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1、1 / 6 选修 3现代生物科技专题知识点总结专题 1 基因工程一、基因工程的基本工具1. 分子手术刀 限制性核酸切酶限制酶 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。区别： EcoliDNA 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
2、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。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。DNA连接酶DNA聚合酶不同点连接的 DNA 双链单链模板不要模板要模板连接的对象2 个 DNA片段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形成磷酸二酯键化学本质蛋白质3. 分子运输车 运载体1运载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。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的鉴定和选择。2最常用的
3、运载体是质粒, 它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外, 并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。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。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1PCR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：获取大量的目的基因3原理： DNA双链复制4过程：第一步：加热至9095,DNA解链为单链；第二步：冷却到5560, 引物与两条单链DNA结合；第三步：加热至7075,TaqDNA聚合酶从引物起
4、始进行互补链的合成。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： 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
5、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 2 / 6 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, 并且在受体细胞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。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 Ca
6、2+ 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mRNA, 方法是采用DNA分子杂交 技术。3. 最后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。4. 有时还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。专题 2 细
7、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. 植物组织培养技术1过程：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织试管苗植物体2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。3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意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。二、动物细胞工程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
8、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
9、, 应定期更换培养液, 防止代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36.5 0.5 ；pH：7.2 7.4 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 3 / 6 气体环境：95% 空气 5%CO2。O2是细胞代所必需的 ,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
10、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 细胞的原因：卵细胞比较大 , 容易操作；卵 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
11、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：比较项目原理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
12、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。注入小鼠细胞融合分离抗原注入小鼠体内B 淋巴细胞骨髓瘤细胞杂交瘤细胞细胞培养选择培养细胞培养基体内培养体外培养从腹水提取从培养液提取单克隆抗体名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 4 / 6 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,
13、 具有准确、高效、简易、快速的优点。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 胚胎工程一、 体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31 个次级卵
14、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a. 精子穿越放射冠和透明带：顶体反应,透明带反应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：细胞在透明带中进行有丝分裂早期胚胎发育桑椹胚：胚胎细胞达32 个左右 , 每一个细胞都是细胞囊胚：有囊胚腔,出现了囊胚从透明带中伸展出来的孵化过程原肠胚：细胞团细胞形成外胚层和胚层,滋养层发育成胎膜和胎盘, 胚层包围着原肠腔二、体外受精和早期胚胎培养试管动物技术：通过人工操作使卵子和精子在体外条
15、件下成熟和受精,并通过培养发育为早期胚胎后, 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 , 从中输卵管冲取卵子针对卵母细胞的采集实验动物 , 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、窥镜、腹腔镜等工具直接从活体母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养：在体外人工培养成熟精子的采集：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 获能溶液或专用的受精溶液受精：获能的精子培养成熟的卵子完成受精胚胎早期培养条件：受精卵在发育培养液中培养培养液成分：无机盐、有机
16、盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等三、胚胎工程的应用及前景一动物胚胎发育的基本过程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 5 / 6 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、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎, 还需移植到雌性动物体生产后代,以满足人类的各种需求。2、动物胚胎发育的基本过程1受精场所是母体的输卵管上段。2卵裂期：特点：细胞有丝分裂
17、, 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。3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。4囊胚：特点：细胞开始出现分化该时期细胞的全能性仍比较高。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为细胞团 , 将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为囊胚腔。5原肠胚：特点：有了三胚层的分化, 具有囊胚腔和原肠腔。二胚胎干细胞1、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或 EK细胞, 来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。2、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任何一种组
18、织细胞。另外 , 在体外培养的条件下,可以增殖而不发生分化, 可进行冷冻保存, 也可进行遗传改造。随着组织工程技术的发展, 通过 ES细胞体外诱导分化, 定向培育出人造组织器官,用于器官移植, 解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。三胚胎工程的应用1. 体外受精和胚胎的早期培养卵母细胞的采集和培养：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。第二种方法：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养成熟后,才能与获能的精子
19、受精。 精子的采集和获能：在体外受精前, 要对精子进行获能处理。 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。胚胎的早期培养： 精子与卵子在体外受精后, 应将受精卵移入发育培养液中继续培养, 以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂, 除一些无机盐和有机盐外, 还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分 , 以及血清等物质。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。不同动物胚胎移植的时间不同。 2. 胚胎移植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,
20、 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。地位：如转基因、核移植, 或体外受精等任何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 。 胚胎移植的意义：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。 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
21、。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。 基本程序主要包括：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, 把供体母牛子宫的胚胎冲洗出来 。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
22、娠的检查。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 6 / 6 3. 胚胎分割概念：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。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。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。操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时, 要将细胞团均等分割, 否则会影
23、响分割后胚胎的恢复和进一步发育。专题 5 生态工程1物质循环再生原理：物质能在生态系统中循环往复, 分层分级利用 2物种多样性原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性生态工程原理 3 协调与平衡原理：生态系统的生物数量不能超过环境承载力环境容纳量的限度 4整体性原理：生态系统建设要考虑自然、经济、社会的整体影响 5系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：要通过改善和优化系统结构改善功能系统整体性原理：系统各组分间要有适当的比例关系, 使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成, 并实现总体功能大于各部分之和的效果, 即1+12 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -