高中生物选修3知识梳理docWord格式.docx
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③具有某些标记基因，以便进行筛选。
如大肠杆菌的pBR322质粒携带四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。
此外，运载体的存在还需对宿主细胞生存没有影响。
二、基因工程的基本操作程序
1、目的基因的获取
（1）从基因文库中获取目的基因
优点：
有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。
（2）人工合成目的基因
①反转录法：
以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。
②人工合成：
根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。
如人的血红蛋白基因、胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。
（3）利用PCR技术扩增目的基因
①PCR：
是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。
②目的：
获取大量的目的基因
③原理：
DNA复制
④需要条件：
模板DNA、RNA引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）、离子
⑤方法：
DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合、DNA聚合酶作用下延伸合成互补链
⑥特点：
指数形式扩增
⑦过程：
变性、复性、延伸、重复。
步骤名称
需要温度
过程
第一步变性
90-95℃
将反应体系（包括双链模板、引物、耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核糖核苷酸以及酶促反应所需的离子等）加热至90-95℃，使双链DNA模板两条链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为互补链聚合反应的模板
第二步复性
55-60℃
将反应体系降温至55-60℃，使两种引物分别与模板DNA链3`端的互补序列互补配对，这个过程为复性
第三步延伸合成
70-75℃
将反应体系升温至70-75℃，在耐高温的DNA聚合酶催化作用下，将与模板互补的单个核苷酸加到引物所提供的3`-OH上，使DNA链延伸，产生一条与模板链互补的DNA链
上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。
PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。
2、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，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。
（2）表达载体的组成：
目的基因+启动子+终止子+标记基因。
启动子：
一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首段。
它是与RNA聚合酶结合的部位。
终止子：
一段特殊结构的DNA片段，位于基因的尾段。
作用是使转录过程停止。
标记基因：
一般为抗生素基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否受体细胞中是否含有目的基因（目的基因是否导入成功）。
（3）构建步骤
①用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口。
②用同种限制酶切断目的基因，产生相同的黏性末端。
③将切下的目的基因片段，插入到质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。
3、将目的基因导入受体细胞
目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
（2）受体种类不同，导入方法不同
受体细胞种类
方法
植物细胞
①农杆菌转化法：
目的基因插入Ti质粒的T-DNA→农杆菌→导入植物细胞→稳定维持和表达；
②基因枪法；
③花粉管通道法
动物细胞
显微注射法：
目的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→新性状动物
微生物细胞
Ca2+处理细胞→感受态细胞→表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
（3）受体生物不同，所用的受体细胞种类也不相同。
植物：
可以是卵细胞（受精卵）、体细胞（可经组织培养成为完整个体）
动物：
受精卵（因为体细胞的全能性受到严格限制）
（4）转化实质：
目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。
4、目的基因的检测与鉴定
（1）导入检测：
DNA分子杂交法（使用DNA探针）检测是否插入目的基因，利用DNA分子杂交技术，使目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。
（2）表达检测
转录检测：
分子杂交法检测目的基因是否转录出了mRNA，利用DNA分子杂交技术，使目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有杂交带。
翻译检测：
抗原-抗体杂交（免疫）法检测目的基因是否翻译成蛋白质。
提取蛋白质用相应的抗体静心抗体-抗原杂交，看是否有杂交带。
（3）个体生物学水平鉴定：
根据其性状，如作物抗性等。
三、蛋白质工程
1、概念：
以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因的修饰或基因的合成，对现有的基因进行改造，或制造一种新的蛋白质，满足人类的生产和生活的需求。
2、蛋白质工程崛起的缘由：
基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。
3、基本原理：
它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。
转录翻译折叠
DNARNA肽链具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状
逆转录
4、基本途径：
从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸的序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。
以上是蛋白质工程特有的途径；
以后按照基因工程的一般步骤进行。
（目的基因只能用人工合成的方法获取。
）
5、设计中的困难：
如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。
6、蛋白质工程的步骤
预期功能
生物功能mRNA
7、蛋白质工程与基因工程的比较
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建表达载体→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（基因的异体表达）
结果
生产自然界没有的蛋白质
生产自然届中已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现
四、转基因生物的安全性
1、食品安全问题
（1）对转基因生物安全性的疑问：
担心出现滞后效应（即过一段时间后才出现不良效应）；
担心出现新的过敏原；
担心营养成分改变等。
（2）实质性等同：
指在转基因农作物中只要某些重要成分没有发生改变，就可以认为与天然品种“没有差别”，因此不必再进行安全性检测。
对于转基因的安全问题主要是由技术手段不完善、对基因结构和功能的认识局限，特别是从对异种生物基因的结构和功能的了解不足，插入基因位置的随机性等方面考虑的。
可以从实质性等同不是转基因食物安全性评价的终点而是起点，还有多环节、严谨的科学性评价，以及实例举证法等方面证明转基因食品是安全的。
2、生物安全问题
（1）由于转基因作物引入的只是某个基因，而且新性状的表达需要一定的相应的技术及环境条件，不同物种之间存在生殖隔离，花粉的传播距离及存活时间有限，所以一般来讲不大可能对生物的多样性造成威胁。
（2）担心
①有可能会在近缘物种之间通过花粉杂交，造成基因库的污染；
②杂草或病毒如果被感染外源基因，会成为抗除草剂的超级杂草或重组病毒，有的害虫会获得某种抗性基因，还有的转基因作物可能成为入侵的外来物种，从而破坏生态系统的多样性；
③可能破坏区域生态平衡
3、环境安全问题
（1）外源基因扩散到其他物种（外源基因漂移）
（2）转基因植物扩散影响生态系统的结构和功能
（3）转基因植物扩散对生物多样性的影响
（4）转基因植物残体或分泌物对环境的影响
（5）重组微生物的中间产物可能会造成二次污染
（6）转基因中的某些有毒蛋白或过敏蛋白可能通过食物链进入动物或人体内
五、克隆技术引发的伦理问题
1、从多利羊的生与死看待克隆人
克隆人既有科学发展的内在规律，又有伦理道德观念的约束。
从多利羊的生与死的过程中可以看出克隆技术还不成熟，我们坚持四不原则（不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验）。
但是不反对治疗性克隆，克隆器官移植提供了大量的器官来源，且为器官移植的成活率做了极大的贡献。
2、试管婴儿
试管婴儿解决了不孕症的问题，促进了器官移植的研究和发展，技术上比较成熟。
但是我们反对以性别选择为目的的试管婴儿，如果人为的设计婴儿的性别，将会改变人类社会的男女性别比例，从而影响社会的稳定。
3、基因身份证的利与弊
基因检测如果用于疾病的诊断从而快速有效地治疗将有非常大的好处，但它所测出的不良基因的信息一旦被暴露，会对人们的生活、就业、婚姻等造成许多不便，会造成基因歧视。
对于基因歧视可以通过立法来约束。
另外，转基因技术如果被用于战争制造出生物武器，那将是对人类社会极大的毁灭，所以我们坚决反对。
六、生物武器的种类及对待生物武器的态度
1、致病菌：
鼠疫菌、霍乱弧菌、炭疽杆菌等。
2、生化毒剂：
肉毒杆菌毒素等。
3、病毒：
天花病毒或某些动物的痘病毒等。
4、基因重组的致病生物：
新型鼠痘病毒、带有炭疽杆菌特征的蜡状杆菌、具有种族感染特征的流感病毒等。
5、人们对待生物武器的态度是：
禁止生物武器的研发、生产、储存、扩散、使用。
专题二克隆技术
一、植物组织培养技术
1、植物组织培养原理：
植物细胞的全能性，即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、植物组织培养的过程：
离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体
3、脱分化、再分化的比较
（1）细胞脱分化：
已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转化成未分化的细胞的过程。
（2）生物体细胞不能表达全能性的原因：
植物体细胞内的基因选择性表达。
（3）脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
细胞→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
形成体特点
排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞
有根、芽
需要条件
离体；
适宜的营养；
生长素和细胞分裂素
生长素和细胞分裂素；
光照
4、影响脱分化、再分化的因素
影响脱分化、再分化的重要因素为植物激素。
当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈的促进愈伤组织的形成，两者不同浓度的配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。
当细胞分裂素与生长素的浓度比高时，有利于芽的产生；
浓度比低时，有利于根的产生。
二、植物体细胞杂交
1、过程
亲本植物AA原生质体
亲本植物BB原生质体
2、植物细胞工程的应用
（1）快速繁殖（微型繁殖）：
通过组织培养的方式，可以快速大量的繁殖种苗。
（2）作物脱毒：
采用茎尖（几乎无病毒）组织培养的方式来脱除植物的病毒。
（3）制备人工种子：
组织培养形成胚状体，外面包上人工种皮。
（4）培育作物新品种：
用植物的花药进行离体培养形成单倍体，人工诱导加倍后筛选出需要的新品种；
利用组织培养过程中出现的突变体，培育新的品种。
（5）细胞产物的工厂化生产：
用人工培养的愈伤组织提取细胞中的某种成分，如紫草素、香料等。
三、动物细胞培养
1、动物细胞培养液的成分：
葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。
2、动物细胞培养液的特点：
液体培养基、含动物血清。
3、动物细胞培养的条件：
无菌、无毒的环境；
营养物质；
温度和pH；
气体环境等。
4、动物细胞培养的过程
5、细胞贴壁和接触抑制
悬浮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。
6、动物细胞培养技术的应用
（1）生产病毒疫苗、单克隆抗体、干扰素等
（2）利用动物细胞培养技术中的细胞贴壁生长和接触抑制的特点，可用烧伤病人自己的健康皮肤细胞培养出大量的自身薄层皮肤细胞，以供植皮所需。
（3）培养的动物细胞用于检测有毒物质，判断物质的毒性。
7、植物组织培养与动物细胞培养的比较
植物组织培养
动物组织培养
理论基础
植物细胞全能性
细胞增殖
培
养
基
类型
固体或半固体培养基
液体培养基
成分
水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等
取材
植物幼嫩部位或花药等
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
新的组织或植株个体，可以体现全能性
新的细胞系或细胞株，不形成个体，不体现全能性
目的
植株快速繁殖；
脱毒植株的培养；
人工种子；
生产药物、杀虫剂等；
转基因植物的培育
蛋白质生物制品的生产；
皮肤移植材料的培育；
检测有毒物质；
生理、病理、药理学研究
相同点
两技术手段培养过程中都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂；
均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件。
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1、动物核移植的概念：
将一种生物的细胞核移植到另一种去核或不去核生物的细胞质中，发育成杂合新个体的方式。
2、核移植的过程
3、核移植特点：
主要是指不同种的细胞的拆合、新个体具备双亲的遗传特性。
4、动物体细胞核移植技术的应用
（1）畜牧生产方面，培育良种动物
（2）保护濒危物种
（3）医药卫生方面：
生产医用蛋白、器官和组织移植等
5、动物体细胞核移植技术存在的问题
（1）成功率低
（2）克隆技术的各个环节有待进一步改进
（3）克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷
五、动物细胞融合
1、理论基础：
细胞全能性
2、原理：
细胞膜的流动性
3、诱导方法：
物理法、化学法、生物法（灭活的仙台病毒）
4、植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
植物体细胞杂交
动物细胞融合
细胞融合原理
细胞融合方法
用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合
用胰蛋白酶使细胞分散后，诱导细胞融合
诱导手段
离心、电刺激、振动、显微操作、聚乙二醇等诱导
与植物体细胞杂交相比，还可用灭活的病毒诱导
用途
克服远缘杂交不亲和的障碍，扩展杂交亲本范围，培育新品种
制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等
六、单克隆抗体及其制备过程与原理
1、单克隆抗体的概念
由单个B淋巴细胞（浆细胞）进行无性繁殖，形成细胞群（称为克隆），由这样的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体称单克隆抗体。
2、单克隆抗体的制备
3、血清抗体与单克隆抗体的区别
（1）血清抗体：
产量低、种类多、纯度差、特异性差、反应不够灵敏
（2）单克隆抗体：
化学性质单一、特异性强、反应灵敏
4、制备过程中要经过两次筛选
第一次筛选：
B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，有三种融合情况：
B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞。
而只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。
第二次筛选：
在杂交瘤细胞中筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。
5、单克隆抗体的应用
（1）作为诊断试剂：
诊断多种疾病、定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。
（2）治疗疾病和运载药物：
可以直接治疗疾病，也可以与药物结合制造成“生物导弹”，治疗肿瘤。
专题三胚胎工程
一、精子的形成过程
1、发生场所：
睾丸
2、形成时间：
初情期
3、形成过程
4、变形阶段的主要变化
（1）细胞核变成精子头部的主要部分
（2）高尔基体发育成精子头部的顶体
（3）中心体演变为精子的尾
（4）线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘膜
（5）细胞内其他物质浓缩为球状（原生质滴），最后脱落
二、卵细胞的形成
1、形成部位：
卵巢
减数第一次分裂是在雌性动物排卵前完成；
减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。
卵子受精的标志：
当在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精作用。
刚排出的卵子尚未完成成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。
排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。
正常情况下，1个卵泡只能形成1个成熟的卵子。
排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。
刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子再输卵管内结合完成受精过程。
三、精子形成与卵子形成的比较
精子发生
卵子发生
区
别
场所
睾丸曲细精管（场所唯一）
卵巢（MⅠ）、输卵管（MⅡ）（场所不唯一）
时间
初情期后
性别分化后开始，卵泡（含次级卵母细胞和第一极体的形成）的形成和在卵巢内的储备，是在出生前（胎儿时期）完成的，减Ⅱ是在精子和卵子的结合过程中（即受精过程中）完成的
过程特点
MⅠ和MⅡ是连续的，需变形；
细胞质均等分配
MⅠ和MⅡ是不连续的，不需要变形；
细胞质不均等分配
形成4个精子细胞
形成1个卵细胞和3个极体
原始生殖细胞的增殖为有丝分裂；
生殖细胞的成熟为减数分裂；
成熟过程均经一次复制和两次分裂，子细胞中染色体数目减半
四、受精作用
1、受精作用的概念：
精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。
2、受精作用的场所：
输卵管
3、受精作用的过程
（1）受精前的准备阶段
精子获能：
精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。
卵子的准备：
在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具有与精子受精的能力。
（2）受精阶段
第一步：
精子穿越放射冠和透明带。
顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞，透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。
第二步：
精子进入卵黄膜。
卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步：
原核形成。
雄原核形成和雌原核形成。
第四步：
配子结合。
雌雄原核融合形成合子（受精卵）。
4、受精作用的意义：
维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定；
对于生物的遗传和变异十分重要。
5、防止多精入卵受精的两道屏障
屏障一：
透明带反应。
当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵黄膜的瞬间，卵子发出指令（信号），产生阻止后续的精子进入透明带的生理反应。
屏障二：
卵黄膜封闭作用。
当第一个精子进入卵黄膜后，会立即引起卵黄膜的紧缩、增厚，产生阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精的生理反应，也叫做多精子入卵阻滞。
五、胚胎发育的过程
六、体外受精
1、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、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再体外受精。
（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：
培养法和诱导法。
（3）获能精子和成熟卵子在共同培养一段时间后便可受精。
七、胚胎的早期培养
1、培养的目的：
检测受精情况和受精卵的发育能力。
2、培养液的成分：
水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等。
3、移植方式：
冷冻保存，移植到受体动物子宫内培养。
八、胚胎移植
1、胚胎移植概念：
将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
也就是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。
2、胚胎移植的生理学基础（条件）
（1）供体和受体具有相同的生理环境
（2）早期胚胎处于游离状态，为胚胎的收集提供了可能
（3）受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥
（4）供体胚胎与受体子宫建立正常的生理和组织联系，且移入受体的胚胎的遗传物质不会改变。
3、胚胎移植的基本程序
（1）供体与受体的选择和处理
（2）配种或人工授精
（3）对胚胎的收集、检查、培养或保存
（4）胚胎移植及移植后检查
4、胚胎移植的意义
（1）加速育种工作和品种改良
（2）大量节省购买种蓄的费用
（3）一胎多产
（4）保存品种资源和濒危物种
（5）充分发挥优良个体的繁殖潜能
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