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1、选修 3现代生物科技专题学问点总结专题 1基因工程基因工程的概念基因工程是指依据人们的愿望,进行严格的设计, 通过体外 DNA重组和转基因技术, 给予生物以新的遗传特性, 制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；（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别纯化出来的；（ 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
2、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：相同点：都缝合磷酸二酯键 ；区分： 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； 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；不同点连接的 DNADNA连接酶双链DNA聚合酶单链模板连接的对象不要
3、模板2 个 DNA片段要模板单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA片段上相同点作用实质化学本质形成磷酸二酯键蛋白质3. “分子运输车”载体（ 1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳固储存；具有一至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入；具有 标记基因 ,供重组 DNA的鉴定和挑选；（ 2）最常用的载体是 质粒 , 它是一种暴露的、结构简洁的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制才能的双链环状 DNA分子；（ 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：目的基因的猎取1. 目的基因是指：编码蛋白质的结构基因；2. 原核基因实行 直接分别 获得,真核基因是人工合成
4、 ；人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法 _；3.PCR 技术扩增目的基因（ 1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术；（ 2）目的：猎取大量的目的基因（ 3）原理： DNA双链复制（ 4）过程：第一步：加热至90 95 DNA解链为单链；其次步：冷却到 55 60,引物与两条单链DNA结合；第三步：加热至 70 75, 热稳固 DNA聚合酶 从引物起始进行互补链的合成；（ 5）特点：指数 2 n 形式扩增其次步：基因表达载体的构建 核心1. 目的： 使目的基因在受体细胞中稳固存在,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
5、因 启动子 终止子 标记基因（ 1）启动子：是一段有特别结构的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 mRN,A 最终获得所需的蛋白质；（ 2）终止子：也是一段有特别结构的DNA片段 ,位于基因的尾端；第 6 页 共 8 页（ 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挑选出来；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护稳固和表达的过程；2. 常用的转化方法：将目的基因导入植物细胞：采纳最多的方法是农杆菌转化法 ,其次仍有 基因枪法 和
6、 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 ；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缘由是繁衍快、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,在肯定的温度下促进感受态细胞吸取DNA分子,完成转化过程；3. 重组细胞导入受体细胞后,挑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. 第一要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,方法是采纳DN
7、A分子杂交 DNA-DNA技术；2. 其次仍要检测目的基因是否转录出mRNA,方法是采纳 分子杂交 DNA-RNA技术；3. 最终检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是采纳抗原抗体杂交 技术；4. 有时仍需进行 个体生物学水平 的鉴定；如生物抗虫或抗病的鉴定等；（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；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；4. 基因诊断：又称为DNA诊断,是采纳基因检测的方法来判定患者是否显现了基因反常或携带病原体；（
8、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,以满意人类的生产和生活的需求；（基因工程在原就上只能生产自然界已存在 的蛋白质）转录翻译蛋白质工程的基本途径：从预期的蛋白质功能动身设计预期的蛋白质结构估计应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因） 蛋白质工程与基因工程区分专题 2细胞工程（一）植物细胞工程1. 理论基础（原理）： 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2. 植物组织培育技术（ 1）过程：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织试管苗 植
9、物体（ 2）用途：微型繁衍、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；（ 3）位置：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最终一道工序；（二）动物细胞工程1. 动物细胞培育（ 1）概念：动物细胞培育就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后放在相宜的培育基中, 让这些细胞生长和繁衍；（ 2）动物细胞培育的流程：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育瓶中进行原代培育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连续传代培育；（ 3）细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快
10、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）动物细胞培育需要满意以下条件 无菌、无毒的环境： 培育液应进行无菌处理； 通常仍要在培育液中添加肯定量的抗生素,以防培育过程中的污染；此外,应定期更换培育液,防止代谢产物积存对细胞自身造成危害； 养分：合成培育基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等；通常需加入血清 、血浆等自然成分； 温度：相宜温度：哺乳动物多是36.5 0.5 ； pH： 7.2 7.4 ； 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
11、是维护培育液的pH；（ 5）动物细胞培育技术的应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培育医学讨论的各种细胞；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（比较简洁）和体细胞核移植（比较难）；（ 2）选用去核卵 母 细胞的缘由：卵 母 细胞比较大,简洁操作；卵 母 细胞细胞质多,养分丰富；卵细胞的细胞质可使体细胞细胞核全能性得到表达；（ 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：加速家畜遗传改良进程,促进良畜群繁育；爱护濒危物种,增大存活数量；生产宝贵的医用蛋白；作为异种移植的供体；用于组织器官的移植等；（
12、 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先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,成为讨论细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生物新品种培育的重要手段；4. 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
13、别出的抗体产量低、纯度低、特异性差；（ 2）单克隆抗体的制备过程：两次挑选 : 第一次 挑选出杂交瘤细胞,其次次挑选出 能产生特异性抗体的杂交瘤细胞；（ 3）杂交瘤细胞的特点：既能大量繁衍,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）在腹腔内增殖的优点：不需要特定的培育基,不需要严格的外界条件；（ 6）挑选的时候用：特定的挑选性培育基 进行挑选；抗原注入小鼠体内分别B 淋巴细胞骨髓瘤细胞（ 5）单克隆抗体的作用：细胞融合杂交瘤细胞细胞培育挑选培育细胞 作为诊断试剂 ：精确小识鼠别内各种抗原物质的微小差异,并跟肯定抗培原养发基生特异性结合,具有精确、高
14、效、简易、快速的优点； 用于治疗疾病和运载药物体内培育体外培育：主要用于治疗癌症治疗,可制成“生物导弹”（借助单克隆抗体的导向作用 ）,也有少量用于治疗其从它腹疾水病提；取从培育液提取单克隆抗体专题 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：从初情期开头,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：从胎儿时期开头（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
15、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 个卵子其次极体（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）受精前的预备阶段1： 精子获能过程 2）受惊前的预备阶段2：卵子的预备（到减数其次次分裂中期, 具备与精子受精的才能）有减小；a. 精子穿越放射冠和透亮带：顶体反应 , 透亮带反应3） 受精阶段b.进入卵黄膜： 卵黄膜封闭作用c. 原核形成和配子结合卵裂期 ：细胞在透亮带中进行有丝分裂 ,细胞数量不断增加,但胚胎的总体体积并不增加,或略早期胚胎发育桑椹胚 ：胚胎细胞达 3
16、2 个左右,每一个细胞都是全能细胞囊胚：有囊胚腔,显现孵化过程；内细胞团 ,将来发育成 胎儿的各种组织 ；滋养层 将发育成 胎膜和胎盘 ；原肠胚 ：内细胞团细胞形成外胚层和内胚层,滋养层发育成胎膜和胎盘,内胚层包围着原肠腔3.2体外受精和早期胚胎培育试管动物技术：通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并通过培育发育为早期胚胎（桑葚胚或囊胚） 后,第 4 页 共 8 页再经移植产生后代的技术；方法一：用 促性腺激素 处理,使其 超数排卵 ,从中输卵管冲取精子（针对卵母细胞的采集试验动物,家畜猪、羊等）方法二：从屠宰母畜卵巢中采集方法三：借助超声波探测仪、内窥镜、腹腔镜等工具直接从活体母
17、畜卵巢中吸取（针对大家畜或大型动物,如牛）体外受精卵母细胞的培育：在体外人工培育成熟精子的采集：方法有假阴道法、手握法和电刺激法等精子的 获能：方法有培育法（通过获能培育液）、化学诱导法（通过肝素或钙离子载体A23187）获能溶液或专用的受精溶液受精：获能的精子培育成熟的卵子完成受精胚胎早期培育条件：受精卵在发育培育液中培育培育液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清 等3.3胚胎工程的应用及前景概念：是指将雌性动物的早期胚胎,或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内,使之连续发育为新个体的技术；其中供应胚胎的个体叫供体（ 遗传特性
18、和生产性能优秀）,接受胚胎的个体叫受体（有健康的体质和正常繁衍才能）；应用：胚胎移植是转基因、核移植、或体外受精等技术的最终一道“工序” 现状：在牛的胚胎移植中,技术方法更为简便、有用；意义：可 充分发挥雌性优良个体繁衍潜力；供体主要职能 只是产生优良特性的胚胎,缩短繁衍周期胚胎移植胜利与否关系到：供体和受体的生理状况胚胎移植1）供、受体生殖器官的生理变化相同,为胚胎供应相同的生理环境生理学基础 2 ）早期胚胎没有与母体子宫建立组织联系,为胚胎收集供应可能3） 受体对外来胚胎基本不发生免疫排斥反应,为胚胎的存活供应可能4） 胚胎能与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但其遗传物质在孕育过程中不受
19、影响的液氮）无性繁衍 ；1）供、受体的挑选和处理（使用激素进行同期发情 处理、（促性腺激素）超数排卵处理）2）配种或人工受精基本程序 3 ）胚胎收集 （ 冲卵（早期胚胎） ）、检查 （胚胎发育到 桑椹胚或囊胚 ）、培育或储存 （ 1964） 胚胎移植：手术法（引出子宫和卵巢将其注入）；非手术法（用移植管将其送入子宫）5） 移植后的检查（是否妊娠 ）等概念：指采纳机械方法将早期胚胎切割成2、4 或 8 等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术；仪器设备：实体显微镜和显微操作仪意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,属于操作程序 1 ）挑选发育良好、形状正常的桑椹胚或囊胚 ,移入盛有操作液的培育
20、皿胚胎分割2）用分割针或分割刀切开胚胎,吸出半个,注入空透亮带或直接将裸半胚移植给受体；分割囊胚时要针分割滋养层,将内细胞团均等分割, 否就会影响分割后胚胎的复原和进一步发育；此时仍可用分割做胚胎 DNA分析性别鉴定；局限：刚诞生的动物体重偏低,毛色和斑纹上存在差异,同卵多胎的可能性有限；概念：由 早期胚胎或原始性腺 中分别出来的一类细胞；简称ES或 EK 细胞；特点形状上： 体积小、细胞核大、核仁明显功能上：具有 发育的全能性 ,即可分化为成年动物体任何一种组织细胞；在体外可胚胎干细胞增殖而不发生分化 ；可冷冻储存；可进行遗传改造第 5 页 共 8 页的问题1）移植 ES细胞修复坏死或退化部
21、位,治愈糖尿病、肝 心 衰竭、成骨不良等病症意义 2 ） ES细胞体外诱导分化,可培育人造组织器官,解决供体器官不足和器官移植 后免疫排斥3） ES细胞在牛黄酸、丁酰环腺苷酸等分化诱导因子 作用下可向不同类型组织细胞分化第 10 页 共 8 页（一）动物胚胎发育的基本过程1、胚胎工程是指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、胚胎分割、胚胎干细胞培育等技术；经过处理后获得的胚胎,仍需移植到雌性动物体内生产后代,以满意人类的各种需求；（二）胚胎干细胞3、胚胎干细胞的主要用途是：可用于讨论哺乳动物个体发生和发育规律；可以用于治疗人类的某些顽疾,如帕金森综合症、少年
22、糖尿病等；（三）胚胎工程的应用1. 体外受精和胚胎的早期培育不同动物胚胎移植的时间不同； 牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植,小鼠、家兔等试验动物可在更早的阶段移植,人的体外受精胚胎可在8-16 个细胞阶段移植；专题 4生物技术的安全性和伦理问题（一）转基因生物的安全性争辩：(1) 基因生物与食物安全：反方观点：反对“实质性等同”、显现滞后效应、显现新的过敏原、养分成分转变正方观点：有安全性评判、科学家负责的态度、无实例无证据(2) 转基因生物与生物安全：对生物多样性的影响反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污
23、染”正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限(3) 转基因生物与环境安全：对生态系统稳固性的影响反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体正方观点：不转变生物原有的分类位置、削减农药使用、爱护农田土壤环境（二）生物技术的伦理问题(1) 克隆人：两种不同观点,多数人持否定态度；否定的理由：克隆人严峻违反了人类伦理道德,是克隆技术的滥用；克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；克隆人是在人为的制造在心理上和社会位置上都不健全的人；确定的理由：技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决；不
24、成熟的技术也只有通过实践才能使之成熟；中国政府的态度： 禁止生殖性克隆,不反对治疗性克隆；四不原就：不赞成、不答应、不支持、不接受任何生殖性克隆人的试验；(2) 试管婴儿：两种目的试管婴儿的区分两种；不同观点,多数人持认可态度；否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不敬重；早期生命也有活下去的权益,抛弃或杀死余外胚胎,无异于“谋杀”；确定的理由：解决了不育问题,供应骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷的方法,供应骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损耗；(3) 基因身份证：否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成基因鄙视,势必造成遗传学失业大军、造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严峻后果；
25、确定的理由：通过基因检测可以及早实行预防措施,适时进行治疗,达到挽救患者生命的目的；（三）生物武器(1) 种类：致病菌、病毒、生化毒剂,以及经过基因重组的致病菌；(2) 散布方式：吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等；(3) 特点：致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有埋伏期、不易被发觉、危害时间长等；(4) 禁止生物武器公约及中国政府的态度专题 5生态工程一、生态工程的基本原理1、生态工程的概念（ 1）原理技术应用生态学和系统学 等学科的基本理论和方法通过系统设计、 调控和 技术组装（ 2）操作对 已破坏的生态环境进行 修复、重建对 已造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善
26、（ 3）结果提高 生态系统的生产力促进人类社会和自然环境的和谐进展；2、生态工程所遵循的基本原理（ 1） . 生态工程建设的目的：遵循自然界物质循环的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益 和生态效益的同步进展；（ 2） . 生态工程的特点：少消耗,多效益,可连续的生态工程；项目理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环可防止环境污染及影响系统的稳固和进展无废弃物农业 “三北”防护林建设中的单物种多样性原理生态系统的稳固性生物与环境生物多样性程度高,可提高系统的抗击力稳固性纯林问题,珊瑚礁生态系统的生物多样性问题和谐与平稳原理的和谐与平稳社会、经济、可防止系统的失衡和破坏太湖富
27、养分化问题整体性原理系统学和工程学原理自然复合系统 系统的结构打算功能 原理：分布式优于集中式和环式系统整体性统一和谐各种关系,保证系统的平稳与稳固转变和优化系统的结构以改善功能林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题桑基鱼塘二、生态工程的实例和进展前景1、生态工程的实例分析原理：整体大于部分保持很高的系统生产力珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系类型主要原理留意问题农村综合进展型生态工程小流域综合治理生态工程大区域生态系统复原工程物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理整体性原理、 和谐与平稳原理、工程学原理物种多样性原理、 和谐与平稳原理、整体性原理核心：沼气工程优点： 农林牧副渔全面进展；
28、开发可更新资源,削减环境污染“综合” 表现在同时考虑到生态效益和经济效益不同气候带、 不同自然条件和不同经济进展水平的地区,生态工程模式应各具特色工程建设中应留意的问题考虑树种生态适应性问题,种植相宜品种考虑树种多样性,保证防护林体系稳固不同地区应依据当地情形实行不同策略湿地生态复原工程和谐与平稳原理、 整体性原主要措施：退耕仍林理主要困难：解决迁出湖区居民的生计问题矿区废弃地的生态复原工程系统学和工程学原理种植耐旱的灌木、草和树确定合理载牧量改良表土城市环境生态工程和谐与平稳原理、 整体性原理解决大气污染措施：禁止使用有铅汽油水污染： 削减或禁止污水排放, 进行污水净化2、生态工程的进展前景（ 1）“生物圈 2 号”生态工程试验启示：使人类熟悉到与自然和谐共处的重要性,深化了我们对自然规律的熟悉,即自然界给人类供应的生命支持服务是无价之宝；3、我国生态工程进展前景的分析与展望前景：解决我国目前面临的生态危机,生态工程是途径之一,需要走有中国特色的道路,不但要重视对生态环境的爱护,更要留意与经济、社会效益的结合；存在问题：缺乏定量化模型的指导,难以设计出标准化、易操作的生态工程样板设计缺乏高科技含量,生态系统的调控缺乏准时精确的监测技术支持,缺乏理论性指导等；