选修3《现代生物科技专题》知识点总结.docx

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选修3《现代生物科技专题》知识点总结

选修3《现代生物科技专题》知识点总结

专题1 基因工程（DNA重组技术）

1.基因工程的概念：

⑴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。

⑵原理（实质）：

基因重组。

⑶特点：

①目的性强（可以定向改造某些生物性状）；

②实现不同物种间的基因重组（打破生殖隔离/克服远缘杂交不亲和障碍）。

2.基因工程（DNA重组技术）的工具：

限制酶、DNA连接酶、载体（最常用：

质粒）。

基因工程（DNA重组技术）的工具酶：

限制酶、DNA连接酶。

3.限制性核酸内切酶（限制酶）——“分子手术刀”：

准确切割DNA。

⑴来源（分布）：

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

⑵功能（作用）：

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，因此具有专一性（特异性）。

⑶结果：

DNA分子经限制性核酸内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——

黏性末端和平末端。

4.DNA连接酶——“分子缝合针”：

将DNA片段连接起来。

不具有专一性（特异性）。

⑴作用：

将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

⑵两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA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；

T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，能缝合双链DNA片段的两种末端（互补的黏性末端和平末端），但连接平末端的之间的效率较低。

⑶与DNA聚合酶作用的异同:

DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键，催化DNA复制过程，需要模板。

DNA连接酶是连接两个双链DNA片段的末端，形成磷酸二酯键，不需要模板。

5.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”：

将重组DNA分子导入受体细胞

⑴载体具备的条件：

①有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插入其中。

②进入受体细胞后，在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制，并能在受体细胞中稳定保存。

③有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

例如：

四环素抗性基因，氨苄青霉素抗性基因……

⑵最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。

⑶其它载体：

λ噬菌体的衍生物、动植物病毒。

6.基因工程的基本操作程序：

目的基因的获取；基因表达载体的构建；

将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。

7.基因工程的第一步：

目的基因的获取。

⑴目的基因是指：

符合人们需要的，编码蛋白质的基因。

⑵目的基因可以从自然界中已有的物种中分离出来，也可以用人工的方法合成。

⑶目的基因的获取方法：

①从基因文库中获取目的基因；

②利用PCR技术扩增目的基因；

③通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成目的基因。

▲基因文库：

将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。

①种类基因组文库：

包含了一种生物所有的基因。

部分基因文库：

只包含一种生物的一部分基因，如cDNA文库。

②从基因文库中获取目的基因：

根据目的基因的有关信息获取目的基因。

如：

根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、基因的表达（翻译）产物蛋白质等特性来获取目的基因。

▲PCR：

全称为多聚酶链式反应，是一项在生物体外复制特定DNA片段

的核酸合成技术。

①原理：

DNA双链复制。

②过程：

a.加热至90～95℃DNA受热变性后，解链为单链；

b.冷却到55～60℃，引物与单链相应互补序列结合；

c.加热至70～75℃，在Taq酶（热稳定DNA聚合酶）的作用下进行延伸。

d.循环。

③特点：

DNA数量呈指数形式式增加，即2n（n为扩增循环的次数）。

④前提：

要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。

8.基因工程的第二步：

基因表达载体的构建——基因工程的核心。

⑴基因表达载体构建的目的（基因表达载体的功能）：

①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；

②使目的基因能够表达和发挥作用。

⑵基因表达载体的组成：

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，

使转录在所需要的地方停止下来。

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。

④常用的标记基因是抗生素抗性基因，如：

氨苄青霉素抗性基因、四环素抗性基因、卡那霉素抗性基因……

⑶基因表达载体的构建过程：

①同种限制酶处理质粒和含目的基因的DNA。

②DNA连接酶连接切割后的质粒和目的基因。

9.基因工程的第三步：

将目的基因导入受体细胞_。

①转化：

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。

③将目的基因导入动物细胞：

最常用也是最有效的方法是显微注射技术。

此方法的受体细胞多是受精卵。

（原因：

受精卵的全能性最高。

）

其次还可以是胚胎干细胞。

（原因：

胚胎干细胞具有发育的全能性。

）

④将目的基因导入微生物细胞的方法是：

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。

⑤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。

⑥重组DNA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。

10.基因工程的第四步：

目的基因的检测与鉴定——检查基因工程是否做成功的第一步。

①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键。

方法是采用DNA分子杂交技术（DNA-mDNA）。

②检测目的基因是否转录出mRNA——检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。

方法是采用分子杂交技术（DNA-RNA）。

③检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原—抗体杂交技术。

④有时还需进行个体生物学水平的鉴定。

如生物抗虫或抗病特性的鉴定，需要做抗虫或抗病的接种实验等。

11.基因工程的应用

①提高农作物的抗逆能力（如：

抗虫、抗病、抗除草剂、抗干旱、抗盐碱……）

②利用转基因改良植物的品质。

③提高动物生长速度、改善畜产品品质、

④用转基因植物、动物和转基因工程菌生产药物。

如：

细胞因子、抗体、疫苗、激素……

⑤基因治疗：

把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能。

是治疗遗传病最有效的手段。

⑥基因诊断：

又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。

方法：

DNA分子杂交技术。

12.蛋白质工程：

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。

13.蛋白质工程的基本途径/流程：

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→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。

14.蛋白质工程与基因工程的区别：

蛋白质工程

基因工程

实质

通过对编码蛋白质的基因进行改造，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。

将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。

结果

可以合成自然界不存在的蛋白质

只能生产自然界已存在的蛋白质

联系

蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出的第二代基因工程。

15.蛋白质工程是一项难度很大的工程。

原因：

蛋白质的高级结构（空间结构）十分复杂，科学家对其了解还很不够。

专题2细胞工程

1.细胞工程的概念：

操作水平：

细胞水平和细胞器水平。

2.细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。

植物细胞工程的基本技术：

植物组织培养和植物体细胞杂交。

其中植物组织培养是基础。

动物细胞工程常用的技术手段：

动物细胞培养、动物细胞核移植、

动物细胞融合、生产单克隆抗体……

其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。

3.植物细胞工程的理论基础（原理）：

植物细胞的全能性。

4.细胞具有全能性的原因/基础：

含全部遗传信息/遗传物质/DNA/基因。

5.细胞全能性表达的容易程度：

①植物细胞>动物细胞；

②同一个体：

受精卵>生殖细胞＞干细胞>体细胞；

③同一细胞：

刚产生>成熟>衰老；

④分裂能力强>分裂能力弱>不分裂；

⑤分化程度低>分化程度高。

6.植物组织培养技术的过程：

脱分化和再分化。

离体的植物器官、组织、细胞（外植体）

↓脱分化（不需光）

愈伤组织（一些具有分生能力的薄壁细胞）

↓再分化（需光、分化培养基）

根、芽等组织（胚状体）

↓

完整植株

7.脱分化：

让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。

8.植物组织培养的应用：

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……

①微型繁殖（快速繁殖）——用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

优点：

保持优良品种的遗传特性，高效快速地大量繁殖。

②作物脱毒——茎尖组织培养技术。

原因：

植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。

③人工种子：

胚状体+人工种皮。

过程：

花药/花粉（精子）脱分化愈伤组织再分化单倍体植株

④单倍体育种一定浓度的秋水仙素处理，诱导染色体数目加倍正常植株（纯合的二倍体）。

优点：

明显缩短育种年限。

⑤细胞产物的工厂化生产：

离体的植物器官、组织、细胞脱分化愈伤组织反复培养，提取细胞产物

9.植物组织培养的地位：

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。

10．植物体细胞杂交技术的过程：

包括植物细胞融合和植物组织培养。

11.诱导植物细胞（原生质体）融合的方法：

物理法：

包括离心、振动、电激等。

化学法：

一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。

12.植物体细胞杂交技术的意义（优点）：

克服远缘杂交不亲和障碍/打破生殖隔离。

13.动物细胞培养：

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。

14.细胞贴壁：

悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。

15.接触抑制：

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。

16.动物细胞培养的过程：

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

单个细胞

↓加培养液（液体培养基）

细胞悬液

↓放入培养瓶，适宜条件培养

原代培养

↓贴满瓶壁时（接触抑制），用胰蛋白酶等处理，分瓶，继续培养。

传代培养

17.传代培养的细胞一般传至10代后就不易传下去了。

18.目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内的细胞。

（原因是：

10代以内的细胞一般可以保持正常的二倍体核型。

）

19.动物细胞培养的条件：

培养液和所有培养用具应进行无菌处理。

①无菌、无毒的环境在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。

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：

糖（葡萄糖）、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温度和pH：

适宜。

哺乳动物多是：

温度：

36.5℃＋0.5℃；pH：

7.2～7.4。

④气体环境：

细胞培养所需气体主要有O2和CO2。

通常采用5%空气＋5%CO2。

用培养皿或松盖培养瓶。

O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。

20.动物细胞培养技术的应用：

制备病毒疫苗、单克隆抗体、干扰素……；

检测有毒物质；培养医学研究的各种细胞……

21.植物组织培养和动物细胞培养的区别：

植物组织培养

动物细胞培养

原理

植物细胞的全能性

细胞增殖

培养基性质

固体培养基

液体培养基（培养液）

培养基特有成分

植物激素、蔗糖

动物血清、葡萄糖

培养结果

植物体或细胞产物

细胞群

22.动物核移植：

将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的

卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，最终发育为动物个体。

23.哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。

24.核移植技术中，选用去核卵（母）细胞作为受体细胞的原因：

①卵（母）细胞比较大，容易操作；

②卵（母）细胞细胞质多，营养丰富，含有促进细胞全能性表达的物质（因子）。

25.体细胞核移植的大致过程：

26.体细胞核移植技术涉及到的生物技术：

动物细胞培养、动物细胞核移植、胚胎移植。

27.体细胞核移植技术涉及到的生物工程：

细胞工程、胚胎工程。

28.体细胞核移植技术中作为受体细胞的卵母细胞所处的时期：

MⅡ中期。

29.克隆动物的性状主要与提供细胞核（体细胞）的亲本相同（因为控制性状遗传的物质主要存在于细胞核中）。

但不完全相同，原因是：

①克隆动物的大部分DNA来自于供体细胞的细胞核，而线粒体中的DNA来自于受体卵母细胞的细胞质。

②表现型是基因型与环境条件共同作用的结果。

30.体细胞核移植技术的应用：

①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；

②保护濒危物种，增加濒危动物的存活数量；

③生产珍贵的医用蛋白；

④作为组织、器官移植的供体。

31.体细胞核移植技术存在的问题：

①成功率低。

②绝大多数克隆动物存有健康问题，表现出遗传和生理缺陷等。

③对克隆动物食品的安全性问题存在争议。

32.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。

33.动物细胞融合的意义：

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。

/克服了远缘杂交的不亲和性/打破了生殖隔离。

34.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：

植物体细胞杂交

动物细胞融合

原理

细胞膜的流动性、植物细胞的全能性

细胞膜的流动性

细胞融合的方法

去除细胞壁（酶解法：

用纤维素酶和果胶酶处理）后诱导原生质体融合

使细胞分散（用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理）后诱导细胞融合

诱导融合的方法

离心、振动、电激，聚乙二醇（PEG）……

离心、振动、电激，聚乙二醇（PEG）……另外，还有灭活的病毒诱导。

用途

克服了远缘杂交不亲和障碍，

获得杂种植株。

制备单克隆抗体的技术之一。

35.单克隆抗体的制备过程：

36.杂交瘤细胞的特点：

既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。

37.单克隆抗体的优点：

特异性强，灵敏度高，并可能大量制备。

38.单克隆抗体制备过程中的两次筛选：

第一次：

用特定的选择性培养基进行筛选。

目的：

筛选出杂交瘤细胞。

第二次：

进行抗体检测。

目的：

筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。

39.单克隆抗体制备过程中的动物细胞培养方法：

体内培养：

将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内，从小鼠腹水中提取单克隆抗体。

体外培养：

将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，从细胞培养液中

提取单克隆抗体。

40.单克隆抗体的应用：

①作为诊断试剂：

能准确地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，可制成“生物导弹”。

专题3胚胎工程

1.胚胎工程的概念：

理论基础：

哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。

2.精子发生的场所：

睾丸的曲细精管内。

3.精子发生的时期：

初情期（相当于人的青春期）→生殖机能衰退。

4.精子发生的过程：

精原细胞

↓有丝分裂

第一阶段（初级精母细胞的形成）精原细胞

↓染色体复制和其他物质的合成

初级精母细胞

↓减数第一次分裂（MⅠ）

第二阶段（精子细胞的形成）2个次级精母细胞

↓减数第二次分裂（MⅡ）

4个精子细胞（含单倍染色体，圆形）

第三阶段（变形）↓变形

4个精子（含单倍染色体，外形似蝌蚪，

分头、颈和尾三大部分。

不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关）

5.精子的变形：

①细胞核→精子头的主要部分。

②高尔基体→头部的顶体。

③中心体→精子的尾。

④线粒体→聚集在尾的基部，形成线粒体鞘。

⑤细胞内的其他物质→浓缩为球状，叫做原生质滴，最后脱落。

6.卵子发生的场所：

卵巢、输卵管。

7.卵子发生的时期：

胚胎性别分化→生殖机能衰退。

8.卵子发生的过程：

卵原细胞

↓有丝分裂

胎儿时期卵原细胞

（性别分化以后）↓进一步演变（染色体复制和其他物质的合成）

初级卵母细胞（被卵泡细胞包围，形成卵泡）

↓减数第一次分裂（MⅠ）。

时间：

排卵前后。

初情期（青春期）后1个次级卵母细胞和第一极体（进入输卵管，准备与精子受精）

↓减数第二次分裂（MⅡ）。

时间：

精子与卵子结合的过程中。

地点：

输卵管

1个成熟卵子（合子）和第二极体

9.排卵：

卵子从卵泡中排出。

动物排出的卵子成熟程度不同，有的是初级卵母细胞，有的是次级卵母细胞。

10.受精：

精子与卵子结合形成合子（受精卵）的过程。

场所：

输卵管。

11.卵子是否受精的重要标志：

在卵黄膜和透明带可以观察到两个极体。

12.受精的过程：

准备阶段（精子获能和卵子的准备）和受精阶段。

13.精子获能：

精子必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力的现象。

14.卵子的准备：

卵子在输卵管内进一步成熟达到减数第二次分裂中期时，才具备受精能力。

15.受精阶段：

包括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。

①穿越放射冠（顶体反应）：

顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质。

穿越透明带：

顶体酶溶解透明带。

产生透明带反应，形成第一道屏障。

②进入卵黄膜：

膜融合，精子进入卵黄膜，

产生卵黄膜封闭作用，形成第二道屏障。

③原核形成精子形成雄原核

卵子MⅡ，形成雌原核

⑤配子结合：

形成合子（受精卵）,含二倍染色体。

16.受精时形成的第一道屏障和第二道屏障的作用：

防止多精入卵受精。

17.受精的意义：

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。

18.胚胎发育：

受精卵→幼体。

包括：

卵裂期、桑椹胚、囊胚、原肠胚。

19.卵裂期：

胚胎发育早期，在透明带内进行。

分裂方式：

有丝分裂。

①胞数目越来越多；

②细胞体积越来越小；

③总体积基本不变或略有缩小（营养物质消耗）；

④每个细胞DNA不变（有丝分裂）；

⑤有机物种类增加，含量降低。

20.桑椹胚：

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。

桑椹胚及以前的细胞属于全能细胞。

21.囊胚：

细胞开始出现分化，形成内细胞团和滋养层细胞，中间的空腔称为囊胚腔。

该时期细胞的全能性仍比较高。

内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。

22.原肠胚：

有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔。

细胞分化最关键的时期。

23.胚胎工程技术：

体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割、

胚胎干细胞培养……

目前应用较多的是：

胚胎移植、胚胎分割、体外生产胚胎技术。

24.体外受精主要包括：

卵母细胞的采集和培养、精子的采集与获能、受精等几个主要步骤。

25.卵母细胞的采集方法：

①注射促性腺激素，使其超数排卵，从输卵管中冲取卵子。

②从已屠宰母畜的卵巢中采集。

③直接从活体母畜的卵巢中吸取（借助超声波探测仪、内窥镜、腹腔镜等工具）。

26.卵母细胞的培养：

采集的卵母细胞都要在体外培养成熟（减数第二次分裂中期），才能与精子受精。

目的：

使卵母细胞成熟（使卵母细胞获得受精能力）。

27.精子的采集方法：

假阴道法、手握法和电刺激法等。

28.精子的获能方法：

培养法（通过获能培养液）、

化学诱导法（通过肝素或钙离子载体A23187溶液）

29.受精：

获能的精子和培养成熟的卵子（MⅡ中期）获能溶液或专用的受精溶液受精卵。

30.自然受精、人工受精、体外受精：

不同点：

①自然受精（体内受精）不需人为参与，完全自然条件下，精卵结合。

场所：

雌性动物输卵管（体内）。

用人工方法，使公畜的精液注入母畜生殖道内，使精卵结合。

②人工受精场所：

体内。

优点：

能有效地发挥公畜的繁殖潜能。

③体外受精将人工获取的精子与卵母细胞在体外（试管内）完成受精。

优点：

能有效地发挥母畜的繁殖潜能。

相同的：

①本质：

都是两性生殖细胞的结合。

②生殖方式：

都是有性生殖。

31.早期胚胎培养：

将受精卵移入发育培养液中继续培养，检查受精状况和受精卵的发育能力。

胚胎发育到适宜阶段时，取出向受体移植或冷冻保存。

32.早期胚胎培养的培养液（发育培养液）成分：

无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等。

33.胚胎移植