高中生物选修生物科技专题知识点总结归纳.docx

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高中生物选修生物科技专题知识点总结归纳

选修3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。

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、独立于细菌拟核之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。

质粒存在于许多细菌以及酵母菌（真核生物）的细胞中.

（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.获取目的基因的方法：

从基因文库中获取目的基因、PCR技术扩增目的基因、用dna合成仪直接人工合成.

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解链；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：

启动子＋目的基因＋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。

此方法的受体细胞多是体细胞。

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

探针：

在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记

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，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。

2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用用分子杂交技术（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。

（如转基因抗虫棉是否出现抗虫性状让害虫吞食转基因棉花的叶子，观察害虫的存活情况，以确定性状

（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（科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调空组件重组再一起,通过显微注射法,导入哺乳动物的受精卵中,转基因动物通过分泌的乳汁来生产所需要的药品。

3.基因治疗：

把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。

注意:

基因文库的构建包含了基因工程的前三步.

（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）

转录翻译

蛋白质工程是中心法则的逆过程

专题2细胞工程

（一）植物细胞工程

1.理论基础（原理）:

植物细胞全能性

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

植物细胞工程包括两个技术：

植物组织培养和植物体细胞杂交

2.植物组织培养技术：

（1）定义：

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官组织细胞，培养在人工配置的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生由愈伤组织丛芽，最终形成完整的植株。

（2）过程：

离体的植物器官、组织或细胞―→愈伤组织―→试管苗―→植物体

（3）脱分化需要在避光条件下培养，再分化在有光条件以及生长素和细胞分裂素等激素的调节

（4）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。

（5）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：

定义：

这就是将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。

（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）过程：

植物体细胞融合植物组织培养

（4）原理：

细胞膜的流动性植物细胞全能性

（3）意义：

克服了远缘杂交不亲和的障碍。

（二）动物细胞工程

动物细胞工程常用技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等，其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。

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，防止代谢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是细胞代谢所必需的，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）体细胞核移植的大致过程是：

（右图）

核移植

胚胎移植

（4）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。

（5）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

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：

比较项目

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

（1）抗体：

一个以免疫的B淋巴细胞（浆细胞）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。

（2）单克隆抗体的制备过程：

（3）杂交瘤细胞的特点：

既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。

（4）单克隆抗体的优点：

特异性强，灵敏度高，并能大量制备。

（5）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

〖3.1体内受精和早期胚胎发育〗

胚胎工程的建立

场所：

睾丸的曲细精管

时间：

从初情期开始，到生殖机能衰退

精子的发生1）精原细胞→多个初级精母细胞（通过数次有丝分裂）

过程2）1个初级精母细胞→2个次级精母细胞→4个精子细胞（通过减数分裂，即MI

和MII）

3）精子细胞→精子（通过变形）

场所：

卵巢

时间：

从胎儿时期开始（胎儿时期完成了卵泡的形成和在卵巢内的储备）

卵子的发生1）卵原细胞→初级卵母细胞

过程2）1个初级卵母细胞→1个次级卵母细胞＋第一极体（排卵前后完成）

3）1个次级卵母细胞→1个卵子＋第二极体（精子和卵子结合过程中完成）

概念：

精子和卵子结合成合子（受精卵）的过程。

受精场所：

雌性的输卵管内

1）受精前的准备阶段1：

精子获能

过程2）受精前的准备阶段2：

卵子的准备（减数第二次分裂中期的次级卵母细胞）

a.精子穿越放射冠和透明带：

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