高中生物選修3現(xiàn)代生物科技知識點
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高中生物選修3現(xiàn)代生物科技知識點總結(jié)
第十單元 現(xiàn)代生物科技
一、基因工程
1. 基因工程的誕生
(1)基因工程：按照人們的意愿，進行嚴格的設(shè)計，并通過體外 DNA 重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。
(2)基因工程誕生的理論基礎(chǔ)是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，技術(shù)支持有基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)、工具酶的發(fā)現(xiàn)，DNA 合成和測序儀技術(shù)的發(fā)明等。
2..基因工程的原理及技術(shù)
(3)基因工程操作中用到了限制酶、DNA 連接酶、運載體
考點限制酶細化：
限制酶主要從原核生物生物中分離純化出來，這種酶在原核生物中的作用是識別 DNA 分子的特定核苷酸序列，并且使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。
?、?限制酶的特性是識別特定核苷酸序列，切割特定切點。限制酶產(chǎn)生的末端有兩種：粘性末端和平末端。
?、?DNA 連接酶與 DNA 聚合酶的作用部位是磷酸二酯鍵，二者在作用上的區(qū)別為前者是恢復(fù)被限制性內(nèi)切酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，后者單個的核苷酸連接到DNA分子上。
?、?作為基因工程的載體應(yīng)該具備標(biāo)記基因、多個限制性內(nèi)切酶切點、能夠在宿主細胞內(nèi)復(fù)制和穩(wěn)定存等特點。
?、?常見的載體種類有質(zhì)粒、動植物病毒、噬菌體
(4)基因工程四步驟：目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測和表達。
考點細化：
?、?目的基因的獲取方法為根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在載體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、以及基因的表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。
?、?基因文庫、基因組文庫、cDNA 文庫的區(qū)別：含有某種生物不同基因的許多DNA 片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌體分別含有這種生物的不同基因，稱之為基因文庫。如果含有一種生物所有基因，叫做基因組文庫。只包含一種生物的一部分基因，這種基因文庫叫做部分基因文庫，如cDNA 文庫。
③ 基因重組操作中構(gòu)建基因表達載體的目的是將目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，同時目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。
?、?一個完整的基因表達載體包括：目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因。
?、?將目的基因?qū)胫参锛毎?、動物細胞和微生物細胞的常用方法分別是膿桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射法、Ca2+處理法。
?、?基因工程的受體細胞選擇，植物可以采用體細胞，動物不能用體細胞，一般采用受精卵細胞。因為受精卵具有全能性。
?、?當(dāng)受體細胞是大腸桿菌時常用Ca2+處理細胞，這樣做的目的是使細胞處于一種能夠吸收周圍環(huán)境中的DNA 分子的感受態(tài)細胞。
?、?目的基因的檢測：轉(zhuǎn)基因生物的 DNA 是否插入了目的基因(DNA分子雜交技術(shù));
目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了 mRNA(分子雜交技術(shù));
目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)(抗原-抗體雜交);
個體生物學(xué)水平鑒定(直接觀察和檢測性狀)。
⑨ 目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、目的基因的檢測和表達一般需要堿基互補配對。將目的基因?qū)胧荏w細胞不需要堿基互補配對
3. 基因工程的應(yīng)用
(5)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上：主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力(如：抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)，以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。
(6)基因治療不是對患病基因的修復(fù)，基因檢測所用的 DNA 分子只有處理為單鏈才能與被檢測的樣品，按堿基配對原則進行雜交。
4. 蛋白質(zhì)工程
(7)蛋白質(zhì)工程的本質(zhì)是通過基因改造或基因合成，對先有蛋白質(zhì)進行改造或制造新的蛋白質(zhì)，所以被形象地稱為第二代基因工程;基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)
二、克隆技術(shù)
1. 植物的組織培養(yǎng)
(1)細胞工程：指應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細胞水平或者細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲取細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。在細胞器水平上改變細胞的遺傳物質(zhì)，屬于細胞工程。
(2)細胞全能性：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。
考點細化：
?、?都具有該生物全部遺傳信息，因此從理論上講，生物體的每一個活細胞都應(yīng)該具有全能性。
?、?細胞在生物體內(nèi)沒有表現(xiàn)出全能性的原因是基因選擇性表達。
?、?植物細胞的全能性得以實現(xiàn)的條件是離體，合適的營養(yǎng)和激素，無菌操作。
?、?在生物的所有的細胞中，受精卵細胞的全能性最高。
(3)植物組織培養(yǎng)：在無菌和人工控制的條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配置的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。
考點細化：
① 已分化的細胞經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程叫脫分化。
?、?再分化是愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)，重新分化出根或芽等器官。
?、?愈傷組織細胞排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈不定型狀態(tài)的薄壁細胞。
?、?植物組織培養(yǎng)時培養(yǎng)基的成分有礦質(zhì)元素、蔗糖、維生素、植物激素、有機添加物，與動物細胞培養(yǎng)相比需要蔗糖、植物激素，不需要動物血清。
?、?在植物組織培養(yǎng)脫分化過程中，需要植物激素
?、?植物組織培養(yǎng)全過程中都需要無菌，愈傷組織之前不需要光照
(4)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。
考點細化：
① 用植物體的莖尖、根尖來獲得無病毒植物
?、谌斯しN子中人工胚乳相當(dāng)于大豆種子的子葉，人工種子與正常種子相比發(fā)芽率高。
③ 轉(zhuǎn)基因植物的培育需要植物組織培養(yǎng)
(5)將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體叫做植物體細胞雜交。
考點細化：
?、?用纖維素酶、果膠酶去除細胞壁獲得原生質(zhì)體
?、?物理方法：電刺激、振蕩、離心;化學(xué)方法：聚乙二醇
?、?植物體細胞雜交完成的標(biāo)志是新細胞壁的形成
?、?融合后的雜種細胞通過植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育成完整的植物體
(6)植物體細胞雜交這一育種方法的最大優(yōu)點是克服遠緣雜交不親和障礙
2.動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克隆
(7)動物細胞工程常用的技術(shù)手段有動物細胞培養(yǎng)、動物細胞核移植、動物細胞融合、生產(chǎn)單克隆抗體、胚胎移植等
(8)動物細胞培養(yǎng)經(jīng)過原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)
考點細化：
?、?動物細胞培養(yǎng)液的成分有糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等
?、?動物細胞培養(yǎng)基液體，植物細胞培養(yǎng)基固體，培養(yǎng)的動物細胞通常取自胚胎、幼齡動物的組織器官
?、?動物細胞培養(yǎng)時的氣體環(huán)境是95%的空氣+5%二氧化碳的混合氣體，CO2 起到調(diào)節(jié) PH值作用
?、?使用胰蛋白酶處理使動物組織分散成單個細胞
?、?動物組織處理使細胞分散后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)
⑤ 貼滿瓶壁的細胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖。這樣的培養(yǎng)過程通常被稱為傳代培養(yǎng)。
3.細胞融合與單克隆抗體
(9)動物細胞融合與植物原生質(zhì)體融合的區(qū)別：操作步驟不同：植物原生質(zhì)體融合需要先去除細胞壁，動物細胞無細胞壁;誘導(dǎo)方法不同：動物細胞融合可以用物理、化學(xué)和生物三種方法，植物原生質(zhì)體融合只能用物理、化學(xué)方法;最終目的不同：植物原生質(zhì)體融合最終是為了獲得雜種植株，動物細胞融合最主要目的是獲得單克隆抗體。
(10)單克隆抗體與血清抗體相比特異性強、靈敏度高并可大量制備
(11)熟悉單克隆抗體制備過程。
考點細化
?、?生產(chǎn)雜交瘤細胞要用B 淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合
② 注射相應(yīng)抗原后，從小鼠脾臟中提取出B 淋巴細胞
?、?雜交瘤細胞既能大量增殖，又能產(chǎn)生專一抗體。
?、?制備單克隆抗體過程中需要兩次篩選
⑤ 體外條件下做大規(guī)模培養(yǎng)雜交瘤細胞或者注射到小鼠腹腔內(nèi)增殖，從細胞培養(yǎng)液或者小鼠腹水內(nèi)就可以提取出大量的單克隆抗體。
聯(lián)想拓展：
?、匐s交瘤細胞融合時，對 B 淋巴細胞為免疫過的B 淋巴細胞
②一種 B 細胞只能產(chǎn)生一種抗體
?、跘 和 B 兩種細胞融合，只考慮兩兩融合，融合方式有 AA、BB、AB 融合三種
?、苤苽鋯慰寺】贵w過程中需要經(jīng)過兩次篩選?第一次篩選出雜交瘤細胞(用選擇培養(yǎng)基篩選)(培養(yǎng)基中加入特定化學(xué)物質(zhì))。
第二次篩選出能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細胞(抗體—抗原雜交檢測)(培養(yǎng)基中加入特定抗原)。
(13)單克隆抗體在多種人類疾病及動植物病害的診斷和病原鑒定中發(fā)揮重要作用。主要用于癌癥治療，也有少量用于其它疾病治療。
拓展：生物導(dǎo)彈中，單抗的作用是導(dǎo)向作用，能將藥物定向帶到癌細胞所在位置，在原位殺死癌細胞。既不損傷正常細胞，又減少了用藥量。
(14)去核卵母細胞能夠激發(fā)核的全能性，選用的卵母細胞應(yīng)該是培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期的卵母細胞
(15)核移植技術(shù)獲得的動物因為有細胞質(zhì)基因的影響、生活環(huán)境的差異、可能發(fā)生基因突變造成核移植動物與供核動物性狀不完全相同。
三、胚胎工程
1. 動物胚胎發(fā)育的基本過程與胚胎工程的理論基礎(chǔ)
動物胚胎發(fā)育的基本過程：受精卵→2細胞→4細胞→8細胞→桑葚胚→囊胚→原腸胚
胚胎工程的理論基礎(chǔ)：哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育規(guī)律
(1)精子和卵子的產(chǎn)生過程中精子變形，卵子沒有。卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備，是在出生前完成的。
考點細化：
?、倬毎a(chǎn)生后要經(jīng)過頂體形成、尾部發(fā)育、細胞質(zhì)濃縮最終精子形成
?、诼炎拥陌l(fā)生在胎兒時期就完成了卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備，排卵前后進行了減數(shù)第一次分裂，減Ⅱ分裂在精子和卵細胞結(jié)合過程中完成。
(2)精、卵細胞結(jié)合前各自要發(fā)生哪些生理過程?(提示：在受精前精子要在雌性動物生殖道內(nèi)獲能;排出的卵子要在輸卵管中進一步成熟到減Ⅱ中期才具備受精能力)。
(3)受精過程：精子獲能→卵子準(zhǔn)備階段→受精。卵子防止多精入卵的屏障：透明帶反應(yīng)和卵細胞膜反應(yīng)
拓展：
?、?桑椹胚一般指 32 個左右的細胞數(shù)目的胚胎。
?、?胚胎分割選用的胚胎最好處于桑椹胚或者囊胚時期，因為全能性較高
(6)胚胎工程包含的技術(shù)：體外受精技術(shù)、胚胎早期培養(yǎng)技術(shù)、胚胎干細胞培養(yǎng)、胚胎分割技術(shù)、胚胎移植技術(shù)
(7)獲得精子必須經(jīng)獲能處理后才能進行體外受精
(8)采集卵子前一般要對雌體進行促性腺激素處理，從較大體型動物卵巢中采集卵母細胞都要經(jīng)過體外人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能精子受精。
(9)胚胎的早期培養(yǎng)培養(yǎng)液還需要添加激素和血清
(10)獲得的早期胚胎有向受體移植、冷凍保存兩種去向
2. 胚胎干細胞的移植
(11)從早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞可以稱為胚胎干細胞
(12)胚胎干細胞在形態(tài)上：體積小、細胞核大、核仁明顯;在功能上，具有發(fā)育的全能性。另外在體外培養(yǎng)的條件下，胚胎干細胞可以增殖二不發(fā)生分化。對它可以進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。
(13)干細胞按分化潛能可分為全能干細胞(如胚胎干細胞可以分化形成所有的成體組織細胞，甚至發(fā)育成為完整的個體)、 多能干細胞(具有多向分化的潛能，可以分化形成除自身組織細胞外的其他組織細胞，如造血干細胞、神經(jīng)干細胞、間充質(zhì)干細胞、皮膚干細胞等)和專能干細胞(維持某一特定組織細胞的自我更新，如腸上皮干細胞)三種類型。
(14)干細胞可以通過從哺乳動物的早期胚胎(囊胚的內(nèi)細胞團)或從胎兒的原始性腺中分離而來
3. 胚胎工程的應(yīng)用
(15)胚胎分割時要注意注意將內(nèi)細胞團均等分割。
(16)胚胎移植技術(shù)包括對供、受體的選擇和處理，配種或進行人工授精，對胚胎的收集(沖卵)，檢查、培養(yǎng)或保存，對胚胎進行移植，以及移植后的檢查等步驟
考點細化：
?、?胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)：
a.哺乳動物發(fā)情排卵后，不論是否妊娠，在一段時間內(nèi)同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的，這為胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境
b.早期胚胎在一定時間內(nèi)處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供了可能
c.受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎在受體內(nèi)的存活提供了可能
d.供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但移入受體的供體胚胎的遺傳特性，在孕育過程中不受任何影響。
?、谂咛ヒ浦驳膶嵸|(zhì)是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。
③胚胎移植的優(yōu)勢是可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。
?、芘咛ヒ浦策^程中兩次使用激素的目的是：第一次，對供體、受體進行同期發(fā)情處理，注射孕激素;第二次，對供體母牛做超數(shù)排卵處理，注射促性腺激素。
⑤胚胎移植過程產(chǎn)下的犢牛性狀取決于供體牛
⑥不同動物其胚胎移植的時間不同，例如：牛、羊一般要培養(yǎng)到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠等可在更早的階段移植。
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