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专题5 生态工程
生态工程是指应用生态系统中物质循环 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )原理，结合系统工程的最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统，其目的是将生物群落 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )内不同物种共生、物质与能量多级利用、环境自净和物质循环再生等原理与系统工程的优化方法相结合，达到资源多层次和循环利用的目的。如利用多层结构 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )的森林生态系统增大吸收光能的面积、利用植物吸附和富集某些微量重金属 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )以及利用余热繁殖水生生物等。
（一）生态工程的实例和发展前景
一、生态工程的实例 问题: 农村中物质、能量的多级利用问题
1、农村综合发展型生态工程 对策: 建立农村综合发展型生态工程
案例: 北京窦店村以沼气为中心的生态工程
问题：小流域水土流失问题
2、小流域综合治理生态工程 对策: 进行综合治理
案例: 甘肃陇南县“九子登科”模式
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专题3 胚胎工程
（1） 动物胚胎发育的基本过程
1、胚胎工程是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，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到同种的、生理状态相同雌性动物体内生产后代，使之继续发育为新个体，以满足人类的各种需求。
2、供体：在胚胎移植中提供 胚胎的个体。 主要职能为：只产生具有优良遗传特性的胚胎。
受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。 主要职能为：繁重而漫长的妊娠和育仔.
3、意义：A、充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 B、加速育种工作和品种改良
C、大量节省购买种畜的费用 D、人为生产双胎或多胎 E、保存品种资源和濒危物种
4、胚胎移植的生理学基础：（1）同种动物的供体与受体在排卵后具有相同的生理环境。
（2）早期胚胎的游离状态为胚胎收集提供了可能。
（3）受体对外来胚胎不发生免疫排斥反应。
（4）胚胎在受体中孕育遗传特性不变。
5、胚胎移植的基本程序： 供体母牛 受体母牛
（1）对供、受体的选择和处理
（2）配种或人工授精
（3）胚胎的收集、检查、培养或保存
（4）胚胎移植 优良公牛 配种或人工授精 胚胎移植 （5）移植后的检查
6、胚胎分割
概念: 采用机械方法将早期胚胎切割成2等份,4等份或8
等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术. （说明：1.来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质. 2. 胚胎分割可看做动物无性繁殖或克隆的方法之一.）
7、动物胚胎发育的基本过程
（1）受精场所是母体的输卵管上段。
（2）卵裂期：特点：细胞有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不增加，或略有减小。
（3）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。是全能细胞。
（4）囊 胚：特点：细胞开始出现分化（该时期细胞的全能性仍比较高）。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为囊胚腔。
（5）原肠胚：特点：有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔。
（二）胚胎干细胞
1、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，
来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。
2、具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；
在功能上，具有发育的全能性，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，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，
也可进行遗传改造。
3、胚胎干细胞的主要用途是：
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。
4、意义：1）可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力。表现为：缩短供体本身的繁殖周期，同 时通过超数排卵处理和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代。
2）可在短期大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加 速育种和品种改良工作。
3）经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交换，代替活畜的引种或进出口。
4）通过胚胎移植可以人为生产双胎或多胎。
5）可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。
（三）胚胎工程的应用
1.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：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
(2) 精子的采集和获能：在体外受精前，要对精子进行获能处理。
(3) 受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精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，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植，人的体外受精胚胎可在8~16个细胞阶段移植。)
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，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”。（供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。）
地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。
(2) 胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。
(3) 生理学基础：①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的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。
(4) 基本程序主要包括：
①对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。
②配种或人工授精。
③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入－196℃的液氮中保存。
④对胚胎进行移植。
⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。
3.胚胎分割
(1)概念：是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
(2)意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖。
(3)材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。）
(4)操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
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专题1 基因工程
基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
（一）基因工程的基本工具
1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（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，因此具有专一性。
（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。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶
(1)两种DNA连接酶（E coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：
①相同点：都缝合磷酸二酯键。
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聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。
3.“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）最常用的载体是 质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
（3）其它载体：入噬菌体的衍生物、动植物病毒
(二)基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的获取
1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。
2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。
3.PCR技术扩增目的基因
（1）原理：DNA双链复制
（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
第二步：基因表达载体的构建
1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。
2.组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因
（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。
（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。
（3）标记基因的作用：是为了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。常用的标记基因是抗生素基因。
第三步：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：
将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。
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。
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 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 ，最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 Ca2+ 处理细胞，使其成为 感受态细胞 ，再将 重组表达载体DNA分子 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，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。
第四步：目的基因的检测和表达
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了mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与 mRNA杂交。
3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是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。
4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
基因工程操作图解
（三）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、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。
3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。
（四）蛋白质工程的概念
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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，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自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。）
（1） 操作方法
（2）蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关
2、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
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专题4 生物技术的安全性和伦理问题
（一）转基因生物的安全性争论 ：
（1）基因生物与食物安全：
反方观点：反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变
正方观点：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据
（2）转基因生物与生物安全：对生物多样性的影响
反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”
正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限
（3）转基因生物与环境安全：对生态系统稳定性的影响
反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体
正方观点：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境
（4）我国观点：四不原则：（不赞成、不允许、不支持、不接受 ）任何（生殖性）克隆人，但不反对（治疗性）克隆。
生殖性克隆：是指出于生殖目的使用克隆技术在实验室制造人类胚胎，然后将胚胎置入人类子宫发育成胎儿或婴儿的过程。
治疗性克隆：是指把克隆出来的组织或者器官用于治疗疾病。由于某些新医疗方法需要胚胎干细胞，故科学家在实验室制造人类胚胎以提取胚胎干细胞。这种用于医疗目的，
（二）生物技术的伦理问题
(1)克隆人：两种不同观点，多数人持否定态度。
否定的理由：克隆人严重违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用；克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；克隆人是在人为的制造在心理上和社会地位上都不健全的人。
肯定的理由：技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决。不成熟的技术也只有通过实践才能使之成熟。
中国政府的态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。
观点 理由
(1)克隆人严重违反了人类伦理道德;
(2)克隆人冲击了现有的婚姻家庭和两性关系等传统的伦理道德观念;
(3)克隆人是制造在心理上和社会地位上都不健全的人;
(4)克隆技术尚不成熟.
2.赞成
(1)技术问题可以通过胚胎分割,基因诊断和染色体检查等方法得到解决;(2)克隆人是一项科学研究,既然是科学,就应该允许研究克隆人.
3.中国政府的态度
禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆人.
(2)试管婴儿：两种目的试管婴儿的区别两种。不同观点，多数人持认可态度。
否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎，无异于“谋杀”。
肯定的理由：解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷的方法，提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤。
我国第一例试管婴儿 三胞胎试管婴儿1男2女
观点
理由
(1)把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不尊敬;
(2)早期的生命也有活下去的权利,抛弃或杀死多余的胚胎,无异于”谋杀”;
(3)有人会滥用设计试管婴儿技术,而设计婴儿性别;
(1)设计试管婴儿是为了救人,是救治患者的最好,最快捷的办法之一;
(2)提供骨髓中造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤;(3)脐带血乃试管淫儿的”身外之物”.
中国卫生部在<体外受精----胚胎移植及其衍生技术规范>中规定,”实施体外受精----胚胎移植及其衍生技术必须获得卫生部批准证书”.
(3)基因身份证：
否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成基因歧视，势必造成遗传学失业大军、造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。
肯定的理由：通过基因检测可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的。
【你愿意获得一张自己的基因身份证吗？】
1、现在要对个人所有基因进行检测，是做不到的。因为现在有不少基因还没有得到确定。即使只是对个别或少数基因进行检测，也并不是每个人都需要的。现在西方国家对某几种致病基因进行筛检时，接受测定的人也只是有这样遗传病家族史的个人，或这类疾病的高危个人。目的是使他们能及早采取防范措施，如养成良好生活习惯、定期检查身体、适时手术等。
2、有某种致病基因，并不一定患病不一定。（1）、杂合子内的隐性致病基因不一定患病；
（2）、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。
3、有许多致病基因，测定其致病基因是相当困难的。因此科学家认为不如测定其所表达的蛋白质更为快捷有效。
4、基因检测给受试者造成心理负担或压力必需考虑到。特别是给出似是而非的结论之后，往往会使受试者无所适从。
5、现在记录有个人某些遗传信息的“身份证”已经出现，但仅仅是试验性质的，至于说拿着它去看病，起码在可以预计的将来是言过其实的。
6、将“基因身份证”上记录的信息和它的作用等问题弄清楚之后，才能决定要不要它。比如，现在有的试验性基因身份证记录个人特有的某一对或某几对等位基因信息，它可能在验明正身方面起更大的作用，这类基因身份证要它也无妨。
（三）基因检测引发的伦理性问题
什么是基因检测
基因检测是从血液或从其他体液和细胞检测一个人的DNA的技术。基因检测可以诊断疾病，也可以用于疾病风险的预测。疾病诊断是用基因检测技术检测引起遗传性疾病的突变基因。目前应用最广泛的基因检测是新生儿遗传性疾病的检测，遗传疾病的诊断和某些常见病的辅助诊断。目前有一千多种疾病可以通过基因技术做出诊断。
近年非常令人兴奋的是预测性基因检测的开展。利用基因检测技术在疾病发生前发现疾病发生的风险，提早预防。目前已经有20多种疾病可以用基因检测的方法预测。
检测的时候，先把受检者的基因从血液或其他细胞中提取出来。然后用可以识别可能存在突变的基因的引物和PCR技术将这部份基因复制许多倍。复制后，有许多方法可以判断这部分基因是否存在突变。方法有：有特殊标记物的突变基因探针方法、酶切方法和基因序列检测的方法等。
1、基因检测的优点
通过基因检测可以及早采取预防的措施,适时进行治疗,达到挽救患者生命的目的.
2、基因检测引发的问题及解决的办法
(1)问题:
①目前人类对基因结构及基因间相互作用尚缺乏足够的认识,要想通过基因检测达到预防疾病的目的是困难的;
②基因检测结果本身会给受检者带来巨大的心理压力;
③个人基因资讯的泄露会造成基因歧视.
(2)解决的办法:对于基因歧视现象,可以通过正确的科学知识传授,伦理道德教育,立法得以解决.
（四）生物武器
(1)种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌。
(2)散布方式：吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等。
(3)特点：致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有潜伏期、不易被发现、危害时间长等。
(4)禁止生物武器公约及中国政府的态度。
【一】转基因成果令人叹为观止
1、1972年美国斯坦福大学的伯格第一次重组DNA获得成功.
2、转基因的重要成果
（1）微生物方面:把某些重组DNA转移到细菌中表达获得成功,随后,使出现了具有重要经济价值的各种重组微生物,如可以清除石油污染的假单孢杆菌等.
（2）基因制药方面:生物制药已经成为21世纪的朝阳产业.
1、 应用于临床的药物：人胰岛素、人生长激素、干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素（Epo）、GM－集落刺激因子（GM－CSF）、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素－2及白介素－11等。
2、正在研究的：降钙素基因相关因子、肿瘤坏死因子、表皮生长因子等140多种。
3、“多肽模拟”或“多肽结构域”合成，又叫“小分子结构药物设计”这类药物可口服，有利于由皮肤、粘膜给药，用于治疗免疫缺陷症、HIV感染、变态反应性疾病、风湿性关节炎等，其制造成本也更低。
（3）转基因动物方面:受到转基因巨型小鼠获得成功的鼓舞,科学家又在培育生长迅速、营养品质优良的转基因家畜、家禽方面,不断取得辉煌成就.同时,科学家还把转基因动物变成生物反应器。
（4）转基因植物方面:目前,科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全心形状的农作物.
【二】转基因技术的安全性问题与争论
* 基因一旦被改动，一方面可能引起生物体内一系列未知的结构与功能的变化；另一方面，转基因操作对生物体的影响会通过遗传传递。
* 对转基因生物安全性的争论
(1)在转基因生物中,有时候会出现一些人们意想不到的后果的原因:
a.对基因的结构,基因间的相互作用及基因的调空机制都了解的相当有限;
b.转移的基因虽然是功能一直的基因,但不少是异种生物的基因;
c.外源基因插入宿主基因组的部分往往是随机的.
* 转基因生物与食物安全
a、转基因食物引起食物安全性问题的理由:安全性检测问题、滞后效应、担心出现新的过敏原、担心营养成分的改变;
b、不必担心转基因食物安全性的理由:多环节、严谨的安全性评价,可以保证转基因食物的安全;科学家的负责态度可以防止新过敏原的产生;至今尚未发现食用转基因食品而影响人体健康的事例;没能足够的证据证明转基因食物有问题;
* 转基因食品的优点
1.解决粮食短缺问题。
2.减少农药使用，避免环境污染。
3.节省生产成本，降低食物售价。
4.增加食物营养，提高附加价值。
5.增加食物种类，提升食物品质。
6.促进生产效率，带动相关产业发展。
【基因工程成果图展】
抗虫棉 基因的发荧光烟草转入荧光素酶蛋白 改变花色的转基因矮牵牛花
英国剑桥先正达公司开发的 转基因甜椒 转基因西红柿
富含胡萝卜素的“金大米”
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专题2 细胞工程
（一）植物细胞工程
1.理论基础（原理）：细胞全能性
细胞全能性概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。
原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。
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）概念：植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
（2）过程：离体的植物器官、组织或细胞 ―→愈伤组织 ―→试管苗 ―→植物体
（3）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。
（4）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。
（4）应用：
繁殖植物的新途径
概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）
原理：植物细胞的全能性
优点：A繁殖率高，可大批量生产 B 取材少 C 培养周期短 保持优良性状
2 作物脱毒
A.病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差
B.分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有
结构：人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）(+养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌
生长调节剂)优点：A.不受气候、季节、地域的限制 B.保留优良性状 C.时间短，占地少技术：组织培养原理：细胞全能性
育种新方法：
1 单倍体育种
2 诱导突变体
细胞产物的工厂化生产:人参皂苷等
（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。
【细胞贴壁图示】
【接触抑制图示】
（4）原代培养：通过组织块直接长出单层细胞或用酶或机械方法将组
织分散成单个细胞开始培养，在首次传代前的培养可认为是原代培养。
传代培养：当原代培养的细胞处于接触抑制后, 用胰蛋白酶处理,
使细胞从瓶壁上脱离下来,然后加入新的培养液,将细胞分离稀释,并从原
培养瓶内转接到新的培养瓶内,这个过程称传代培养.（分瓶培养的过程）
（5）细胞系、细胞株（了解即可，老课本体系）
▲细胞株：传代细胞一般能传到40-50代，遗传物质一般不会发生改变，
叫细胞株。
▲细胞系：传代50代以后不能再传下去，部分细胞遗传物质发生了改变，
能连续传代，获得不死性，叫细胞系。
（6）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。
（7）动物细胞培养技术的应用：A、蛋白质生物制品的生产: 制备病毒疫苗、制备单克隆抗体 B、检测有毒物质,判断某种物质的毒性 C、细胞的生理、药理、病理研究:培养医学研究的各种细胞。D. 应用于基因工程 : 主要用于作为受体细胞
植物组织培养和动物细胞培养的比较：
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）定义： 动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中.使其重组并发育成一个新的胚胎,这个新的胚胎最终发育为动物个体.
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）原理：动物细胞核具有全能性 分类： 胚胎核移植、体细胞核移植。
（3）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。
（4）体细胞核移植的大致过程是：
核 胚
移 胎
植 移
植
（4）体细胞核移植技术的应用前景：
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。
3.动物细胞融合
（1）定义：指用自然或人工方法使两个或多个不同的细胞融合成一个细胞的过程。
（2）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。
（3）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。
（4）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、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。
细胞融合图示
病毒颗粒黏 附细胞表面
细胞膜被 病毒颗粒穿通
细胞膜连接
细胞融合、形成杂种细胞（5）动
（5）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
植物细胞融合 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
4.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。
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