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高中三年级生物

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    下列研究方案中,不能实现其目的的是
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    A.方案:将胰岛素基因导入大肠杆菌,进行培养  目的:大量生产胰岛素
    B.方案:体外诱导胚胎干细胞分化  目的:培育供移植的组织器官
    C.方案:通过体外培养或体内培养骨髓瘤细胞  目的:制备单克隆抗体
    D.方案:用胰蛋白酶处理剪碎的动物组织块  目的:制备动物细胞悬浮液
    本题信息:2011年模拟题生物单选题难度一般 来源:姚瑶
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本试题 “下列研究方案中,不能实现其目的的是[ ]A.方案:将胰岛素基因导入大肠杆菌,进行培养 目的:大量生产胰岛素B.方案:体外诱导胚胎干细胞分化 目的:培育供移...” 主要考查您对

基因工程的原理

单克隆抗体

胚胎工程的应用及前景

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基因工程的原理:

1.概念理解
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境 生物体外
操作对象 基因
操作水平 DNA分子水平
基本过程 剪切→拼接→导入→表达
结果 获得人类需要的基因产物或定向改造生物性状
原理 基因重组
2.基因工程的操作工具
(1)基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)
①分布:主要存在于原核生物中。
②特性:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子。
③切割结果:产生两个带有黏牲末端或平末端的 DNA片段。
④作用:基因工程中重要的切割工具,通常能将外来的DNA切断,对自己的DNA无损害。
⑤实例:EcoRl限制酶能专一识别CAATTC序列,并在G和A之间将这段序列切开。
 
(2)基因的“针线”——DNA连接酶
①催化对象:两个具有相同末端的DNA片段。
②催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的切口。
③催化结果:形成重组DNA。
(3)常用的载体——质粒
①本质:小型环状DNA分子。
 

3.基因工程操作的基本步骤


育种方法的选择:

在具体育种工作中,应针对不同的育种目标采取不同的育种方案。
育种目标 育种方案
集中双亲优良性状 杂交育种(耗时较长,但简便易行)
对原品系实施“定向”改造 基因工程及细胞工程(植物体细胞杂交)
让原品系产生新性状(无中生有) 诱变育种(可提高突变频率,期望获得理想性状)
对原品性状进行“增大”或“加强” 多倍体育种
保持原品种的“优良”特性,且快速繁殖 植物组织培养、动物体细胞克隆(或胚胎移植)

表解几种育种方式的不同:

名称  原理  方法 优点  缺点 应用
杂交育种  基因重组 培育纯合子品种:杂交→自交→筛选出符合要求的表现型,自交到不发生性状分离为止(纯合化)   使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体上,即“集优”   (l)育种时间长 (2)局限于同一种或亲缘关系较近的个体  用纯种高干抗病小麦与矮杆不抗病小麦培育矮杆抗病小麦
 培育杂种优势品种:一般是选取纯合双亲杂交 年年制种 杂交水稻、玉米
诱变育种   基因突变  ①物理:紫外线、X射线,微重力、激光等处理,再筛选;②化学:亚硝酸、硫酸二乙酯处理,再选择 提高变异频率,加快育种进程,大幅度改良某些性状  有利变异少,需大量处理实验材料(有很大盲目性) 高产青霉菌,“黑农五号”大豆品种等的培育和高产雄性家蚕的培育
 单倍体育种 染色体数目变异  ①先进行花药离体培养出单倍体植株;②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子;③从中选择优良植株   明显缩短育种年限,子代均为纯合子,加速育种进程  技术复杂且需与杂交育种配合  用纯种高杆抗病小麦与矮杆不抗病小麦快速培育矮杆抗病小麦
多倍体育种 染色体数目变异  用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗  操作简单,能较快获得所需品种  所获品种发育延迟,结实率低,一般只适用于植物 三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦
转基因育种   基因重组 提取目的基因→装入运载体→导入受体细胞→目的基因的表达与检测→筛选出符合要求的新品种 目的性强;育种周期短;克服了远缘杂交不亲和的障碍    技术复杂,安全性问题多  转基因“向日葵豆”、转基因抗虫棉

 
易错点拨:

1、限制酶切割DNA分子断裂的化学键是磷酸二酯键,DNA连接酶所修复的也是磷酸二酯键。
2、基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞。
3、用同一种限制酶切割目的基因和运载体,才能产生相同的黏性末端,使得DNA分子的碱基重新实现互补配对。
知识拓展:

基因工程的应用
(1)作物育种:利用基因工程的方洼,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物,培育出具有各种抗知识拓展逆性的作物新品种,如抗虫棉、耐贮存的番茄等。
(2)药物研制:培育转基因生物,利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品,如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。
(3)环境保护:如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物,吸收环境中的重金属,分解泄漏的石油,处理工业废水等。
(4)用于基因诊断和基因治疗:基因诊断是利用放射性同位素(如32P)或荧光分子等标记的DNA分子作探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被测标本上的外源基因是否导人有基因缺陷的细胞中,以达到治疗疾病的目的。
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
(1)制备产生特异性抗体的B淋巴细胞:向免疫小鼠体内注射特定的抗原,然后从小鼠脾内获得相应的B淋巴细胞
(2)获得杂交瘤细胞
①将鼠的骨髓瘤细胞与脾细胞中形成的B淋巴细胞融合;
②用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞,该杂种细胞既能够增殖又能产生抗体。
(3)克隆化培养和抗体检测
(4)将杂交瘤细胞在体外培养或注射到小鼠腹腔内增殖
(5)提取单克隆抗体:从细胞培养液或小鼠的腹水中提取
3、单克隆抗体的应用
(1)作为诊断试剂,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。


血清抗体与单克隆抗体的比较:

名称 产生 特点
血清抗体 由B淋巴 一般从血清中分离,产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体 由杂交瘤细胞分泌 特异性强,灵敏度高,能大量制备

知识点拨:

1、融合的结果是有很多不符合要求的;如有2个B淋巴细胞融合的细胞等,所以要进行筛选。
2、筛选出能够分泌所需抗体的杂种细胞。
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: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。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。
知识拓展:

制备单克隆抗体过程中的筛选:筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及BB融合、瘤瘤融合的细胞通过选择培养基淘汰,筛选出B瘤融合的细胞。筛选是将产生特定抗体的B瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来。因为从体内取免疫过的B淋巴细胞时取出很多种,形成的杂交瘤细胞有很多种,所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。

胚胎工程的应用及前景:

1、胚胎移植
(1)概念: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”。  
(2)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。
(4)胚胎移植的生理学基础:
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。
2、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)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)
(3)理论基础:细胞的全能性。
(4)所用仪器设备:实体显微镜和显微操作仪。
(5)操作过程:选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚,移人盛有操作液的培养皿中,然后用分割针或分割刀进行分割。
(6) 意义:加快繁殖速度。
3、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。
知识点拨:

1、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且身体健康有良好的生育能力的品种。
2、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”。
3、胚胎分割要求: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。
4、来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,属于无性繁殖。
5、实质:是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状能保持其原来的优良特性。
6、优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,从而大大缩短了供体本身的繁殖周期,大大推动了畜牧业的发展。
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