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1、完整版人教版高中生物课堂笔记生物选修3生物选修三知识点专题1 基因工程基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望， 进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 。基因工程是在DNA 分子水平上进行设计和施工的，又叫做 DNA 重组技术。（一）基因工程的基本工具1“分子手术刀”一一限制性核酸内切酶（限制酶）（1 ）来源：主要是从 原核生物中分离纯化出来的。（2 ）功能：能够识别双链 DNA分子的某种 特定的核苷酸序列,并且使每一条链中 特定部 位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 断开，因此具有 专一性。（3 ）结果：经限制酶切

2、割产生的 DNA片段末端通常有两种形式： 黏性末端 和平末端。2“分子缝合针” 一一DNA连接酶（1） 两种DNA连接酶（EcoliDNA 连接酶和T4- DNA连接酶）的比较：1相同点：都缝合 磷酸二酯 键。2区别：EcoliDNA 连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而 T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之 间的效率较低。（2） 与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末 端，形成磷酸二酯键。 DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。3“分子运输车”一一载体（1 ）载体具备的条件

3、： 能在受体细胞中复制并稳定保存 。2具有一至多个限制酶切点，供外源 DNA 片段插入。3具有标记基因，供重组 DNA的鉴定和选择。（2 ）最常用的载体是 质粒，它是一种 裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具 有自我复制能力的双链环 DNA 分子。（3 ）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒（二 ）基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因2.原核基因采取 直接分离 获得，真核基因是 人工合成。人工合成目的基因的常用方法有 反 转录法_和化学合成法_。3.PCR技术扩增目的基因(1 )原理：DNA双链复制(2 )过程：第一步：加热至 909

4、5 C DNA解链；第二步：冷却到 5560 C,引物结 合到互补 DNA 链；第三步：加热至7075 C,热稳定 DNA 聚合酶从引物起始互补链的 合成。第二步：基因表达载体的构建1.目的：使目的基因在受体细胞中 稳定存在，并且可以 遗传至下一代，使目的基因能够 表达和发挥作用。2.组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因(1 )启动子：是一段有特殊结构的 DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因 转录出mRNA，最终获得所需的 蛋白质。(2 )终止子：也是一段有特殊结构的 DNA片段，位于基因的 尾端。(3)标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中 是否含有目的基

5、因，从而将 含有目的基因的细胞筛选岀来。常用的标记基因是抗生素基因。第三步：将目的基因导入受体细胞1.转化的概念：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2.常用的转化方法：将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵。将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 ，最常用的原核细胞是 大肠杆菌，其转化方法是：先用 Ca2+处理细胞，使其成为 感受态细胞，再将重组表达载体 DNA分子溶于缓冲液

6、中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收 DNA分子，完成转化过程。3.重组细胞导入受体细胞后，筛选 含有基因表达载体受体细胞 的依据是标记基因是否表达。第四步：目的基因的检测和表达1.首先要检测 转基因生物的染色体 DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子 杂交技术。2.其次还要检测 目的基因是否转录出了 mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与mRNA 杂交。3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质 ，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的_抗体进行 抗原-抗体杂交。4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。女口 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状 。（三）基因工程的

7、应用1.植物基因工程： 抗虫、抗病、抗逆转基因植物，禾U用转基因改良植物的品质。专题2 细胞工程2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。珊世墅（2） 诱导融合的方法：物理法包括 离心、振动、电刺激 等。化学法一般是用 聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。（3） 意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。（二）动物细胞工程1.动物细胞培养（1 ）概念：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的 组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖。（2） 动物细胞培养的流程：取动物组织块（ 动

8、物胚胎或幼龄动物的器官或组织 剪碎t用胰蛋白酶或胶原蛋白酶 处理分散成 单个细胞t制成细胞悬液t转入培养瓶中进 行原代培养t贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继 续传代培养。（3） 细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就 贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面 相互抑制 时，细胞就会 停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。（4） 动物细胞培养需要满足以下条件1无菌、无毒的环境：培养液应进行 无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的 抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止 代谢产物积累对细胞自身造成危害 。2营养

9、：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。3温度：适宜温度：哺乳动物多是 36.5 C+ 0.5 C ; pH : 7.27.4。4气体环境：95%空气+ 5% CO2。O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是 维持培养液的pH。（5）动物细胞培养技术的应用： 制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。2.动物体细胞核移植技术和克隆动物（1 ）哺乳动物核移植可以分为 胚胎细胞核移植（比较容易）禾口体细胞核移植（比较难）。（2 ）选用去核 卵（母）细胞的原因：卵（母）细胞比较大，容易操作；卵（母）细胞细胞质多， 营养

10、丰富。（3 ）体细胞核移植的大致过程是： （右图）沖卵甲期胚瑚移植男_矢母绵军的于官 胚胎移植（4） 体细胞核移植技术的应用：1加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育； 保护濒危物种，增大存活数量;3生产珍贵的医用蛋白； 作为异种移植的供体；5用于组织器官的移植等。（5） 体细胞核移植技术存在的问题：克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。3.动物细胞融合（1） 动物细胞融合也称 细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来 两个或多个 细胞遗传信息的单核细胞，称为 杂交细胞。（2） 动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植

11、物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有 聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激 等。（3） 动物细胞融合的意义：克服了 远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。（4）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较:比较项目细胞融合的原理细胞融合的方法诱导手段用法植物体细胞杂交细胞膜的流动性去除细胞壁后诱导原生质体融合离心、电刺激、 振动，聚乙二醇 等试剂诱导克服了远缘杂交 的不亲和性，获得 杂种植株动物细胞融合细胞膜的流动性使细胞分散后诱 导细胞融合除应用植物细胞 杂交手段外，再加 灭活的病毒诱导制备单克隆抗体的技术之一4.单克隆抗体（1）抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种

12、特异性抗体。从血清中分离出的抗体 产量低、纯 度低、特异性差。（2 ）单克隆抗体的制备过程:抗原注入小鼠体内分离(3 )杂交瘤细胞的特点：既能大量 繁殖，又能产生专一的抗体。(4)单克隆抗体的优点： 特异性强，灵敏度高，并能大量制备(5 )单克隆抗体的作用:1作为诊断试剂：准确识别各种 抗原物质的细微差异，并跟 一定抗原发生特异性结合,具有准确、高效、简易、快速 的优点。 用于治疗疾病和运载药物 ：主要用于治疗 癌 症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其它疾病。专题3胚胎工程（一） 动物胚胎发育的基本过程1、 胚胎工程是指对动物 早期胚胎或配子 所进行的多种显微操作和处理技术，女口 胚

13、胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养 等技术。经过处理后获得的 胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。2、 动物胚胎发育的基本过程（1 ）受精场所是母体的输卵管上段。（2）卵裂期：特点：细胞 有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积 并不增加，或略有减小。（3 ）桑椹胚：特点：胚胎细胞数目达到 32个左右时，胚胎形成致密的细胞团， 形似桑椹。 是全能细胞。（4 ）囊 胚：特点：细胞开始出现 分化（该时期细胞的全能性仍比较高）。聚集在胚胎 一端个体较大的细胞称为 内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。 中间的空腔称为 囊胚腔。（5 ）原肠胚：特点：有了 三胚层的分化

14、，具有囊胚腔和原肠腔。（二） 胚胎干细胞1、哺乳动物的胚胎干细胞简称 ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺 中分离出来。2、 具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为 体积小,细胞核大,核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。3、 胚胎干细胞的主要用途是：1可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；2是在体外条件下研究 细胞分化的理想材料，在培养液中加入 分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导 ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示 细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的

15、手段；3可以用于治疗 人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等;4利用可以被诱导分化形成 新的组织细胞的特性，移植 ES细胞可使坏死或退化的部位得 以修复并恢复正常功能；5随着组织工程技术的发展，通过 ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后 免疫排斥的问题。(3)胚胎工程的应用1.体外受精和胚胎的早期培养(1)卵母细胞的采集和培养：主要方法：用 促性腺激素 处理，使其排出更多的卵子，然后，从 输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚 屠宰母畜的卵巢 中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从 活体动物

16、的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经 人工培养成熟 后，才能与 获能的精子 受精。(2)精子的采集和获能：在体外受精前，要对精子进行 获能处理。(3)受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在 获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。(4)胚胎的早期培养：精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入 发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力 。培养液成分较复杂, 除一些无机盐和有机盐外， 还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸 等营养成分，以及 血清等物质。当胚胎发育到适 宜的阶段时，可将其取出向 受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。 (牛、羊一般要培育到 桑椹胚或囊

17、胚 阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在 更早的阶段 移植，人的体外受精胚胎可在 816个细胞阶段移植。)2.胚胎移植(1)胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎， 或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎， 移植到同种的、生理状态相同的 其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为 “供体”，接受胚胎的个体称为 “受体”。(供体为优良品种，作为受 体的雌性动物应为 常见或存量大 的品种。)地位：如转基因、核移植，或体外受精 等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经 过胚胎移植技术 才能获得后代，是 胚胎工程的最后一道“工序” 。(2)胚胎移植的意义：大大缩短了 供体

18、本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能 力。(3)生理学基础：动物发情排卵后， 同种动物的供、受体生殖器官的 生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了 相同的生理环境。2早期胚胎在一定时间内处于 游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。3受体对移入子宫的外来胚胎不发生 免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能 。4供体胚胎可与受体子宫建立正常的 生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。(4)基本程序主要包括：1对供、受体的选择和处理 。选择遗传特性和生产性能 优秀的供体，有健康的体质和正常 繁殖能力的受体，供体和受体是 同一物种。并用激素进行 同期发情处理，用

19、促性腺激素 对 供体母牛做超数排卵处理。2配种或人工授精 。3对胚胎的收集、检查、培养或保存 。配种或输精后第 7天，用特制的 冲卵装置，把供体 母牛子宫内的胚胎冲洗出来 (也叫冲卵)。对胚胎进行 质量检查，此时的胚胎应发育到 桑椹 或胚囊胚 阶段。直接向受体移植或放入 196 C的液氮 中保存。4对胚胎进行移植。5移植后的检查。对受体母牛进行 是否妊娠的检查。3.胚胎分割(1)概念：是指采用机械方法将 早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得 同卵双胎或多 胎的技术。(3)材料：发育良好，形态正常的 桑椹胚或囊胚。(桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。

20、)(4)操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时， 要将内细胞团均等 分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育 。专题4 生物技术的安全性和伦理问题(一)转基因生物的安全性争论 ：(1)基因生物与食物安全：反方观点：反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变正方观点：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据(2)转基因生物与生物安全：对生物多样性的影响反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、 成为超级杂草、有可能造成“基因污染”正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限(3)转基因生物与环境安全：对生态系统稳

21、定性的影响反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物 链进入人体正方观点： 不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境(二)生物技术的伦理问题(1)克隆人：两种不同观点，多数人持否定态度。婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；克隆人是在人为的制造在 心理上和社会地位上都不健全的人。肯定的理由：技术性问题可以通过 胚胎分级、基因诊断和染色体检查 等方法解决。不成熟 的技术也只有通过实践才能使之成熟。中国政府的态度： 禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆 。四不原则: 不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。试管婴儿：两种目的试管婴儿

22、的区别两种。不同观点，多数人持认可态度。否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是 对生命的不尊重；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎， 无异于“谋杀”。肯定的理由：解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞 救治患者最好、最快捷 的方法，提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤。(3)基因身份证：否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成 基因歧视，势必造成 遗传学失业大军、 造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。肯定的理由：通过 基因检测 可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的 目的。(3)生物武器(1)种类： 致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌 。(2)

23、散布方式：吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等 。特点：致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有潜伏期、不易被发现、 危害时间长等。(4)禁止生物武器公约及中国政府的态度不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。专题5 生态工程1 生态原理用论*础I讳壷义* 一撫蹴阵再生1樹嵐楠并勵质陀離症各类宅蟲条就中进存区H 比玮和全隼输质兀皓环41环性1L 分层分戦利用，从血达卅取之公尽.用 之不端的牧屡町第业坏境t :业i AM*址倉定和笈 廉的总响AJftf物农曼生揺杲轨的绘 進性制神多而鬻杂的生蛊昂悅具有较髙的 抵杭力松定杵那物等样性稈崖高问 仙为春类也*的

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25、抉览功能原理； 仔布武忧于車 屮式和歼式生it工程希Kdsn由邢不同蛆井 之闾的站杓通过枚童和优北朗构达 赳歧需乐fit助徒的Hfi9卩战科和优代系城 的皓构以蘆善功能tlfhW杲挾16侔性 匝理：棲悻大于 部分X址荐纠分之M魁有适当的比例戋爲 只有这样才蛊灌利完说齟.勒嚴.信 思莘前转抉和直通.并見宴谀怠体期能 左于梓那分之和的数果眸持系址視岛同 生产力觴矚班但内规娄闸屬M0虫的关話2 .生态工程实例分析实例问题原理对策案例农村综合发 展型牛态工 程实现物质的多级循 环利用，在资源有 限的条件下能较多 的产出，以解决人 多地少的矛盾物质循环再生 原理、整体性原 理、物种多样性 原理建立综合发

26、展型牛态工程窦店村以沼气工程为中心的生态工程小流域综合 治理牛态工 程小流域的水土流失整体性原理、协 调与平衡原理、 因地制宜的原 理运用多种原理， 应用多种措施 综合治理甘肃陇南地区“九子登科”模 式大区域生态 系统恢复工 程土地荒漠化协调与平衡原 理、整体性原理退耕还林还草、植树造林等“三北”防护林退耕还林还草工程湿地生态恢复工程湿地缩小和破坏控制污染、退田还湖江西鄱阳湖的生态恢复工程矿区废弃地 的生态恢复 工程矿区生态环境冋题系统学和工程学原理修复土地、恢复植被赤峰市元宝山 矿区生态恢复 工程城市生态工程环境污染协调与平衡原理、整体性原理等城市绿化、污水 净化、废弃物处 理、合理布局等污

27、水及垃圾处理、城市绿化3.意义：在肯定生态工程的作用，体别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用的同时， 不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量；更不能误认为只要有了生态工程，就可以走 发达国家“先污染、破坏，后治理”的老路。附页：1离体的植物器官、组织或细胞 一（脱分化愈伤组织 一（再分化试管苗 一-植物体2.除去细胞壁的酶： 纤维素酶和果胶酶。3.植物培养基中的激素： 细胞分裂素 和生长素，当生长素的含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物细胞 脱分化和根原基的形成；当细胞分裂素的含量高于生长素时，主要诱导植物 细胞再分化和芽原基的形成。4.各培养基成分比较:植物组织（固体）动物细胞（液体）胚胎（

28、液体）无机营养成分、有机营养葡萄糖、氨基酸、促无机盐、有机盐、维成分成分（蔗糖）、激素（细生长因子、无机盐、生素、激素、氨基酸、胞分裂素，生长素）、琼微量元素、动物血清核苷酸、动物血清脂5.体细胞核移植用去核的卵母细胞的原因：体积大，易操作 营养多 激发细胞核的全能性。6.卵子的发生：在胚胎性别分化后，卵巢内的卵母细胞通过 有丝分裂 增加其数量。排卵：马排出 初级卵母细胞，绵羊，牛等排出 次级卵母细胞。7.判断卵子受精的标志：在卵黄膜和透明带的间隙看到 两个极体。8.受精：场所：输卵管 准备：精子获能（体外受精时，使用一定浓度的 肝素或者钙离子载体A23187 溶液），卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程。 受精阶段：获能精子与卵子相遇，首先发生 顶体反应，释放的顶体酶可直接溶解卵丘细胞质之间的物质，并在透明带融出一条通道，当精子与卵黄膜接触时，与卵黄膜融合，精子入卵。9.防止多精入卵的两道屏障： 透明带反应、卵黄膜封闭作用10.牛的体外受精技术最高。11.胚胎移植最重要意义： 胚胎移植可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 。12.使用性激素使受体和供体母牛进行 同期处理，使用促性腺激素促进供体母牛超数排卵。