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現代生物科學發展的成就

黑龍江翟桂軍

當今世界生命科學飛速發展,生物技術正發揮著巨大的作用,其內容開始出現在生物教學和高考試題中,具有時代性、探究性、開放性、創新性、綜合性等特點,因此高考要求更高。要正確回答這類試題,首先要求考生熟悉試題涉及的相關現代生物技術內容,然後結合所學的生物學知識進行綜合分析和應用。

知識總結

壹.生物技術

生物技術又稱生物工程,是利用生物或生物的壹部分制造產品、改造動植物和創造具有特殊用途的生物的方法。科學家根據被操縱的生物材料的性質將生物技術分為基因工程、細胞工程、發酵工程和酶工程。這部分內容在高三選修教材中有介紹,這裏只總結教材中的相關知識。具體可參考教材中的相關章節。

首先,基因工程

(1)定義:基因工程又稱基因剪接技術或DNA重組技術。這種技術是通過在體外對DNA分子進行人工“剪切”和“剪接”,將生物基因進行改造和重組,然後導入受體細胞進行無性繁殖,使重組基因在受體細胞中表達,生產出人類需要的基因產物。通俗地說,就是復制壹個生物的個體基因,對其進行改造,然後放入另壹個生物的細胞中,定向改造該生物的遺傳性狀。

(2)基因操作工具:

1.基因剪刀-限制性核酸內切酶

(1)存在:微生物中。

(2)特點和功能:限制性內切酶只能識別特定的核苷酸序列,並能在特定的切點切割DNA分子。

(3)物種:目前已發現200多種。

2.基因-DNA連接酶的針線:作用是“縫合”兩個DNA末端之間的縫隙。

3.基因運輸工具-載體

(1)功能:將外源基因導入受體細胞。

(2)特點:能在宿主細胞中復制並穩定保存;具有多個用於連接外源基因的限制性酶切點;有了壹些標記基因,便於篩選。

(3)例子:質粒、噬菌體、動植物病毒等。是常用的。

(3)基因操作的步驟:

1.提取目標基因

(1)目的:獲得人們需要的特定基因。

(2)方法:

①直接分離法:常用方法——霰彈槍射擊(霰彈槍射擊)

②合成法:有兩種方法,壹種是逆轉錄酶法,另壹種是合成法。

2.目標基因與載體結合。

(1)含義:是不同來源的DNA重組的過程。

(2)過程:切割質粒;切割目標基因;結合形成重組DNA分子(重組質粒)。

3.將目標基因導入受體細胞。

(1)常用受體細胞:大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、根癌農桿菌、酵母、動植物細胞等。

(2)方法:主要借鑒細菌或病毒感染細胞的途徑。

4.目標基因的檢測和表達

(D)遺傳工程的成就和發展

1.醫藥和健康

(1)基因工程藥物生產

①優點:質量高,成本低。

②例如:60多種胰島素、幹擾素、乙肝疫苗。

(2)基因診斷

含義:利用放射性同位素和熒光分子標記的DNA分子作為探針,利用DNA分子雜交的原理,可以識別被檢測樣本上的遺傳信息,從而達到檢測疾病的目的。

②如用DNA探針檢測肝炎患者的病毒,為診斷提供了快速簡便的方法。

結果:檢出腸道病毒、單純皰疹病毒等病毒。在遺傳病診斷方面發展迅速;在腫瘤診斷中的應用取得了重要成果。

(3)基因治療

含義:將健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞,達到治療疾病的目的。

②例如:半乳糖血癥(病因、研究結果)

③發展前景:許多遺傳病和疑難雜癥將被人類攻克。

2.農業、畜牧業和食品工業

(1)農業:培育高產、優質或特殊用途的動植物新品種。

(2)畜牧業:培育體型巨大的轉基因動物(如超級鼠、超級羊、超級魚等。)和優良品質(如抗病、產仔率高、產奶量高、毛皮質量好等。);利用外源基因在哺乳動物體內的表達來獲得人類所需的各種物質,如激素、抗體、酶等。

(3)食品工業:為人類開辟新的食物來源。

3.和環境保護

(1)用於環境監測:DNA探針可用於檢測飲用水中的病毒含量。

方法:用特定的DNA片段制成探針,與被檢測的病毒DNA雜交,檢測病毒。

②特點:快速靈敏。

(2)用於凈化汙染的環境:分解石油的“超級細菌”;“吞噬”汞、降解土壤中DDT的細菌;能凈化鎘汙染的植物;新農藥的構建;工業廢棄物的回收利用等。

第二,細胞工程

(1)定義:利用細胞生物學和分子生物學的原理和方法,通過壹些工程手段,在細胞整體或細胞器水平上,按照人的意願,改變細胞中的遺傳物質或獲得細胞產物的綜合性科學技術。

(2)類型:

1.植物細胞工程

(1)理論基礎:植物細胞全能性

①定義:生物體的細胞具有使後代細胞形成完整個體的潛能。細胞的這種特性被稱為細胞的全能性。

②原理:生物體的每壹個細胞都包含了該物種特有的壹整套遺傳物質,以及發育成壹個完整個體所必需的全部基因。

③分化而不表達的原因:特定時空條件下基因選擇性表達的結果。

④實現條件:體外狀態,某些營養物質,激素等外界條件。

(2)技術手段:

①植物組織培養:

A.工藝:取材,脫分化(或脫分化)形成愈傷組織,再分化形成試管苗,移栽,發育成完整植株。

B.應用:脫毒植物的快速繁殖與培養(參考必修教材第壹冊);藥品、食品添加劑、香料、色素、農藥生產;制作人造種子;轉基因植物的培育。

②植物體細胞雜交:

壹個定義:是將兩種不同植物的體細胞融合成壹個雜種細胞,並將雜種細胞培育成新植物的方法。

B.操作步驟:酶解(纖維素酶和果膠酶)去除細胞壁,誘導原生質體融合(物理方法:離心、振動、電刺激等。);化學法:以聚乙二醇等試劑為誘導劑誘導融合),組織培養雜交細胞。

C.特點:可以克服遠緣雜交不親和的障礙,大大擴大可用於雜交的親本組合範圍。

2.動物細胞工程:

技術手段包括:

(1)動物細胞培養:

①培養基成分:葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素等。(不同於植物)。

②流程:參考高三選修教材中的相關內容。

③應用:大量生產蛋白質生物制品,如病毒疫苗、幹擾素、單克隆抗體等。燒傷病人的皮膚移植;檢測有毒物質;生理、病理、藥理研究等。

(2)動物細胞融合:

①原理:與植物原生質體融合原理基本相同。

②誘導法:類似於誘導植物原生質體融合的方法,常用滅活病毒作為誘導劑。

(3)單克隆抗體:

①定義:化學性質單壹、特異性強的抗體。

②應用:生物學基礎理論研究;疾病的診斷、治療和預防;單克隆抗體的商業化;正在研究單克隆抗體來治療癌癥。

4.胚胎移植技術:略

5.核移植:省略

第三,發酵工程

定義:是利用微生物的某些特定功能,利用現代工程技術生產對人類有用的產品,或者直接將微生物應用於工業生產過程的新技術。

四、酶工程:略

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