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1、高中生物选修三专题 1 基因工程基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 DNA重组和转基因技术，赋予生物以 新的遗传特性，创造出 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
2、和平末端 。2. “分子缝合针”DNA连接酶(1) 两种 DNA连接酶（ DNA连接酶和 DNA连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯 键。区别： DNA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)与 DNA 分子相关的酶限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子
3、作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用结果形成粘性末端或平末端形成重组 DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子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 。（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -
4、- - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - ( 二) 基因工程的基本操作程序第一步： 目的基因的获取从基因文库中获取1、获取目的基因的方法鸟枪法人工合成2. 目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。3. 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 _。4.PCR技术扩增目的基因（1）原理： DNA双链复制（2）过程：第一步：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。第二步： 基因表达载体的构
5、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 - - - - - - - - - - - - - -
6、 - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 3、目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）第三步： 将目的基因导入受体细胞_ 1将目的基因导入受体细胞受体细胞：细菌氯化钙细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制2. 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。3. 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
7、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 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。生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca2处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ti 质粒的 TDNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞将含有目的基因的表达载 高考资源网 体提纯取卵（受精卵）Ca2 处理细胞微生物细胞壁的通透性增名师资料总结 - - -精品资料
8、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 的 DNA 表达显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物加重组质粒与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子 4. 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了mRNA ，方法是采用用标记的目的基因作探针与 mRNA
9、杂交 。3. 最后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。（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。（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
10、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）转录翻译名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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
11、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
12、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，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36.5 0.
13、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）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）。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - （2）选用去核 卵( 母) 细
14、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 。（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；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；用于组织器官的移植等。（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（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
15、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，成为研究 细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和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：比较项目细胞融合的原理细胞融合的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名师资料总结 - - -精品
16、资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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 。（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。 用于治疗疾病
17、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。注入小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 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 专题 3 胚胎工程（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、胚胎干细胞培养
18、等技术。经过处理后获得的胚胎 ，还需移植到 雌性动物体内 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，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 。（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
19、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 分化 ，可进行 冷冻 保存，也可进行遗传改造 。3、胚胎干细胞的主要用途是：可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；是在体外条件下研究细胞分化 的理想材料， 在培养液中加入分化诱导因子 ，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综
20、合症、少年糖尿病等；利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使 坏死或退化 的部位得以修复并恢复正常功能；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(1) 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
21、要在体外经 人工培养成熟后，才能与 获能的精子 受精。(2) 精子的采集和获能：在体外受精前，要对精子进行获能处理。(3) 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - (4) 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
22、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。( 牛、羊一般要培育到 桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段 移植，人的体外受精胚胎可在816 个细胞 阶段移植。 ) 2. 胚胎移植(1) 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。）地位：
23、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”。(2) 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。(3) 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。(4) 基
24、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。3. 胚胎分割(1) 概念：是指采用机械方法将早期胚胎 切割 2 等份、 4 等份
25、等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。(2) 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。(3) 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。）(4) 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 专题 4 生物技术的安全性和伦理问题（一）
26、转基因生物的安全性争论：(1) 基因生物与食物安全：反方观点： 反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变正方观点： 有安全性评价、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：对生态系统稳定性的影响反方观点： 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： 不改变生物原有的分类地位、减
27、少农药使用、保护农田土壤环境（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： 克隆人严重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地位上都不健全的人。肯定的理由：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。四不原则： 不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。(2) 试管婴儿：两种目的试管婴儿的区别两种。不同观点，多数人持认可态度。否定的理由： 把试管
28、婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎，无异于“谋杀”。肯定的理由： 解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、 最快捷 的方法， 提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿 造成损伤。(3) 基因身份证：否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成基因歧视 ，势必造成 遗传学失业大军、造成 个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。肯定的理由： 通过基因检测 可以及早采取预防措施，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、有潜伏期、不易被发现、危害时间长等。(4) 禁止生物武器公约及中国政府的态度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -