《現代生物科技專題》是根據《普通高中生物課程標準（實驗）》編寫的一本選修課教科書。它是與人教版《普通高中課程標準實驗教科書·生物》相配套的，是人教版的選修科目。
基本介紹
- 書名：《現代生物科技專題》
- 作者：人民教育出版社課程教材研究所
- 定價：9.76元
- 出版社：人民教育出版社
基本信息,教材目錄,教材知識點,
基本信息
書名：《現代生物科技專題》（選修3）
作者：人民教育出版社課程教材研究所 生物課程教材研究室開發中心
出版社：人民教育出版社
ISBN：9787107177521
定價：9.76元
教材目錄
專題1 基因工程
1.1 DNA重組技術的基本工具
1.2 基因工程的基本操作程式
1.3 基因工程的套用
1.4 蛋白質工程的崛起
專題2 細胞工程
2.1 植物細胞工程
2.1.1 植物細胞工程的基本技術
2.1.2 植物細胞工程的實際套用
2.2 動物細胞工程
2.2.2 動物細胞融合與單克隆抗體
專題3 胚胎技術
3.3 胚胎工程的套用及前景
專題4 生物技術的安全性和倫理問題
4.1 轉基因生物的安全性
4.2 關注生物技術的倫理問題
4.3 禁止生物武器
專題5 生態工程
5.1 生態工程的基本原理
5.2 生態工程的實例和發展前景
教材知識點
專題一、基因工程
1、（a）基因工程的誕生
基因工程的概念：基因工程是指按照人們的願望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。
2、（a）基因工程的原理及技術
原理：基因重組
技術：（一）基因工程的基本工具
1.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶（限制酶）
（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。
（3）結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。
2.“分子縫合針”——DNA連線酶
①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。
3.“分子運輸車”——載體
（3）其它載體： 噬菌體的衍生物、動植物病毒
(二)基因工程的基本操作程式
第一步：目的基因的獲取
1.目的基因主要是指： 編碼蛋白質的結構基因 。
3.PCR技術擴增目的基因
（1）原理：DNA雙鏈複製
第二步：基因表達載體的構建
（2）終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段 ，位於基因的尾端。
（3）標記基因的作用：是為了鑑定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。
第三步：將目的基因導入受體細胞
2.常用的轉化方法：
將目的基因導入微生物細胞：Ca離子處理法，此方法的受體細胞多是 原核細胞。
第四步：目的基因的檢測和表達
2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出了mRNA，方法是採用用標記的目的基因作探針與mRNA雜交。
3.最後檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原－抗體雜交。
4.有時還需進行 個體生物學水平的鑑定。如 轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲性狀。
3、（b）基因工程的套用
1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。
2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。
3.基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。
4、（a）蛋白質工程的概念
（1）蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質
（2）蛋白質工程的基本原理：它可以根據人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代的基因工程。
基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的胺基酸序列，找到相對應的脫氧核 苷酸序列（基因）以上是蛋白質工程特有的途徑；以下按照基因工程的一般步驟進行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）
專題二、細胞工程
（一）植物細胞工程
1.理論基礎（原理）：細胞全能性
2.植物組織培養技術（b）
（1）過程：離體的植物器官、組織或細胞 ―――→愈傷組織 ―――→試管苗 ――→植物體
A 植物繁殖
微型繁殖：可以高效快速地實現種苗的大量繁殖
B 作物新品種培育
單倍體育種：
a 過程：植株（AaBb）通過減數分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四種類型）；對花粉進行花葯離體培養（技術是植物組織培養）；得到單倍體植株；對其幼苗時期進行秋水仙素處理；得到了正常的純合二倍體植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四種類型）
b 優點：明顯縮短育種年限
c 突變體利用：在組織培養中會出現突變體，通過從有用的突變體中選育出新品種（如篩選抗病、抗鹽、含高蛋白的突變體）
d 細胞產物的生產：通過能夠產生對人們有利的產物的細胞進行組織培養，從而讓它們能夠產生大量的細胞產物
3.植物體細胞雜交技術
植物體細胞雜交技術（3）意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。
（二）動物細胞工程
1. 動物細胞培養（a）
（1）概念：動物細胞培養就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然後放在適宜的培養基中，讓這些細胞生長和繁殖。
（2）動物細胞培養的流程：取動物組織塊（動物胚胎或幼齡動物的器官或組織）→剪碎→用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細胞→製成細胞懸液→轉入培養瓶中進行原代培養→貼滿瓶壁的細胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細胞繼續傳代培養。
（3）細胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。細胞數目不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互抑制時，細胞就會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的接觸抑制。
（4）動物細胞培養需要滿足以下條件
①無菌、無毒的環境：培養液應進行無菌處理。通常還要在培養液中添加一定量的抗生素，以防培養過程中的污染。此外，應定期更換培養液，防止代謝產物積累對細胞自身造成危害。
③溫度：適宜溫度：哺乳動物多是36.5℃+0.5℃；pH：7.2～7.4。
④氣體環境：95%空氣+5%CO2。O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養液的pH。
（5）動物細胞培養技術的套用：製備病毒疫苗、製備單克隆抗體、檢測有毒物質、培養醫學研究的各種細胞。
2.動物體細胞核移植技術和克隆動物
（2）選用去核卵(母)細胞的原因：卵(母)細胞比較大，容易操作；卵(母)細胞細胞質多，營養豐富。
（3）體細胞核移植的大致過程是：高產奶牛（提供體細胞）進行細胞培養；同時採集卵母細胞，在體外培養到減二分裂中期的卵母細胞，去核（顯微操作）（註：為什麼要用卵細胞？它可以提供充足的營養；操作簡便；細胞質不會抑制細胞核全能性的表達）；將供體細胞注入去核卵母細胞；通過電刺激使兩細胞融合，供體核進入受體卵母細胞，構建重組胚胎；將胚胎移入受體（代孕）母牛體內；生出與供體奶牛遺傳基因相同的犢牛。
（4）體細胞核移植技術的套用：①加速家畜遺傳改良進程，促進良畜群繁育；②保護瀕危物種，增大存活數量；
③生產珍貴的醫用蛋白；④作為異種移植的供體；⑤用於組織器官的移植等。
（5）體細胞核移植技術存在的問題：克隆動物存在著健康問題、表現出遺傳和生理缺陷等。
3.動物細胞融合
（4）動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較：4.單克隆抗體
動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較
動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較（2）單克隆抗體的製備過程：對免疫小鼠注射特定的抗原蛋白（目的使小鼠產生了效應B細胞）；提取B淋巴細胞；同時用動物細胞培養的方法培養骨髓瘤細胞並提取；促使它們細胞融合（註：融合的結果是有很多不符合要求的；如有2個B淋巴細胞融合的細胞等，所以要進行篩選）；在特定的選擇培養基上篩選出融合的雜種細胞（特點是能迅速大量增殖，又能產生專一的抗體）；然後對它進行克隆化培養和抗體檢測（篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細胞）；最後將雜交瘤細胞在體外做大規模培養或注射入小鼠腹腔內增殖，從細胞培養液或小鼠腹水中可得到大量的單克隆抗體。
（3）雜交瘤細胞的特點：既能大量繁殖，又能產生專一的抗體。
（4）單克隆抗體的優點：特異性強，靈敏度高，並能大量製備。
（5）單克隆抗體的作用：作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質的細微差異，並跟一定抗原發生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速的優點。用於治療疾病和運載藥物：主要用於治療癌症治療，可製成“生物飛彈”，也有少量用於治療其它疾病。
專題三、胚胎工程
（一）動物胚胎髮育的基本過程
（1）精子的發生：補充，精原細胞先進行有絲分裂後進行減數分裂；變形過程中，細胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發育為頂體，中心體演變為精子的尾，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質濃縮為原生質滴直至脫落。（線粒體為精子運動提供能量）
（3）受精：精子獲能（在雌性動物生殖道內）；卵子的準備（排出的卵子要在輸卵管中進一步成熟到減二中期才具備受精能力）；受精階段（卵子周圍的結構由外到內：放射冠、透明帶、卵黃膜），a頂體反應：精子釋放頂體酶溶解卵丘細胞之間的物質，穿越放射冠。
b透明帶反應：頂體酶可將透明帶溶出孔道，精子穿入，在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止後來精子進入透明帶的生理反應（它是防止多精子入卵受精的第一道屏障）；c卵黃膜的封閉作用：精子外膜和卵黃膜融合，精子入卵後，卵黃膜會拒絕其他精子再進入卵內的過程（它是防止多精子入卵受精的第二道屏障）；精子尾部脫落，原有核膜破裂形成雄原核，同時卵子完成減二分裂，形成雌原核（注意：受精標誌是第二極體的形成；受精完成標誌是雌雄原核融合成合子）。
概念簡述：
受精場所：母體的輸卵管。
（4）胚胎髮育：a卵裂期：細胞進行有絲分裂，數量增加，胚胎總體積不增加；b桑椹胚：32個細胞左右的胚胎（之前所有細胞都能發育成完整胚胎的潛能屬全能細胞）；c囊胚：細胞開始分化，其中個體較大的細胞叫內細胞團將來發育成胎兒的各種組織；而滋養層細胞將來發育成胎膜和胎盤；胚胎內部逐漸出現囊胚腔（註：囊胚的擴大會導致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化）；d原腸胚：內細胞團表層形成外胚層，下方細胞形成內胚層，由內胚層包圍的囊腔叫原腸腔。（細胞分化在胚胎期達到最大限度）
胚胎工程的理論基礎（識記）
（2）體外受精（屬有性生殖過程）：a卵母細胞的採集和培養 對體型小的動物用促性腺激素處理，從輸卵管沖取卵子（可直接受精）；對體型大的動物從卵巢中採集卵母細胞（要在體外培養成熟）b精子的採集 假陰道法、手握法和電刺激法；獲能 對齧齒動物、兔、豬等的精子用培養法（放入人工配製的獲能液中）；對牛、羊等精子用化學法（放在肝素或鈣離子載體溶液中）
（4）胚胎移植：
a概念：將雌性動物的早期胚胎移植到同種的、生理狀態相同的其他雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。是生產胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖後代的過程，通過轉基因、核移植、體外受精獲得的胚胎必須移植給受體才能獲得後代。
b優勢：可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖周期。
c胚胎移植的生理學基礎：同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的（對供體和受體進行同期發情處理）；早期胚胎形成後處於游離狀態，為胚胎的收集提供可能；受體對移入子宮的外來胚胎基本不發生免疫排斥反應；移入受體的供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。
d胚胎移植的程式：對供、受體母牛進行選擇，用激素進行同期發情處理；對供體母牛用激素做超數排卵處理；選擇同種優秀公牛配種（有性生殖過程）；對胚胎進行收集（此時胚胎處於游離狀態）；對胚胎進行質量檢查（此時胚胎應發育到桑椹胚或囊胚）；胚胎移植（或冷凍保存）；檢查受體母牛是否受孕；產下胚胎移植的犢牛。
（5）胚胎分割：
a概念：用機械方法將早期胚胎切割成2、4、8等分等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術（可看作是動物無性繁殖或克隆）
胚胎幹細胞的移植（識記）
（3）套用：用於治療人類疾病，如利用ES細胞誘導其分化成新的組織細胞特性，移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復。
（二）胚胎幹細胞
2、具有胚胎細胞的特性，在形態上表現為體積小，細胞核大，核仁明顯；在功能上，具有發育的全能性，可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。另外，在體外培養的條件下，可以增殖而不發生分化，可進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。
3、胚胎幹細胞的主要用途是：
①可用於研究哺乳動物個體發生和發育規律；
④利用可以被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並恢復正常功能；
（三）胚胎工程的套用
1.體外受精和胚胎的早期培養
（1）卵母細胞的採集和培養：主要方法：用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，然後，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中採集卵母細胞；第三種方法是藉助超音波探測儀、腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細胞。採集的卵母細胞，都要在體外經人工培養成熟後，才能與獲能的精子受精。
(2) 精子的採集和獲能：在體外受精前，要對精子進行獲能處理。
(3) 受精：獲能的精子和培養成熟的卵細胞在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程。
(4)胚胎的早期培養：精子與卵子在體外受精後，應將受精卵移入發育培養液中繼續培養，以檢查受精狀況和受精卵的發育能力。培養液成分較複雜，除一些無機鹽和有機鹽外，還需添加維生素、激素、胺基酸、核苷酸等營養成分，以及血清等物質。當胚胎髮育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時間不同。（牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個細胞階段移植）
2.胚胎移植
（1）胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的其它雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體稱為“受體”。（供體為優良品種，作為受體的雌性動物應為常見或存量大的品種）
(2) 胚胎移植的意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發揮雌性優良個體的繁殖能力。
(3) 生理學基礎：
①動物發情排卵後，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的。這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環境。
②早期胚胎在一定時間內處於游離狀態。這就為胚胎的收集提供了可能。
③受體對移入子宮的外來胚胎不發生免疫排斥反應。這為胚胎在受體的存活提供了可能。
④供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯繫，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。
(4) 基本程式主要包括：
②配種或人工授精。
④對胚胎進行移植。
⑤移植後的檢查。對受體母牛進行是否妊娠的檢查。
3.胚胎分割
（1）概念：是指採用機械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。
（3）意義：來自同一胚胎的後代具有相同的遺傳物質，屬於無性繁殖。
（4）操作過程：對囊胚階段的胚胎分割時，要將內細胞團均等分割，否則會影響分割後胚胎的恢復和進一步發育。
專題四、生物技術的安全性和倫理問題
1.轉基因生物的安全性爭論：
(1)基因生物與食物安全：
反方觀點：反對“實質性等同”、出現滯後效應、出現新的過敏原、營養成分改變
正方觀點：有安全性評價、科學家負責的態度、無實例無證據
(2)轉基因生物與生物安全：對生物多樣性的影響
正方觀點：生命力有限、存在生殖隔離、花粉傳播距離有限、花粉存活時間有限
正方觀點：不改變生物原有的分類地位、減少農藥使用、保護農田土壤環境
2.生物技術的倫理問題
(1)複製人：兩種不同觀點，多數人持否定態度。
肯定的理由：技術性問題可以通過胚胎分級、基因診斷和染色體檢查等方法解決。不成熟的技術也只有通過實踐才能使之成熟。
中國政府的態度：禁止生殖性克隆，不反對治療性克隆。四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性複製人的實驗。
(2)試管嬰兒：兩種目的試管嬰兒的區別兩種。不同觀點，多數人持認可態度。
否定的理由：把試管嬰兒當作人體零配件工廠，是對生命的不尊重；早期生命也有活下去的權利，拋棄或殺死多餘胚胎，無異於“謀殺”。
肯定的理由：解決了不育問題，提供骨髓中造血幹細胞救治患者最好、最快捷的方法，提供骨髓造血幹細胞並不會對試管嬰兒造成損傷。
(3)基因身份證：
否定的理由：個人基因資訊的泄漏造成基因歧視，勢必造成遺傳學失業大軍、造成個人婚姻困難、人際關係疏遠等嚴重後果。
肯定的理由：通過基因檢測可以及早採取預防措施，適時進行治療，達到挽救患者生命的目的。
3.生物武器
(2)散布方式：吸入、誤食、接觸帶菌物品、被帶菌昆蟲叮咬等。
(3)特點：致病力強、多數具傳染性、傳染途徑多、污染面廣、有潛伏期、不易被發現、危害時間長等。
