第四章 基因工程、第五章 生物技术的安全与伦理（期中知识清单）高二生物下学期浙科版

第四章　基因工程 一、基因工程是在多个生物学分支的基础上发展而来 1.基因工程：指有意识地把一个 转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。在分子水平上对基因进行直接操控，打破常规育种难以突破的 的界限。 二、对DNA进行剪切、连接、复制是实现重组DNA技术的基础 1. 限制性内切核酸酶 （1）限制性内切核酸酶，简称“限制酶”，主要存在于 等微生物中。 （2）它能 外源DNA，如侵染细菌的菌体DNA,“限制”病毒在细菌内的寄生，而细菌自身 被限制酶破坏。限制酶的保护作用是细菌等进化出的一种防御机制。 （3）限制性内切核酸酶能够识别 ，并催化其中特定的两个核苷酸之间的 水解，使得DNA双链在特定的位置断开。识别序列通常是4~8个核苷酸对，以6个核苷酸对最为常见。 （4）断开后的DNA末端分为两种:如果末端有凸出的单链部分称为 ;如果DNA末端没有单链部分称为 。 （5）限制酶识别序列方向，从两条链 方向的识别序列均为GAATTC，EcoRI剪切两条链的位置均在G与A之间，剪切后形成了黏性末端或或平末端。 2.DNA连接酶 (1)作用：能将DNA片段连接成一个重组DNA分子。微生物的DNA连接酶可以将不同来源的2个DNA分子的双链通过 分别连接起来，形成一个稳定的 。 （2） 大肠杆菌中分离E. coli DNA连接酶仅能连接黏性末端，T4噬菌体中分离T4 DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端。 3.载体 (1)外源DNA片段借助载体可在受体细胞内进行复制。多数外源DNA片段自身很难在受体细胞内成功复制，需要与含有 的DNA分子相连才行，这种具备 的DNA分子称为载体。它能与外源DNA相连接并将其送入受体细胞中进行扩增。 （2）载体具有特征:①含有 ，能够独立自主复制并稳定存在;②含有 限制酶的识别序列，方便外源基因插入载体中;③具有筛选作用的 ，以便能够通过表型鉴别含有载体的细胞。 （3）质粒是独立于细菌拟核DNA之外的较小的 DNA分子，是一种常用载体。大多数质粒的受体细胞是细菌，质粒在细菌内可以独立自主复制，具有多种限制酶识别序列，其携带的基因也会控制细菌的某些性状。载体也可以是动植物病毒、噬菌体。 三、基因工程的一系列操作可使生物获得新的遗传性状 基因工程的基本步骤： 1. 获取目的基因 （1） ：将核苷酸按照特定顺序一个一个地连接起来合成目的基因。化学合成法需要已知目的基因全部序列，且成本较高，适于合成序列较短的基因。 （2）借助载体建立 ①基因文库：把某种生物的基因组DNA切成适当大小，分别与载体组合，导入受体细胞，形成克隆。 ②基因组文库：基因组中所有DNA序列克隆的总汇。 ③cDNA文库：特定的组织或细胞中提取并纯化全部mRNA，在逆转录酶等酶的催化下，以mRNA为模板合成互补的DNA，借助载体，利用基因组文库的方法形成。 （3） 技术 在DNA聚合酶的作用下，在体外进行DNA大量扩增的一种分子生物学技术。 2.利用表达载体构建重组DNA分子 （1）克隆载体：用于大量扩增外源DNA的载体。 （2）表达载体：使目的基因既能扩增又能表达出相应蛋白质的载体。 （3）表达载体包含适当的 信号，例如，真核基因要在细菌中持续高水平地表达，质粒上除了 、标记基因和多个限制酶的识别序列外，还需要加入细菌的 、终止子等。 （4）用 限制性内切核酸酶剪切含有目的基因的 DNA片段以及表达载体，然后用DNA连接酶将它们连接起来，可完成体外重组，形成重组的DNA分子。 3.将目的基因导入受体细胞 接受目的基因的细胞称为受体细胞。根据受体细胞类型可选择不同的基因导入方法。 微生物细胞 植物细胞 动物细胞 常用方法 CaCl2溶液处理 农杆菌转化法、电击法、基因枪法、花粉管通道法 显微注射法 受体细胞 原核细胞、酵母菌等 体细胞等 受精卵 4.检测目的基因及其表达产物 （1）借助载体上的标记基因检测。 （2）PCR技术检测：根据目的基因的序列设计PCR引物，利用待检DNA为模板进行PCR，再通过 技术鉴定PCR产物。核酸分子杂交是指两个不同来源核酸单链的核苷酸之间碱基互补配对的过程。 （3）核酸分子杂交：核酸分子杂交利用核酸探针检测特异的核苷酸序列，核酸探针是带有 的具有特定核苷酸序列的DNA或RNA。利用探针检测目的基因的简要方法是:用化学方法使待检的DNA变性成单链并固定在硝酸纤维素膜上，然后加入探针，在适当的条件下探针与互补的目的基因片段形成双链。漂洗硝酸纤维素膜去除未互补结合的探针后，若硝酸纤维素膜仍具有放射性或荧光，则可判断待检DNA中含有目的基因。 (4) 技术还可检测受体细胞是否含有目的基因转录出的 。 （5）抗原-抗体杂交技术检测目的基因在受体细胞内是否表达相应的 。 （6）观察测定个体是否表现出目的基因控制的特定性状并稳定遗传，是判断转基因成功的直接证据。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四章　基因工程 一、基因工程是在多个生物学分支的基础上发展而来 1.基因工程：指有意识地把一个人们所需要的基因（目的基因）转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术。在分子水平上对基因进行直接操控，打破常规育种难以突破的物种间的界限。 二、对DNA进行剪切、连接、复制是实现重组DNA技术的基础 1. 限制性内切核酸酶 （1）限制性内切核酸酶，简称“限制酶”，主要存在于细菌等微生物中。 （2）它能破坏外源DNA，如侵染细菌的菌体DNA,“限制”病毒在细菌内的寄生，而细菌自身DNA经过相应的化学修饰则不会被限制酶破坏。限制酶的保护作用是细菌等进化出的一种防御机制。 （3）限制性内切核酸酶能够识别双链DNA上特定的一小段核苷酸序列，并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解，使得DNA双链在特定的位置断开。识别序列通常是4~8个核苷酸对，以6个核苷酸对最为常见。 （4）断开后的DNA末端分为两种:如果末端有凸出的单链部分称为黏性末端;如果DNA末端没有单链部分称为平末端。 （5）限制酶识别序列方向，从两条链5'-3'方向的识别序列均为GAATTC，EcoRI剪切两条链的位置均在G与A之间，剪切后形成了黏性末端或或平末端。 2.DNA连接酶 (1)作用：能将DNA片段连接成一个重组DNA分子。微生物的DNA连接酶可以将不同来源的2个DNA分子的双链通过磷酸二酯键分别连接起来，形成一个稳定的重组DNA分子。 （2） 大肠杆菌中分离E. coli DNA连接酶仅能连接黏性末端，T4噬菌体中分离T4 DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端。 3.载体 (1)外源DNA片段借助载体可在受体细胞内进行复制。多数外源DNA片段自身很难在受体细胞内成功复制，需要与含有复制起点的DNA分子相连才行，这种具备自主复制能力的DNA分子称为载体。它能与外源DNA相连接并将其送入受体细胞中进行扩增。 （2）载体具有特征:①含有复制起点，能够独立自主复制并稳定存在;②含有一种或多种限制酶的识别序列，方便外源基因插入载体中;③具有筛选作用的标记基因，以便能够通过表型鉴别含有载体的细胞。 （3）质粒是独立于细菌拟核DNA之外的较小的环状DNA分子，是一种常用载体。大多数质粒的受体细胞是细菌，质粒在细菌内可以独立自主复制，具有多种限制酶识别序列，其携带的基因也会控制细菌的某些性状。载体也可以是动植物病毒、噬菌体。 三、基因工程的一系列操作可使生物获得新的遗传性状 基因工程的基本步骤： 1. 获取目的基因 （1）化学合成法：将核苷酸按照特定顺序一个一个地连接起来合成目的基因。化学合成法需要已知目的基因全部序列，且成本较高，适于合成序列较短的基因。 （2）借助载体建立基因文库 ①基因文库：把某种生物的基因组DNA切成适当大小，分别与载体组合，导入受体细胞，形成克隆。 ②基因组文库：基因组中所有DNA序列克隆的总汇。 ③cDNA文库：特定的组织或细胞中提取并纯化全部mRNA，在逆转录酶等酶的催化下，以mRNA为模板合成互补的DNA，借助载体，利用基因组文库的方法形成。 （3） PCR技术 在DNA聚合酶的作用下，在体外进行DNA大量扩增的一种分子生物学技术。 2.利用表达载体构建重组DNA分子 （1）克隆载体：用于大量扩增外源DNA的载体。 （2）表达载体：使目的基因既能扩增又能表达出相应蛋白质的载体。 （3）表达载体包含适当的转录和翻译信号，例如，真核基因要在细菌中持续高水平地表达，质粒上除了复制起点、标记基因和多个限制酶的识别序列外，还需要加入细菌的启动子、终止子等。 （4）用同种限制性内切核酸酶剪切含有目的基因的 DNA片段以及表达载体，然后用DNA连接酶将它们连接起来，可完成体外重组，形成重组的DNA分子。 3.将目的基因导入受体细胞 接受目的基因的细胞称为受体细胞。根据受体细胞类型可选择不同的基因导入方法。 微生物细胞 植物细胞 动物细胞 常用方法 CaCl2溶液处理 农杆菌转化法、电击法、基因枪法、花粉管通道法 显微注射法 受体细胞 原核细胞、酵母菌等 体细胞等 受精卵 4.检测目的基因及其表达产物 （1）借助载体上的标记基因检测。 （2）PCR技术检测：根据目的基因的序列设计PCR引物，利用待检DNA为模板进行PCR，再通过电泳或DNA测序技术鉴定PCR产物。核酸分子杂交是指两个不同来源核酸单链的核苷酸之间碱基互补配对的过程。 （3）核酸分子杂交：核酸分子杂交利用核酸探针检测特异的核苷酸序列，核酸探针是带有放射性或荧光标记的具有特定核苷酸序列的DNA或RNA。利用探针检测目的基因的简要方法是:用化学方法使待检的DNA变性成单链并固定在硝酸纤维素膜上，然后加入探针，在适当的条件下探针与互补的目的基因片段形成双链。漂洗硝酸纤维素膜去除未互补结合的探针后，若硝酸纤维素膜仍具有放射性或荧光，则可判断待检DNA中含有目的基因。 (4)核酸分子杂交技术还可检测受体细胞是否含有目的基因转录出的mRNA。 （5）抗原-抗体杂交技术检测目的基因在受体细胞内是否表达相应的蛋白质。 （6）观察测定个体是否表现出目的基因控制的特定性状并稳定遗传，是判断转基因成功的直接证据。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第五章　生物技术的安全与伦理 一、转基因产品的安全性引发社会的广泛关注 1.转基因生物是指含有 的生物。转基因食品是转基因生物本身或其加工产品，它可来自转基因的 等。 2.1985年第一种转基因作物出现后迅速发展起来，大本营在美洲，美国占比很高。 3.转入生长激素基因的转基因猪和转基因鱼的问世，有效地提高了养猪业和渔业的产量。 4.转基因技术除了在食品和农业方面发挥重要作用外，在健康、医学以及环境保护方面也做出了积极的贡献。 5.泄漏的原油和废弃的石油注入海洋，对所有生物的安全构成威胁。科学家采用转基因手段创造出了能同时分解 细菌，这种被称为“超级菌”的生物可以帮助我们有效、迅速地分解石油，为环境保护开辟了一条全新的道路。 二、理性看待转基因技术的应用 1.转基因技术的安全性问题在全世界引发了激烈的争论，争论的关键问题有两个:一是转基因 ，二是转基因 。 2.转基因食品的安全性问题。人们除了担心转入的外源基因或基因产物是否对人畜有毒外，还对转入了控制过敏源基因的植物产品是否会对过敏人群造成不利影响颇有顾虑。 3.转基因作物的环境安全性方面： （1）由于导入 基因，转基因作物获得或增强了生存竞争和繁殖能力，使其在很多方面都强于亲本或野生种。若被推广种植，这些转基因作物释放在自然环境中的机会就特别大，因其具有野生种所没有的各种抗性，将会迅速地成为新的 种群，进而也可能变为“杂草”，影响生态平衡。 （2）在自然条件下，栽培作物种内、栽培作物与其近缘野生种间、栽培作物和杂草之间都有可能发生 ，即转入的基因可能会从转基因植物的体内扩散到环境中。转基因作物中的一些抗除草剂、抗杀虫剂和抗病毒的抗性基因就有可能通过花粉杂交等途径向其同种或近缘野生种转移，使其获得转基因生物体的抗性特征，成为对其他作物构成严重威胁的“超级杂草”，对生态环境造成更大的危害。 三、我国禁止生殖性克隆人 1.生殖性克隆人面临诸多伦理问题：面对生殖性克隆人所带来的诸多伦理问题，现阶段条件下，我们只能对它说“不”，因为，人类不仅要懂得应用科学，更应关心人类本身，保证让生物技术成果造福于人类。 2.我国 任何生殖性克隆人之实验。 3.中国政府坚持反对 ，支持 的立场。 四、世界范围内应全面禁止生物武器 1. 生物武器：有意识地利用 侵袭敌人的军队、人口、农作物或牲畜等目标，以达到战争目的的一类武器。 2.生物武器组成：一般由致病微生物、毒素、昆虫以及装载它们的容器和投掷物组成。其中起伤害作用的微生物、毒素又称 。 3.生物武器最大的特点是 、携带和投放相对简单、研发门槛比核武器和其他常规武器低得多、最可怕的是 。 4.《禁止生物武器公约》的主要内容是:缔约国在任何情况 下 除和平用途外的微生物制剂、毒素及其武器，也不协助、鼓励或引导他国取得这类制剂、毒素及其武器;缔约国在公约生效后9个月内销毁一切这类制剂、毒素及其武器;缔约国可向联合国安理会控诉其他国家违反该公约的行为。中国坚决支持 生物武器的主张，奉行 生物武器的政策，并反对扩散生物武器。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第五章　生物技术的安全与伦理 一、转基因产品的安全性引发社会的广泛关注 1.转基因生物是指含有重组DNA 的生物。转基因食品是转基因生物本身或其加工产品，它可来自转基因的植物、动物、微生物等。 2.1985年第一种转基因作物出现后迅速发展起来，大本营在美洲，美国占比很高。 3.转入生长激素基因的转基因猪和转基因鱼的问世，有效地提高了养猪业和渔业的产量。 4.转基因技术除了在食品和农业方面发挥重要作用外，在健康、医学以及环境保护方面也做出了积极的贡献。 5.泄漏的原油和废弃的石油注入海洋，对所有生物的安全构成威胁。科学家采用转基因手段创造出了能同时分解多种烃类的细菌，这种被称为“超级菌”的生物可以帮助我们有效、迅速地分解石油，为环境保护开辟了一条全新的道路。 二、理性看待转基因技术的应用 1.转基因技术的安全性问题在全世界引发了激烈的争论，争论的关键问题有两个:一是转基因食品的安全性，二是转基因作物的环境安全性。 2.转基因食品的安全性问题。人们除了担心转入的外源基因或基因产物是否对人畜有毒外，还对转入了控制过敏源基因的植物产品是否会对过敏人群造成不利影响颇有顾虑。 3.转基因作物的环境安全性方面： （1）由于导入新的外源基因，转基因作物获得或增强了生存竞争和繁殖能力，使其在很多方面都强于亲本或野生种。若被推广种植，这些转基因作物释放在自然环境中的机会就特别大，因其具有野生种所没有的各种抗性，将会迅速地成为新的优势种群，进而也可能变为“杂草”，影响生态平衡。 （2）在自然条件下，栽培作物种内、栽培作物与其近缘野生种间、栽培作物和杂草之间都有可能发生基因漂移，即转入的基因可能会从转基因植物的体内扩散到环境中。转基因作物中的一些抗除草剂、抗杀虫剂和抗病毒的抗性基因就有可能通过花粉杂交等途径向其同种或近缘野生种转移，使其获得转基因生物体的抗性特征，成为对其他作物构成严重威胁的“超级杂草”，对生态环境造成更大的危害。 三、我国禁止生殖性克隆人 1.生殖性克隆人面临诸多伦理问题：面对生殖性克隆人所带来的诸多伦理问题，现阶段条件下，我们只能对它说“不”，因为，人类不仅要懂得应用科学，更应关心人类本身，保证让生物技术成果造福于人类。 2.我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人之实验。 3.中国政府坚持反对生殖性克隆，支持治疗性克隆的立场。 四、世界范围内应全面禁止生物武器 1. 生物武器：有意识地利用致病微生物、毒素、昆虫侵袭敌人的军队、人口、农作物或牲畜等目标，以达到战争目的的一类武器。 2.生物武器组成：一般由致病微生物、毒素、昆虫以及装载它们的容器和投掷物组成。其中起伤害作用的微生物、毒素又称生物战剂。 3.生物武器最大的特点是有传染性、携带和投放相对简单、研发门槛比核武器和其他常规武器低得多、最可怕的是无差别的杀伤。 4.《禁止生物武器公约》的主要内容是:缔约国在任何情况下不发展、不生产、不储存、不取得除和平用途外的微生物制剂、毒素及其武器，也不协助、鼓励或引导他国取得这类制剂、毒素及其武器;缔约国在公约生效后9个月内销毁一切这类制剂、毒素及其武器;缔约国可向联合国安理会控诉其他国家违反该公约的行为。中国坚决支持禁止生物武器的主张，奉行不发展、不生产、不储存生物武器的政策，并反对扩散生物武器。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$