选修3《现代生物科技专题》知识点总结.docx
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选修3《现代生物科技专题》知识点总结
选修3《现代生物科技专题》知识点总结
专题1 基因工程（DNA重组技术）
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，赋予生物以，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
⑴基因工程是在上进行设计和施工的，又叫做。
⑵原理（实质）：
。
⑶特点：
①目的性强（可以定向改造某些生物性状）；
②实现不同物种间的基因重组（打破生殖隔离/克服远缘杂交不亲和障碍）。
一、基因工程的基本工具
基因工程（DNA重组技术）的工具：
、、。
基因工程（DNA重组技术）的工具酶：
、。
1、——“分子手术刀”：
准确切割DNA。
⑴来源（分布）：
主要是从中分离纯化出来的。
⑵功能（作用）：
能够识别双链DNA分子的，并且使每一条链中的两个核苷酸之间的断开，因此具有。
⑶结果：
DNA分子经限制性核酸内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——
和。
如：
2、——“分子缝合针”：
将DNA片段连接起来。
不具有专一性（特异性）。
⑴作用：
将“缝合”起来，恢复被切开的两个核苷酸之间的。
⑵两种DNA连接酶和的比较：
①相同点：
都缝合。
结果都形成。
②区别：
E·coliDNA连接酶来源于，只能将双链DNA片段之间的磷酸二酯键连接起来；
T4DNA连接酶来源于，能缝合双链DNA片段的和，但连接平末端的之间的效率较。
⑶与DNA聚合酶作用的异同:
DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成，催化过程，模板。
DNA连接酶是连接的末端，形成，模板。
3、——“分子运输车”：
将重组DNA分子导入受体细胞
⑴载体具备的条件：
①有一个至多个，供外源DNA片段（基因）其中。
②进入受体细胞后，在受体细胞中进行，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行，并能在受体细胞中。
③有特殊的，供重组DNA的和。
例如：
四环素抗性基因，氨苄青霉素抗性基因……
⑵最常用的载体：
它是一种裸露的、结构简单的、独立于外，并具有的很小的。
⑶其它载体：
、。
4、在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在的基础上进行过人工改选的。
二、基因工程的基本操作程序
；；
；。
1、基因工程的第一步：
。
⑴目的基因：
主要指的基因。
⑵目的基因可以分离出来，也可以用合成。
（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_。
）
⑶目的基因的获取方法：
①目的基因；
②目的基因；
③通过DNA合成仪目的基因。
▲基因文库：
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
①种类：
包含了一种生物基因。
：
只包含一种生物的基因，如文库。
②从基因文库中获取目的基因：
根据目的基因的获取目的基因。
如：
根据基因的、基因的、基因在染色体上的、基因的转录产物、基因的表达（翻译）产物等特性来获取目的基因。
▲PCR：
全称为，是一项在复制
的技术。
①原理：
。
②过程：
a.加热至90～95℃受热后，解链为；
b.冷却到55～60℃，与结合；
c.加热至70～75℃，在（）的作用下进行延伸。
d.循环。
③特点：
DNA数量呈指数形式式增加，即2n（n为扩增循环的次数）。
④前提：
要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。
2、基因工程的第二步：
——基因工程的核心。
⑴基因表达载体构建的目的（基因表达载体的功能）：
①使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代；
②使目的基因能够表达和发挥作用。
⑵基因表达载体的组成：
＋＋＋。
①启动子：
是一段有特殊结构的，位于基因的，
是识别和结合的部位，
能基因，最终获得所需的。
②终止子：
也是一段有特殊结构的，位于基因的，
使在所需要的地方下来。
③标记基因的作用：
是为了受体细胞中，从而将
筛选出来。
④常用的标记基因是，如：
氨苄青霉素抗性基因、四环素抗性基因、卡那霉素抗性基因……
⑶基因表达载体的构建过程：
①处理质粒和含目的基因的DNA。
（限制酶切割质粒时，必须保证标记基因的完整性）
②连接切割后的质粒和目的基因。
3、.基因工程的第三步：
_。
①转化：
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将目的基因导入植物细胞：
采用最多的方法是
过程：
将插入Ti质粒的T-DNA上→转入→导入→
整合到受体细胞的DNA
其次还有和等。
③将目的基因导入动物细胞：
最常用也是最有效的方法是。
（
过程：
将含有提纯→取（受精卵）→→早期→胚胎移植→发育成为具有新性状的动物）
此方法的受体细胞多是。
（原因：
受精卵的全能性最高。
）
其次还可以是。
（原因：
胚胎干细胞具有发育的全能性。
）
④将目的基因导入微生物细胞的方法是：
最常用的方法是。
受体细胞是。
过程：
先用处理细胞，使其成为，再将溶于缓冲液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。
注：
原核生物作为受体细胞的原因是繁殖、多为、相对较少，最常用的原核细胞是。
重组DNA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。
?
目的基因通过运载体运输后,该基因是被运到细胞核中还是在细胞质中?
（有的在细胞核中,有的在细胞质中）
4、基因工程的第四步：
——检查基因工程是否做成功的第一步。
（1）.首先要检测转基因生物的DNA上是否，这是目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键。
方法是采用技术（DNA-mDNA）。
基因探针：
是指用放射性同位素或荧光分子等标记的
（2）.其次还要检测目的基因是否——检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。
方法是采用技术（DNA-RNA）。
（3）.最后检测目的基因是否，方法是从转基因生物中提取，用相应的杂交。
（40.有时还需进行的鉴定。
如生物抗虫或抗病特性的鉴定，需要做抗虫或抗病的接种实验等。
三、基因工程的应用
1.植物基因工程：
、、基因植物，利用改良植物的品质。
如：
①抗虫棉，抗盐碱地的农作物，耐寒的番茄，抗除草剂的玉米，②富含赖氨酸的转基因玉米
提高农作物的能力
2.动物基因工程：
提高动物、改善、用生产药物、转基因动物作的供体。
如：
①导入人的生长激素的鲤鱼，比一般的鲤鱼长的快且大。
②用转基因动物生产药物：
乳腺生物反应器（乳房生物反应器）最令人兴奋的是利用基因工程技术，使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”
大概过程：
目的基因（蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子）→方法→导入哺乳动物→母体子宫内→能产生药品蛋白质转基因动物
能产生如：
抗凝血酶，血清白蛋白，生长激素，抗胰蛋白酶，等大量蛋白质类药品。
3.基因治疗：
把导入病人体内，使该基因发挥作用。
（1）、基因诊断：
又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。
方法：
DNA分子杂交技术。
（2）、基因治疗：
基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗病症的目的，这是治疗的最有效的手段。
（3）、基因治疗包括：
和
基因工程的优点：
克服远缘杂交的障碍。
强，能够定向的改变生物的品质。
缩短育种周期。
4、蛋白质工程：
1、概念：
以蛋白质分子的及其的关系作为基础，通过或，对现有蛋白质进行，或一种，以满足人类的生产和生活的需求。
2、蛋白质工程的基本途径/流程：
预期功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的序列（基因）。
3、.蛋白质工程与基因工程的区别：
蛋白质工程
基因工程
实质
通过对编码蛋白质的进行，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。
将一种生物的转移到另一种生物体内，定向的的改造特性，获得人需要的生物类型或产品。
结果
可以合成的蛋白质
只能生产的蛋白质
联系
蛋白质工程是在基础上，延伸出的。
4、蛋白质工程是一项的工程。
原因：
蛋白质的（空间结构）十分复杂
专题2细胞工程
▲细胞工程的概念：
是指导应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人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，
根据操作对象不同分为：
和。
操作水平：
和。
植物细胞工程的基本技术：
植物组织培养和植物体细胞杂交。
其中植物组织培养是基础。
动物细胞工程常用的技术手段：
动物细胞培养、动物细胞核移植、
动物细胞融合、生产单克隆抗体……
其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。
一、植物细胞工程（属于无性繁殖）
1、植物细胞的全能型：
（1）、概念：
具有某种生物的任何一个细胞，都具有发育成的潜能
（也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点）
（2）、原理：
细胞内含有本物种的。
（3）、细胞全能性表达的容易程度：
①＞＞＞；
②＞细胞
③同一细胞：
刚产生>成熟>衰老；④分裂能力强>分裂能力弱>不分裂；
⑤分化程度低>分化程度高。
（4）、细胞全能性表达的条件：
完整的；；；一定、和
其它适宜的外界条件。
▲植物细胞工程的基本技术：
和。
其中是基础。
2、▲.植物组织培养技术
（1）、原理：
（2）、过程：
离体的植物、、（外植体）
↓脱分化（不需光）
（一些具有分生能力的薄壁细胞）
↓再分化（需光、分化培养基）
根、芽等组织思考：
在诱导愈伤组织分化时那些物质起重要作用？
↓
完整植株
脱分化：
让的细胞，经过后，失去其特有的结构和功能而转变成的过程。
（3）、概念：
在和人工控制条件下，将离体的、、，培养在人工控制的
上，给予适宜的培养条件，诱导其产生、，形成完整的植株。
（4）、植物组织培养的应用：
、、、
、……
①微型繁殖（快速繁殖）——用于快速繁殖优良品种的技术。
优点：
保持优良品种的遗传特性，高效快速地大量繁殖。
②作物脱毒——茎尖组织培养技术。
原因：
植物附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。
③人工种子：
利用植物组织培养技术获得、、+人工种皮。
可以保持优良品种的遗传特性，生产上不受季节的限制。
过程：
花药/花粉（精子）脱分化愈伤组织再分化单倍体植株
④单倍体育种一定浓度的秋水仙素处理，诱导染色体数目加倍正常植株（纯合的二倍体）。
优点：
明显缩短育种年限。
⑤细胞产物的工厂化生产：
离体的植物器官、组织、细胞脱分化愈伤组织反复培养，提取细胞产物
（5）、植物组织培养的地位：
是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。
3．▲植物体细胞杂交技术：
（1）过程：
包括和。
写出示意图：
（2）、诱导植物细胞（原生质体）融合的方法：
物理法：
包括、、等。
化学法：
一般是用作为诱导剂。
（3）、去细胞壁：
和。
等到杂种细胞再生出细胞壁即细胞杂交结束，
（4）、植物体细胞杂交技术的意义（优点）：
/。
二、动物细胞工程：
动物细胞工程常用的技术手段：
、、
、……
其中是其他动物细胞工程技术的基础。
1.动物细胞培养
（1）概念：
从动物机体中取出相关的，将它分散成，然后放在适宜的中，让这些细胞。
（2）流程：
取（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用或处理分散成→制成→转入培养瓶中进行培养→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培养。
（传代培养的细胞一般传至代后就不易传下去了。
）
（3）细胞贴壁：
悬液中分散的细胞很快就，称为细胞贴壁。
接触抑制：
当贴壁细胞分裂生长到表面时，细胞就会，这种现象称为细胞的接触抑制。
原代培养：
传代培养
目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内的细胞。
（原因是：
10代以内的细胞一般可以保持正常的二倍体核型。
）
（4）动物细胞培养的条件：
培养液和所有培养用具应进行处理。
①、的环境在培养液中添加一定量的，以防培养过程中的污染。
定期更换，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②：
、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。
通常需加入、等天然成分。
③和：
要。
哺乳动物多是：
温度：
36.5℃＋0.5℃；pH：
7.2～7.4。
④：
细胞培养所需气体主要有和。
通常采用5%空气＋5%CO2。
用或培养瓶。
O2是所必需的，CO2的主要作用是。
（5）动物细胞培养技术的应用：
、、……；
检测物质；培养医学研究的各种细胞……
▲植物组织培养和动物细胞培养的区别：
植物组织培养
动物细胞培养
原理
培养基性质
培养基
培养基（培养液）
培养基特有成分
、
、
培养结果
或细胞产物
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）、原理：
（2）、动物核移植：
将动物的一个细胞的，移入一个的中，
使其重组并发育成一个新的胚胎，最终发育为。
（克隆动物：
用核移植的方法得到的动物）
哺乳动物核移植可以分为和。
核移植技术中，选用去核卵（母）细胞作为受体细胞的原因：
①卵（母）细胞、；
②卵（母）细胞，，含有促进细胞全能性表达的物质（因子）。
（3）、体细胞核移植的大致过程：
a.体细胞核移植技术涉及到的生物技术：
动物细胞培养、动物细胞核移植、胚胎移植。
b.体细胞核移植技术涉及到的生物工程：
细胞工程、胚胎工程。
c.体细胞核移植技术中作为受体细胞的卵母细胞所处的时期：
MⅡ中期。
d.克隆动物的性状主要与提供细胞核（体细胞）的亲本相同（因为控制性状遗传的物质主要存在于细胞核中）。
但不完全相同，原因是：
①克隆动物的大部分DNA来自于供体细胞的细胞核，而线粒体中的DNA来自于受体卵母细胞的细胞质。
②表现型是基因型与环境条件共同作用的结果。
（4）、体细胞核移植技术的应用：
①加速，促进；②保护，增大数量；
③生产珍贵的；④作为异种移植的；
⑤用于的移植等。
（5）、体细胞核移植技术存在的问题：
①低。
②绝大多数克隆动物存有问题，表现出和缺陷等。
③对克隆动物食品的安全性问题存在争议。
3、动物细胞融合：
也称，是指两个或多个动物细胞结合形成的过程。
融合后形成的具有原来或动物细胞遗传信息的单核细胞，称为。
动物细胞融合的意义：
突破了有性杂交方法的局限，使成为可能。
/克服了远缘杂交的不亲和性/打破了生殖隔离。
▲动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞膜的、植物细胞的
细胞膜的
细胞融合的方法
去除（酶解法：
用纤维素酶和果胶酶处理）后诱导融合
使（用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理）后诱导
诱导融合的方法
离心、振动、电激，聚乙二醇（PEG）……
离心、振动、电激，聚乙二醇（PEG）……另外，还有灭活的病毒诱导。
结果
获得
获得，以生产细胞产品。
用途
克服了障碍，
获得杂种植株。
制备的技术之一。
4、.单克隆抗体：
（1）抗体：
一个只分泌一种特异性抗体。
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：
（3）杂交瘤细胞的特点：
既能大量，又能产生专一的。
（4）单克隆抗体的优点：
，，并能。
a.单克隆抗体制备过程中的两次筛选：
第一次：
用特定的选择性培养基进行筛选。
目的：
筛选出杂交瘤细胞。
第二次：
进行抗体检测。
目的：
筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。
b.单克隆抗体制备过程中的动物细胞培养方法：
体内培养：
将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内，从小鼠腹水中提取单克隆抗体。
体外培养：
将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，从细胞培养液中
提取单克隆抗体。
（5）、单克隆抗体的应用：
①作为：
能准确地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。
②用于和：
主要用于治疗，可制成“”。
专题3胚胎工程
胚胎工程：
是指对动物或所进行的多种显微操作和处理技术，如、、、等技术。
经过处理后获得的，还需移植到生产后代，以满足人类的各种需求。
胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
一、体内受精和早期胚胎发育
1、精子的发生
（1）场所：
的曲细精管内。
（2）时间：
（相当于人的青春期）→。
（3）过程：
↓有丝分裂
第一阶段（初级精母细胞的形成）精原细胞
↓染色体复制和其他物质的合成
初级精母细胞
↓减数第一次分裂（MⅠ）
第二阶段（精子细胞的形成）
↓减数第二次分裂（MⅡ）
4个细胞（含单倍染色体，圆形）
第三阶段（变形）↓变形
4个（含单倍染色体，外形似蝌蚪，分头、颈和尾三大部分。
（不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关）
（4）精子的变形：
①细胞核→精子的主要部分。
②高尔基体→头部的。
③中心体→精子的。
④线粒体→聚集在，形成。
⑤细胞内的其他物质→浓缩为，叫做，最后。
2.卵子发生
（1）场所：
、输卵管。
（2）时间：
→生殖机能衰退。
（3）卵子发生的过程：
卵原细胞
↓有丝分裂
胎儿时期
（性别分化以后）↓进一步演变（染色体复制和其他物质的合成）
（被卵泡细胞包围，形成卵泡）
↓减数第一次分裂（MⅠ）。
时间：
排卵前后。
初情期（青春期）后和第一极体（进入输卵管，准备与精子受精）
↓减数第二次分裂（MⅡ）。
时间：
精子与卵子结合的过程中。
地点：
输卵管
（合子）和第二极体
（4）排卵：
卵子从卵泡中排出。
（5）卵子是否受精的重要标志：
在卵黄膜和透明带可以观察到。
3、受精：
与结合形成的过程。
场所：
。
受精的过程：
（和的准备）和。
（1）、精子获能：
精子必须在动物的发生相应的生理变化后，才能获得受精能力的现象。
（2）、卵子的准备：
卵子在内进一步成熟达到时，才具备受精能力。
（3）、受精阶段：
包括、、和。
①穿越（反应）：
溶解卵丘细胞之间的物质。
穿越：
溶解透明带。
产生，形成。
②进入：
膜融合，精子进入卵黄膜，
产生，形成。
③原核形成精子形成雄原核
卵子MⅡ，形成雌原核
⑤配子结合：
形成合子（受精卵）,含二倍染色体。
注：
受精时形成的第一道屏障和第二道屏障的作用：
防止多精入卵受精。
（4）、受精的意义：
维持每种生物前后代体细胞中的；
对于生物的和十分重要。
4、胚胎发育：
受精卵→幼体。
包括：
、、、。
（1）、卵裂期：
胚胎发育早期，在进行。
分裂方式：
。
特点是：
细胞数目不断；胚胎的总体积或略有（营养物质消耗）；
（2）、桑椹胚：
胚胎细胞数目达到左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹，叫做。
桑椹胚及以前的细胞属于。
（3）、囊胚：
细胞开始出现，形成和，中间的空腔称为。
该时期细胞的全能性仍比较高。
内细胞团将来发育成，滋养层细胞将来发育成和。
孵化：
（4）、原肠胚：
有了胚层和原肠腔。
细胞分化最关键的时期。
二、体外受精和早期胚胎培养
1、体外受精主要包括：
、、等几个主要步骤。
（1）、卵母细胞的采集方法：
①注射，使其，从中。
②从已屠宰母畜的中采集。
③直接从活体母畜的中吸取（借助超声波探测仪、内窥镜、腹腔镜等工具）。
卵母细胞的培养：
采集的卵母细胞都要在经人工培养成熟（减数第二次分裂中期），才能与精子受精。
（2）、精子的采集方法：
、和等。
精子的获能方法：
（通过获能培养液）、
（通过肝素或钙离子载体A23187溶液）
（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。
自然受精、人工受精、体外受精：
不同点：
①自然受精（体内受精）不需人为参与，完全自然条件下，精卵结合。
场所：
雌性动物输卵管（体内）。
用人工方法，使公畜的精液注入母畜生殖道内，使精卵结合。
②人工受精场所：
体内。
优点：
能有效地发挥公畜的繁殖潜能。
③体外受精将人工获取的精子与卵母细胞在体外（试管内）完成受精。
优点：
能有效地发挥母畜的繁殖潜能。
相同的：
①本质：
都是两性生殖细胞的结合。
②生殖方式：
都是有性生殖。
2、早期胚胎培养：
精子与卵子在体外受精后，将移入中继续培养，检查和的发育能力。
（1）、培养液（发育培养液）成分：
无机盐、、维生素、、氨基酸、、等。
（2）、胚胎去向：
或。
3、胚胎工程的应用及前景
1、胚胎移植：
将动物体内的早期胚胎，或者通过及其他方式得到的胚胎，移植到、生理状况相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为的技术。
其中提供胚胎的个体叫，接受胚胎的个体叫。
（1）地位：
是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。
（2）、胚胎移植的过程（基本程序）：
胚胎移植主要包括，
，，
对胚胎进行移植，以及移植后的检查等步骤。
①．供、受体的选择和处理
选择供体：
遗传性能和生产性能优秀的动物（具有优良性状的同种牛）
受体：
健康和正常繁殖能力的雌性动物（普通母牛）
处理供体和受体母牛：
同期发情处理。
（方法：
注射促性腺激素
目的：
保证供、受体具有相同的生理状态，以确保胚胎移植后能正常发育。
）
供体母牛：
超数排卵处理。
（方法：
注射促性腺激素，
目的：
获得更多的卵母细胞）
②．配种或人工受精精子来源：
同种优秀的雄性动物（优良公牛）。
③.胚胎的收集、检查、培养或保存
胚胎的收集（冲卵）：
将供体母畜子宫内的冲出来，而不是把卵子冲出来。
对胚胎进行质量检查：
胚胎应发育到或阶
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