNA的_____ ②T4 DNA連接酶:既可縫合DNA的_____,又可縫合雙鏈DNA的_______.
3.基因進入受體細胞的載體----”分子運輸車” (1)載體的種類 ①質粒:是一種裸露的,結構簡單,獨立于細菌染色體之外,并能夠自我_____能力的雙鏈______ DNA 分子;②______的衍生物;③________. (2)載體的特點 ①能夠在細胞內_______;②有一個或多個____切割位點,便于供源DNA的插入. ③具有_____基因,供重組DNA的鑒定和選擇.
基因工程的基本操作程序
基因工程的基本操作程序主要包括四個基本步驟：
1）目的基因的獲取2）基因表達載體的構建3）將目的基因導入受體細胞4）目的基因的檢測與鑒定
步驟一：目的基因的獲取
目的基因主要是指編碼蛋白質的結構基因,獲取目的基因是實施基因工程的第一步 。
如與生物抗逆性相關的基因、與優(yōu)良品質相關的基因、與生物藥物和保健相關的基因、與毒物降解相關的基因，以及與工業(yè)所需用品相關的基因等。
從基因文庫中獲取目的基因：
基因文庫: 將含有某種生物不同基因的許多DNA片段,導入受體菌的群體中儲存,各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因,稱為基因文庫(gene library)基因組文庫: 基因文庫中包含了一種生物所有的基因,這種基因文庫叫做基因組文庫.部分基因文庫: 基因文庫中包含了一種生物的一部分基因,這種基因文庫叫做部分基因文庫.
用DNA重組技術將某種生物的總DNA用特定的限制性內切酶切割成一個個片段，然后將這些片段隨機地連接在某些質?；蚱渌d體上，再將它們轉移到適當?shù)乃拗骷毎?，通過細胞的增殖而構成各個片段的無性繁殖系（克?。?，當這些克隆多到可以包括某種生物的全部基因時，這一批克隆的總體就稱為該種生物的基因文庫。這一定義也適用于線粒體DNA和葉綠體DNA，分別稱為某種生物的線粒體基因文庫或葉綠體基因文庫。為了有效地保存基因文庫，可通過細菌在固體培養(yǎng)基上繁殖而使包含各個特定DNA片段的細菌增多。通過分子雜交的方法，可以篩選出包含有所需基因的DNA片段的細菌（或噬菌體）。經過擴增得到大量這樣的細菌（或噬菌體），從中便可分離出所需基因的DNA片段。建立和使用基因文庫是分離高等真核生物基因的有效手段，對于基因定位和基因工程的研究都很有用。
利用PCR技術擴增目的基因
如果基因比較小，核苷酸序列又已知，也可以通過DNA合成儀用化學方法直接合成。
步驟二：基因表達載體的構建
1）用一定的限制酶切割質粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出黏性末端。 2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產生相同的黏性末端。 3）將切下的目的基因片段插入質粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質粒）
目的基因與載體的結合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。
目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為轉化。
步驟三：目的基因導入受體細胞
1.將目的基因導入植物細胞
2.將目的基因導入動物細胞
用口徑為1μm的DNA注射器，將大量的目的基因片段注入到受精卵的核內，然后把經過注射的受精卵移植到另一只雌性動物的子宮內，使受精卵發(fā)育為轉基因動物。
3.將目的基因導入微生物細胞
大腸桿菌細胞最常用的轉化方法是: 首先用Ca2+ 處理細胞,以增大細菌細胞壁的通透性,使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài),這種細胞稱為感受態(tài)細胞. 第二步是將重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合,在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子,完成轉化過程.
基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉錄而來的RNA。
1）將細菌用CaCl2處理，以增大細菌細胞壁的通透性。 2）使含有目的基因的重組質粒進入受體細胞。 3）目的基因在受體細胞內，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度非?？欤诤芏痰臅r間內就能獲得大量的目的基因。
步驟四：目的基因的檢測與鑒定
DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。其基本原理是：互補的DNA單鏈能夠在一定條件下結合成雙鏈，即能夠進行雜交。這種結合是特異的，即嚴格按照堿基互補配對進行。因此，當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，則表明被測基因中含有已知的基因序列。
1檢測轉基因生物染色體的DNA上是否插入目的基因2檢測目的基因是否轉錄出了mRNA
如一個抗蟲或抗病的目的基因導入植物細胞后，是否賦予抗蟲或抗病特性，需要做抗蟲或抗病的接種實驗，以確定是否具有抗性以及抗性的程度。
3檢測目的基因是否翻譯成蛋白質
　　多細胞生物的檢測，將每個受體細胞單獨培養(yǎng)并誘導發(fā)育成完整個體，檢測這些個體是否攝入目的基因，攝入的基因是否表達（是否表現(xiàn)出相應的性狀）。淘汰無變化的個體，保留有相應變化的個體進一步培養(yǎng)、研究。
　　例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說明未攝入目的基因或攝入目的基因未表達。如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并得到表達。
1）以下說法正確的是 （ ） A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B、質粒是基因工程中唯一的運載體 C、運載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接 D、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來
2）不屬于質粒被選為基因運載體的理由是 A、能復制 （ ） B、有多個限制酶切點 C、具有標記基因 D、它是環(huán)狀DNA
3）有關基因工程的敘述中，錯誤的是（ ） A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來 B、 限制性內切酶用于目的基因的獲得 C、目的基因須由運載體導入受體細胞 D、 人工合成目的基因不用限制性內切酶
4）有關基因工程的敘述正確的是 （ ） A、限制酶只在獲得目的基因時才用 B、重組質粒的形成在細胞內完成 C、質粒都可直接作為載體 D、蛋白質的結構可為合成目的基因提供資料
5）基因工程是在DNA分子水平上進行設計施工的。在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的步驟是 （ ） A、人工合成目的基因 B、目的基因與載體結合 C、將目的基因導入受體細胞 D、目的基因的檢測和表達
一、植物基因工程碩果累累
轉基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力,以及改良農作物的品質和利用植物生產藥物等方面.
3.其他抗逆轉基因植物
4.利用轉基因改良植物的品質
基因工程在農業(yè)上的應用：
1）高產、穩(wěn)產和具優(yōu)良品質的品種 用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質含量。2）抗逆性品種 將細菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉移到作物體內，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉。
二、動物基因工程前景廣闊
1.用于提高動物生長速度
2.用于改善畜產品的品質
3.用轉基因的動物生產藥物
就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？
是指把人或哺乳動物的某種基因導入到哺乳動物(如鼠、兔、羊和豬)的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體DNA整合，細胞分裂時，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個細胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產品。這樣一種新的個體，稱為轉基因動物。
1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內循環(huán)，不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應。 2）從乳汁中獲取目的基因產物，產量高，易提純，表達的蛋白質已經過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。 3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產物的同時，轉基因動物又可無限繁殖。
為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？
4.用轉基因的動物作器官移植的供體
5.基因工程藥品異軍突起
在傳統(tǒng)的藥品生產中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結構中提??？
藥品直接從生物的組織、細胞或血液中提取。
由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。
可利用什么方法來解決上述問題？
利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產出各種高質量、低成本的藥品。
胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，用該方法生產的胰島素產量低，價格昂貴，遠不能滿足社會需要。1979年，科學家將動物體內的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內實現(xiàn)了表達。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產的胰島素投入市場，售價降低了30%~50%。
基因工程藥品 —— 胰島素
干擾素是病毒侵入細胞后產生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療某些癌癥和白血病也有一定療效。 傳統(tǒng)的干擾素生產方法是從人血液中的白細胞內提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980~1982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。
基因工程藥品 —— 干擾素
治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。 現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因導入大腸桿菌中，使其生產生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產量。
基因工程藥品 —— 生長激素
也稱為DNA診斷或基因探針技術，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。 探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子； 原理：利用DNA分子雜交原理；
基因診斷技術在什么方面發(fā)展迅速？
在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經可以對幾十種遺傳病進行產前診斷。
1）β—珠蛋白的DNA探針 → 鐮刀狀細胞貧血癥 2）苯丙氨酸羧化酶基因探針 → 苯丙酮尿癥 3）白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 → 白血病
是指是把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。
1、體外基因治療 1990年9月，美國對一名患有嚴重復合型免疫缺陷癥的4歲女童，實施了基因治療。 2、體內基因治療 1994年美國科學家利用經過修飾的腺病毒作載體，成功地將治療遺傳性囊性纖維化病的正?；蜣D入患者組織中。
基因工程為人類開辟新的食物來源。 1）雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產人類所需要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產品。
基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？
1）用于環(huán)境監(jiān)測。2）用于被污染環(huán)境的凈化。
基因工程在環(huán)保方面有什么應用？
例如：用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量。此方法的特點是快速、靈敏，1噸水中有10個病毒也能檢測出來。
通過基因工程方法怎樣進行環(huán)境監(jiān)測？
一、蛋白質工程崛起的緣由
通過基因工程能夠大規(guī)模生產生物體內微量存在的活性物質，并借助轉基因而改變動植物性狀，得以在人類醫(yī)療保健中進行基因診斷和基因治療。然而在廣泛利用自然界各種蛋白質的過程中就發(fā)現(xiàn)，這些蛋白質只是適應生物自身的需要，而對它們進行產業(yè)化開發(fā)往往不合意，需要加以改造。1983年Ulmer首先提出蛋白質工程，它是指按照特定的需要，對蛋白質進行分子設計和改造的工程。自此以后，蛋白質工程迅速發(fā)展，已成為生物工程的重要組成部分?！?br/> 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產，絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(yè)生產，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提高蛋白質的穩(wěn)定性是工業(yè)生產中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。
例如:干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當于天然產品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，β-干擾素蛋白質中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結果使大腸桿菌中生產的β-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。
“后基因組時代”將是“蛋白質組學時代”，即從對基因信息的研究轉向對蛋白質信息的研究，包括研究蛋白質結構、功能與應用及蛋白質相互關系和作用。蛋白質工程就是在對蛋白質的化學、晶體學、動力學等結構與功能認識的基礎上，對蛋白質人工改造與合成，最終獲得商業(yè)化的產品。
二、蛋白質工程的基本原理
蛋白質工程的基本途徑包括：從預期的蛋白質功能出發(fā)→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相應的脫氧核苷酸序列（基因）
（一）蛋白質的分子設計與改造 蛋白質工程首先是以蛋白質的結構為基礎，通過蛋白質的一級結構、晶體結構和溶液構象的研究，積累了成千上萬蛋白質一級結構和高級結構的數(shù)據(jù)資料，并編制成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，得以從中找出蛋白質分子間的進化關系、一級結構和高級結構的關系、結構與功能的關系方面的規(guī)律。
蛋白質作為生物大分子是生物化學和分子生物學的研究重點，大量蛋白質被分離純化，測定了它們的結構、性質和生物學作用。分子生物學有關基因組的研究，也可以用以推測出一些未知蛋白質的結構與功能。采用定位誘變的方法，可以對編碼蛋白質的基因進行核苷酸密碼子的插入、刪除、置換和改組，其結果為分子改造提供新的設計方案?，F(xiàn)有的蛋白質是生物長期進化的結果，蛋白質工程則是對生物進化的模擬，按照蛋白質形成的規(guī)律，改造蛋白質或構建新的蛋白質。 蛋白質的改造通常需要先經周密的分子設計，然后依賴基因工程獲得突變型蛋白質，以檢驗其是否達到了預期的效果。如果改造的結果不理想，還需要從新設計再進行改造，往往經歷多次實踐摸索才能達到改進蛋白質性能的預定目標。
（二）蛋白質改造工程舉例1．水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由65或66個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結構特點的基礎上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。
2．生長激素改造生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結合生長激素受體，還可以結合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結合，盡可能減少與其他激素受體的結合。經研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結果與預先設想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。
3．胰島素改造　天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結構所致。利用蛋白質工程技術改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。　
4．治癌酶的改造 癌癥的基因治療分二個方面：藥物作用于癌細胞，特異性地抑制或殺死癌細胞；藥物保護正常細胞免受化學藥物的侵害，可以提高化學治療的劑量。皰疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它結構類似物磷酸化而使這些堿基3’-OH缺乏,從而阻斷DNA的合成，殺死癌細胞。HSV—TK催化能力可以通過基因突變來提高。從大量的隨機突變中進行篩選出一種酶,在酶活性部位附近有6個氨基酸被替換，催化能力20倍以上。蛋白質工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹了幾個例子。蛋白質工程除了用于改造天然蛋白質或設計制造新的蛋白質外，其本身還是研究蛋白質結構功能的一種強有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并論。
　在現(xiàn)代生物技術中，蛋白質工程出現(xiàn)得最晚，是在20世紀80年代初期出現(xiàn)的。1983年 “蛋白質工程”這個名詞出現(xiàn)后，隨即被廣泛接受和采用。蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎,通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質進行改造,或制造一種新的蛋白質,以滿足人類的生產和生活的需求。
三、蛋白質工程的進展和前景
　蛋白質工程匯集了當代分子生物學等學科的一些前沿領域的最新成就，它把核酸與蛋白質結合、蛋白質空間結構與生物功能結合起來研究。蛋白質工程將蛋白質與酶的研究推進到嶄新的時代，為蛋白質和酶在工業(yè)、農業(yè)和醫(yī)藥方面的應用開拓了誘人的前景。蛋白質工程開創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質的新時期。
番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們經常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。 人們曾經有這樣一個幻想：讓一株植株地上部分結番茄，地下部分長土豆。這個幻想可能實現(xiàn)嗎？
指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術。
所采用技術的理論基礎
（一） 細胞的全能性
具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。
生物體的細胞一般地包含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。
（1） 受精卵的全能性最高
（2） 受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞的低。
5.細胞表現(xiàn)出全能性的條件
離體狀態(tài)有一定營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件
思考討論：為什么體內細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？
基因在特定空間和時間條件下選擇性表達的結果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位的細胞表達的基因是不同的，合成的蛋白質也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。
科學研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細胞，在一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。
1958年Steward和Reinert用胡蘿卜根的愈傷組織誘導成了體細胞胚，并進而獲得了完整植株。
植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史
外植體、脫分化、再分化、愈傷組織
細胞離體、一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件
外植體：從活植物體上切下進行培養(yǎng)的那部分組織或器官1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上3）切取所需的外植體4）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上整個試驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！外植體經過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形成愈傷組織
定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質無機營養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有機營養(yǎng)成分 ① 含N物質：包括維生素和氨基酸 ② 碳源：2%—5%的蔗糖 ③ 瓊脂：起支持作用 ④ 生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0
離體的植物器官、組織或細胞
植物激素：細胞分裂素、生長素
植物組織培養(yǎng)條件：
含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。
1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。
1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種——“Ptamat”。
目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新材料。
（三） 植物體細胞雜交
用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。
2、優(yōu)勢：（與有性雜交方法比較）
打破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。
植物體細胞雜交過程示意圖
制備原生質體：酶解法去掉細胞壁 誘導融會 新的原生質體 生出細胞壁 雜種細胞 組織培養(yǎng) 雜種植株意義：克服遠緣雜交不親和的障礙、培育新品種
植物體細胞雜交方法及意義
愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)薄壁細胞組成的排列疏松無規(guī)則的組織。
植物細胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細胞產生愈傷組織的過程，又稱去分化。植物細胞的再分化：脫分化產生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化根或芽等器官的過程。
1、當植物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時，下列有可能使其表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株的是（ ） A、細胞分裂素 B、生長素 C、一定的營養(yǎng)物質 D、以上三者均是 2、細胞工程是一門綜合科學技術。下列哪項技術不屬于細胞工程（ ） A、有性雜交 B、體細胞雜交 C、組織培養(yǎng) D、細胞核移植3、在生物體的所有細胞中，全能性最高的是 A、卵細胞 B、植物花粉 C、體細胞 D、受精卵
4、在生物體內 ，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因為（ ） A、細胞喪失了全能性 B、基因的表達有選擇性 C、不同的細胞內基因不完全相同 D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內的基因發(fā)生了變化5、植物體細胞雜交尚未解決的問題是（ ） A、去掉細胞壁，分離出有活力的原生質體 B、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀 C、將雜種細胞培育成植株 D、尚未培育出屬間雜種植物
6、用植物組織培養(yǎng)技術，可以培育或生產出 A、食品添加劑 B、無病毒植物 C、人工種子 D、A、B、C均是7、不能人工誘導原生質體融合的方法是（ ） A、振動 B、電剌激 C、PEG試劑 D、重壓
植物細胞工程的實際應用
1.微型繁殖 (1)微型繁殖技術:快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術. (2)特點: 保持優(yōu)良品種的遺傳特性; 高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖.
2.作物脫毒 (1)材料:無病毒的莖尖 (2)脫毒苗:切取莖尖進行組織培養(yǎng)獲得
3.神奇的人工種子 (1)特點: 后代無形狀分離 不受氣候,季節(jié)和地域限制 (2)技術:植物組織培養(yǎng). (3)結構:人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽.
1.單倍體育種 (1)方法:花藥的離體培養(yǎng) (2)優(yōu)點: 后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體; 明顯縮短育種年限.
2.突變體的利用 (1)產生:植物組織培養(yǎng) (2)利用:篩選對人們有利突變體,進而培育新品種
三、細胞產物的工廠化生產
1.種類:蛋白質,脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等.2.技術:植物的組織培養(yǎng).
一、教學目標：1、簡述動物細胞培養(yǎng)的過程、條件及應用2、簡述通過動物體細胞核移植技術克隆動物的過程及應用前景3、舉例說出動物細胞融合與單克隆抗體的原理和應用二、教學重點和難點：1.動物細胞培養(yǎng)的過程及條件2.用動物體細胞核移植技術克隆動物的過程3.單克隆抗體的制備和應用
1.發(fā)展歷史: 20世紀初，人們不知道神經纖維是由神經細胞的細胞質向外突出形成的，還是由神經細胞周圍的其他細胞融合而成的。生物學家們就這個問題展開了激烈的爭論。1907年，美國生物學家哈里森(Harrisn)從蝌蚪的脊索中分離出神經組織，把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培養(yǎng)。蝌蚪的神經組織存活了好幾周，并且從神經細胞中長出了神經纖維。哈里森的實驗不僅解決了神經纖維的起源問題，而且開創(chuàng)了動物組織培養(yǎng)的先河。此后，在許多科學家的不懈努力下，動物組織培養(yǎng)不斷改進并逐漸發(fā)展成為動物細胞培養(yǎng)。
2、動物細胞培養(yǎng)的應用和概念：
動物細胞培養(yǎng)就是從動物有機體中取出相關的組織,將它分散成單個細胞,然后,放在適宜的培養(yǎng)基中,讓這些細胞生長和增殖.
動物細胞培養(yǎng)技術是其他動物細胞工程技術的基礎
3、動物細胞培養(yǎng)過程：
動物胚胎或幼齡動物的組織、器官
動物組織細胞間隙中含有一定量的彈性纖維等蛋白質，將細胞網(wǎng)絡起來形成具有一定彈性和韌性的組織和器官。
思考討論：在動物細胞培養(yǎng)過程中，為什么要用胰蛋白酶對取出的動物組織進行處理？
胰蛋白酶處理動物組織，可以使動物組織細胞間的膠原纖維和細胞外的其他成分酶解，獲得單個細胞。
原代培養(yǎng)：從機體取出后立即培養(yǎng)的細胞為原代細胞。初次培養(yǎng)稱為原代細胞培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)：將原代細胞從培養(yǎng)瓶中取出，配制成細胞懸浮液，分裝到兩個或兩個以上的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，稱為傳代培養(yǎng)。
　　細胞株：原代細胞一般傳至10代左右細胞生長停滯，大部分細胞衰老死亡，少數(shù)細胞存活到40~50代，這種傳代細胞為細胞株。 細胞系：細胞株傳代至50代后又出現(xiàn)細胞生長停滯狀態(tài)，只有部分細胞由于遺傳物質的改變，使其在培養(yǎng)條件下可以無限制傳代，這種傳代細胞為細胞系。 細胞株和細胞系的區(qū)別： 細胞系的遺傳物質改變，具有癌細胞的特點，失去接觸抑制，容易傳代培養(yǎng)。
3.動物細胞培養(yǎng)的條件:
1.無菌無毒的環(huán)境2.營養(yǎng)3.溫度和pH4.氣體環(huán)境
4.動物細胞培養(yǎng)技術的應用:
1.蛋白質生物制品的生產 如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體2.健康細胞培養(yǎng) 培養(yǎng)健康細胞用于燒傷病人皮膚移植3.細胞的生理、藥理、病理研究
植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)的比較
2、為什么選用動物胚胎或幼齡個體的器官或組織做動物細胞培養(yǎng)材料？
1、動物細胞培養(yǎng)液的主要成分是什么？較植物組培培養(yǎng)基有何獨特之處？
3、為什么培養(yǎng)前要將組織細胞分散成單個細胞？
4、動物細胞培養(yǎng)能否像綠色植物組織培養(yǎng)那樣最終培養(yǎng)成新個體？
主要成分：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等。獨特之處有：1、液體培養(yǎng)基 2、成分中有動物血清等
因為這些組織或器官上的細胞生命力旺盛，分裂能力強
成塊組織不利培養(yǎng)，分散了做成細胞懸浮液利于培養(yǎng)
不能，動物細胞培養(yǎng)只能使細胞數(shù)目增多，不能發(fā)育成新的動物個體
二、動物體細胞核移植技術和克隆動物
動物核移植是將動物的一個細胞的細胞核,移入一個已經去掉細胞核的卵母細胞中.使其重組并發(fā)育成一個新的胚胎,這個新的胚胎最終發(fā)育為動物個體.
胚胎移植的基本程序如下（以牛胚胎移植為例）
2.體細胞核移植技術的應用前景
3.體細胞核移植技術存在的問題
1、什么叫動物細胞融合？植物體雜交技術與動物細胞融合有什么不同呢？2、動物細胞在結構上有何區(qū)別？這與它們雜交或融合過程有什么影響？3、動物細胞融合與植物原生質體融合的基本原理是否相同？兩者的融合過程是否也一樣？
細胞融合是正常的生命活動
仙臺病毒皰疹病毒新城雞瘟病毒
用滅活的病毒誘導動物細胞融合過程
細胞融合與融合誘導細胞融合物質：
誘導劑：仙臺病毒、聚乙二醇 誘導細胞融合的仙臺病毒必須滅活。 思考討論：為什么細胞融合過程中使用的病毒需要滅活？不滅活行嗎？
因為滅活的病毒能使細胞膜上的蛋白質分子和脂質分子重新排布，細胞膜打開，細胞發(fā)生融合，不滅活的話會感染細胞，而不能誘導細胞融合。
細胞融合技術應用于哪些方面？
細胞學、遺傳學、免疫學及制備單克隆抗體。
什么是抗體？抗體是機體受抗原刺激后產生的、并能與該抗原發(fā)生特異性結合的具有免疫功能的球蛋白。漿細胞產生抗體。
B淋巴細胞與抗體的關系：
　?。保瓸淋巴細胞受抗原刺激后，可以產生抗體。　?。玻畡游矬w內的B淋巴細胞可以產生百萬種以上的抗體，每種抗體對特定的抗原具有特異性免疫作用?！　。常恳粋€淋巴細胞只能產生一種抗體。
所以傳統(tǒng)的抗體的生產方法及缺陷是什么？怎樣解決這個問題？
　由單個B淋巴細胞經過無性繁殖（克?。?，形成基因型相同的細胞群，這一細胞群所產生的化學性質單一、特異性強的抗體稱為單克隆抗體。 特點：特異性強、靈敏度高
如何大量生產單克隆抗體？
利用淋巴細胞產生抗體的功能利用腫瘤細胞無限增殖的特性利用細胞融合的技術將兩種細胞融合獲得具有淋巴細胞和腫瘤細胞特性的雜交瘤細胞利用動物細胞培養(yǎng)技術大量培養(yǎng)雜交瘤細胞
單克隆抗體制備過程
足夠數(shù)量的、能產生特定抗體的細胞群
1、本過程利用了哪些原理？
免疫原理，細胞融合原理和動物細胞培養(yǎng)原理
2、為什么選用小鼠骨髓瘤細胞與B細胞融合？
這樣融合成的雜交瘤細胞，繼承了雙親細胞的遺傳物質，不僅具有B細胞分泌抗體的能力，而且還有無限增殖的本領，因而可以獲得大量單克隆抗體
與常規(guī)抗體相比，單克隆抗體產量高，特異性強，靈敏度高，優(yōu)越性十分明顯。
2、作為載體，運載抗癌藥物，形成“生物導彈”治療腫瘤
　　資料：目前世界各國已經研制出數(shù)以百計的單克隆抗體。許多缺乏良好診斷手段的傳染病、免疫性疾病、血液病、內分泌疾病和遺傳病，用單克隆抗體作為診斷手段，是一個必然趨勢。另外，用單克隆抗體做體內診斷，借以鑒別和定位體內“病灶”也引起人們的注意，目前，主要用于腫瘤追蹤及心肌梗塞的診斷。
植物體細胞雜交和動物細胞融合的比較
一個誘導細胞融合的新方法－－滅活病毒
一個新細胞－－雜交瘤細胞
一個優(yōu)勢－－單克隆抗體特異性 強、靈敏度高的優(yōu)勢
下圖為某同學根據(jù)雜交瘤技術的方法，設計的生產破傷風桿菌的實驗方案
1.動物細胞工程技術的基礎是：（　　　?。．動物細胞融合　B．胚胎移植　C．動物細胞培養(yǎng)　D．核移植
２．在動物細胞融合和植物體細胞雜交的比較中，正確的是（　?。〢．結果是相同的B．雜種細胞的形成過程基本相同C．操作過程中酶的作用相同D．誘導融合的手段相同
３. 單克隆抗體制備過程中，骨髓瘤細胞和B淋巴細胞誘導融合后，要用特定培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細胞，在這種培養(yǎng)基上不能存活增殖的細胞是（ ） ①淋巴細胞?、谛∈蠊撬枇黾毎、跙淋巴細胞自身融合細胞?、苄∈蠊撬枇黾毎陨砣诤霞毎、蓦s交瘤細胞A． ②④ B．①③⑤　　C． ①②③④ 　 D．②③
體內受精和早期胚胎發(fā)育
1、場所：精子的發(fā)生是在睪丸內完成的
2、時期：從初情期開始直到生殖功能衰退
3、過程：發(fā)生的過程大體可分為三個階段
一、哺乳動物生殖細胞的發(fā)生
精原細胞經過有絲分裂產生多個初級精母細胞。
初級精母細胞經減數(shù)分裂形成含有單倍染色體的精子細胞。
細胞核變?yōu)榫宇^部的主要部分；高爾基體發(fā)育為頭部的頂體；中心體演變?yōu)榫拥奈玻痪€粒體形成線粒體鞘膜；其它物質濃縮成原生質滴（球形）
1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？
提示：不是。其一，在自然繁殖的條件下，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運行到受精部位，將對精子進行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。
2.精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結構會消失，而細胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？
提示：細胞核是精子遺傳物質儲存和復制的場所，也是參與精、卵結合和后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是有氧呼吸產生運動能量的場所。精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機”。
1、場所：卵子的發(fā)生是在卵巢內完成 的。
2、時期：性別分化以后
雌性胎兒卵巢內的卵原細胞，通過有絲分裂增加其數(shù)量，演變?yōu)槌跫壜涯讣毎?，被卵泡細胞包圍形成卵泡。初級卵母細胞經過減數(shù)分裂變?yōu)槌墒斓穆炎印?br/> 減數(shù)第一次分裂時間是在雌性動物排卵前后完成的，結果是產生1個次級卵母細胞和第一極體。
減數(shù)第二次分裂時間是在精子和卵子結合的過程中，結果是產生1個成熟卵子和第二極體。
被卵泡細胞包圍,形成卵泡
1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？2.排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？3.剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？
答：剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成第一次減數(shù)分裂，需要在輸卵管內進一步成熟，直到減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子結合完成受精過程。排出的卵子是在輸卵管內與精子受精的。
答：正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。
答：是指卵子從卵泡中排出。
三、精子與卵子的發(fā)生比較
相似點：最初階段均進行有絲分裂，不斷增加生殖原細胞的數(shù)量；經過兩次減數(shù)分裂（MⅠ和MⅡ）才能形成精子和卵子。
不同點：一個精原細胞——多個精子；一個卵原細胞——一個卵子；精子形狀為蝌蚪狀；卵子為球形。多數(shù)哺乳動物卵子的形成和在卵巢內的貯備是胎兒出生前完成的。
1、概念:指精子和卵子結合形成合子 (即受精卵)的過程。
2、標志:在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體時。
3、場所:受精是在輸卵管內完成的。
準備階段2：卵子的準備
即精子必須在雌性動物生殖道內發(fā)生相應生理變化后，才能獲得受精能力的現(xiàn)象。
即卵子在輸卵管內達到減數(shù)第二分裂中期（MⅡ）時，才具備受精能力。
包括精子穿越放射冠和透明帶，進入卵黃膜，原核形成和配子結合。
幾個精子同時分解透明帶，但只有一個精子能穿過透明帶進入卵子內，當?shù)谝粋€精子進入后，透明帶的穿透性就立即發(fā)生變化，從而阻止其他精子穿越透明帶。
1) 精子穿越放射冠和透明帶 頂體反應使頂體內的酶釋放出來并溶解放射冠內的卵丘細胞透明帶反應是防止多精入卵受精的第一道屏障2)精子進入卵黃膜 卵黃膜封閉作用是防止多精入卵受精的第二道屏障
思考：當你了解到精子需要獲能，受精過程中有防止多精入卵的現(xiàn)象時，你是否提出過這樣的問題：精子在雌性生殖道內是如何獲能的？防止多精入卵的兩道防線的形成機制究竟是什么？
答：精液由精子和精清（精漿）兩部分組成。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質，因此，在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當交配后精液進入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產生一種物質解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動物生殖道內獲能的部位因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。防止多精入卵主要通過透明帶反應和卵黃膜封閉作用兩道屏障。在受精過程中，當精子穿越透明帶觸及卵黃膜時，透明帶會立即封閉，阻止后來的精子進入透明帶，可看作是防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黃膜會立即拒絕其他精子再進入卵內，可看作是防止多精受精的第二道屏障。
溶解卵丘細胞 （放射冠）
激活卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體
發(fā)育 移動 接觸 合并
維持每種生物前后代體細胞中染色體數(shù)目的恒定 ；對于生物的遺傳和變異十分重要。
：在透明帶內進行有絲分裂，細胞數(shù)量不斷增加，但胚胎總體積并不增加，或略有減少。
：由具有全能性細胞構成，細胞數(shù)在32個左右，排列緊密，形似桑椹
內細胞團：發(fā)育成胎兒各組織
滋養(yǎng)層細胞：發(fā)育成胎膜和胎盤
：最初發(fā)育在輸卵管進行有絲分裂
滋養(yǎng)層外胚層中胚層內胚層原腸腔
二、哺乳動物胚胎發(fā)育的基本過程
胚胎發(fā)育：指受精卵發(fā)育成幼體的過程
二、人體胚胎發(fā)育的基本過程
人體胚胎發(fā)育在子宮內經過約38周，整個過程可分為胚卵期、胚胎期和胎兒期三個階段
胚卵期：從受精至第一周末胚胎開始著床
細胞分裂方式為_______細胞數(shù)目____胚胎總體積_____或略有___每個細胞體積_____DNA數(shù)目_____有機物總量_____
桑椹胚：細胞數(shù)在32個左右，細胞排列致密，形似桑椹，細胞屬于全能細胞
囊胚：細胞開始分化;內細胞團將來發(fā)育成各種組織, 滋養(yǎng)層將來發(fā)育成胎膜、胎盤;出現(xiàn)囊胚腔后，進一步擴大會導致孵化。
胚胎期：從第二周至第八周
第三周末形成原腸胚：內細胞團表皮的細胞形成外胚層，下方的細胞形成內胚層，出現(xiàn)原腸腔。
胎兒期：從第九周開始至分娩
此時胎兒已長到20周，他移動手臂，把手指放在唇邊，這可以促進它對吮吸的反映 。
§3.2體外受精和早期胚胎培養(yǎng)
一、教學目標：1.簡述哺乳動物體外受精技術的主要操作步驟。2.簡述哺乳動物胚胎的早期培養(yǎng)方法。3.認同體外受精在家畜快速繁殖中的重要意義。二、教學重點：1.體外受精在家畜快速繁殖中的重要意義。2.哺乳動物體外受精技術的主要操作步驟。三、教學難點：1.卵母細胞的采集和培養(yǎng)。 2.精子的采集和獲能。
是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育成早期胚胎后，再經移植產生后代的技術。
采集良種母牛的卵母細胞
“試管?！惫S化生產的技術流程圖
1.卵母細胞的收集和培養(yǎng)
對不同動物,采取卵母細胞的方法不同
2.精子的收集和獲能
1)收集的方法:假陰道法,手握法和電刺激等 2)獲能處理: 培養(yǎng)法：嚙齒動物、 家兔和豬化學法：牛、羊
在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程
培養(yǎng)液: 水、無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸以及動物血清等.
3.3 胚胎工程的應用及前景
胚胎工程技術： 胚胎移植 體外受精 胚胎分割 胚胎干細胞培養(yǎng)目前應用較多的是： 胚胎移植、胚胎分割、體外生產胚胎技術。
你能說出胚胎移植的概念？ 1.概念: 將雌性動物的早期胚胎,或者通過其他方式得到的胚胎,移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內,使之發(fā)育為新個體的技術。
胚胎的來源： 雌性動物的早期胚胎或體外受精及其他方式得到的胚胎。供體：提供胚胎的個體。受體：接受胚胎的個體。受體的條件：同種、生理狀態(tài)相同。
2.胚胎移植的現(xiàn)狀和意義
1)加速育種工作和品種改良；2)大量節(jié)省購買種畜的費用；3)一胎多產；4)保存品種資源和瀕危物種；5)可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力,縮短繁殖周期,增加一生繁殖的后代數(shù)量。
3.胚胎移植的生理學基礎
1)供體和受體相同的生理環(huán)境；2)早期胚胎處于游離狀態(tài),為胚胎的收集提供了可能；3)受體對移入子宮的胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥；4)胚胎與受體建立正常的聯(lián)系,但遺傳物質沒有改變。
思考與討論: 1、在胚胎移植操作中，怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環(huán)境保持一致？例如，供、受體的發(fā)情時間要一致嗎？供體胚胎移入受體子宮的位置，應與在供體內的位置相同或相似嗎？
答案：應對供體和受體母畜進行同期發(fā)情處理，使它們的生理條件達到同步后一致，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件，這是胚胎移植成功與否的關鍵。因此，必須做到供、受體母畜的發(fā)情時間一致。同時還要做到移入受體子宮胚胎的位置應該與其在供體內的位置相同后相似，移入胚胎一側的受體子宮對應的卵巢必須有黃體存在。
2、胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。你認為這樣的概括正確嗎？ 正確。
4、胚胎移植的基本程序 閱讀課本，思考胚胎移植的基本程序包括哪幾個步驟？（1）供體、受體的選擇和處理（2）配種或進行人工受精（3）胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存（4）胚胎移植（5）移植后的檢查
（1）對供體、受體進行選擇
供體： 遺傳性能和生產性能優(yōu)秀的個體；受體： 健康和正常繁殖能力的個體處理： 同期發(fā)情具體做法： 注射相關激素。
（2）采集卵母細胞方法： 超數(shù)排卵具體做法： 注射促性腺激素
精子來源： 同種優(yōu)良的雄性動物。
在配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來。
（5）對胚胎進行質量檢查
（6）胚胎的保存或移植
方法一：手術法具體做法：引出受體子宮和卵巢，將胚胎注入子宮角，縫合創(chuàng)口。方法二：非手術法將裝有胚胎的移植管送入受體母牛子宮的相應部位，注入胚胎。
（8）對受體母牛進行是否妊娠的檢查
（9）受體母牛產下胚胎移植的犢牛
分娩（胚胎移植的犢牛）
二、胚胎分割 閱讀課本，思考以下問題：（1）胚胎分割的概念（2）胚胎分割特點（3）胚胎分割的理論基礎（4）胚胎分割操作過程
1.概念: 采用顯微手術（機械方法）的方法將早期胚胎分割成2分胚,4分胚或8分胚,經體內或體外培養(yǎng)后植入受體，以得到同卵雙胎或同卵多胎的技術。
2.特點： 后代具有相同的遺傳物質， 因此胚胎分割可以看做動物無性繁殖或克隆的方法之一。3、理論基礎 動物胚胎細胞的全能性。 所以胚胎分割的時期為： 囊胚或桑椹胚。
4、選擇的胚胎： 發(fā)育良好的,形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。5、使用的主要儀器： 實體顯微鏡和顯微操作儀。6、具體操作 用分割針或分割刀片將胚胎切開，吸出其中的半個胚胎，注入預先準備好的空透明帶中，或直接將裸半胚移植給受體。
胚胎分割移植的顯微操作
7、操作注意事項： ①對囊胚階段的胚胎進行分割時，要將內細胞團均等分割。 原因：內細胞團一般到囊胚階段才出現(xiàn)，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎細胞，其他細胞為滋養(yǎng)細胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現(xiàn)含內細胞團多的部分正常發(fā)育的能力強，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題。
7、操作注意事項： ②胚胎分割的份數(shù)越多，操作的難度會越大，移植的成功率也越低。 早期胚胎的體積很小，只有在顯微鏡下才能看到；再者，細胞數(shù)目是有限的。分割的份數(shù)越多，不但難以做到均等分割，每一份的細胞數(shù)會越少，而且作為囊胚期的胚胎內細胞團細胞所受的影響會更大。因此，分割的份數(shù)越多，技術的難度會越大，移植后的恢復和發(fā)育的難度會越大，移植成功率自然會降低。
8、胚胎分割技術的缺陷 （1）剛出生動物的體重偏低，毛色和斑紋還存在差異； （2）采用胚胎分割技術產生同卵多胎的可能性是有限的。
1.下列有關動物胚胎移植的敘述中，錯誤的是（ ）A.受孕母畜體內的受精卵或胚胎均能移植B.受體母畜必須處于與供體母畜同步發(fā)情的狀態(tài)C.超數(shù)排卵技術要使用一定的激素D.試管嬰兒只是受精及早期卵裂過程在試管中進行
2.下列對于優(yōu)良種畜的胚胎移植的說法不正確的是（ ）A.供體母牛必須是同一物種的良種B.受體母牛必須是同一物種的良種C.供體公牛必須是同一物種的良種D.受體母?？梢允峭晃锓N的一般健康牛
3.供體的胚胎移植到受體后，游離的胚胎在發(fā)育過程中形成胎盤與受體相連，并通過胎盤與受體的血液進行物質交換。以下說法正確的是（ ）A.受體是為供體胚胎提供發(fā)育的條件B.受體與胚胎血型應相同，否則會發(fā)生免疫排斥反應C.受體與胚胎血液混融在一起D.胚胎心肺功能都能正常運行
閱讀課本，思考以下問題：（1）什么是胚胎干細胞？ 簡稱是什么？（2）胚胎干細胞的來源。（3）胚胎干細胞的特性。（4）胚胎干細胞的應用。
1.概念： 簡稱ES或EK細胞,是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞。
2.特點: （1）形態(tài)： 體積小,細胞核大,核仁明顯； （2）功能： 具有發(fā)育的全能性,可分化為成年動物體內任何一種組織細胞; （3）在體外培養(yǎng)的條件下，ES細胞可以增殖而不發(fā)生分化。對它可以進行冷凍保存，也可以進行遺傳改造。
3.主要用途 閱讀課本相關內容，說說胚胎干細胞有什么具體用途？
（1）治療人類的某些頑癥。 利用ES細胞可以誘導分化形成新的組織 細胞的特性，移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。目前，在動物實驗方面，用ES細胞誘導分化出的某些組織細胞已成功地治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑難病癥。
（2）培育出人造組織器官，用于器官移植。 隨著組織工程技術的發(fā)展，通過ES細胞體外誘導分化，還可以培育出人造組織器官，解決目前臨床上存在的供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。
（3）ES細胞也是研究體外細胞分化的理想材料。 ES細胞在飼養(yǎng)層細胞上，或在添加抑制因子的培養(yǎng)液中，能夠維持不分化的狀態(tài)。 在培養(yǎng)液中加入分化誘導因子,就可以誘導ES細胞向不同類型的組織細胞分化.
4.利用胚胎干細胞治療肝衰竭，實現(xiàn)此過程的重要原因是（ ） A.細胞分裂 B.細胞特化 C.細胞分化 D.細胞增殖
專題4:生物技術安全性和倫理問題
引言:有一部描寫日本“731部隊”的國產影片，它所反映的是一個真實的故事。1940年這個部隊駐扎在離哈爾濱市20公里的平房地區(qū)，他們拿活人作實驗，殘害了無數(shù)的愛國志士和抗日的同胞。這支部隊又叫“細菌部隊”。他們使用的“陶瓷炸彈”，也就是我們所說的“生物武器”。什么是生物武器呢？
生物戰(zhàn)劑及施放它的武器、器材總稱生物武器。生物戰(zhàn)劑是指在戰(zhàn)爭中使人、畜致病，毀傷農作物的微生物及其毒素。
通常分為細菌、立克氏體、衣原體、病毒、真菌和毒素六大類。
細菌:鼠疫菌,霍亂,傷寒,炭疽
病毒:天花病毒,動物痘病毒
重組基因技術制造全新的致病菌: 重組蠟狀桿菌,重組流感病毒,新型鼠痘病毒
神經毒劑:如肉毒桿菌毒素
非典病毒:針對我國的基因武器?
二、生物武器的性能及其防護
1.生物戰(zhàn)劑的使用方法 (1)施放生物戰(zhàn)劑氣溶膠; 生物戰(zhàn)劑分散成微小的粒子懸浮在空氣中，這種微粒和空氣的混合體叫氣溶膠。它能隨風漂移，污染空氣、地面、食物，并能滲入無密閉設施的人防工程，人員吸入即可致病。直接施放生物戰(zhàn)劑氣溶膠是最基本的使用方式。它可從空中直接布灑，也可把噴灑器投至地面噴放，還可人工投放。 (2)投放帶菌昆蟲,動物和其他媒介物 昆蟲、動物和雜物被生物戰(zhàn)劑感染或污染后，用多格炸彈等多種方式投放到被襲擊地域，它們便可將病原體傳給人們，使其致病。 (3)其他方法用生物戰(zhàn)劑污染水源、食物、通風管道，遺棄帶菌物品、尸體或遣返俘虜?shù)?，間接使人感染疾病。
2.生物武器的傷害作用 (1)生物戰(zhàn)劑侵入人體的途徑:吸入(生物戰(zhàn)劑污染空氣，可以通過呼吸道吸入，感染致病 ),誤食(食用被生物戰(zhàn)劑污染的水、食物而得?。ㄈ缁魜y、痢疾等疾病）。 ),皮膚接觸(生物戰(zhàn)劑如炭疽桿菌等，或帶菌物品上的病毒可直接或間接經皮膚、黏膜、傷口進入人體。),昆蟲叮咬(人被帶有生物戰(zhàn)劑的昆蟲叮咬后，會使血液污染而致病 ); (2)生物戰(zhàn)劑的致病癥狀:發(fā)熱,頭疼,全身無力,上吐下瀉,咳嗽,惡心,呼吸困難,局部或全身疼痛等各種不同癥狀.
(3)生物武器的殺傷特點:
(Ⅰ) 致病力強,多數(shù)具有傳染性; 某些生物戰(zhàn)劑只需少數(shù)病原體侵入人體，就能引起發(fā)病。例如，幾十個野兔熱桿菌侵入人體就能致病。某些生物戰(zhàn)劑，例如，鼠疫桿菌等，有很強的傳染性，在一定條件下能在人員之間傳播，長期流行。 (Ⅱ) 污染面積廣; 生物戰(zhàn)劑致病力強，氣溶膠可隨風飄散，在氣象、地理條件適宜時，可造成大面積污染區(qū) (Ⅲ) 不易被發(fā)現(xiàn); 生物戰(zhàn)劑氣溶膠無色無味，加之敵方多在黃昏、夜間、拂曉、多霧時秘密施放，不易被人發(fā)現(xiàn)。
(Ⅳ) 有一定的潛伏期 生物戰(zhàn)劑致病需經幾小時至幾天的時間，在這個期間人員不會很快減弱工作能力。 (Ⅴ) 受自然條件影響大 風速、氣溫對氣溶膠傳播有影響，大雪、低溫、干燥、日曬等，能加速病菌的消亡。
(4)對生物武器的防護:
（一）、發(fā)現(xiàn) ? ?敵人使用生物武器時，一般會出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，如能及時發(fā)現(xiàn)，可減少或避免其危害。1、 施放跡象 ? ?飛機低空飛行時尾部有云霧或撒下其它雜物；炸彈爆炸時，彈坑周圍有粉末或水珠殘跡；昆蟲、小動物出現(xiàn)的數(shù)量與季節(jié)、場所反常等。 ? ?2、發(fā)病情況 ? ?在短時間內發(fā)現(xiàn)大批癥狀相同的病人、病畜；發(fā)生當?shù)厣僖姷募膊』虺霈F(xiàn)發(fā)病季節(jié)反常等現(xiàn)象。
（二）、防護措施 ? ? 1、對生物戰(zhàn)劑的防護措施與對毒劑的防護基本相同。人員戴防毒面具、防疫口罩能保護呼吸道不吸入生物戰(zhàn)劑氣溶膠；穿防毒衣、防疫服或采用扎“三口”的方法能保護皮膚免受帶菌昆蟲叮咬。 ? ? 2、 人員在生物戰(zhàn)劑污染區(qū)內行動時，根據(jù)生物戰(zhàn)劑的類型，提前進行免疫接種和個人防護，遵守在污染區(qū)內的行動規(guī)則。 ? ? 3、 發(fā)現(xiàn)病人時，要立即報告，及時隔離。? ?4、 對污染的房屋、器皿要用福爾馬林或過氧乙酸進行熏蒸，也可用通風方法進行消毒滅菌；對服裝可用煮沸或用高錳酸鉀溶液浸泡等方法滅菌。
5、 殺蟲、滅鼠。殺蟲可用打、捕、燒、熏或噴灑殺蟲劑（敵敵畏、敵百蟲）等方法。滅鼠可采用藥殺或打、捕、挖、灌等方法。使用藥物時，應注意安全，妥善處理帶菌昆蟲和動物尸體。 ? ? 無論是敵投的還是當?shù)氐睦ハx、鼠類，都是生物戰(zhàn)劑傳播的媒介物，均能傳播多種疾病。所以，平時對當?shù)氐氖箢惡陀泻ハx也要經常進行滅殺，以減少戰(zhàn)時生物戰(zhàn)劑可能利用的傳播媒介。 ? ? 防生物武器和防化學武器不同點是：1、污染區(qū)內活動時需先免疫接種。??2、污染物、服裝要消毒。3、殺蟲、滅鼠，尸體燒掉或深埋。4、發(fā)現(xiàn)傳染病要立即報告防疫部門。
(5)生物武器情況及與其它武器比較
1、美軍生物武器已經公布裝備的“標準”生物戰(zhàn)劑有，黃熱病、委馬腦炎、炭疽桿菌、Q熱立克次體、肉毒桿菌毒素、葡萄球菌腸毒素、結核菌、傷寒菌、技天花病毒、鼠疫桿菌等。 ? ? 2、每平方公里導致50%死亡率的成本，傳統(tǒng)武器為2000美元，核武器為800美元，化學武器為600美元，而生物武器僅為1美元。生物武器的極端是基因武器，只需20克超級基因武器，就足以使60億地球人死于非命。生物武器又叫“窮國的核武器”。
1972年4月10日,蘇聯(lián),美國,英國分別簽署了; 1998年11月25日中國也加入了這一公約.
練習： 1、生物戰(zhàn)劑是指在戰(zhàn)爭中使＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿通常分為＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 2、生物戰(zhàn)劑侵入人體的途徑有＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿。
人、畜致病，毀傷農作物的微生物及其毒素
細菌、立克氏體、衣原體、病毒、真菌和毒素
3.1972年4月10日,蘇聯(lián),美國,英國分別簽署了-------------------------------- -------------------------中國也加入了這一公約.
1998年11月25日
一、教學目標：1.認同對生物技術倫理問題討論的必要性，簡述克隆人、試管嬰兒、基因檢測等生物技術在應用中可能和已經帶來的利弊。2.通過討論、閱讀、查找資料等活動，關注上述問題可能給人類生活帶來的影響，形成自身的心理準備和理性的思考。二、教學重點與難點：1.通過討論與交流，讓學生既要了解到克隆技術，體外受精和胚胎移植技術，以及基因檢測技術在人類生活中的積極作用，同時還要關注它們帶來的有關倫理問題。2.討論時要運用科學的原理、嚴謹?shù)倪壿嫳磉_觀點，防止隨意猜測、盲目的疑慮和偏激的態(tài)度。
一、克隆技術引發(fā)的倫理問題
二、設計試管嬰兒引發(fā)的倫理性問題
什么是“試管嬰兒”？ 　　體外受精技術,俗稱“試管嬰兒”，目前是世界上最廣為采用的生殖輔助技術。“試管嬰兒”并不是真正在試管里長大的嬰兒，而是從卵巢內取出幾個卵子，在實驗室里讓它們與男方的精子結合，形成胚胎，然后轉移胚胎到子宮內，使之在媽媽的子宮內著床，妊娠。正常的受孕需要精子和卵子在輸卵管相遇，二者結合，形成受精卵，然后受精卵再回到子宮腔，繼續(xù)妊娠。所以“試管嬰兒”可以簡單地理解成由于實驗室的試管代替了輸卵管的功能而稱為“試管嬰兒”。
三胞胎試管嬰兒1男2女
三、基因檢測引發(fā)的倫理性問題
什么是基因檢測???????基因檢測是從血液或從其他體液和細胞檢測一個人的DNA的技術?；驒z測可以診斷疾病，也可以用于疾病風險的預測。疾病診斷是用基因檢測技術檢測引起遺傳性疾病的突變基因。??????近年非常令人興奮的是預測性基因檢測的開展。利用該技術在疾病發(fā)生前發(fā)現(xiàn)疾病發(fā)生的風險，提早預防。??????檢測的時候，先把受檢者的基因從血液或其他細胞中提取出來。然后用可以識別可能存在突變的基因的引物和PCR技術將這部份基因復制許多倍。復制后，有許多方法可以判斷這部分基因是否存在突變。方法有：有特殊標記物的突變基因探針方法、酶切方法和基因序列檢測的方法等。
通過基因檢測可以及早采取預防的措施,適時進行治療,達到挽救患者生命的目的.
2.基因檢測引發(fā)的問題及解決的辦法
①目前人類對基因結構及基因間相互作用尚缺乏足夠的認識,要想通過基因檢測達到預防疾病的目的是困難的; ②基因檢測結果本身會給受檢者帶來巨大的心理壓力; ③個人基因資訊的泄露會造成基因歧視.
(2)解決的辦法: 對于基因歧視現(xiàn)象,可以通過正確的科學知識傳授,倫理道德教育,立法得以解決.
公眾對現(xiàn)代化生命科學研究成果的倫理關注，往往超過了對其科學價值理解的興趣。當試管嬰兒、轉基因食品、克隆動物等來到人間時，有人為此感到歡欣鼓舞，有人覺得地球末日將要來臨，究竟該如何應對？學習本專題的主要意圖：1）提出在生命科學發(fā)展過程中，所引出的種種倫理、社會和法律問題。2）在大家已有的生命科學基礎知識上，對科技 成果的應用進行正確的思考。
學習本專題的主要意圖：
3）要讓學生了解，由于個人所處的社會在政治制度、經濟發(fā)展水平、宗教信仰、歷史背景、傳統(tǒng)倫理觀念等方面的差別，就會產生不同的價值觀。這樣，對于生命科學中同一個倫理、社會或法律問題，在不同的社會中不僅會有不同的看法，而且還會引導出截然不同的社會措施、政策和法規(guī)。4）對于中國來說，所有的判斷和所立的法規(guī)，都必須符號自己的國情，符合國家的最高利益： 既有利于國家科學技術的繁榮，又有利 于促進國家經濟的發(fā)展。
4.1 轉基因生物的安全性
一、教學目標：1.關注轉基因生物的安全性問題，認同對生物技術安全性問題討論的必要性。2.舉例說出對轉基因生物安全性問題的不同觀點及論據(jù)。3.形成對待轉基因生物安全性問題的理性、求實的態(tài)度。二、教學重點與難點：1.對轉基因生物的安全性問題多層面、多角度的關注。 2.從關注整個生物圈的和諧、穩(wěn)定與發(fā)展 的高度去審視轉基因生物的安全性。
一、討論：閱讀課本內容，在專題一學習轉基因技術及其成果之后，你對轉基因技術的應用前景肯定嗎？你在社會生活中接觸到來自轉基因大豆的食用油、巧克力中的卵磷脂，或在媒體上聽到了一些關于轉基因產品安全性爭論時，你有疑慮和想法嗎？那么，對于轉基因產品我們該如何看待？轉基因產品安全性問題討論的焦點是什么？人們心中的疑慮有多少是盲目的，有多少是有科學根據(jù)的？
一、轉基因成果令人嘆為觀止
1.1972年美國斯坦福大學的伯格第一次重組DNA獲得成功.
現(xiàn)代基因工程的創(chuàng)始人P·伯格（美國,1926－）在1960年以敏銳的科學預見力提出一個大膽的設想：是否可以創(chuàng)造出一種人工方法，把外界的遺傳基因引入動物體內，以達到改變遺傳性狀和治療某些疾病的需要呢？1972年，伯格把兩種病毒的DNA用同一種限制性內切酶切割后，再用DNA連接酶把這兩種DNA分子連接起來，于是產生了一種新的重組DNA分子，首次實現(xiàn)兩種不同生物的DNA體外連接，獲得了第一批重組DNA分子，這標志著基因工程技術的誕生。伯格因此獲得了1980年諾貝爾化學獎。
2.轉基因的重要成果 (1)微生物方面:把某些重組DNA轉移到細菌中表達獲得成功,隨后,使出現(xiàn)了具有重要經濟價值的各種重組微生物,如可以清除石油污染的假單孢桿菌等.
轉基因細菌可治癌癥　　?? 英國醫(yī)學專家日前將轉基因大腸桿菌與一種抗癌藥相結合，成功殺死了實驗鼠體內的癌細胞?？茖W家將轉基因大腸桿菌注射到實驗鼠的腫瘤內，再給實驗鼠注射一種名叫6－MPDR的抗癌藥。這種藥無法單獨發(fā)揮作用，但是一種由轉基因大腸桿菌分泌的酶能將此藥物“激活”，形成一種有效的毒素，將其周圍的癌細胞殺死，而不傷害其它組織器官。
(2)基因制藥方面:生物制藥已經成為21世紀的朝陽產業(yè). eg疫苗、抗生素、干擾素等
(3)轉基因動物方面:受到轉基因巨型小鼠獲得成功的鼓舞,科學家又在培育生長迅速、營養(yǎng)品質優(yōu)良的轉基因家畜、家禽方面,不斷取得輝煌成就.同時,科學家還把轉基因動物變成生物反應器
(3)轉基因植物方面:
預防乙肝不用打針，只要吃幾個西紅柿就行。這可不是玩笑，中國農科院生物技術研究中心經過十年研究，培育出的抗乙肝西紅柿順利通過前三個階段的測試，明年有望上市?！　】挂腋挝骷t柿與普通西紅柿口感一樣酸中帶甜，不但可以直接食用，還可以榨成汁或炒菜吃，對人體沒有任何毒副作用。據(jù)該項目負責人劉德虎研究員介紹，食用抗乙肝西紅柿，雖不能治愈乙肝，但一年只吃幾個，就完全能代替注射乙肝疫苗?？挂腋挝骷t柿屬于轉基因食品，就是將乙肝疫苗植入西紅柿內，經多代繁殖，使轉入的基因穩(wěn)定化。這種西紅柿上市后 將論個出售，每個售價大概在２元左右
轉入熒光素酶蛋白基因的發(fā)熒光煙草
改變花色的轉基因矮牽牛花
轉 基 因 甜 椒
轉基因草在穴盆中生長良好 ...
轉 基 因 西 紅 柿
藍色玫瑰一直是人類美麗的夢想基因工程正在將它變?yōu)楝F(xiàn)實
(4)轉基因植物方面:目前,科學家已經培育出了大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑、抗逆等全新性狀的農作物.
基因一旦被改動，一方面可能引起生物體內一系列未知的結構與功能的變化；另一方面，轉基因操作對生物體的影響會通過遺傳傳遞。
轉基因技術的安全性問題
外源基因引入后，是否會影響其他重要的調節(jié)基因，甚至 會激活原癌基因？轉基因技術廣泛應用是否會導致難以消滅的新病原物出現(xiàn)？是否會造成生態(tài)學災難？ 人類攝食大量轉基因食品是否會影響人類及其后代 的健康？
二、對轉基因生物安全性的爭論
(1)在轉基因生物中,有時候會出現(xiàn)一些人們意想不到的后果的原因: a.對基因的結構,基因間的相互作用及基因的調空機制都了解的相當有限; b.轉移的基因雖然是功能一直的基因,但不少是異種生物的基因; c.外源基因插入宿主基因組的部分 往往是隨機的.
(2)轉基因生物與食物安全 a.轉基因食物引起食物安全性問題的理由:安全性檢測問題、滯后效應、擔心出現(xiàn)新的過敏原、擔心營養(yǎng)成分的改變; b.不必擔心轉基因食物安全性的理由:多環(huán)節(jié)、嚴謹?shù)陌踩栽u價,可以保證轉基因食物的安全;科學家的負責態(tài)度可以防止新過敏原的產生;至今尚未發(fā)現(xiàn)食用轉基因食品而影響人體健康的事例;沒能足夠的證據(jù)證明轉基因食物有問題;
(3)轉基因生物與生物安全 a.引起生物安全的理由: 可能會擴散到種植區(qū)以外,成為野生種類,可能成為“入侵的外來干涉物種”,威脅生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生存可能重組出對人類或其他生物有害的細菌或病毒,有可能使雜草成為除草劑除不掉的 “超級雜草”; b.不引起生物安全的理由:擴散到種植區(qū)以外就很快死亡要表現(xiàn)出新性狀,必須具有一定的水肥等條件,以及配套的種植技術.由于生殖隔離的存在,使他們很難與其他植物雜交,花粉傳播的距離有限、 存活時間有限;
(4)轉基因生物與環(huán)境安全 a.引起環(huán)境安全的理由: 打破自然物種的原有界限,改變了生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質循環(huán),重組微生物可能對人類的生活環(huán)境造成二次污染,重組DNA與微生物雜交,可能產生有害的病原微生物;轉基因植物花粉中的有毒物質可通過蜜蜂進入蜜蜂,再經過食物鏈傳遞; b.不引起環(huán)境安全的理由:轉基因不會改變生物原有的分類地位,不會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性;轉基因抗蟲作物的種植,減少了農藥的使用量;抗除草劑農作物的種植,減輕了農田管理的負擔,保護了農田的土壤環(huán)境;
三、理性看待轉基因技術
a.趨利避害,而不能因殪廢食 b. 建立相應的法規(guī),如1993年制定的和2002年頒布的
生態(tài)工程是指人類應用生態(tài)學和系統(tǒng)學的基本原理和方法，通過系統(tǒng)設計、調控和技術組裝，對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產方式進行改善、并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力，從而促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。
5.1 生態(tài)工程的基本原理
一 關注生態(tài)工程建設
1.導致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么？
提示：根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養(yǎng)和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。
直接原因：1998年度的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度升高、氣候異常有關。
解決長江洪水泛濫的措施有：以生物措施為主，結合工程措施，提高森林覆蓋率；“退耕還湖”和改革不合理耕作方式等。在進行生態(tài)工程建設時，要考慮到怎樣解決農村（尤其是湖區(qū)或山區(qū)的遷出人員）的能源來源問題以及如何提高農民的經濟收入。
2.洪災的發(fā)生反映出經濟發(fā)展模式存在什么問題？
提示：傳統(tǒng)的經濟發(fā)展模式不注重生態(tài)環(huán)境的保護，沒有考慮生態(tài)成本，經濟的發(fā)展以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞為代價。
提示：“石油農業(yè)”大量使用化肥、農藥和機械的生產方式，因對石油等能源有高度的依賴性而得名。它把農業(yè)生產這一復雜的生物過程，變成了簡單的機械過程和化學過程。由于其投入高，產出也高，對糧食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同時它所產生的廢棄物和有害物質的數(shù)量也很龐大，大大削弱了農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)生產力，并造成日益嚴重的農產品污染和環(huán)境污染等問題。
1.你對“石油農業(yè)”是如何理解的？
提示：對環(huán)境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術，就能夠進行回收和循環(huán)利用，這樣不但能夠減少環(huán)境污染，而且提高了資源的利用效率，減少了資源的浪費。例如，對廢污水中的重金屬或氮、磷等養(yǎng)分就可以進行回收再利用。因此說污染物是放錯了地方沒有被利用的資源。
3.如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？
提示：在不同的國家有不同的改進措施。例如，在我國，人多地少，應該大力發(fā)展生態(tài)農業(yè)。實施的具體措施包括：可以根據(jù)田間作物的需要適量施用高效、低毒、低殘留的農藥，多施有機肥，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜禽糞便進行再利用，實現(xiàn)物質的多級利用，等等。一方面要不斷提高土地的產出水平；另一方面要減少農業(yè)活動對環(huán)境的污染，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。
4.石油農業(yè)的生產模式應當怎樣改進？
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
無廢棄物農業(yè)是我國古代傳統(tǒng)農業(yè)的輝煌成就之一，也是生態(tài)工程最早和最生動的一種模式。
物種越豐富，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性越高
1.為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？而珊瑚礁區(qū)卻能夠在養(yǎng)分稀少的深海中，保持著很高的生物多樣性？
提示：純樟子松林、楊樹林的生物多樣性低，食物鏈短而單調，缺少松毛蟲、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其提供了豐富的食物來源，因而會導致了樹林的毀壞。珊瑚礁區(qū)的生物多樣性高，食物鏈復雜，不同的生物占據(jù)了不同的時間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境。例如，氮、磷等養(yǎng)分就能夠在該區(qū)生物體間充分地循環(huán)利用而很少流出系統(tǒng)外。
2.從上面正面和反面的實例，你能得出怎樣的結論？你認為生物多樣性的破壞有人為因素嗎？
提示：只有保持生態(tài)系統(tǒng)較高的生物多樣性，才能保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。生物多樣性的破壞有人為因素，而且往往作用巨大。
----需要考慮環(huán)境承載力即環(huán)境容納量
資料分析：1。從協(xié)調與平衡原理出發(fā)，想一想，在我國西北地區(qū)進行防護林建設時，應選擇哪些樹種？如果在該地區(qū)發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè)，你認為應該注意什么問題？
幾種西北地區(qū)特別適宜樹種的介紹（1）沙棘，俗稱“酸柳”、“酸刺”、“黑刺（2）山杏，主要指西伯利亞杏， （3）刺槐， （4）錦雞兒（又稱擰條）， （5）杜梨 （6）沙棗 （7）合歡 （8）臭椿
西北畜牧養(yǎng)殖應該注意牲畜數(shù)量不能超過草地的承載量。針對公共草地的過度放牧問題，應該實行草地承包，調動個人的管理積極性，減少過度放牧現(xiàn)象；另外，可以在有條件的地方，人工種植牧草，增加牧草產量。
整體指社會-經濟-自然復合成的巨大系統(tǒng)
例：林業(yè)工程建設中的問題
一方面號召農民種樹，另一方面要考慮農民的生活問題
5、系統(tǒng)學和工程學原理
（1）系統(tǒng)的結構決定功能原理
運用：改善和優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)的結構
豆科作物和固氮菌的共生
你能舉出系統(tǒng)整體功能大于部分之和的例子嗎？
3.?；~塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉(xiāng)，是一種典型的水陸物質和能量交換型生態(tài)工程。試分析?；~塘的物質和能量流動途徑。提示：?；~塘系統(tǒng)中物質和能量的流動是相互聯(lián)系的，能量的流動包含在物質的循環(huán)利用過程中，隨著食物鏈的延伸逐級遞減。
5、2 生態(tài)工程的實例和發(fā)展前景
農村綜合發(fā)展型生態(tài)工程小流域綜合治理生態(tài)工程大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復工程濕地生態(tài)恢復工程礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復工程城市環(huán)境生態(tài)工程
這個案例以沼氣工程為核心，農林牧副漁各業(yè)全面發(fā)展，增加了勞動力就業(yè)機會，促進了經濟發(fā)展；同時又降低了環(huán)境污染，促進了農村的可持續(xù)發(fā)展。
1.在農村綜合發(fā)展型生態(tài)工程案例中，主要運用了哪些生態(tài)工程的基本原理 2.這一生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能有哪些特點？有哪些值得借鑒的做法？
物質循環(huán)再生原理、系統(tǒng)的結構決定功能原理、整體性原理、物種多樣性原理等
分析甘肅省隴南縣的“九子登科”模式，在說明“九子”措施含義的基礎上，談談你對小流域綜合治理生態(tài)工程的理解。
1.小流域的綜合治理，“綜合”表現(xiàn)在哪些方面？“綜合”表現(xiàn)在不但注重通過還林、還草、筑壩等措施達到蓄水、降低土壤侵蝕的生態(tài)效果；還考慮如何提高人們的生活水平。各種措施的結果是建立一個穩(wěn)定、持久、高效的生態(tài)系統(tǒng)。
2.為什么要針對不同的地形采取不同的措施？這體現(xiàn)了生態(tài)工程的什么原理？3.這一模式在其他小流域能夠照搬嗎？
根據(jù)不同的地形采取不同的措施，既要考慮到生態(tài)效益，又要考慮到人們的生活和收入問題，這體現(xiàn)了生態(tài)工程協(xié)調與平衡、因地制宜的原理和思想。
這種模式在其他小流域不能照搬，還是要因地制宜地進行生態(tài)工程建設，不同氣候帶、不同自然條件和不同經濟發(fā)展水平的地區(qū)，其生態(tài)工程的模式應各具特色。
大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復工程──“三北”防護林案例
1.國家為什么投入巨大的人力和物力興建三北防護林工程？這一工程為什么需要如此漫長的時間？
三北防護林跨越中國13個省、直轄市、自治區(qū)，對我國具有重要的意義：生態(tài)環(huán)境的質量關系到這一地區(qū)人民的生產和生活問題，對維護社會穩(wěn)定具有重要意義；更重要的是，這一地區(qū)的生態(tài)環(huán)境關系到下游地區(qū)人民的生產、生活和經濟發(fā)展同時這里自然礦產資源豐富，對我國的經濟發(fā)展和國家安全具有重要戰(zhàn)略意義。這一地區(qū)區(qū)域廣闊，氣候、自然條件復雜，總體經濟發(fā)展水平較低等情況也決定了這個工程需要較長的時間
2.這一工程橫跨多個省區(qū)，根據(jù)協(xié)調與平衡原理和生物多樣性原理，不同地區(qū)在造林設計上應當注意什么問題？
首先應考慮樹種的生態(tài)適應性問題，種植適宜品種；其次要考慮樹種的多樣性，保證防護林體系的穩(wěn)定性；不同地區(qū)應根據(jù)當?shù)厍闆r采取不同的策略，如條件惡劣的地區(qū)應該結合自然恢復力，而農區(qū)的防護林中農田防護林網(wǎng)可能占較大比重。
濕地生態(tài)恢復工程案例
1.當初人們?yōu)槭裁匆獓焯铮?.為什么說“退耕還湖”是一項巨大的系統(tǒng)工程？實施這一工程面臨的主要困難是什么？3.地處湖區(qū)上游的人們對濕地恢復生態(tài)工程負有什么責任？
主要原因：我國歷來人多地少，圍湖造田，種植農作物，以生產更多的糧食；片面強調經濟發(fā)展，沒有認識到湖泊的巨大生態(tài)調節(jié)功能也是重要原因。
退耕還湖包括退耕地為湖區(qū)，湖區(qū)上游以及湖區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境保護工作；更重要的是原耕地上居民的遷移，要解決遷出居民的生活和就業(yè)等問題，這是退耕還湖工程的主要困難。
保護環(huán)境，減少水土流失和水污染
礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復工程案例
1.在這一案例中，恢復植被的措施是植樹和種草，為什么不是種植農作物？2.怎樣合理地籌劃養(yǎng)殖肉牛的數(shù)量？3.除煤礦外，你知道還有哪些礦區(qū)嗎？這些礦區(qū)的恢復工程與煤礦是否有不同之處？
礦區(qū)土壤條件惡劣，不適宜農作物的生長，因此代之以適應性強，耐旱的灌木、草和樹。
首先要考慮到牧草的產量，以草定畜；從外地調運飼料要考慮飼養(yǎng)成本；更重要的是要考慮到土地對糞肥的承載力, 要保持在承載力范圍以內，以免養(yǎng)殖規(guī)模過大，糞肥數(shù)量巨大而造成新的污染。
除煤礦外，還有金礦、鐵礦等。這些生態(tài)恢復工程最重要的是改良表土，恢復植被，但要因地制宜。
1.汽車尾氣是城市大氣污染的主要來源之一，汽車噪聲又是城市噪聲污染的主要來源。你認為應當限制城市居民購買汽車嗎？為什么？如果不限制，應當采取什么措施來減少由汽車造成的污染？2.城市的水污染問題應當采取哪些措施來解決？每一個城市居民應當在這方面承擔什么責任和義務？
減少污染的措施：制定法律法規(guī)，禁止市區(qū)內鳴笛，禁止使用含鉛汽油，鼓勵使用電力、天然氣等無污染能源的新型汽車，以及對其的研究和應用等。
減少或禁止工廠的污水排放；進行污水凈化回收利用；實行雨水和污水分流。每一個城市居民都應該樹立節(jié)水意識、宣傳節(jié)水的意義，家庭生活中應該使用無磷洗衣粉和洗滌劑，制止或減少生活中的水污染行為。
二、生態(tài)工程發(fā)展的前景
“生物圈2號” 生態(tài)工程的實驗及啟示
“生物圈2號”于1986年11月破土動工。1991年9月，第一批8名實驗者進入其中并開始實驗。1993年2月，向“生物圈2號”輸氧，人員撤出。1994年2月第二批7名實驗者進入其中，幾個月后撤出，實驗失敗。

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