选修3《现代生物科技专题》知识点总结.docx

1、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：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（实质）： 基因重组 。特点：目的性强（可以 定向 改造某些生物性状）；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 。来源（分布）：主要是从 原核生物 中分离纯化

2、出来的。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） 。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）。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 。两种DNA连接酶（Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶）的比较：相同点：都缝合 磷酸二酯键 。 区别：Ecoli DNA连接酶来源于 大肠杆菌 ，只

3、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；T4 DNA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 。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分子导入受体细胞载体具备的条件：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。进入受体细胞

4、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 。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 。其它载体： 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 。目的基因是指： 符合人们需要 的， 编码蛋白质

5、 的基因 。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 。目的基因的获取方法： 从基因文库中获取 目的基因； 利用PCR技术扩增 目的基因； 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。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。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

6、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。原理： DNA双链复制 。过程：a.加热至9095 DNA受热变性后，解链为单链 ；b.冷却到5560， 引物与单链相应互补序列结合 ；c.加热至7075，在Taq 酶（热稳定DNA聚合酶）的作用下进行 延伸。d.循环。特点：DNA数量呈 指数 形式式增加，即 2n （n为扩增循环的次数）。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

7、的核心。基因表达载体构建的目的（基因表达载体的功能）：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 ；使目的基因能够 表达和发挥作用 。基因表达载体的组成： 目的基因 启动子 终止子 标记基因 。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 。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。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 抗生素抗性基

8、因 ，如：氨苄青霉素抗性基因、四环素抗性基因、卡那霉素抗性基因基因表达载体的构建过程： 同种限制酶 处理质粒和含目的基因的DNA。 DNA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_。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。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。）将目的基因

9、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。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 。 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。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-mDN

10、A)。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)。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。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）利用转基因改良植物的品质。提高动物生长速度、改善畜产品品质、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

11、。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

12、。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

13、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：植物细胞动物细胞； 同一个体：受精卵生殖细胞干细胞体细胞 ；同一细胞：刚产生成熟衰老； 分裂能力强分裂能力弱不分裂 ；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

14、（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 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 。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。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 单倍体育种 一定浓度

15、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。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

16、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

17、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。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。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。温度和pH ：适宜。哺乳动物多是：温度： 36.50.5 ；pH： 7.27.4 。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

18、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

19、 。24.核移植技术中，选用去核卵(母)细胞作为受体细胞的原因：卵(母)细胞 比较大，容易操作 ；卵(母)细胞 细胞质多，营养丰富，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：M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：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DN

20、A来自于受体卵母细胞的细胞质。 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：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育； 保护濒危物种，增加濒危动物的存活数量；生产珍贵的医用蛋白； 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：成功率低。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。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。

21、/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：

22、 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： 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。 用于

23、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（M）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（M）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。

24、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：细胞核精子 头 的主要部分。 高尔基体头部的 顶体 。中心体精子的 尾 。 线粒体聚集在 尾的基部 ，形成 线粒体鞘 。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（M）。 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

25、（进入输卵管，准备与精子受精） 减数第二次分裂（M）。 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

26、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 。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 。 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 。原核形成 精子 形成 雄原核 卵子 M，形成 雌原核配子结合：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

27、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。胞数目越来越多； 细胞体积越来越小； 总体积基本不变或略有缩小（营养物质消耗）； 每个细胞DNA不变（有丝分裂）； 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

28、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：注射 促性腺激素 ，使其 超数排卵 ，从 输卵管 中 冲取卵子 。从已屠宰母畜的 卵巢 中采集。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

29、 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（M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：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。 人工受精 场所： 体内 。 优点：能有效地发挥 公畜 的繁殖潜能。 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：本质：都是两性生殖细胞的结合。 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