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1、2021年高考生物选修三全册知识复习汇编（精华版）专题一 基因工程基因工程（原理：基因重组）：（DNA重组技术）按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组技术和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。一、 基因工程的基本工具（一） 限制酶1、 来源：从原核生物中分离提纯。2、 功能：能够识别双链DNA分子中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。3、 切割结果：（粘性末端和平末端）【注】双酶切：（1） 防止目的基因和质粒自身环化。（2）保证目的基因和质粒按照顺利连接。（二） DNA连接酶1、 种类
2、：2、 功能：将两条DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。【注】限制酶和DNA连接酶都作用于磷酸二酯键，而不是氢键。（三） 载体1、 结构：例如 质粒（见右图）2、 载体需要具备的条件（1） 能在宿主细胞内大量复制并稳定遗传。（2） 具有一个至多个限制酶酶切位点，以供外源DNA片段（即目的基因）插入其中。（3） 有特殊的标记基因（例如抗生素抗性基因），供重组DNA的鉴定与选择。3、 常用载体：（1）大肠杆菌的质粒（天然质粒经过人工改造）。（2） 噬菌体衍生物和动植物病毒。【需要通过载体而不能直接将目的基因导入受体细胞的原因：基因表达载体包括复制原点、启动子、终止子等结构，而目的
3、基因没有。】二、 基因工程的基本操作程序（一） 目的基因的获取1、 目的基因：为了获得预期性状，需要从供体细胞中获得的基因，主要指编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作用的因子。2、（1） 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备。各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。 【注】：真核细胞的基因有内含子和外显子（如图）（2） PCR技术【前提：要有一段已知目的基因的核苷酸序列（目的是为了设计引物）】原理：DNA双链复制（生物体外复制特定DNA片段的技术）材料：模板、原料（四种脱氧核苷酸dATP、dGTP、dCTP、dTTP）、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）、
4、引物（成对存在）扩增过程：a.变性（90-95）：使DNA片段双链解开。b.复性（55-60）：又称为退火，使连接DNA两条单链分别与相应的引物结合。c.延伸（70-75）：热稳定DNA聚合酶催化引物起始合成子链。PCR技术与DNA复制的比较DNA体内复制PCR技术解旋方式解旋酶催化DNA在高温下变性解旋场所细胞内体外酶解旋酶、DNA聚合酶热稳定DNA聚合酶温度细胞内温和条件需要控制温度合成对象DNA分子DNA片段或基因（二） 基因表达载体的构建基因工程的核心1、 目的：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，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。2、 基因表达载体的组成：（如右图
5、）（1） 插入基因：即目的基因（2） 启动子：一段特殊结构的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。（3） 终止子：一段特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端，使转录在需要的地方停止下来。（4） 标记基因：用于鉴别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因、产生特定颜色表达产物的基因、发光基因等。（5） 复制原点：载体在受体细胞中复制的起点。3、 基因表达载体的构建过程：（如右图）4、 基因表达载体去向：（1）留在受体细胞中进行自我复制。（2）整合到受体细胞染色体DNA上。（三） 将目的基因导入受体细胞1、 转
6、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。2、 （1）受体细胞为植物细胞农杆菌转化法：目的基因插入Ti质粒的T-DNA上农杆菌农杆菌侵染植物（双子叶植物受伤后产生酚类物质，吸引农杆菌进入植物细胞）细胞整合到受体细胞的染色体DNA上表达。【原理：目的基因随农杆菌中Ti质粒上的T-DNA转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上】基因枪法：利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入到受体细胞中。花粉管通道法：在植物受粉后，花粉管未愈合时，剪去柱头，滴加含有目的基因的DNA。（2）受体细胞为动物细胞显微注射法：将含有目的基因的表达载体提纯从雌性动物
7、体内取出卵（体内或体外受精）显微注射将注射了目的基因的受精卵经早期胚胎培养一段时间后，移植到雌性动物体内。（3）受体细胞为微生物细胞原核生物作为受体细胞的优越性：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。氯化钙法(感受态细胞法)：Ca+处理细胞感受态（易于吸收周围的DNA分子）细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子。（四） 目的基因的检测与鉴定1、 分子水平检测（1） 转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因DNA分子杂交技术（在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等做标记，作为探针。）（2） 目的基因是否转录出mRNA分子杂交技术（3） 目的基因是否翻译成蛋白质抗原-抗
8、体杂交技术（原理：抗原抗体的特异性结合）2、 个体水平检测例如：抗虫接种实验三、 基因工程的应用（一）植物基因工程1、 抗虫转基因植物：从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性。用于杀虫的基因主要是Bt毒蛋白基因（例如我国的抗虫棉）、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。2、 抗病转基因植物：抗病转基因植物所采集用的基因，使用最多是病毒外壳蛋白基因和病毒复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。3、 抗逆转基因植物：例如：抗寒、抗旱、抗除草剂等。4、 利用转基因改良植物品质：（1）高赖氨酸含量的玉米。（2）耐储存的番茄
9、。（二） 动物基因工程1、 提高动物生长速度。2、 改善畜产品的品质。3、 转基因动物做器官移植的供体4、 转基因动物获取药物：乳腺生物反应器（三） 基因工程药物：例如干扰素（四） 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，从而达到治疗疾病的目的。四、 蛋白质工程的崛起（一） 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与生物功能的关系作基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。【注】基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程理论上可以产生自然界不存在的蛋白质。（二） 蛋白质工程的原
10、理及流程：1、 前提：了解蛋白质结构和功能的关系。2、 基本途径：根据预期蛋白质的功能，设计蛋白质的结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列。（A为转录，B为翻译）3、 蛋白质工程的主要问题：蛋白质发挥功能必修依赖于正确的高级结构，而这种高级结构十复杂，现阶段人们对其认识不足。专题二 细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平和细胞器水平的操作，按照人的意愿来改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。几个基本概念：分化、脱分化、再分化、全能性、愈伤组织、细胞贴壁、接触抑制、原代培养、传代培养、细胞株、细胞系植物细胞工程 基本技术一、 植物
11、组织培养原理：植物细胞的全能性（一） 相关概念：1、 植物组织培养：在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞（外植体），培养在人工配置的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。2、 愈伤组织：经脱分化形成的，排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的，呈无定型状态的薄壁细胞。3、 脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。（恢复细胞全能性的过程）4、 再分化：脱分化产生的愈伤组织继续培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫再分化。（二） 培养条件：1、 离体状态：离体后才能表现全能性。2、 营养物质：无机物、有机小分子。3、
12、激素：生长素和细胞分裂素（诱导分化通过调节比例实现）生长素和细胞分裂素的比值：比值大，诱导愈伤组织生根，抑制其发芽。【再分化】比较小，诱导愈伤组织发芽，抑制其生根。【再分化】比值适中，促进愈伤组织自身生长。【脱分化】4、 适宜的外界条件（无菌、严格控制光照）（三） 培养过程【注】外植体选择：幼嫩/生长旺盛的；消毒：70% 酒精 + 20% 次氯酸钠（严控杂菌污染的原因：杂菌与植物组织竞争营养；杂菌产生的物质影响植物组织的生长）证明：分化（特定的时间和空间条件下，基因选择性表达的结果）的植物细胞仍具有形成完整植株所需的全部基因。二、 植物体细胞杂交技术（一）概念：植物体细胞杂交是指将不同种的植物
13、体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植株的技术。（二）原理：（三）过程：（见右图）（四）优点（意义）：克服了远缘杂交不亲和的障碍。植物细胞工程 实际应用一、 植物繁殖（一） 微型繁殖（快速繁殖）植物组织培养：1、保持优良品种的遗传特性。2、 高效、快速的繁殖优良品种。（二） 作物脱毒：采用茎尖分生区的细胞进行植物组织培养。（三） 人工种子：1、 结构：2、 优点：（1） 防止由于性状分离（有性生殖）而丧失植株的优良性状。（2） 克服了季节、气候、地域的限制。（3） 节约时间。二、 作物新品种的培育（一）单倍体育种：1、原理：通过花药离体培养得到单倍体植株，染色体加倍（秋水仙
14、素）后便可得到稳定遗传的优良性状。2、过程：3、优点：明显缩短育种年限。（二）突变体的利用：1、原理：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。2、过程：三、 细胞产物的工厂化生产1、 原理：植物细胞在代谢过程中，能够产生一些有机物。可以通过大规模培养植物细胞，从中提取这些物质。2、 过程：动物细胞工程一、 动物细胞培养（一）概念：从动物体内取出相关组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。（二）原理：细胞增殖。（三）过程：（四）相关概念：1、细胞贴壁：悬液中的分散的细胞贴附在
15、瓶壁上。（单层）2、接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂。3、原代培养：将动物组织用胰蛋白酶处理成单个细胞，配制成一定浓度的悬浮液，放在培养瓶中并在培养箱中培养的过程。4、传代培养：培养瓶中的细胞越来越多，用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成悬浮液，分瓶培养的过程。5、细胞株：原代培养的细胞传代至10代左右就不容易传下去，细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到40-50代，这部分细胞称为细胞株。【10代以内，以保持细胞正常的二倍体核】6、细胞系：细胞株传到50代左右又出现细胞生长停滞状态，部分细胞由于遗传物质改变，具有癌细胞的特点，可以在培养条件下无限
16、制地传代下去。这部分细胞称为细胞系。（五）动物细胞培养条件：【定期更换培养液：防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成伤害】1、无菌、无毒的条件，培养液中加适量抗生素。2、营养物质：糖、氨基酸、促生长因子等，还应添加动物血清、血浆等天然物质。3、适宜的温度和pH。4、气体环境：95%的空气和5%的CO2。5%的CO2维持培养液的pH值。二、 动物体细胞核移植技术和克隆动物（一）相关概念：1、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，这个新的胚胎最终发育成为动物个体。【注】选择卵母细胞的原因：体积大，易操作。含有促使细胞核表达全能性的物质和
17、营养条件。2、克隆：（二）原理：动物细胞核的全能性。卵母细胞中含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。（三）（四）体细胞核移植过程：（见右图）（五）应用前景：1、畜牧生产中：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。2、保护濒危物种。3、转基因克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白。4、治疗人类疾病：克隆动物细胞、组织和器官作为异种移植的供体。（优点：解决了临床上供体器官不足和器官移植后的免疫排斥问题）（六）存在问题1、成功率太低。2、克隆动物存在健康问题。三、 动物细胞融合（一）概念：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物质的单核细胞，称为杂交细胞
18、。（二）原理：细胞膜的流动性。（三）完成标志：两个细胞核融合形成一个核。（四）（五）过程：（1）细胞两两融合形成的杂种细胞有：AA、AB、BB三种。【注】细胞融合是随机的，且融合率达不到100%。（2）可利用选择培养基筛选出AB型的杂种细胞。（六）意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。四、 单克隆抗体的制备（一）基本原理：B淋巴细胞（浆细胞）能分泌特异性抗体，但在体外培养条件下不能无限增殖。骨髓瘤细胞可以在体外无限增殖，可将两种细胞融合得到杂交瘤细胞，使其既能产生特异性抗体，又可以在体外培养条件下无限增殖。（二）过程：（见右图）（三）优点：特异性强，灵敏度高，并可大量制备。（四）
19、应用：（1） 诊断试剂。（准确、高效、简易、快速）（2） 生物导弹=单克隆抗体（定位）+ 放射性同位素（示踪）+ 化学药物或细胞毒素（杀伤）【注】筛选使用选择培养基。筛选注意克隆化培养、抗体检测。专题三 胚胎工程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，例如体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需要移植到雌性动物体内产生后代，以满足人类的各种需求。体内受精一、 精子的发生：1、 场所：睾丸的曲细精管2、 时间：从初情期到生殖机能衰退。3、 过程：第一阶段初级精母细胞的形成位于曲细精管壁的精原细胞进行有丝分裂，形成大量的精原细胞，一部分
20、经过染色体的复制和相关物质合成，形成初级精母细胞。第二阶段精细胞的形成第三阶段精细胞变形成为精子顶体（高尔基体）头（细胞核）颈（线粒体）尾（中心体）二、 卵子的发生1、 场所：卵巢2、 时间：哺乳动物在出生前（胎儿时期）完成卵泡的形成和在卵巢内的储备，到性成熟时经减数分裂形成卵细胞。3、 过程：【精卵发生的异同】同：先有丝再减数；减数分裂中染色体行为、数目变化相同。异：场所；发生时间；是否变形，是否均分；结果不同。三、受精1、 概念：精子与卵子结合形成合子（受精卵）的过程。2、 场所：体内受精，在雌性输卵管内完成。3、 过程：4、 防止多精入卵的屏障：5、 意义：（1）受精卵中的遗传物质来自父
21、母双方，形成新的染色体组合，对遗传和变异有重要意义。（2） 受精卵的遗传物质 = 父方“核”+ 母方“核”+ 母方细胞质遗传物质。早期胚胎发育1、 概念：哺乳动物的胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程。2、 过程：3、 全能性：受精卵的全能性最高，随发育的进行而不断降低。体外受精1、 试管动物：通过人工操作使卵细胞和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎，再经移植到雌性动物体内并产生后代，其本质是一种有性生殖的产物。2、一、 卵母细胞的采集和培养：1、 小鼠、兔、猪、羊等实验动物：2、 大型动物或大型家畜：（1） 从以屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。（2） 借助
22、超声波探测仪、内窥镜和腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢内采集卵母细胞。【注】在（1）中取得的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精。在（2）中获取的卵母细胞需要人工培养成熟（M中期）后，才能与获能精子受精。二、 精子的采集和获能：1、 采集方法：假阴道法、手握法、电刺激法2、三、 受精：获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。受精后形成的受精卵需经早期胚胎培养，经检查发育正常后才能进行受体移植或冷冻保存（-196 液氮）。胚胎的早期培养1、 培养目的：检查受精状况和受精卵的发育能力。2、 培养液成分：水、无机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸及动物血
23、清。3、 培养后处理：当胚胎发育到适宜阶段时，可将其取出并向受体移植或冷冻保存。胚胎工程的应用一、 胚胎移植：1、 概念：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，使之继续发育成为新个体的技术。2、 本质：生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。3、 胚胎供体的来源：（1） 雌性动物体内的早期胚胎。（2） 通过体外受精和早期胚胎培养所得的胚胎。（3） 通过哺乳动物体细胞核移植及培养得到的胚胎。4、 过程：（如右图）5、 胚胎移植成功与否的两个条件：（1） 同物种之间进行胚胎移植易成功。（2） 供、受体生理状态
24、要相同，移植胚胎的位置相同或相似（胚胎在供、受体子宫的位置）。6、 胚胎移植的生理学基础：（1） 为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境：同种动物的供、受体排卵后，生殖器官的生理变化是相同的（同期发情）。（2） 胚胎收集：早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而处于游离状态，为胚胎收集提供可能。（3） 胚胎在受体内存活：受体子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。（4） 移植后的胚胎发育：供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其遗传特性不受影响（即供体胚胎可从受体获得营养物质，但遗传特性不变。）7、优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。二、 胚胎分割：（动物克隆
25、的一种方法）1、 概念：指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。【实质：无性生殖】2、 理论基础：细胞的全能性。3、 物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。4、 特点：胚胎分割产生的每个后代具有相同的遗传特性，理论上体内的遗传物质完全相同。5、 胚胎选择：发育良好，形态正常的桑椹胚或者囊胚。桑椹胚细胞具有全能性，是胚胎分割的最佳时期。囊胚在分割时一定要注意内细胞团的均等分割（否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育）。三、 胚胎干细胞1、 干细胞：是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能的细胞。2、 胚胎干细胞的概
26、念和特点：（1） 概念：胚胎干细胞是指来自人或动物的早期胚胎，具有自我复制、自我更新、高度增殖和多向分化潜能的原始细胞。（2） 培养过程：【从内细胞团细胞分离】（见右图）（3） 来源：早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。（4） 特点：具有发育的全能性（功能）。【形态：体积小，细胞核大，核仁明显】（5） 用途：【通过诱导胚胎干细胞定向分化来及时修补身体中功能出现异常或退化的细胞】治疗人类的某些顽症，例如白血病等。培育人造组织器官，用于器官移植。研究体外细胞分化。专题五 生态工程一、 生态工程兴起的原因：1、 原因：传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗我们的自然资本，为实现可持续
27、发展，要建设生态工程。2、 特点：少消耗、多效益、可持续。、3、 生态经济：通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。二、 生态工程遵循的基本原理：1、 物质循环再生原理：物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复、分级分层利用。2、 物种多样性原理：物种越多，丰富度越高，生态系统的抵抗力稳定性越强。3、 协调与平衡原理：生物与环境的协调平衡。4、 整体性原理：自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。5、 系统学和工程学原理：系统的结构决定功能原理；系统的整体性原理。24