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生物选修三易考知识点背诵

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”——限制性核酸切酶（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：

经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：

黏性末端和平末端。

EcoRI限制酶的切割产生黏性末端，SmaI限制酶的切割产生平末端。

2.“分子缝合针”——DNA连接酶

（1）两种DNA连接酶（E·coliDNA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：

E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，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”——运载体

（1）载体具备的条件：

①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状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，从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。

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1步：

加热至90～95℃DNA解链；

第2步：

冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；

第3步：

加热至70～75℃，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因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。

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，并且在受体细胞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

导入检测：

DNA分子杂交技术（使用DNA探针）。

表达检测

个体生物学水平鉴定：

如对转基因作物进行抗虫或抗病等的接种实验。

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。

如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。

（三）基因工程的应用

1.植物基因工程：

抗虫、抗病、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，使该基因表达产物发挥作用。

（四）蛋白质工程的概念

蛋白质工程是指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的需求。

（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）

专题2细胞工程

（一）植物细胞工程

1.理论基础（原理）：

细胞全能性

全能性表达的难易程度：

受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞

2.植物组织培养技术

（1）过程：

离体的植物器官、组织或细胞―→愈伤组织―→试管苗―→植物体

（2）用途：

微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。

（3）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：

（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（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→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，防止代产物积累对细胞自身造成危害。

②营养：

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℃＋0.5℃；pH：

7.2～7.4。

④气体环境：

95%空气＋5%CO2。

O2是细胞代所必需的，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）和体细胞核移植（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，营养丰富。

（3）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；②保护濒危物种，增大存活数量；

③生产珍贵的医用蛋白；④作为异种移植的供体；

⑤用于组织器官的移植等。

（4）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

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。

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。

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。

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

抗体：

一个B淋巴细胞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。

杂交瘤细胞的特点：

既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。

单克隆抗体的优点：

特异性强，灵敏度高，并能大量制备。

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。

②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，如胚胎移植、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。

过程：

受精卵―→卵裂期―→桑椹胚―→囊胚―→原肠胚。

（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，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。

（三）胚胎工程的应用

1、体受精与胚胎发育

精子与卵子的发生

受精作用的过程：

（1）受精前的准备阶段

①精子获能：

精子必须在雌性动物的生殖道中发生相应的生理变化后，才能获得受精能力的生理现象。

②卵子的准备：

在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具备与精子受精的能力。

（2）受精阶段

第一步：

精子穿越放射冠和透明带。

顶体反应使顶体的酶释放出来并溶解放射冠的卵丘细胞之间的物质；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）。

（1）受精的标志是在透明带和卵黄膜之间观察到两个极体。

（2）受精完成的标志是雌、雄原核的融合。

2.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8—16个细胞阶段移植。

）

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。

（2）意义：

来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖。

（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。

）

（4）操作过程：

对囊胚阶段的胚胎分割时，要将细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

4.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，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：

①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℃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。

①胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。

②移植胚胎来源及生殖方式：

核移植得到的重组细胞

无性繁殖

体外受精得到的受精卵

有性生殖

体受精得到的早期胚胎―→冲卵―→移植―→有性生殖

③促性腺激素两次使用：

a.同期发情处理；b.超数排卵。

④两次检查：

a.收集胚胎检查；b.移植后是否妊娠检查。

⑤冲卵含义：

冲出早期胚胎，不是冲出卵子。

⑥对囊胚进行分割时，要注意将细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

5.试管动物、克隆动物生产过程比较

（1）试管动物生产流程

（2）克隆动物的培育流程

试管动物生殖实质是正常的有性生殖，只不过受精、早期胚胎发育在试管中（体外）进行。

②克隆动物生殖的实质是无性生殖，依赖动物细胞核（高度分化的体细胞的细胞核）具有全能性；特有的操作程序是核移植！

专题4生态工程

一、生态工程的基本原理

二、生态工程建设的目的

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

项目

理论基础

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

生物的数量不超过环境承载力，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，保障生态系统的平衡和稳定

林业建设中自然系统与社会、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：

分布式优于集中式和环式

改变和优化系统的结构以改善功能

桑基鱼塘

系统整体性原理；整体大于部分

保持很高的系统生产力

珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系