基因工程 

1.確定限制酶的種類

(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類:

①應(yīng)選擇切點位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇PstⅠ。

②不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶,如圖甲不能選擇SmaⅠ。

③為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒。

如圖甲可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點)切割。

(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類

①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致,以確保產(chǎn)生相同的黏性末端(或平末端)。

②質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等,所以所選擇的限制酶盡量不要破壞一些相關(guān)結(jié)構(gòu),如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因;

如果所選酶的切點不只一個,則切割重組后可能丟失某些片段,若丟失的片段含復(fù)制起點區(qū),則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復(fù)制。

2.基因表達載體中啟動子、終止子的來源

(1)如果目的基因是從自然界中已有的物種中分離出來的,在構(gòu)建基因表達載體時,不需要在質(zhì)粒上目的基因的前后端接上特定的啟動子、終止子,因為目的基因中已含有啟動子、終止子。

(2)如果目的基因是通過人工方法合成的,或從cDNA文庫中獲得的,則目的基因是不含啟動子和終止子的。

若只將基因的編碼序列導(dǎo)入受體生物中,目的基因沒有啟動子、終止子,是無法轉(zhuǎn)錄的。

因此,在構(gòu)建基因表達載體時,需要在與質(zhì)粒結(jié)合之前,在目的基因的前后端接上特定的啟動子、終止子。

3.載體上標(biāo)記基因的標(biāo)記原理

標(biāo)記基因種類多種多樣,主要包括抗性基因、顏色反應(yīng)基因、代謝缺陷型互補基因等。

不同類型的標(biāo)記基因,其應(yīng)用原理也有較大的差異。

例如:

(1)抗生素的抗性基因

目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。

當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞后,抗性基因在受體細胞內(nèi)表達,使受體細胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素。

所以，在受體細胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細胞。

原理如下圖所示:

(2)顏色反應(yīng)基因 

顏色反應(yīng)基因主要包括藍白斑篩選相關(guān)基因(如LacZ基因)、綠色熒光蛋白基因(如GFP基因)、β-葡萄糖酸苷酶和熒光素酶基因。

藍白斑標(biāo)記篩選原理是載體中含有LacZ基因,外源DNA克隆位點位于載體中的LacZ基因內(nèi)部。

若無外源DNA分子插入,LacZ基因在IPTG誘導(dǎo)下,表達的β-半乳糖苷酶能夠?qū)-gal分解為藍色產(chǎn)物,使菌落呈藍色;

若外源DNA分子成功插入運載體中,LacZ基因失活,因不能表達有活性的β-半乳糖苷酶,在培養(yǎng)基上形成的菌落為白色。

因此,可以根據(jù)菌落藍白顏色的不同,篩選出需要的轉(zhuǎn)化子。

4.幾種目的基因獲取方法的比較

克隆技術(shù)

有關(guān)克隆技術(shù)的

一、克隆技術(shù)與生殖類型

在識別生殖方式時,應(yīng)遵循以下思路:

首先看有無精卵結(jié)合過程:

1.若有,則為有性生殖,如卵式生殖和接合生殖(水綿)。

2.若無,看有無生殖細胞產(chǎn)生:

(1)若無,則為無性生殖,如分裂生殖、出芽生殖、營養(yǎng)生殖。

(2)若有,看生殖細胞的形成是否經(jīng)過了減數(shù)分裂:

①否,為無性生殖,如孢子生殖;

②是,為有性生殖,如單性生殖(雄蜂的產(chǎn)生、花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株)。

因為克隆過程中既沒有生殖細胞的結(jié)合,也沒有涉及生殖細胞的形成,所以通過克隆技術(shù)形成新個體的過程屬于無性生殖。

二、課本中涉及的不同操作水平的克隆技術(shù)

1.分子水平上的克隆

(1)含義:將某一特定的DNA分子或DNA片段在受體細胞中進行自我復(fù)制得到大量完全相同的該DNA或DNA片段的“群體”。

(2)實例:DNA分子的復(fù)制。

(3)實踐應(yīng)用:基因工程操作中的目的基因的擴增過程。

2.細胞水平上的克隆

(1)含義:由一個單一的共同祖先細胞分裂形成一個細胞群體。其中每個細胞的基因都相同。

(2)實例:細胞的有絲分裂、無絲分裂、二分裂。

(3)實踐應(yīng)用:細胞工程中動物細胞的培養(yǎng)。

單克隆抗體的生產(chǎn)需動物細胞培養(yǎng)技術(shù)手段的支持。

3.個體水平上的克隆

(1)含義:指基因型完全相同的兩個或更多的個體組成的一個群體,其理論基礎(chǔ)是細胞的全能性。

不同的細胞全能性表現(xiàn)不同,一般情況下遵循以下規(guī)律:

(2)實例:

①植物個體水平上的克隆:植物的組織培養(yǎng)技術(shù)以及營養(yǎng)生殖都可以看做是植物的克隆過程。

植物體細胞雜交、抗蟲棉的培育等過程需植物組織培養(yǎng)技術(shù)手段的支持。

②動物個體水平上的克隆:核移植、同卵雙胞胎和動物胚胎的分割移植。

注:各種無性生殖方式也應(yīng)屬于克隆的范疇,如病毒的繁殖應(yīng)屬于分子水平的克隆;

分裂生殖可以看成是細胞水平的克隆,也可以看成是個體水平的克隆;

出芽生殖、孢子生殖和植物的營養(yǎng)生殖應(yīng)屬于個體水平的克隆。

胚胎工程與生態(tài)工程

一、胚胎工程中的高頻易錯點歸納

1.卵裂階段物質(zhì)含量和體積大小的變化

(1)卵裂階段的細胞分裂方式——有絲分裂。

(2)受卵膜制約,從受精卵到囊胚階段總體積不變或略有減小,所以每個細胞體積減小。

(3)伴隨細胞分裂,細胞數(shù)目增多,總DNA含量增多,但每個細胞中DNA含量保持相對穩(wěn)定。

(4)該過程中有機物總量減少,因為一直呼吸消耗但不從外界吸收。

2.試管嬰兒、設(shè)計試管嬰兒與克隆技術(shù)

(1)試管嬰兒技術(shù)與克隆技術(shù)的區(qū)別:

試管嬰兒技術(shù)的生物學(xué)原理是有性生殖(又稱為體外受精技術(shù))。

克隆技術(shù)的生物學(xué)原理是無性生殖(又稱為體細胞核移植技術(shù))。

(2)試管嬰兒與設(shè)計試管嬰兒的區(qū)別

上述過程①②③是為解決不孕夫婦生育問題而出現(xiàn)的普通試管嬰兒的培育過程;

①②④⑤為設(shè)計試管嬰兒的過程,后者比前者多了胚胎移植前的遺傳學(xué)診斷。

二、生態(tài)工程易錯點分析

1.對一些生態(tài)工程具體實例所用的生態(tài)學(xué)原理辨析不清

(1)單一人工林比天然混合林穩(wěn)定性低,易暴發(fā)蟲害——物種多樣性原理。

(2)草原確定合理載畜量,不能過度放牧——協(xié)調(diào)與平衡原理。

(3)引種考慮適應(yīng)環(huán)境——協(xié)調(diào)與平衡原理。

(4)系統(tǒng)各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系——系統(tǒng)整體性原理。

(5)整體性原理

(6)整體性原理和系統(tǒng)整體性原理的比較

整體性原理指社會、經(jīng)濟、自然三方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一,保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與平衡。

例如：林業(yè)建設(shè)中自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的關(guān)系問題,即種樹的同時考慮經(jīng)濟收入、糧食、燃料等問題。

系統(tǒng)整體性原理指整體大于部分之和,即1+1>2。目的是保持系統(tǒng)有很高的生產(chǎn)力。

2.正確認識石油農(nóng)業(yè)與污染物

(1)正確認識“石油農(nóng)業(yè)”

“石油農(nóng)業(yè)”是大量使用化肥、農(nóng)藥和機械的生產(chǎn)方式,因?qū)κ偷饶茉从懈叨鹊囊蕾囆远妹?/p>

它把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這一復(fù)雜的生物過程,變成了簡單的機械過程和化學(xué)過程。

由于其投入高,產(chǎn)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(chǎn)生的廢棄物和有害物質(zhì)的數(shù)量也很龐大,大大削弱了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)生產(chǎn)力,并造成日益嚴重的農(nóng)產(chǎn)品污染和環(huán)境污染等問題。

(2)“污染物是放錯地方的資源”

對環(huán)境造成危害的污染物,采取一定的措施和技術(shù),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,對污水中的重金屬或氮、磷等成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。