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选修三复习提纲

选修三必背知识

适用于中图版和人教版

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。

原理：

基因重组

一、基因工程的基本工具

1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（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。

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T4噬菌体，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”——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、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，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_。

①反转录法：

目的基因转录成的mRNA

单链DNA

双链DNA（目的基因）

②化学合成法：

蛋白质中氨基酸的序列

mRNA中的碱基序列

DNA碱基序列

目的基因

注：

反转录法和化学合成法得到的目的基因，没有内含子序列，相当于除去了内含子。

而原核生物的基因本来就没有内含子，可采取直接分离法获得。

3.PCR技术扩增目的基因

（1）原理：

DNA双链复制

（2）过程：

第一步：

加热至90～95℃DNA解旋；第二步：

冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：

加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物开始互补链的合成。

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内，并且在受体细胞内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

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。

（用放射性同位素标记的目的基因的一条链作探针，与受体细胞的DNA分子杂交，看是否有杂交带）

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（接种棉铃虫）。

种植在盐碱地上或用盐水浇灌看否有抗盐特性。

三、基因工程的应用

（一）植物基因工程硕果累累

植物基因工程技术主要用于提高农作物的_抗逆_能力（如__抗除草剂__、_抗虫、_抗病_、_抗干旱和_抗盐碱_等），能够大幅度改良农作物的_品质_、利用植物生产_药物等方面。

抗虫转基因植物

方法：

从某些生物中分离出具有_杀虫活性的基因_，将其导入作物中，使其具有抗虫性。

杀虫基因种类：

_Bt毒蛋白_基因、_蛋白酶抑制剂_基因、__淀粉酶抑制剂_基因、_植物凝集素基因等。

主要成果：

__抗虫棉__、_转基因抗虫水稻_等。

意义：

减少对__化学农药_的使用，降低生产成本，减少环境污染，降低了对人体健康的损害。

抗病转基因植物

植物的病原微生物有:

_病毒_、_真菌_和细菌等。

抗病转基因植物的培育方法：

将_抗病基因_导入植物中，使其具有抗病特性。

抗病基因种类：

常用抗病毒基因：

病毒_外壳蛋白__基因和病毒的_复制酶_基因。

常用抗真菌基因：

_几丁质酶基因和_抗毒素合成_基因。

成果：

_抗烟草花叶病毒的转基因烟草_和_抗病毒转基因小麦_、_甜椒__、_番茄_等。

其它抗逆转基因植物

方法：

将_抗逆_基因导入植物，获得抗逆作物。

抗逆基因举例：

调节细胞_渗透压_的基因，可提高作物抗盐碱、抗干旱的能力；鱼的_抗冻蛋白_基因使作物耐寒；_抗除草剂_基因，使作物抗除草剂。

成果：

抗盐抗旱烟草、耐寒番茄、抗除草剂玉米等。

利用转基因改良作物的品质

（1）我国科学家将富含赖氨酸的_蛋白质编码基因_导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照组提高30%。

（2）我国科学家将控制番茄_成熟_的基因导入番茄，获得了转基因延熟番茄。

（二）动物基因工程前景广阔

1.提高动物的生长速度

（1）基因：

外源_生长激素_基因（注意：

不能导入生长素基因）。

（2）成果：

_转基因绵羊_、_转基因鲤鱼_。

2．改善畜产品的品质

（1）基因：

_肠乳糖酶基因。

（2）成果：

转基因牛分泌的乳汁中_乳糖含量大大减少。

（注：

部分人对乳糖会发生乳糖不耐症）

3.转基因动物生产药物

知识拓展：

乳腺生物反应器

（1）基因来源:

_药用蛋白_基因+_乳腺蛋白_基因的启动子。

（2）方法：

_将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射法导入哺乳动物受精卵中，培育成转基因动物_。

等动物进入泌乳期，可以通过乳汁来生产药品。

（3）受体细胞：

__受精卵_。

目的基因只在乳腺细胞中表达

（4）成果：

乳腺生物反应器。

建立生物反应器的原理及优点分别是:

原理：

利用基因工程技术，把动物的乳腺或膀胱等器官作为生产工具，使目的基因在其内表达，获得人类需要的生物产品。

优点：

产量高、质量好、成本低、易提取。

缺点：

只能是雌性个体在泌乳期时才行。

（膀胱生物反应器，目的基因在膀胱上皮细胞中表达，从尿液中提取产品，不受性别限制）。

4.用转基因动物作_器官移植的供体

原理及成果预期：

将_器官供体基因组_导入某种_调节因子_，以抑制_抗原决定基因_的表达，或设法除去_抗原决定基因_,再结合_克隆技术_培育没有_免疫排斥反应的猪器官。

（三）基因工程药物异军突起

1.方式：

利用基因工程培育“_工程菌”来生产药物。

2.成果：

利用“工程菌”可生产_细胞因子_、_抗体__、_疫苗_、_激素_等。

3.主要研发国家：

_美、日、德_等。

4.我国主要产品：

_白细胞介素-2干扰素乙肝疫苗__等。

（四）基因治疗

1.概念：

利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。

即把_正常基因_导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。

2.成果：

将腺苷酸脱氨酶基因导入患者的淋巴细胞。

3.方法：

分为_体外基因治疗_和_体内基因治疗_两种。

4.目前所处阶段：

_初级临床试验阶段_。

5.存在问题：

___技术性问题、安全性问题、伦理道德问题等_______。

四、蛋白质工程

1、蛋白质工程的概念：

蛋白质工程就是根据_蛋白质的精细结构和生物活性_之间的关系，按照人类自身的需要，利用生物技术手段对蛋白质的_DNA编码序列_或直接对蛋白质进行有目的的改造，从而创造出自然界_本不存在_的，具有优良特性的蛋白质分子。

（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）

2、蛋白质工程的原理：

中心法则的逆推

天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：

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；而蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是：

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）（如图所示）。

专题2细胞工程

植物细胞工程

理论基础（原理）：

细胞全能性

全能性大小：

受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞

幼嫩的细胞>衰老的细胞；分化程度低的>分化程度高的

一、植物组织培养技术

1、过程：

2、植物组织培养的用途：

1、微型繁殖：

1）微型繁殖技术：

快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫做植物的微型繁殖技术，也叫做快速繁殖技术。

2）特点：

①保持优良品种的遗传特性。

②高效快速地实现种苗大量繁殖。

2、作物脱毒：

脱毒苗：

采取茎尖组织培养技术来脱除病毒。

（植物分生组织的生长点细胞一般不含病毒）

3、制造人工种子：

（1）结构：

如图人工种子主要由三部分组成，一是胚状体

（分生组织），它相当于天然种子的胚，是有生命的物质结构；二是供胚状体维持生命力和保证其在适宜的环境条件下生长发育的人工胚乳；三是具有保护作用的“人工种皮”。

4、生产植物产品

如人参皂甙、紫草素、香料、色素等

一般是大规模培养愈伤组织，从植物细胞中获取这些物质。

5、作物新品种的培育

1）、单倍体育种

（1）方法：

通过花药培养获得单倍体植株，染色体加倍后得到稳定遗传的优良品种。

（2）优点：

①后代稳定遗传，都是纯合子。

②明显缩短了育种年限。

（3）过程：

花药离体培养

愈伤组织

分化出小植物

单倍体植株

正常植株

2）、突变体的利用

（1）产生：

植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如：

射线、化学物质等）的影响而产生突变。

（2）利用：

筛选对人们有用的突变体，进而培育新品种。

二.植物体细胞杂交技术

1、过程：

获取原生质体

诱导原生质体融合

将杂种细胞组织培养成杂种植株

（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。

动物细胞工程

一.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（