高中生物选修三《现代生物科技专题》经典知识点 2Word格式.docx

1、（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。直接分离基因最常用的方法是“鸟枪法”，又叫“散弹射击法”。具体做法是：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的DNA（外源DNA）的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（在遗传学中叫做扩增），从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。如许多抗虫、抗病毒的基因都可以用上述方法获得。用“鸟枪法”获取目的基因的缺点是工作量大，具有一定的盲目性。

2、人工合成目的基因的常用方法有反转录法（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）和化学合成法（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.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制（2）过程：加热至9095DNA解链；第二步：冷却到5560，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成

3、。基因表达载体的构建是基因工程的核心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。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.

4、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：最常用的受体细胞是大肠杆菌。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是检查基因工程是否成功的一步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

5、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。如大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。重组的DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。如科学家最初做抗虫棉试验时，虽然已经检测出棉的植株中含有抗虫的基因，但让棉铃虫食用棉的叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明抗虫基因还不能在高等植物中表达。科学家在研究的基础上，又一次对棉植株中的抗虫基

6、因进行了修饰，然后再让棉铃虫食用棉的叶片，结果食用的第二天棉铃虫就中毒死亡了。这说明抗虫基因在棉植株中得到了表达。例如：用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的-珠蛋白。（1）从小鼠中克隆出-珠蛋白基因的编码序列（cDNA）注：鼠是真核生物因此用人工合成的方法来获得目的基因（2）将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素基因（为了在受体细胞中筛选出含有目的基因的细胞），构建成一个表达载体。（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明

7、-珠蛋白基因已进入其中。（4）培养进入了-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取-珠蛋白。考点3、（）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内，使该基因表达产物发挥作用。（从根本上治疗遗传病，不能治疗传染病）注：如果工程菌为原核生物，因其没有内质网、高尔基体，所以不能生产糖蛋白类物质考点4、（）蛋白质工程（1）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

8、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）（2）蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质（3）蛋白质工程的基本原理：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。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；以下按照基因工程的一般步骤进行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）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考点5、（）植物的组织培养1、克隆的含义：克隆（clone）是指通过无性生殖而产生的遗传

9、上均一的生物群，即具有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。现在则指个体、细胞、基因等不同水平上的无性增殖物。（1）个体水平：在植物的无性增殖中，植物的发芽、插条等由同一个体通过无性生殖而增长的个体群均被视为克隆。采用组织培养方法可使植物细胞培养发育成完全的个体（愈伤组织），采用这种方法得到的具有相同基因型的个体群，也被称为克隆；在动物的无性增殖中，典型的例子是采用核移植实验方法，把分化细胞的核移植到一个事先去核的蛙卵中，让其发育并得到克隆蛙。克隆动物具有均一遗传性质，在研究环境条件对发育、分化的影响以及药物的检测方面都是重要的实验材料。（2）细胞水平：由一个细胞经过有丝分裂生成的细胞群

10、叫克隆。但如果培养细胞发生转化，则很容易引起染色体变异。（3）基因水平：利用基因重组操作技术，使特定的基因与载体结合，在细菌等宿主中进行增殖，有可能得到均匀的基因群。克隆是重组DNA技术的核心部分。事实上，克隆技术现已被人们用来通过营养方式繁殖病毒等微生物和植物的纯种，从而保证了这些生物基因组的准确连续性。细胞生物的克隆只需要营养培养基，而基因的克隆则需要某种载体复制子、特定的寄主细胞和营养培养基。2、植物细胞全能性的含义：生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。原因：细胞中含有本物种全部的遗传信息。植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础。3、植物组织培养的概念：从植物体分离出符合需要的

11、组织.器官或细胞，原生质体等，通过无菌操作，在人工控制条件下进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术。4、植物组织培养过程：取外植体（离体的器官、组织、细胞），注意要消毒（可用次氯酸钠、无菌水处理，在超净工作台上操作）；将外植体接种到培养基，并封口（培养基成分：有机物、生长素、细胞分裂素、水、矿质元素、琼脂）；通过脱分化，形成愈伤组织（挑选出没有被污染的）；进行转接到分化培养基上，进行再分化（生长素浓度较高利于生根，细胞分裂素浓度较高利于生芽）；一段时间后诱导出试管苗；移栽到大田。注意：整个过程要进行无菌操作愈伤组织细胞的特点：排列疏松无规则，是一种高度液泡化的薄壁细胞。

12、脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。再分化：产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根、芽等器官。5、植物组织培养的实际应用：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）植物繁殖微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输（2）作物新品种培育单倍体育种：a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、a

13、B、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。b优点：明显缩短育种年限C突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）（3）细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。考点6、（）动物的细胞培养与体细胞克隆1、动物的细胞培养（1）动物细胞培养概念：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

14、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（含有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清、血浆；注意与植物培养基成分的区别）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：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。接触抑制：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。原代培养：动物组织消化后的初次培养。传代培养：贴满瓶壁的细胞要重新用胰蛋白酶处理，然后分瓶

15、继续培养，让细胞继续增殖细胞株：原代培养的细胞传至10到50代左右，这种传代细胞叫细胞株（遗传物质未改变）细胞系：有可能在培养条件下无限制传代下去，这种传代细胞称细胞系（遗传物质已改变）（4）动物细胞培养需要满足以下条件无菌、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。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。温度：适宜温度：哺乳动物多是36.50.5；pH：7.27.4。气体环境：95%空气5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，C

16、O2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）动物细胞核移植的概念：将动物细胞的细胞核移入已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。哺乳动物核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易；而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。细胞分化程度：体细胞生殖细胞受精卵；细胞全能性：受精卵生殖细胞体细胞（2）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）。（3）选用去核卵（母

17、）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。（4）体细胞核移植的大致过程是：高产奶牛（提供体细胞）进行细胞培养；同时采集卵母细胞，在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞，去核（显微操作）注：为什么要用卵细胞？它可以提供充足的营养；操作简便；细胞质不会抑制细胞核全能性的表达；将供体细胞注入去核卵母细胞；通过电刺激使两细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎；将胚胎移入受体（代孕）母牛体内；生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛（5）体细胞核移植技术的应用：加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育；保护濒危物种，增大存活数量；生产珍贵的医用蛋白；作为异种移植的供体；用于组织

18、器官的移植等。（6）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。考点7、（）细胞融合和单克隆抗体1.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）动物细胞融合的原理：细胞膜的流动性、细胞增殖，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（PEG）、灭活的病毒、电刺激等。（3）基本过程：不同DNA的两个细胞进行融合；形成融合细胞；再使之进行有丝分裂后，得到两个完整的杂交细胞。（4）动物细胞融合的意义：杂交细胞可以具备

19、原先两种细胞的特点，突破了有性杂交方法的局限，克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生物新品种培育的重要手段。特别是利用细胞融合技术而发涨起来的杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。（5）动物细胞融合完成的标志：多个细胞核融合成一个细胞核（6）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理论基础细胞的全能性、细胞膜的流动性细胞增殖、细胞膜的流动性融合前处理酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶）注射特定抗原，免疫处理正常小鼠诱导手段物理法:离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（PEG）聚乙二醇生物法：灭活的病毒（灭活的仙台病毒）过程原生质体的制备（酶解法

20、）原生质体融合（物、化法）杂种细胞的筛选和培养杂种植株的诱导与鉴定正常小鼠免疫处理动物细胞的融合（物、化、生法）杂交瘤细胞的筛选与培养专一抗体检验阳性细胞培养单克隆抗体的提纯用途和意义克服远缘杂交的不亲和障碍，大大扩展杂交的亲本组合范围应用：白菜-甘蓝等杂种植株（1） 制备单克隆抗体（2） 诊断、治疗、预防疾病，例如“生物导弹”治疗癌症2.单克隆抗体（1）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。（2）单克隆抗体的制备过程：对免疫小鼠注射特定的抗原蛋白（目的使小鼠产生了效应B细胞）；提取B淋巴细胞；同时用动物细胞培养的方法培养骨髓瘤细胞并提取；促使

21、它们细胞融合注：融合的结果是有很多不符合要求的；如有2个B淋巴细胞融合的细胞等，所以要进行筛选；在特定的选择培养基上筛选出融合的杂种细胞特点是能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体；然后对它进行克隆化培养和抗体检测筛选出能够分泌所需抗体的杂种细胞；最后将杂交瘤细胞在体外做大规模培养或注射入小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或小鼠腹水中可得到大量的单克隆抗体。（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：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。用

22、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。考点8、（）动物胚胎发育的基本过程和胚胎工程的理论基础1、动物胚胎发育的基本过程（1）精子的发生：精原细胞先进行有丝分裂后进行减数分裂；变形过程中，细胞核为精子头的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。线粒体为精子运动提供能量（2）卵子的发生：在胎儿时期，卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞被卵泡细胞包围，减一分裂在排卵前后完成，形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精；减二分裂是在受精过程中完成的。（3）受精：精子获能（在

23、雌性动物生殖道内）；卵子的准备（排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减二中期才具备受精能力）；受精阶段卵子周围的结构由外到内：放射冠、透明带、卵黄膜，a顶体反应：精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质，穿越放射冠。b透明带反应：顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应它是防止多精子入卵受精的第一道屏障；c卵黄膜的封闭作用：精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵后，卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程它是防止多精子入卵受精的第二道屏障；精子尾部脱落，原有核膜破裂形成雄原核，同时卵子完成减二分裂，形成雌原核注意：受精标志是第二极体的形成；受精完成标志是雌雄原核

24、融合成合子。（4）胚胎发育：a卵裂期：细胞进行有丝分裂，数量增加，胚胎总体积不增加；b桑椹胚：32个细胞左右的胚胎之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞；c囊胚：细胞开始分化，其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织；而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘；胚胎内部逐渐出现囊胚腔注：囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化；d原肠胚：内细胞团表层形成外胚层，下方细胞形成内胚层，由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。细胞分化在胚胎期达到最大限度2、胚胎工程的理论基础（1）胚胎工程的概念及技术手段：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

25、分割、胚胎干细胞培养等技术。（2）体外受精属有性生殖过程：a卵母细胞的采集和培养:对体型小的动物用促性腺激素处理，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；对体型大的动物从卵巢中采集卵母细胞（要在体外培养成熟），也可借助超声波探测仪、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。b精子的采集和获能：收集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法；在体外受精前，要对精子进行获能处理，对啮齿动物、兔、猪等的精子用培养法（放入人工配制的获能液中）；对牛、羊等精子用化学诱导法（放在肝素或钙离子载体A23187溶

26、液中）c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。（3）胚胎的早期培养：a培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等注意与动物细胞培养液成分的比较；b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。（4）胚胎移植：a概念：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内，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。）b地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何

27、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”。C优势：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。d胚胎移植的生理学基础：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。早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。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。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。e胚胎移植的基本程序：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

28、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。配种或人工授精。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，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来（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。对胚胎进行移植。移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。（5）胚胎分割：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。b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。c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。d操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育2、考点9、（）胚胎干细胞的移植（1）胚胎干细胞的含义：由早期胚胎囊胚或原始性腺胎儿中分离出来的一类细胞，又叫ES或EK细胞。（2）特征：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内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分