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1、精品名师归纳总结选修 3 现代生物科技专题学问点可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结基因工程的概念专题 1基因工程可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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 。概念分析基因工程技术的原理 =基因重组目的：制造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。操作水平： DNA分子水平属于有性生殖（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
2、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片段末端通常有两种形式： 黏性末端 和平末端（回文结构特点） 。2. “分子缝合针” DNA连接酶(1) 两种 DNA连接酶（ EcoliDNA 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： EcoliDNA 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
3、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： 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 。大小合适,具有肯定的安全性。（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
4、物病毒 4在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒,都是在自然质粒的基础上进行过人工改选的。 二 基因工程的基本操作程序步骤：目的基因的猎取,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 。人工合成目的基因的常用方法有 反转录法和化学合成法 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3. PCR技术扩增目的基因（1） PCR是聚合酶链性反应的缩写,创造人：穆里斯等人原理： DNA双链复制实质： 是一项在生物体外复制特定 DNA片段的核酸合成技
5、术。（2） 过程：第一步：（变性） 加热至 9095DNA解链。其次步：（复性）冷却到 5560, 引物结合到互补 DNA链。第三步：（延长）加热至7075, 热稳固 DNA聚合酶从引物起始 互补链的合成 。PCR利用 DNAR热变性原理, PCR扩增仪实质上是一台能够自动调控调控的仪器。4,猎取目的基因的方法：从自然界中已有的特种中分别及人工合成。其次步： 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
6、 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。（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 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
7、体细胞多是受精卵（也可以是卵细胞） 。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 DNA分子杂交技术。基因探针：是指用放射性同
8、位素或荧光分子等标记的DNA分子2. 其次仍要检测 目的基因是否转录出了 mRN,A 方法是采纳 用标记的目的基因作探针与 mRN A 杂交。3. 最终检测 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. 有时仍需进行 个体生物学水平 的鉴定。如 转基因抗虫植物是否显现抗虫性状 。（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。抗虫棉,抗盐碱的的农作物,耐寒的番茄,抗除草剂的玉米,富含赖氨酸的转基因玉米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。导入人的生长激素的
9、鲤鱼,比一般的鲤鱼长的快且大。用转基因动物生产药物：乳腺生物反应器（乳房生物反应器）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结最令人兴奋的是利用基因工程技术,使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”大致过程：目的基因（蛋白基因 +乳腺蛋白基因的启动子）显微注射方法导入哺乳动物受精卵母体子宫内能产生药品蛋白质转基因动物能产生如：抗凝血酶,血清白蛋白,生长激素,抗胰蛋白酶,等大量蛋白质类药品。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。基因诊断：是指用基因探针,利用DAN分子杂交原理,鉴定被检测样本上的遗传信息,从而达到检测病症的目的,如镰刀形贫血症,苯丙酮尿症
10、,癌症基因治疗：基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗病症的目的,这是治疗遗传病的最有效的手段。基因治疗包括：体外基因治疗和体内基因治疗微生物的基因工程：利用转基因工程菌生产药物：如细胞因子,抗体,疫苗,激素（胰岛素）,干扰素等,已形成工业化。工程菌：用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为工程菌。转基因动物作器官移植的供体：最大的难题是解决免疫排斥问题（四）微生物在基因工程中的应用讨论工具酶主要来自微生物,最重要的目的基因供体库之一,目的基因的载体之一作用受体细胞,供应用于发酵的工程菌。基因工程的优点：克服不同生物远缘杂交的障碍。目
11、的性强,能够定向的转变生物的品质。缩短育种周期。（五）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）转录翻译专题 2细胞工程细胞工程：是指导应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过细胞水平或细胞器水平上的操作,依据人的意愿来转变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术, 依据操作对象不同分为：植物细胞工程,动物细胞工程操作水平：细胞水平的操作（一）植物细胞工程 （属于无性繁衍）无性繁衍最大优
12、点：保持优良品种的遗传特点。1. 理论基础（原理）：细胞全能性（具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体的潜能,也就是说,每个生物细胞都具有全能性的特点,）植物具有全能性的缘由：分化的细胞,仍具有形成完整植株所需要的全部基因。全能性表达的难易程度： 受精卵生殖细胞干细胞体细胞 。 植物细胞动物细胞可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结理论上, 生物的任何一个细胞都具有发育成完整植物的潜力, 但是在生物的生长发育过程中, 细胞并不会表现出全能性, 而是分化成各种器官和组织, 是由于在特定的时间和空间条件下, 植物细胞工程的基本技术：植物组织培育,植物体细胞杂交技术2
13、. 植物组织培育技术（ 1）过程：离体的植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化试管苗 植物体（外植体消毒）生长素及细胞分裂素（避光）生长素及细胞分裂素（给光）植物全能性表达的条件：离体的,供应人为条件（养分,激素,相宜的外界条件） 愈伤组织：细胞排列疏松而无规章是一种高度液泡化的呈无定外形态的薄壁细胞培育基：固体培育基,含有矿质元素,碳源（蔗糖）,氮源,植物激素 ,维生素（2） 植物组织培育技术的应用：探究植物科学理论的重要手段,微型繁衍、培育脱毒苗、生产人工种子、培育新品种（单倍体育种）、转基因植物的培育,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
14、最终一道工序。3. 植物体细胞杂交技术（ 1）过程：原生质制备细胞融合杂种细胞挑选细胞培育组织培育技术植物鉴定植物再生（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） 去细胞壁：纤维素酶和果胶酶等到杂种细胞再生出细胞壁即细胞杂交终止,意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。 打破特种之间的生殖隔离, 扩大遗传重组范畴。微型繁衍的优点： 可以保持优良品种的遗传特性, 可以高效快速的试验种苗的大量繁衍人工种子的优点 ：无性繁衍,完全保持优良品种的遗传特性,不受季节限制,便利运输及贮藏单倍体育种的优点 ：极大缩短了育种的年限,节省了大量的
15、人力物力。（二）动物细胞工程常用的技术手段：动物细胞培育,动物细胞核移植,动物细胞融合,生产单克隆抗体。其中动物细胞培育技术是基础技术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 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（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
16、：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
17、细胞代谢所必需的, CO2 的主要作用是维护培育液的 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 。（ 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
18、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. 动物细胞融合可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（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
19、手段。（4） 动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：比较项细胞融合的原细胞融合的方诱导手段用法目理法植物体细胞膜的流淌去除细胞壁后离心、电刺克服了远缘杂细胞杂性诱导原生质体激、振动,聚交的不亲和性,交融合乙二醇等试剂诱导获得杂种植株动物细细胞膜的流淌使细胞分散后除应用植物制备单克隆抗胞融合性诱导细胞融合细胞杂交手体的技术之一段外,再加灭活的病毒诱导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：抗原注入小鼠体内分别B 淋巴细胞骨髓瘤细胞可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结注入小细
20、胞融合杂交瘤细胞细胞培挑选培育细胞培育基可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结体内培育体外培育从腹水提取从培育液提单克隆抗体（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） 单克隆抗体的作用： 作为诊断试剂 ：精确识别各种 抗原物质的微小差异, 并跟肯定抗原 发生特异性结合, 具有精确、高效、简易、快速 的优点。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 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胚胎工程胚胎工程：是指对动物
21、 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。胚胎工程的很多技术,实际是在体外条件下,对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。（一）体内受精和早期胚胎发育1、精子的发生场所：睾丸（精巢）时间：初情期 - 生殖机能衰退阶段：精原细胞有丝分裂很多初级精母细胞减数第一次分裂次级精母细胞减数其次次分裂可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结变形：细胞核精子头的主要部分成熟的精子变形精细胞可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结高尔基体 -
22、顶体中心体 -尾线粒体 -鞘膜 其它物质 - 原生质滴 - 脱落精子的外形：似蝌蚪,分头,颈,尾三部分。精子的大小与动物的体型大小无关。2 卵子的发生场所：卵巢时间：性别分化以后（胎儿期） - （精子与卵子在发生时间上的差别是重要的区分）减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的,其结果产生一个次级卵母细胞和第一极体, 进入输卵管,预备与精子受精（不同的动物排卵的时间不同）。意思是排出的卵细胞是次级卵母细胞,不是成熟细胞。减数其次次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的,当卵黄膜和透亮带的间隙可以观看到两个极体时,说明卵子已经完成了受精,这是判定卵子是否受精的重要标志。3 受精：场所：雌性的输卵管
23、内完成的预备阶段 1：精子获能：刚排出的精子不能立刻与卵子受精,必需在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精才能预备阶段 2：卵子的预备：动物排出的卵子成熟程度不同,但都在要输卵管内进一步成熟, 达到减数其次次分裂的中期,才具备与精子受精的才能。受精阶段：过程主要包括：精子穿越放射冠,透亮带,进入卵黄膜,原核形成和配子结合。过程：通过顶体反应精子穿越放射冠（卵丘细胞群）接触透亮带后穿越透亮带接触卵黄膜（发生透亮带反应） -精子与卵黄膜融合,精子进入卵（卵黄膜封闭作用）尾总脱离,核膜破裂形成雄原核,卵子完成减数其次次分裂,形成雌原核,两核结合,受精终止。4、动物胚胎发育的基本过程（1）
24、 卵裂期：特点：细胞 有丝分裂,细胞数量不断增加,但胚胎的总体体积并不增加,或略有减小 。（2） 桑椹胚：特点：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。是全能细胞 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（3） 囊 胚：特点：细胞开头显现 分化（该时期细胞的 全能性仍比较高 ）。集合在胚胎一端个体较大的细胞称为 内细胞团 ,将来发育成胎儿的各种组织。 中间的空腔称为 囊胚腔。（4） 原肠胚：特点：有了 三胚层的分化,具有 囊胚腔和原肠腔。胚胎发育（受精卵幼体）后,生物体进行胚后发育（胎儿- 性成熟） 植物是从受精卵 -种子,胚后发育从种子 -开发结果（二）体外
25、受精和早期胚胎培育1体外受精 主要过程包括：卵母细胞的采集,精子的猎取,和受精(1) 卵母细胞的采集和培育：主要方法：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。 其次种方法： 从刚屠宰母畜的卵巢 中采集卵母细胞。 第三种方法是借助超声波探测仪、 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 人工培育成熟 后,才能与 获能的精子 受精。(2) 精子的采集和获能：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。培育法和化学诱导法两种（把精子放在人工配制的获能液中如肝素中）(3) 受精：获能的精子和培育成熟的卵细胞在 获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。(4) 胚胎的早期培育：精子与卵子在体外受精后, 应将受精卵移入 发育培育液 中连续培育, 以检查受精状况和受精卵的发育才能 。培育液成分较复杂,除一些无机盐和有机盐外,仍需添加 维生素、激素、氨基酸、核苷酸 等养分成分,以及血清等物质。当胚胎发育到相宜的阶段时,可将其取出向受体移植或冷冻储存 。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 4 个细胞阶段移植。 可编辑资料 - - - 欢迎下载