高中生物選修3—現(xiàn)代生物科技專題知識點

1、 生物選修3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序一、與DNA分子相關的幾種酶及基因工程的其他工具1、與DNA分子相關的酶限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵作用結果形成粘性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成單鏈DNA分子“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。（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一

2、性。（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?！胺肿涌p合針”DNA連接酶(1)兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶）的比較：相同點：都縫合磷酸二酯鍵。區(qū)別：E·coliDNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合黏性末端和平末端，但連接平末端的效率較低。與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。2、載體（1）條件：能在宿主細胞中穩(wěn)定保存下來并大量復制

3、。 有一個至多個限制性核酸內切酶切割點，以便與外源基因連接。具有特殊的標記基因，便于篩選。（2）種類：質粒（常用）、噬菌體的衍生物、動植物病毒。（3）作用：作為運載工具，將目的基因轉移到宿主細胞內；利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量復制。二、基因工程基本操作程序1、目的基因的獲取途徑（目的基因主要是編碼蛋白質的結構基因也可是調控作用的因子）（1）從基因文庫中獲?。?）人工合成目的基因。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法。（原核基因采取直接分離獲得，真核基因是人工合成。）（3）PCR技術擴增目的基因原理：DNA雙鏈復制過程：第一步：加熱至9095使雙鏈DNA解鏈；第二步：冷卻到5

4、560，引物結合到互補DNA鏈；第三步：加熱至7075，熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶）從引物起始互補鏈的合成。2、基因表達載體的構建（1）目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代；使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。（2）組成：目的基因啟動子終止子標記基因啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質。終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段 ，位于基因的尾端。標記基因的作用：是為了鑒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。3、將目的基因導入受體細胞生物種類植物細胞動物細胞微

5、生物細胞常用方法采用最多的方法是農桿菌轉化法其次還有基因槍法和花粉管通道法等顯微注射技術Ca2+ 處理法使其成為感受態(tài)細胞受體細胞體細胞多是受精卵原核細胞轉化過程將目的基因插入Ti質粒的TDNA上農桿菌導入植物細胞整合到受體細胞的DNA表達將含有目的基因的表達載體提純取卵（受精卵）顯微注射受精卵發(fā)育獲得具有新性狀的動物Ca2處理細胞感受態(tài)細胞重組質粒與感受態(tài)細胞混合感受態(tài)細胞吸收重組DNA分子4、目的基因的檢測與鑒定（1）分子水平檢測導入檢測即轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因：DNA分子雜交技術，即使用放射性同位素標記的含目的基因的DNA片段作探針。轉錄檢測即檢測目的基因是否轉錄出

6、了mRNA：分子雜交法，即目的基因作探針與mRNA雜交翻譯檢測即檢測目的基因是否翻譯成蛋白質：抗原抗體雜交法（2）個體生物學水平鑒定：對轉基因生物進行抗蟲或抗病的接種實驗。1.3 基因工程的應用 1.4 蛋白質工程的崛起一、基因工程的成果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(fā)揮作用。二、蛋白質工程與基因工程的比較蛋白質工程基因工程區(qū)別過程預期蛋白質功能設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因修飾

7、或基因合成）獲取目的基因構建基因表達載體將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定實質定向改造或生產人類所需的蛋白質定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品結果可產生自然界沒有的蛋白質只能生產自然界已有的蛋白質專題2 細胞工程2.1 植物細胞工程一、植物細胞工程 1、原理：細胞全能性:細胞具有該生物的全部遺傳信息 并具有發(fā)育成完成個體的能力。全能性表達的難易程度：受精卵生殖細胞干細胞體細胞；植物細胞動物細胞2、植物組織培養(yǎng)技術概念：是指依據細胞全能性的原理，在無菌條件下，分離植物的器官、組織、細胞或原生質體（稱為外植體），并在培養(yǎng)基上培養(yǎng)，在適宜的條件下使其長成部分或完整植株

8、的技術。再分化脫分化（1）過程：離體的植物器官、組織或細胞 愈傷組織 幼根和芽植物體（2）用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細胞產物的工廠化生產。（3）地位：是培育轉基因植物、植物體細胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。愈傷組織：是一團沒有特定結構和功能并處于旺盛分裂狀態(tài)的薄壁細胞。脫分化：由已分化的植物細胞形成愈傷組織的過程。再分化：愈傷組織生長一段時間后再移植到新的培養(yǎng)基（分化培養(yǎng)基）上繼續(xù)培養(yǎng)，重新誘導分化形成根、芽等器官的過程。（4）條件：在無菌條件下將其放到適宜的培養(yǎng)基上。愈傷組織形成需避光培養(yǎng)3.植物體細胞雜交技術（1）過程：（2）誘導融合的方法：物理法包括離心、

9、振動、電激等?；瘜W法一般是用聚乙二醇（PEG）（4）特點：融合成功標志-再生細胞壁，染色體和染色體組均加倍。（3）意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。二、植物細胞工程的應用1、植物繁殖的新途徑（1）微型繁殖：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。特點：保持優(yōu)良品種的遺傳特性；高效快速的實現(xiàn)種苗的大量繁殖。（2）作物脫毒：植物分生區(qū)附近，如莖尖、根尖。（原因：病毒極少，甚至無病毒）（3）人工種子：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等為材料，經過人工薄膜包裝得到的種子。2、作物新品種的培育：單倍體育種和突變體的利用。3、細胞產物的工廠化生產：細胞產物有蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生

10、物堿等。2.2 動物細胞工程動物細胞培養(yǎng) 概念：就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖。這項技術是動物細胞工程的基礎。用于培養(yǎng)的動物細胞和組織大多取自動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織1、原理：細胞增殖2、過程：相關概念：細胞貼壁：培養(yǎng)時懸液中分散的細胞很快就會貼附在瓶壁上。接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖。原代培養(yǎng)：是指從供體獲取組織或細胞后的初次培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)：將原代培養(yǎng)的細胞分離稀釋后轉入新的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)。（一般情況下，傳代培養(yǎng)10-50次后，細胞增殖會明顯放緩，甚至完全停止，但有

11、少部分細胞克服細胞壽命的自然極限，獲得不死性，這些細胞已經發(fā)生了突變，正在朝著等同于癌細胞的方向發(fā)展。）3、結果：獲得細胞群4、傳代培養(yǎng)的原因：培養(yǎng)到一定時期細胞密度過大和代謝消耗引起營養(yǎng)枯竭。5、條件：（1）無菌、無毒的環(huán)境培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具進行無菌處理，培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，定期更換培養(yǎng)液（2）營養(yǎng)葡萄糖、氨基酸、維生素、無機鹽、微量元素、促生長因子等。合成培養(yǎng)基中還需加入動物血清、血漿等。（3）溫度和PH溫度：細胞體外培養(yǎng)的溫度一般與動物的體溫相近，哺乳動物多以36.5±0.5為宜。PH：多數(shù)細胞最適PH為7.2-7.4。（4）氣體環(huán)境細胞培養(yǎng)所需氣體主要是O2和CO2，O

12、2 是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的PH。進行細胞培養(yǎng)時，通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，將其置于95%空氣加5% CO2的混合氣體的培養(yǎng)箱 中進行培養(yǎng)。4、應用：（1）許多有重要價值的生物制品，如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。（2）作為基因工程的受體細胞。（3）用于檢測有毒物質，判斷某種物質的毒性。（4）用于醫(yī)學研究二、動物體細胞核移植概念：將供體體細胞的細胞核與受體去核卵細胞的細胞質進行人工組合，借助于卵細胞的發(fā)育能力，經過培養(yǎng)發(fā)育成胚胎，進而形成個體的技術。1、不同細胞全能性的表現(xiàn)程度不同，如：受精卵胚胎干細胞多能干細胞單能干細胞體細胞。注意：動物體細胞分化全能性高，不易

13、恢復全能性。2、動物體細胞核移植技術（1）概念 利用一個細胞的細胞核（供體核）來取代另一個細胞中的細胞核，形成一個重組的細胞.（2）原理 動物體細胞核具有全能性（3）過程卵母細胞選擇：M中期重組細胞融合方法：電刺激（4）結果 獲得與供體遺傳物質基本相同的個體（5）意義 有利于遺傳疾病的治療，優(yōu)良品種的培育對物種的優(yōu)化、瀕危動物的保護和轉基因動物的擴群有重要意義降低畜牧業(yè)的成本，縮短育種年限，提高生產效率3、動物細胞融合概念：指在一定條件下將2個或多個動物細胞融合為一個細胞的過程。（1）、原理：細胞膜的流動性、細胞增殖（2）、誘導融合的因素：聚乙二醇（PEG）、滅活的病毒、電激等。（3）、意義：

14、制備單克隆抗體。4、單克隆抗體的制備：（1）傳統(tǒng)抗體制備缺點：產量低、純度低、特異性差（2）各細胞特點：B細胞-體外不能無限增值，每一個B淋巴細胞只分泌一 種特異性抗體骨髓瘤細胞-體外大量增值雜交瘤細胞-既能迅速大量繁殖，又能產生專一抗體（3）篩選方法：選擇性培養(yǎng)基篩選雜交瘤細胞 克隆化培養(yǎng)和抗體檢測（兩次篩選）（4）獲取單克隆抗體：細胞培養(yǎng)液或小鼠腹水（5）單克隆抗體優(yōu)點：特異性強、靈敏度高，并可大量制備。（6）應用 作為診斷試劑、用于治療疾病和運載藥物（生物導彈）專題3 胚胎工程概念：是指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和技術處理，經過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內產生后

15、代，以滿足人類的各種需求。 3.1 動物胚胎發(fā)育的基本過程一、精子和卵子的發(fā)生（一）精子的發(fā)生1、場所：睪丸2、時間：初情期3、過程：第一階段：精原細胞進行數(shù)次有絲分裂，產生多個初級精母細胞。第二階段：初級精母細胞連續(xù)進行兩次分裂（即減數(shù)分裂，包括M和M），第一次分裂產生2個次級精母細胞，每個次級精母細胞再分裂一次產生2個精子細胞。第三階段：精子細胞經過變形成為精子。（二）卵子的發(fā)生1、場所：卵巢2、時間及過程：A、胎兒期 動物的胚胎在性別分化后以后，卵原細胞通過有絲分裂不斷增加數(shù)量，并進一步演變?yōu)槌跫壜涯讣毎?，這時，它被卵泡細胞包圍，形成卵泡。B、初情期后 減數(shù)第一次分裂：是在雌性動物排卵前

16、后完成的，結果產生1個次級卵母細胞和1個第一極體，進入輸卵管，準備與精子受精。減數(shù)第二次分裂：是在精子和次級卵母細胞（減中期）結合的過程中形成的，次級卵母細胞經分裂產生1個卵子和1個第二極體。（是否受精的標志：當在卵細胞膜和透明帶的間隙觀察到2個極體時） （三）受精準備階段1精子獲能準備階段2卵子的準備動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次級卵母細胞，有的可能是初級卵母細胞，它們都要在輸卵管內進一步成熟，當達到減數(shù)第二次分裂中期時，才具備與精子受精的能力。受精階段（1）場所：輸卵管（2）主要過程（哺乳動物）：精子穿越放射冠和透明帶，進入卵細胞膜，原核形成和融合獲能后的精子與卵子相遇時，首先發(fā)

17、生頂體反應，使頂體內的頂體酶釋放出來，以溶解透明帶外面的放射冠（由卵泡細胞構成的放射狀結構），形成精子穿越的通道。精子穿越透明帶后，在接觸卵細胞膜的瞬間，會產生阻止后來的精子進入透明帶的生理反應，這個反應稱作透明帶反應。這是防止多精子入卵受精的第一道屏障。精子外膜與卵細胞膜相互融合，精子入卵。精子入卵后，卵黃膜會立即發(fā)生一種生理反應，拒絕其他精子再進入卵內，這種生理反應稱作卵細胞膜反應。這是防止多精子入卵受精的第二道屏障。注意：1、一個卵泡中一般能形成一個成熟的卵子。2、排卵是指卵子從卵泡中排出而不是指卵泡從卵巢中排出。3、剛排出的卵子尚未完全成熟，一般僅完成減數(shù)第一次分裂，需要在輸卵管內進一

18、步成熟。4、成熟的精子無受精能力，需要在生殖道內獲能后方能受精動物排出的卵子并未成熟，只有達到減數(shù)第二次分裂中期時，才具備受精能力。受精卵的遺傳物質中，核遺傳物質一半來自精子，一半來自卵子，細胞質遺傳物質幾乎全來自卵子。二、哺乳動物胚胎發(fā)育的基本過程1、胚胎發(fā)育概念：是指受精卵發(fā)育成幼體的過程，包括卵裂、囊胚、原腸胚、等主要階段。2、胚胎發(fā)育過程：A、卵裂期 透明帶內進行有絲分裂，細胞數(shù)量增加但胚胎總體積幾乎不變。（卵裂期細胞數(shù)目為32個左右時的胚胎，叫做桑椹胚）B、囊胚 內細胞團全能細胞 滋養(yǎng)層細胞發(fā)育成胎膜和胎盤C、原腸胚 外胚層、內胚層、中胚層注意：發(fā)育中的細胞分裂均為有絲分裂，原腸胚階

19、段是個體發(fā)育中分化程度最高的階段，但要注意細胞分化貫穿整個個體發(fā)育過程中。3.2體外受精和早期胚胎培養(yǎng)一、體外受精1、概念：是指哺乳動物的精子和卵子在體外人工控制的環(huán)境中完成受精過程的技術。2、過程A、卵母細胞的采集 培養(yǎng)成熟B、精子的采集和獲能 采集：假陰道法、手握法、電刺激 獲能：培養(yǎng)法和化學誘導法C、受精 獲能溶液和專用的受精溶液3、意義：加快優(yōu)良家畜的繁殖速度。二、胚胎的早期培養(yǎng)1、概念：精子與卵子在體外受精后，應將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。當胚胎發(fā)育到適宜階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。2、胚胎培養(yǎng)液：成分包括無機鹽、有機鹽、維生素、激

20、素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分，及血清等物質。3.3 胚胎工程的應用一、胚胎移植1、概念：是指將良種母畜（供體）配種后，從動物體內取出早期胚胎或通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到生理狀態(tài)相同的同種母畜（受體）體內，使之繼續(xù)發(fā)育成為新個體的技術。2、胚胎移植的生理學基礎（1）排卵后，供、受體生殖器官的生理變化是相同的（2）哺乳動物的早期胚胎形成后，在一定時間內不會與母體子宮建立組織上的聯(lián)系，而是處于游離狀態(tài)，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基本上不發(fā)生免疫排斥反應，這為胚胎在受體內的存活提供了可能。（4）供體胚胎可與子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但移入受體的供體胚胎

21、的遺傳特性，在孕育過程中不受任何影響。3、過程：用于移植的胚胎應為桑椹胚或囊胚。胚胎移植的供體和受體必須是同種生物，同一物種的動物才有可能具有相同的生理特征。作為供體的是優(yōu)良品種，受體的雌性動物則是常見或存量大的品種。4、關鍵技術：超數(shù)排卵（促性腺激素處理）、人工授精、同期發(fā)情、胚胎采集等。5、意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛能。 二、胚胎分割1、概念：用顯微手術的方法將一枚胚胎分割成二分胚、四分胚甚至八分胚，經體內或體外培養(yǎng)后植入受體，以得到同卵雙生或同卵多生后代的技術2、材料：發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。注意：A、對囊胚階段的胚胎進行分割時，要注意將內

22、細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。B、取滋養(yǎng)層細胞做性別鑒定3、意義：提高家畜的胚胎利用率。三、胚胎干細胞（一）干細胞1、概念：是動物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我復制和多向分化潛能的原始細胞， 2、類型：專能干細胞：只能分化為一種或功能密切相關的兩種細胞。如肌肉中的成肌細胞。多能干細胞：能分化為多種細胞或組織。如造血干細胞。全能干細胞：能分化為各種細胞、組織或器官。如胚胎干細胞。（二）胚胎干細胞1、來源：由早期胚胎或原始性腺分離出來的一類細胞，簡稱ES或EK細胞。2、特點形態(tài)上：體積小，細胞核大、核仁明顯。功能上：具有發(fā)育的全能性。體外培養(yǎng)：只增值不分化3、胚胎干細

23、胞的應用（1）用于治療人類的某些頑癥。（2）通過誘導ES細胞體外誘導分化，可以培育出人造組織器官，解決目前臨床上供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。（3）ES細胞是研究體外細胞分化的理想材料飼養(yǎng)層細胞上或添加抑制因子的培養(yǎng)液維持不分化的狀態(tài)。培養(yǎng)液添加分化誘導因子就可以向不同類型的組織細胞分化專題4 生物技術的安全性和倫理問題和生態(tài)工程一、轉基因生物的安全性問題（1）食用是否安全：轉基因生物可能產生毒性蛋白、新的過敏原，導致營養(yǎng)成分的改變。（2）對生態(tài)系統(tǒng)的影響；對生物多樣性的影響；二、生物武器對人類的威脅1、生物武器的危害性2、禁止生物武器的措施三、生物技術中的倫理問題1、熱點討論1克隆

24、人（1）爭論焦點反對者認為：克隆人嚴重違反了人類倫理道德，是克隆技術的濫用，克隆人沖擊了現(xiàn)有的婚姻、家庭和兩性關系等傳統(tǒng)的倫理道德觀念，克隆人是在人為地制造在心理上和社會地位上都不健全的人等；由于克隆技術尚不成熟，很有可能孕育出有嚴重生理缺陷的孩子。支持者認為：克隆人是一項科學研究，既然是科學，就應該允許科學家研究克隆人；擔心可能孕育出有生理缺陷孩子的問題可以通過基因診斷、染色體檢查等方法得到解決，不成熟的技術只有通過實踐，才能使之成熟。（2）中國政府的態(tài)度：禁止生殖性克隆人，不反對治療性克隆。四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受。2、熱點討論2設計試管嬰兒（1）設計試管嬰兒與為解決不孕夫婦的生育問題的