选修三知识点.docx

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选修三知识点

一、基因工程的概念及基本工具

1．概念

基因工程，又叫基因拼接技术或DNA重组技术，通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。

2．基因工程的基本操作工具

（1）限制性核酸内切酶——“分子手术刀”。

①来源：

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

②特点：

能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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。

③结果：

产生黏性末端或平末端。

（2）DNA连接酶——“分子缝合针”。

①作用：

将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。

②种类

（3）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”。

①种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

②质粒特点

二、基因工程的基本操作程序

目的基因的获取方法

　　　　↓

基因表达载体构建组成

　　　　↓

将重组DNA分子导入受体细胞

方法

　↓

目的基因的检测与鉴定

方法

考点二　基因工程的操作过程

1．目的基因的获取

（1）直接分离

（2）人工合成

2．基因表达载体的构建

（1）基因表达载体的组成及作用

（2）构建过程

3．将目的基因导入受体细胞

生物种类

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用方法

农杆菌转化法

显微注射技术

感受态细胞法

受体细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

转化过程

将目的基因插入到Ti质粒的T－DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达

将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物

Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

4.目的基因的检测与鉴定

三、基因工程的应用与蛋白质工程

1．概念理解

（1）基础：

蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。

（2）操作：

基因修饰或基因合成。

（3）结果：

改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。

（4）目的：

满足人类的生产和生活的需求。

2．操作过程

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）→基因表达→产生需要的蛋白质。

5．蛋白质工程与基因工程的关系

项目

蛋白质工程

基因工程

区别

过程

预期蛋白质功能→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

获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

实质

定向改造或生产人类所需的蛋白质

定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品

结果

可生产自然界没有的蛋白质

只能生产自然界已有的蛋白质

联系

①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程

②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造

第2讲　细胞工程（克隆技术

一、细胞工程的概念理解

1．原理

细胞生物学和分子生物学。

2．操作水平

细胞水平或细胞器水平。

3．目的

按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

4．根据操作对象的不同分类

植物细胞工程和动物细胞工程。

二、植物细胞工程

1．植物细胞的全能性

（1）概念：

具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。

（2）原理：

细胞内含有本物种的全部遗传信息。

（3）全能性表达条件：

具有完整细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。

2．植物组织培养

（1）理论基础：

植物细胞的全能性。

（2）操作过程：

外植体

愈伤组织

胚状体或丛芽―→植物体

（2）脱分化和再分化的比较

内容

脱分化

再分化

过程

外植体→愈伤组织

愈伤组织→胚状体

形成体特点

排列疏松、无规则、高度液泡化的薄壁细胞

有根、芽

条件

①离体②适宜的营养

③生长素/细胞分裂素的比例适中

④不需要光照

①离体

②适宜的营养

③生长素/细胞分裂素的比例高或低，分别诱导生根或生芽

④光照

。

3．植物体细胞杂交技术

（1）过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，常用方法是酶解法，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

（2）过程②是原生质体的融合，人工诱导的物理法包括离心、振动、电刺激等；化学法一般用聚乙二醇作诱导剂。

（3）过程③是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。

（3）杂种植株分析

①杂种植株的特征：

具备两种植物的遗传特征。

原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。

②杂种植株的染色体组成和基因型：

a．分析方法：

体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。

b．实例：

若一植物细胞含有2X条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2Y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体数为2X＋2Y，基因型为AabbccDd。

2．植物细胞工程的应用

（1）植物繁殖的新途径

①微型繁殖。

A．概念：

用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

B．微型繁殖有两个优点。

a．保持优良品种的遗传特性。

b．高效快速地实现种苗的大量繁殖。

②作物脱毒。

A．解决的问题：

无性繁殖的作物，感染的病毒在体内逐年积累，产量降低，品质变差。

B．解决方法：

切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。

C．理论基础：

植物分生区附近病毒极少，甚至无病毒。

D．成果：

采用茎尖组织培养技术，已获得脱毒的马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等。

③人工种子。

A．获取方法：

以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，用人工薄膜包装。

B．解决的问题。

a．一些植物繁殖周期长，数年后才能结出种子；

b．有些作物优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性；

c．常规种子的生产受季节、气候和地域的限制，并且占用大量的土地。

（2）细胞产物的工厂化生产

①细胞产物的种类：

蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

②成功的实例：

人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现了工厂化生产。

三、动物细胞工程

1．动物细胞培养

（1）培养过程

（2）培养条件

①无菌无毒环境：

通常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，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：

除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外还通常需加入血清、血浆等天然成分。

③适宜温度和pH：

温度为36.5±0.5℃，pH为7.2～7.4。

④气体环境：

CO2和O2。

O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。

2．核移植技术

拓展：

动物细胞核移植的疑难解析

①卵母细胞选择时期及原因：

MⅡ中期的卵母细胞，此时具备受精能力，细胞质中合成与分裂、分化有关的物质能刺激融合后重组细胞进行分裂分化，形成重组胚胎。

②选卵细胞作为受体细胞的原因。

a．卵细胞大，易于操作。

b．卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。

c．能激发重组细胞分裂分化。

（3）供体细胞：

取供体动物的体细胞培养，一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。

（4）动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因：

动物体细胞的全能性受到限制。

（5）该过程用到的技术手段：

动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。

4．单克隆抗体的制备

（1）过程

植物杂交细胞在激素诱导下能表达出全能性，但动物杂交细胞的全能性不能表达。

取相应B淋巴细胞前必须先注射相应抗原，否则不能获得单克隆抗体。

（2）单克隆抗体的特点：

特异性强、灵敏度高、可大量制备。

第3讲　胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题

一、体内受精和早期胚胎发育

项目

精子的发生

卵子的发生

场所

睾丸曲细精管

卵巢和输卵管

时间

从初情期开始

从胚胎出现性别分化后及初情期后

变形

需变形

不需变形

分裂

均等分裂

不均等分裂

结果

形成4个精子

形成1个卵子和3个极体

1．精子和卵子的发生

2.受精

（1）场所：

输卵管

（2）过程

①准备阶段

②受精阶段

扩展：

受精过程中的“三大反应”与防止多精入卵受精的“两道屏障”

（1）顶体反应：

精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。

顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的条件。

（2）透明带反应：

精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，称做透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。

（3）卵细胞膜反应：

精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。

（1）精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。

（2）排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。

（3）受精的标志≠受精完成的标志：

受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合

3．胚胎发育过程

1）过程：

受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

（2）图示

扩展：

卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化

（1）有机物：

胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而一直呼吸消耗，有机物总量减少。

（2）细胞体积：

胚胎总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。

（3）细胞中DNA含量：

伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。

二、体外受精和早期胚胎培养

1．体外受精与胚胎的早期培养

（1）体外受精的原理：

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和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。

（2）体外受精主要操作步骤

①卵母细胞的采集：

方法一：

对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后直接从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。

方法二：

对大型动物一般采用从活体的卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能的精子在体外受精。

②精子的采集和获能：

采集方法：

假阴道法、手握法和电刺激法等。

获能方法：

培养法和化学诱导法。

③受精：

获能精子和成熟卵子在共同培养一段时间后便可受精。

2．早期胚胎培养

（1）培养液成分：

无机盐、有机盐（两盐）；维生素、激素（两素）；氨基酸、核苷酸（两酸），另外还有水、血清等。

（2）胚胎去向：

向受体移植或冷冻保存。

3．胚胎移植

主要包括对供、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→对胚胎的收集、检查、培养或保存→对胚胎进行移植→移植后的检查等。

2．胚胎移植

（1）胚胎移植的理论基础

胚胎移入的基础

哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的

胚胎收集的基础

哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态

移入胚胎存活的基础

受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应

保留遗传特性的基础

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

（2）胚胎移植的基本程序

4．胚胎分割

（1）材料：

发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

（2）实质：

胚胎分割可增加动物后代数量，其实质是动物的无性繁殖或克隆。

（3）注意：

对囊胚阶段的胚胎分割时，注意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。

5．胚胎干细胞

（1）来源：

是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的。

（2）特点

（2）胚胎干细胞的培养过程

（3）胚胎干细胞的主要用途

2．生物技术的伦理问题

1．试管婴儿与克隆人

（1）试管婴儿的培育过程

（2）克隆人的培育过程

（1）克隆人：

①中国政府的态度：

禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆。

②四不原则：

不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。

（2）试管婴儿：

设计试管婴儿需对胚胎进行基因检测。

第4讲　生态工程

一、生态工程与生态经济

1．生态工程建设的根本目的：

遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到生态效益和经济效益的同步发展。

2．生态工程的特点：

低消耗、多效益、可持续。

3．生态经济：

通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。

二、生态工程的基本原理

1．物质循环再生原理：

物质在生态系统中循环往复，分层分级利用。

如无废弃物农业。

2．物种多样性原理：

一般而言，物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。

3．协调与平衡原理：

生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。

4．整体性原理：

人类处于社会一经济一自然复合而成的巨大系统中。

进行生态工程建设时，不但要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。

5．系统学和工程学原理：

包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。

三、生态工程的实例和发展前景

1．生态工程的实例

2.生态工程发展的前景

（1）“生物圈2号”生态工程实验的启示：

使我们认识到与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识。

（2）发展前景：

我们需要走有中国特色的道路，即不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。

项目

理论依据

意义

实例

物质循环再生原理

物质循环

可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响

“无废弃物农业”

物种多样性原理

生态系统的稳定性

生物多样性程度高，可提高生态系统的抵抗力稳定性

“三北”防护林建设中的单纯林问题；珊瑚礁生态系统的生物多样性问题

协调与平衡原理

生物与环境的协调与平衡

可避免系统的失衡和破坏

太湖富营养化问题

整体性原理

社会—经济—自然复合系统

统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定

林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题

系统学和工程学原理

系统的结构决定功能原理：

分布式结构优于集中式和环式结构

改善和优化系统的结构以改善功能

桑基鱼塘

系统整体性原理：

总体功能大于各部分之和

能保持很高的系统生产力

珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系

类型

实例

农村综合发展型生态工程

窦店村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程

小流域综合治理生态工程

甘肃陇南地区“九子登科”治理模式

大区域生态系统恢复工程

“三北”防护林，退耕还林还草生态工程

湿地生态恢复工程

鄱阳湖的综合治理

矿区废弃地的生态恢复工程

赤峰市元宝山矿区生态恢复工程

城市环境生态工程

张家港、大连等国家环境保护模范城市