生物学热点问题(二)

生物学热点问题（一）

一、细胞工程

细胞工程是指采用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。可分为植物细胞工程技术、动物细胞工程技术两大类。

理论基础--细胞全能性：生物体的每一个细胞都包含该种生物所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因因而具有发育为完整个体的潜能，称为细胞的全能性。从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。在生物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的细胞、器官，这是基因在特定的时间、空间条件下选择性表达的结果。

（1）科学研究表明，当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界的作用条件下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。

①植物组织培养是植物细胞工程中比较成熟的技术。它是指植物细胞或组织、器官脱离了植物体后，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤组织（排列疏松、无规则、高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞群）从而由高度分化的状态转而脱分化，表现出全能性，由愈伤组织继续发育、分化，长成新的植株。可表示如下：

②植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。植物体细胞杂交的第一步就是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体；然后利用物理的或化学的方法使不同植物体细胞的原生质体融合。得到的杂种细胞，用植物细胞培养的方法进行培育，可以得到杂种植株。科学家们最早将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出"番茄马铃薯"杂种植株。在20世纪后30牛里，科学家们利用植物体细胞杂交的方法，相继培育出了烟草等植物的种内杂

种，以及烟草-海岛烟草、白菜-甘蓝、胡萝卜-羊角芹等有性杂交不亲和的种间或属间杂种。但目前这项技术还有许多理论和技术问题没有解决，仍处于研究阶段。

（2）关于动物细胞工程，常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等，其中动物细胞培养技术是其他动物工程技术的基础。

①动物细胞培养所用的培养细胞大多取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，将组织取出后先用胰蛋白酶等使组织分散成单个细胞，然后配成一定浓度的细胞悬浮液，将该悬浮液放入培养瓶中，在培养箱中培养，这个过程称为原代培养。细胞在培养瓶中贴壁培养，随着细胞的生长和增殖，细胞数量增多，需要定期地用胰蛋白酶使细胞从壁上脱离下来，配置成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中培养，这称为传代培养。动物细胞培养技术的应用是多方面的。许多有重要价值的蛋白质生物制品，如病毒苗、干扰素、单克隆抗体等，都可以借助于此项技术大规模生产。

②动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理是相同的，诱导融合的方法类似，动物细胞的融合还常常用到灭活的病毒作为诱导剂。很多不同种类的动物细胞之间或动物与人的细胞之间都能进行融合，形成杂种细胞，例如：人-鼠、人-兔、人-鸡、人-蛙、鼠-鸡、鼠-兔、鼠-猴等的细胞都进行融合。动物细胞融合技术最重要的用途，是制备单克隆抗体。

③单克隆抗体是指通过克隆，形成遗传物质完全相同的细胞群，这样的细胞群有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体，即单克隆抗体。该技术源于人们为了获得某种抗体，采用把相应抗原反复注射到动物体内然后从动物血清中分离出所需抗体的方法。用这一方法获得的抗体产量低、特异性差、纯度低、反应不够灵敏。后来科学家发现动物体内的B淋巴淋巴细胞可以产生多达百万种以上的特异性抗体，但是每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。因此要想获得大量的单一抗体，必须用单个B淋巴细胞进行无性繁殖。但是在体外培养的条件下，一个B淋巴细胞是不可能无限繁殖的。为解决这一问题，阿根廷科学家米尔斯坦（Cesar Milstein）和德国科学家柯勒（Georges Kohler）设计了一个极富创造力的实验方案，并因此于1984年获得了诺贝尔或生理学奖。他们想：如果用一种能在体外培养的融合细胞就能大量增值，产

生足够量的特定抗体。根据这个设想，他们首先将抗原注射入小鼠体内，然后从小鼠脾脏中获得能够产生抗体的B淋巴细胞，与小鼠骨髓瘤细胞在灭活的仙台病毒或聚乙二醇的诱导下融合，再在特定的选择性培养基中筛选出杂交瘤细胞。由于杂交瘤细胞继承了双亲细胞的遗传物质，因此它不仅可以具有B淋巴细胞分泌抗体的能力，从中挑选出能够产生所需抗体的细胞群，继续培养，以获得足够数量的细胞，在体外条件下做大规模培养或注射到小鼠腹腔内增值。这样，从细胞培养或小鼠的腹水中，就可以提取大量的单克隆抗体了。单克隆抗体的制备实验成功，不仅在生物学基础理论的研究中具有重要意义，而且在实践中也有很高的实用价值。单克隆抗体在疾病的诊断、治疗和预防方面，与常规抗体相比，特异性高、灵敏度高，优越性非常明显。人们正在研究用单克隆抗体治疗，人们正在研究用单克隆抗体治疗癌症，就是在单抗体上连接抗癌药物，制成"生物导弹"，定向带到癌细胞抗体治疗癌症，即消除了癌细胞，也不会伤害健康细胞。

④哺乳动物的胚胎移植：由于哺乳动物如牛、羊等，妊娠时间长，每胎产子数少，繁殖速度比较慢。为解决这一问题，科学家们采用了胚胎移植技术。以优良种牛的繁殖为例：首先用激素促进良种母牛多排卵，然后把卵细胞从母牛体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理、可以接受胚胎植入的母牛子宫内，孕育成小牛产出。用这种方法得到的小牛叫做试管牛，一头良种母牛一年可繁殖这样的试管牛上百头。除了牛之外，羊、兔、猪、马、猫等动物的胚胎移植也获得了成功。

⑤核移植技术：20世纪70年代，我国科学家用核移植技术成功地培育出将鲤鱼和鲫鱼优点集于一身的、可正常繁殖的鲤鲫。具体方法是：他们用极细的玻璃管，从鲫鱼未受精的卵细胞中析出细胞核，再用同样的方法，从鲤鱼的囊胚细胞中吸出细胞核，然后把鲤鱼囊胚细胞的核移植入去核的鲫鱼未受精卵中，

形成一个组装细胞，经过精心培育长成鲤鲫，这种鱼已在北京等地推广。核移植实验不仅在鱼类移植的方法获得了克隆鱼、克隆两栖动物之后，在20世纪80-90年代，又陆续培养出了克隆牛、羊、兔、小鼠等克隆哺乳动物。

（3）叶绿体移植、线粒体移植：将分离获得的某些生物的线粒体、叶绿体转移到另一种生物细胞中去。由于这些细胞器带有本身的遗传物质，因而可以改变受体细胞的某些遗传特性，使其获得新的性状。

二、试管婴儿

（一）概念"试管婴儿"是指分别将卵子、精子取出后，在体外使其受精，并发育成胚胎后，再植回母体子宫内。因此，胚胎在体外培养的时间只有几天，最重要的目的是确定精卵能结合成功，并筛选好的胚胎植回母体，以增加怀孕成功的机会。

（二）试管婴儿进行的步骤1、药物诱发超排卵2、监测卵泡3、取卵4、取精

5、体外受精

6、胚胎体外培养

7、胚胎移植

8、胚胎移植后补充激素（黄体酮）

9、胚胎移植后14天验晨尿确定是否妊娠

10、妊娠后14天，B超检查胎儿数及胚胎着床部位。

（三）发展试管婴儿如今已发展到第三代。第一、二代分别是针对女性或男性因素导致的不孕。第三代试管婴儿在优生方面有所进步。其基本理论为：从多个受精卵中选择出基因型最好的移植。如伴Y 染色体遗传病，只要通过PGD技术选择生女儿便可以避免遗传病遗传给新生儿。

（四）不足由于其成功率每例只有30%-40%，因此移植的通常不是一枚受精卵，这种做法在带来较高成功率的同时，也带来如多胎怀孕、婴儿早产、出生时体重过重、过轻等问题，这些有可能导致新生儿患上脑瘫。

（五）说明1、试管婴儿是不是夫妻的亲生子女--由于试管婴儿是取的妻子的卵细胞，和丈夫的精子，进行受精，因此试管婴儿是该夫妇亲生的。

2、试管婴儿是不是在母体外，即试管中长大的--试管婴儿是指受精过程在体外发生，受精卵在体外培

养3-5天，形成胚胎后就移植回母体子宫，在母体子宫着床继续发育成胎儿直至分娩。所以，试管婴儿在试管中长大是一种错误的说法。

三、基因工程（一）基因工程的概念

生物技术是20世纪70年代兴起的一门新技术，也称生物工程，具体包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。其中的基因工程，又称转基因技术，它是指将一种生物的遗传物质片断取出来，再放到另一种生物中去，使后一种生物具备新的性状。前一种生物提供的用以改造一种生物的遗传物质称为目的基因。前一种生物称为供体，后一种生物称为受体。

（二）基因工程的步骤1、获得需要的目的基因

2、将目的基因与合适的运载体（细菌质粒或病毒）结合起来成为重组DNA，这是中心环节，因此基因工程又DNA重组技术。两者的结合必须依赖于限制性内切酶、DNA合成酶的作用。

3、将目的基因通过转化或转导方法引入受体。

4、选择含有重组DNA的受体细胞，建立无性繁殖系。

5、外源目的的基因表达，形成蛋白质多肽产物。

（三）基因工程的应用1、转基因植物：世界上第一种基因移植作物是一种含有抗生素药类抗体的烟草，1983年得以培植成功。目前，国内外已取得60种以上的转基因植物，其中玉米、大豆、油菜、马铃薯、番茄和棉花等，已大面积种植。

2、转基因动物：

转基因动物技术是指通过基因工程的手段对动物基因组的结构或组成进行人为的修饰或改造，并通过相应的动物育种技术使得这些经修饰改造后的基因组在世代间得以传递和表现。

例如转基因小鼠：接受了生长激素基因；转基因羊：将外源基因在羊乳腺中表达。

3、转基因食品：转基因食品是指科学家在实验室中，把动植物的基因加以改变，再制备出具备新特征的食品种类。通过修改基因，科学家们就能够改变一个有机体的部分或全部特征。

1993年，第一种市场化的基因食品在美国出现，就是可以延迟成熟的番茄。

转基因食品，常常被称为基因改良食品，代表了可对全球粮食、饲料与纤维安全作出极大贡献的充满希望的新技术。

4、基因工程的应用十分广泛，目前人类最受益的是利用基因工程菌生产的胰岛素、生长激素、干扰素及传染病疫苗。

第二部分例题讲解

例1、基因工程DNA重组最常见的载体是

A、病毒DNA

B、细菌染色体DNA

C、植物DNA

D、动物DNA答案：A

[解析]在基因工程中DNA重组常利用病毒DNA，如大肠杆菌噬菌体DNA，动物病毒SV40DNA以及逆转录病毒DNA等，经改造后作为载体DNA。基因工程中不能用细菌、真核生物的DNA做DNA重组载体。

例2、植物体细胞杂交是培育植物新品种的新技术。杂交的第一步是分离细胞，去掉细胞壁，分离出有活性的原生质体。在不伤害细胞原生质体的条件下，分离出有活性的原生质体效果最好的一组酶是

A、纤维素酶和蛋白酶

B、纤维素酶和果胶酶

C、蛋白酶和淀粉酶

D、淀粉酶和脂肪酶答案：B。

[解析]植物体细胞杂交是一项细胞工程技术，在不伤害细胞原生质体的条件下，分离出有活性的原生质体效果最好的方法是：利用酶的催化作用促使植物细胞原生质体外的物质水解。由于植物细胞间的物质主要是果胶质，植物的细胞壁主要是纤维素，因此应选B。

第三部分单元练习

1、植物细胞表现出全能性的必要条件是

A、给予适宜的营养和外界条件

B、导入其他植物细胞的基因

C、脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件

D、将成熟叶肉细胞的细胞核移植到去核的卵细胞内答案：C。

2、科学家将棕鼠卵丘细胞的核物质注入内部已抽空的黑鼠卵细胞内，激活以后，移入白鼠的子宫，白鼠最终产下一只克隆鼠。这只克隆鼠的体色和性别是

A、黑雄

B、黑雌

C、白雄

D、棕雌答案：D。

3、阅读下面材料，回答问题：

材料一1970年3位生物学家--Temin, Mizufani 及Balfimore发现了与原来的中心法则不同的情况。既某些致癌病毒中有一种反转录酶，有了这种酶，RNA就可以作为模板而合成DNA（cDNA）。致癌RNA 病毒就依靠这种酶形成DNA，而形成的DNA再以转录的方式产生病毒RNA。这些DNA在寄主细胞中被整合到染色体的DNA中，结果细胞不仅合成自身的蛋白质，还同时合成病毒特异的某些蛋白质，这就造成了细胞的恶性转化。

材料二用链霉素或新霉素，可使核糖体与单链的DNA结合，这一单链DNA就可代替mRNA转录成多肽。

材料三美国科学家普鲁西内尔，揭示了朊病毒的致病机理，荣获了1997年度的诺贝尔生理医学奖，朊病毒是人"雅一克氏病"和牛"疯牛病"的致病原，其化学成分只有蛋白质分子。

（1）材料一解释了（）

A、遗传信息由DNA流向RNA的原因

B、遗传信息由DNA流向蛋白质的原因

C、致癌DNA病毒造成恶性转化的原因

D、致癌RNA病毒造成恶性转化的原因

（2）材料一证明了（）

A、转录功能

B、逆转录功能

C、翻译功能

D、DNA转译功能

（3）材料二证明了（）

A、遗传信息由RNA流向DNA

B、遗传信息由RNA流向蛋白质

C、遗传信息由DNA流向蛋白质

D、遗传信息由蛋白质流向DNA

（4）材料三证明了（）（多选题）

A、蛋白质是生命活动的体现者

B、蛋白质是基因的载体

C、蛋白质是生命的最基本单位

D、在没有核酸时，蛋白质起遗传物质的作用

E、在寄生细胞内，朊病毒可以复制繁殖

（5）请根据上述材料，在最初中心法则的基础上设计出更为正确的中心法则示意图。

答案：（1）D （2）B （3）C （4）A、D、E （5）

图中实线表示遗传信息流、虚线表示对遗传信息流的调节（如酶的作用）

4、1999年4月23日晚九时，在广州中山医科大学第一附属医院，出生一健康女婴，她是我国首例第三代试管婴儿，父母身体健康。婴儿的母亲7年前生下一男婴，孩子一岁后发病，最后死于脑出血。5年后，她第二次孕，怀孕6个月时，到医院抽羊水及脐带血诊断，发现胎儿是男孩血友病的患者，逐引产。夫妇二人最后来到中山医科大学附属医院做试管婴儿。医生培养了7个可做活体检查的胚胎，并抽取每个胚胎1-2个细胞进行检查后，选择了两个女性胚胎进行移植，最后一个种植成功。根据此资料回答下列问题：

（1）试管婴儿技术作为现代生物技术，和母亲正常怀孕、生产的过程的相同之处是__________，不同点在于__________。

（2）根据该夫妇子女的性状表现，判断血友病基因为_________性致病基因，判断的依据是________。血友病基因位于___________染色体上，判断的依据是_______。

（3）医生抽取活检胚胎的1-2个细胞后，可通过观察__________判断早期胚胎的性别，如果__________，则为女性胚胎。

（4）如果用B-b表示血友病基因或正常基因，则父、母亲的基因型分别是________和_________。如果该夫妇再生一男孩，患血友病的概率是__________。医生之所以选用女性胚胎进行移植，原因是

___________。应用现代生物技术，现有人们已能够选取最理想的女性胚胎，其基因型应该是____________。自然状态下，出现这样的胚胎的概率是__________因此，该实例体现了现代科学技术应用于社会和人类生活的重要意义。

答案：

（1）双亲产生的两性生殖细胞融合为受精卵，由受精卵发育成新个体；"试管婴儿"是"体外受精"和"胚胎移植"的产物。

（2）隐，患儿的双亲身体健康。X，生男孩患病，女孩正常。

（3）性染色体的形态，性染色体为XX。

（4）X B Y，X B X b，50%，女孩虽有50%是携带者的可能性，但不会患病。X B X B，25%。