生物选修3Word格式文档下载.docx
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coliDNA连接酶（只连接粘性末端）、T4DNA连接酶（连接粘性末端与平末端，连接平末端的效率低）等。
（2）作用：
可以将两个DNA片段之间的2个缺口通过磷酸二酯键同时连接起来。
3、运载工具：
载体。
（1）种类：
质粒（常用）、噬菌体、可起载体作用的动植物病毒。
（2）质粒：
来源：
是细菌细胞质中一种很小的环状、双链DNA分子。
条件：
①具有一个至多个限制酶切割位点。
②能在受体细胞中自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
③具有某些标记基因。
（供重组DNA的鉴定和选择）
④能“友好”地“借居”在受体细胞内；
四、基因工程的一般过程与技术
苏教版
人教版
1、获得目的基因
1、目的基因的获取
2、制备重组DNA分子
2、基因表达载体的构建
3、转化受体细胞
3、将目的基因导入受体细胞
4、筛选出获得目的基因的受体细胞
4、目的基因的检测与鉴定
5、培养受体细胞并诱导目的基因表达
从基因文库中获取目的基因
利用PCR技术扩增目的基因
反转录
（1）目的基因：
主要是指编码蛋白质的结构基因。
（2）获取方法
从自然界已有物种中分离
人工合成
补充：
聚合酶链式反应技术（PCR技术）
（1）PCR：
即聚合酶链式反应
（2）PCR技术：
在体外通过酶促反应有选择地大量扩增目的基因或序列的技术。
（3）方法：
2、基因表达载体的构建（核心）
（1）目的：
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，同时，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
终止信号，位于基因的尾端。
RNA聚合酶识别和结合部位，位于基因的首端。
鉴别受体细胞中是否含有目的基因。
（3）构建步骤：
用同一种限制酶切割目的基因和载体，从而产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。
（形成的分子称：
重组DNA分子或重组质粒。
）
【特别提示】
插入的目的基因只是目的基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质粒前需有启动子，后需有终止子。
3、将目的基因导入受体细胞（转化）
（1）受体种类不同，导入方法不同
导入植物细胞：
农杆菌转化法（常用）、基因枪法、花粉管通道法。
导入动物细胞：
显微注射法。
导入微生物细胞：
Ca2+处理法。
（2）受体细胞的种类
植物：
可以是受精卵、体细胞（可经组织培养成完整个体）
动物：
受精卵（因为动物细胞的全能性受到抑制）
（3）转化实质：
目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上。
（1）分子检测
①检测转基因生物的染色体DNA是否插入了目的基因（DNA分子杂交法）
②检测目的基因是否转录出了mRNA（分子杂交法）
③检测目的基因是否翻译出了蛋白质（抗原—抗体杂交法）
（2）个体生物学水平鉴定
检测转基因生物是否具有了我们所需要的遗传特性。
五、抗软化番茄的培育（看书P13）
六、基因工程育种
1、方法：
提取目的基因→基因表达载体的构建（制备重组DNA分子）→导入受体细胞→目的基因表达→筛选出符合要求的新品种
2、原理：
基因重组。
3、优点：
目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物；
育种周期短。
4、缺点：
技术复杂，存在安全性问题。
5、实例：
抗软化番茄的培育、转基因抗虫棉、转基因“超级小鼠”等。
第二节基因工程的应用
一、转基因生物
是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的、能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。
二、基因工程的应用
1、植物基因工程
抗虫转基因植物—减轻农药对环境的污染
抗病转基因植物
抗逆转基因植物
利用转基因改良植物的品质
2、动物基因工程
提高动物的生长速度
改善畜产品的品质
用转基因动物生产药物（乳腺生物反应器）
用转基因动物作器官移植的供体
3、基因工程药物的生产
如用转基因工程菌生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
4、基因诊断和基因治疗
（1）方法
●基因诊断：
采用基因检测的方法（DNA分子杂交技术）来判断患者是否出现了基因异常（如遗传病患者的基因缺陷）或是否携带病原体（如乙型肝炎病毒）等。
●基因治疗：
是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的的治疗方法。
途径
体外基因治疗：
先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。
体内基因治疗：
用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的方法。
（2）实例：
ADA基因缺陷症基因治疗机理（看书P19）
第三节蛋白质工程
一、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
二、蛋白质工程的概念
指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求。
基因工程是其中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为第二代基因工程。
三、蛋白质工程的原理
1、天然蛋白质合成：
基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。
（中心法则）
2、蛋白质工程：
从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
四、蛋白质工程的类型
1、类型
（1）大改：
是指根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期的功能。
（2）中改：
是指在蛋白质分子中替代某一肽段或一个特定的结构域。
（3）小改：
是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。
2、定点诱变技术（看书P26积极思维）
五、蛋白质工程的应用
1、通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性。
2、在生物工程制药领域，蛋白质工程也有广泛的应用。
第二章细胞工程
第一节细胞工程概述
一、细胞工程的概念
是指以细胞为基本单位，在体外无菌条件下，进行培养、繁殖或利用细胞融合、核移植等技术，使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良生物品种、创造新品种和加速繁育生物个体，以及获得某些有用的细胞代谢产物的技术。
三、细胞工程的类型
1、按研究对象可分为：
植物细胞工程、动物细胞工程、微生物细胞工程
2、按所用技术可分为：
●植物组织培养、植物体细胞杂交
●动物细胞培养、动物细胞融合和单克隆抗体制备、细胞核移植技术和动物体细胞克隆
第二节植物细胞工程
一、植物细胞的全能性
1、概念：
生物体内几乎每一个细胞内都含有该物种的全套遗传物质，具有发育成为完整个体所必需的全部基因，因此，这些细胞都具有发育成为一个新的生物个体的潜能。
细胞的这种特性称为细胞全能性。
2、理论依据：
生物体内几乎每一个细胞内都含有该物种的全套遗传物质，具有发育成为完整个体所必需的全部基因。
3、全能性大小的判断
（1）受精卵>
配子>
体细胞
（2）植物细胞>
动物细胞
（3）分化程度低的细胞>
分化程度高的细胞
4、实现全能性的条件
（1）离体状态。
（2）环境条件条件适宜（如营养物质、激素、温度等）。
5、体细胞未表现出全能性的原因
基因选择性表达。
即未离体细胞只能在机体的调控下定向分化，不能表达其全能性。
6、植物细胞的全能性是植物细胞工程的理论基础。
目前的实验证明，离体的植物体细胞的全能性得到了充分的体现（如植物组织培养）。
离体的动物体细胞，其全能性受到限制，细胞核具有全能性（如克隆技术培养动物个体，需要去核卵细胞的细胞质才能体现出来。
）；
动物体细胞克隆的关键是细胞核移植技术。
二、植物细胞工程
（一）植物组织培养（植物细胞工程的基础）
是指依据细胞全能性的原理，在无菌条件下，分离植物的器官、组织、细胞或原生质体（称为外植体），并在培养基上培养，在适宜的条件下使其长成部分或完整植株的技术。
2、理论基础：
植物细胞的全能性。
3、过程：
胚状体→试管苗→植物体
再分化
（分化培养基）
离体的器官、组织、细胞
脱分化
附：
相关概念
●愈伤组织：
是一团没有特定结构和功能并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞。
●脱分化：
由已分化的植物细胞形成愈伤组织的过程。
●再分化：
愈伤组织生长一段时间后再移植到新的培养基（人教版：
分化培养基）上继续培
养，重新诱导分化形成根、芽等器官的过程。
4、条件
首先用消毒剂除去外植体表面的微生物，在无菌条件下将其放到适宜的培养基上。
培养基一般有五类成分：
（1）水
（2）无机营养：
包括大量元素和微量元素。
（3）有机营养：
主要有糖、维生素、氨基酸。
（4）生长物质：
指植物激素，常用的有生长素（利于生根）和细胞分裂素（利于生芽），离体培养物的根芽分化取决于激素间的比例。
此外，赤霉素对刺激细胞的伸长也有一定的作用。
（5）天然附加物：
如椰子乳、酵母提取物等。
5、应用
（1）微型繁殖：
不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
（2）作物脱毒：
植物分生区附近，如茎尖、根尖，由于细胞分裂快，很少被病毒感染，甚至无病毒，因而被用来培育无病毒植株。
（3）制备人工种子
①概念：
是指在植物组织培养中得到的体细胞胚状体，包埋在含有营养物质和保护物质的包被中，在适宜条件下能够发芽出苗的颗粒体。
也可用不定芽、顶芽和腋芽等为材料制作人工种子。
②优点：
●不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产；
●繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗；
●有利于保存该种系的优良性状。
（4）转基因植物的培育
（5）次生代谢产物可作为药用原料、食品添加剂、保健食品等。
6、细胞工程育种之一——植物组织培养育种
方法：
离体的植物器官、组织或细胞→愈伤组织→根、芽等器官→植物体
原理：
植物细胞的全能性
优点：
快速繁殖、培育无病毒植株等
缺点：
技术要求高、培养条件严格实例：
制备人工种子
（二）植物体细胞杂交
1、概念
就是将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
（人教版）
3、过程
诱导
融合
（1）原生质体：
是指去除植物细胞壁后获得的裸露的植物细胞结构等。
（2）诱导植物细胞融合的方法：
物理法：
离心、振动、电激等。
化学法：
一般用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。
4、意义：
克服远源杂交不亲和的障碍。
5、细胞工程育种之二——植物体细胞杂交育种
去除细胞壁→诱导原生质体融合→组织培养→植物体
植物细胞的全能性（变异原理：
染色体变异；
融合原理：
细胞膜具有一定的流动性）
克服远源杂交不亲和的障碍，培育出作物新品种，如“白菜—甘蓝”与普通白菜比，具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。
技术复杂，不总是按人们的需要表现出亲代的优良性状，如番茄—马铃薯。
第二节动物细胞工程
一、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，放在适宜的培养基中培养，使其生长和增殖。
（人教版）
•这项技术是动物细胞工程的基础。
•用于培养的动物细胞和组织大多取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织。
2、过程：
●细胞贴壁：
培养时悬液中分散的细胞很快就会贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。
●接触抑制：
当贴壁细胞分裂生长到表面相互相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
●原代培养：
是指从供体获取组织或细胞后的初次培养。
●传代培养：
将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养。
（一般情况下，传代培养10-50次后，细胞增殖会明显放缓，甚至完全停止，但有少部分细胞克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，即细胞内遗传物质发生了改变，细胞正在朝着等同于癌细胞的方向发展。
3、条件：
（1）无菌、无毒的环境
•培养液和培养用具进行无菌处理
•培养液中添加一定量的抗生素
•定期更换培养液
（2）营养
•葡萄糖、氨基酸、维生素、无机盐、微量元素、促生长因子等。
•合成培养基中还需加入动物血清、血浆等一些天然成分
（3）温度和PH
•温度：
细胞体外培养的温度一般与动物的体温相近，哺乳动物多以36.5±
0.5℃为宜。
•PH：
多数细胞最适PH为7.2-7.4。
（4）气体环境
•细胞培养所需气体主要是O2和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。
•进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，将其置于95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养。
培养基的的种类（按来源分）
天然培养基：
主要取自动物血清、动物组织提取液和鸡胚汁等，具有营养价值高、成分复杂的特点。
合成培养基：
是人工配制的，具有成分明确、便于控制实验条件的特点。
4、应用：
（1）许多有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等，都可以借助动物细胞的大规模培养来生产。
（2）作为基因工程的受体细胞。
（3）用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性。
（4）用于医学研究。
二、细胞核移植和动物体细胞克隆
（一）细胞核移植
是一种利用显微操作技术将某种动物细胞的细胞核移入同种或异种动物的去除细胞核的成熟卵细胞内的技术。
（二）动物体细胞克隆
将供体体细胞的细胞核与受体去核卵细胞的细胞质进行人工组合，借助于卵细胞的发育能力，经过培养发育成胚胎，进而形成个体的技术。
（关键：
细胞核移植技术）
（克隆：
是指遗传上完全相同的分子、细胞或来自同一祖先的生物个体的无性繁殖群体。
（克隆羊“多利”的产生过程）
3、应用前景（人教版）
（1）在畜牧生产中，可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；
（2）在保护濒危物种方面，可以增加这些动物的存活数量；
（3）在医疗卫生领域：
①转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；
②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为异体移植的供体；
③人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后可以用于组织、器官的移植。
（看书P51）
（4）研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；
（5）用克隆动物做疾病模型，能使人们更好的追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病的方法。
4、细胞工程育种之三——动物细胞核移植育种
细胞核移植→重组细胞→培养成早期胚胎→胚胎移植
动物细胞核的全能性
快速繁殖优良品种，保存濒危物种，有选择地繁殖某性别的动物。
导致生物品系减少，个体生存能力下降。
实例：
“多利”羊等克隆动物的培育
现代生物技术育种小结
类型
比较
基因工程
育种
细胞工程育种
植物组织培养
植物体细胞杂交
动物细胞核移植
原理
基因重组
植物细胞的全能性
（变异原理：
动物细胞核的全能性
方法
提取目的基因→构建载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种
离体的植物器官、组织或细胞→愈伤组织→胚状体→植物体
去掉细胞壁→诱导原生质体融合→组织培养
细胞核移植→重组细胞→培养成早期胚胎→胚胎移植
优点
育种周期短
快速繁殖、培育无病毒植株等
克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出作物新品种
快速繁殖优良品种，保存濒危物种，有选择地繁殖某性别动物
缺点
技术复杂，存在安全性问题
技术要求高、培养条件严格
技术复杂，不能按人们的需要表现出亲代的优良性状
导致生物品系减少，个体生存能力下降
举例
抗软化番茄、转基因鲤鱼等
制备人工种子、试管苗的培育、培养转基因植物等
白菜—甘蓝的培育、“番茄—马铃薯”的培育
“多利”羊等克隆动物的培育
三、动物细胞融合和单克隆抗体
（一）动物细胞融合
指在一定条件下将2个或多个动物细胞融合为一个细胞的过程。
（融合成的细胞称为杂交细胞）
杂交细胞
诱导因素
2、过程
不同来源的细胞
诱导动物细胞融合的方法
主要有物理法（如电激）、化学法（如聚乙二醇）、生物法（如灭活的病毒）
3、意义：
克服远源杂交的不亲和性。
（二）单克隆抗体
1、制备：
（见书P53）
2、优点：
特异强、灵敏度高、并可能大量制备。
3、应用：
（1）作为诊断试剂
●单克隆抗体特异强、灵敏度高，所以能准确识别各种抗原物质的差异，并跟一定抗原发生特异性结合。
因此，单克隆抗体在诊断的应用上具有准确、高效、简易、快速的特点。
（2）治疗疾病和运载药物
●主要用于癌症治疗，也有少量用于其他疾病治疗。
●可把抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”。
第三章胚胎工程
第一节动物的胚胎发育和胚胎工程
一、哺乳动物生殖细胞的发生和受精作用
（一）精子的发生
1、场所：
睾丸
2、时间：
初情期（苏教版：
性成熟）
第一阶段：
位于曲细精管管壁的精原细胞进行数次有丝分裂，产生多个初级精母细胞。
第二阶段：
初级精母细胞连续进行两次分裂（即减数分裂，包括MⅠ和MⅡ），第一次分裂产生2个次级精母细胞，每个次级精母细胞再分裂一次产生2个精子细胞。
第三阶段：
圆形的精子细胞经过变形成为精子。
（二）卵子的发生
卵巢
2、时间及过程：
●胎儿期
动物的胚胎在性别分化后以后，卵原细胞通过有丝分裂不断增加数量，并进一步演变为初级卵母细胞，这时，它被卵泡细胞包围，形成卵泡。
●初情期后（苏教版：
性成熟；
图中合子指受精卵。
●
减数第一次分裂：
是在雌性动物排卵前后完成的，结果产生1个初级卵母细胞和1个第一极体，进入输卵管，准备与精子受精。
减数第二次分裂：
是在精子和次级卵母细胞（减Ⅱ中期）结合的过程中形成的，次级卵母细胞经分裂产生1个卵子和1个第二极体。
（当在卵黄膜和透明带的间隙观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精，这是判断卵子是否受精的重要标志）
（三）受精
准备阶段1——精子获能
刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道（子宫和输卵管）发生相应的生理变化后，才能获得受精的能力，这种现象称为“精子获能”。
（苏教版：
卵泡液、输卵管分泌物、血清等液体可使精子获能）
准备阶段2——卵子的准备
卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程。
动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，有的可能是初级卵母细胞，它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。
受精阶段
（1）场所：
输卵管
（2）主要过程（哺乳动物）：
精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和配子结合。
获能后的精子与卵子相遇时，首先发生顶体反应，使顶体内的顶体酶释放出来，以溶解透明带外面的放射冠（由卵泡细胞构成的放射状结构），形成精子穿越的通道。
精子穿越透明带后，在接触卵黄膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，这个反应称作透明带反应。
这是防止多精子入卵受精的第一道屏障。
精子外膜与卵黄膜相互融合，精子入卵。
精子入卵后，卵黄膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，这种生理反应称作卵黄膜封闭作用。
这是防止多精子入卵受精的第二道屏障。
精子入卵后的另一个变化，是尾部脱离，并且原有的核膜破裂；
随后，精子形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子核还大的雄原核。
与此同时，精子入卵后被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核。
雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此接触，二者体积缩小、合并，形成一个含二倍染色体的合子，即受精卵。
受精过程至此结束，受精卵的发育也由此开始。
受精作用完成的标志是雌、雄原核结合。
二、哺乳动物胚胎发育的基本过程
1、胚胎发育概念：
是指受精卵发育成幼体的过程，包括卵裂、囊胚、原肠胚、胚层分化等主要阶段。
（人教版：
卵裂期细胞数目为32个左右时的胚胎，叫做桑椹胚）
2、胚胎发育过程：
苏教版：
胚胎发育分为3个阶段
胚卵期（受精卵→第1周末）→胚胎期（第2周→第8周）→胎儿期（第9周始）
三、胚胎工程的概念
技术：
体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、胚胎冷冻保存技术、性别控制技术等
操作对象：
生殖细胞、受精卵和早期胚胎细胞
理论基础：
胚胎发育学。
四、胚胎工程的主要技术
（一）体外受精技术
是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。
2、基本原理：
人工模拟体内环境，包括营养、温度、PH等，使初级卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用，并有计划地保存胚胎等。
胚胎早期培养（人教版）
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。
当胚胎发育到适宜阶段时，可将
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