1、1高中生物选修3知识点总结班级：_姓名：_2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。 基因工程的原理：基因重组（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
2、：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 (1)两种 DNA 连接酶（E coliDNA 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。 DNA 连接酶 DNA
3、 聚合酶连接的 DNA 双链 单链模板 不要模板 要模板不同点连接的对象 2 个 DNA 片段 单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA 片段上作用实质 形成磷酸二酯键相同点化学本质 蛋白质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 3(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：
4、 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 （1）PCR 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 9095DNA 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，热稳定 DNA 聚合酶从引物起始进行互补链的合成。（5）特点：指数(2 n)形式扩增 第二步：基因表达载体的构建(核心) 1.目的：使目的基因在受体细胞
5、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。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
6、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 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。 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
7、.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(DNA-DNA)技术。 2.其次还要检测目的基因是否转录出 mRNA，方法是采用 分子杂交(DNA-RNA )技4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。（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。 4.基因诊断：又称
8、为 DNA 诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。 （四）蛋白质工程的概念 1、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） A 转录 B 翻译 2、蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质3、蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。4、蛋白质工程的基本途径：从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相
9、对应的脱氧核苷酸序列（基因）注意：目的基因只能用人工合成的方法5、设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列6、 蛋白质工程与基因工程区别蛋白质工程 基因工程实质 通过改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质将目的基因从供体转移到受体细胞，并在受体细胞中表达结果 合成自然界不存在的蛋白质 只能生产自然界已存在的蛋白质联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出的第二代基因工程专题 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 5（1）过程：离体的植物器官
10、、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。 A 植物繁殖微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输B 作物新品种培育单倍体育种：a 过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB 、ab 四种类型） ；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养） ；得到单倍体植株；对其幼苗时期进
11、行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb 、aaBB、aabb 四种类型） 。b 优点：明显缩短育种年限C 突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）D 细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。（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
12、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）6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
13、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 36.50.5；pH：7.27.4。 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
14、植（比较容易）和体细胞核移植（比较难） 。 （2）选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母) 细胞细胞质多，营养丰富。卵细胞的细胞质可使体细胞细胞核全能性得到表达。 （3）体细胞核移植的大致过程是：（右图）高产奶牛（提供体细胞）进行细胞培养；同时采集卵母细胞，在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞，去核（显微操作）注：为什么要用卵细胞？它可以提供充足的营养；操作简便；细胞质不会抑制细胞核全能性的表达；将供体细胞注入去核卵母细胞；通过电刺激使两细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎；将胚胎移入受体（代孕）母牛体内；生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛。7（4）体细胞核移植
15、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
16、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：细胞工程 植物体细胞杂交 动物细胞融合理论基础 细胞的全能性、细胞膜的流动性 细胞增殖、细胞膜的流动性融合前处理 酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶） 注射特定抗原，免疫处理正常小鼠诱导手段 物理法:离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（PEG）物理法:离心、振动、电激化学法：聚乙二醇生物法：灭活的病毒（灭活的仙台病毒）诱导过程 第一步：原生质体的制备（酶解法）第二步：原生质体融合（物、化法）第三步：杂种细胞的筛选和培养第四步：杂种植株的诱导与鉴定正常小鼠免疫处理动物细胞的融合（物、化
17、、生法）杂交瘤细胞的筛选与培养专一抗体检验阳性细胞培养单克隆抗体的提纯用途和意义 克服远缘杂交的不亲和障碍，大大扩展杂交的亲本组合范围应用：白菜-甘蓝等杂种植株（1） 制备单克隆抗体（2） 诊断、治疗、预防疾病，例如“生物导弹”治疗癌症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：对免疫小鼠注射特定的抗原蛋白（目的使小鼠产生了效应 B 细胞）；提取B 淋巴细胞；同时用动物细胞培养的方法培养骨髓瘤细胞并提取；促使它们细胞融合注：融合的结果是有很多不符合要求的；如有 2 个 B 淋巴细胞融合的细胞等，
18、所以要进行筛选；在特定的选择培养基上筛选出融合的杂种细胞特点8是能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体；然后对它进行克隆化培养和抗体检测筛选出能够分泌所需抗体的杂种细胞；最后将杂交瘤细胞在体外做大规模培养或注射入小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或小鼠腹水中可得到大量的单克隆抗体。两次筛选:第一次筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。 （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）在腹腔内增殖的优点：不需要特定的培养基，不需要严格的外界条件。 （6）筛选的时候用：特定的选择性培养基进行筛选。 （7）单克
19、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。 用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹”（借助单克隆抗体的导向作用） ，也有少量用于治疗其它疾病。专题 3 胚胎工程 3.1 体内受精和早期胚胎发育一、精子的发生 1、场所：睾丸的曲细精管 2、时间：从初情期开始，到生殖机能衰退 3、过程：（1）精原细胞多个初级精母细胞（通过数次有丝分裂） （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）补充，精原细胞先进行有丝分裂后进
20、行减数分裂；变形过程中，细胞核为精子头的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体在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9尾基部形成线粒体鞘膜，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。线粒体为精子运动提供能量。二、卵细胞（卵子）的发生 1、场所：卵巢 2、 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内的储备） 3、过程： （1）卵原细胞初级卵母细胞 （ 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） （3）1 个次级卵母细胞1 个卵子第二极体（精
21、子和卵子结合过程中完成） 在胎儿时期，卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞被卵泡细胞包围，减一分裂在排卵前后完成，形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精；减二分裂是在受精过程中完成的。三、受精1、概念：精子和卵子结合成合子（受精卵）的过程。 2、 场所：雌性的输卵管内3、过程 （1）受精前的准备阶段 1：精子获能 （2）受惊前的准备阶段 2：卵子的准备（到减数第二次分裂中期，具备与精子受精的能力） （3）受精阶段 精子穿越放射冠和透明带：顶体反应，透明带反应进入卵黄膜：卵黄膜封闭作用 原核形成和配子结合 精子获能（在雌性动物生殖道内）；卵子的准备（排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减二
22、中期才具备受精能力）；受精阶段卵子周围的结构由外到内：放射冠、透明带、卵黄膜。a 顶体反应：精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质，穿越放射冠。b 透明带反应：顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应它是防止多精子入卵受精的第一道屏障；c 卵黄膜的封闭作用：精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵后，卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程它是防止多精子入卵受精的第二道屏障；d 精子尾部脱落，原有核膜破裂形成雄原核，同时卵子完成减二分裂，形成雌原核注意：受精标志是第二极体的形成；受精完成标志是雌雄原核融合成合子。四、早期胚胎发育1、卵裂期：细胞在透明带中进行有
23、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：胚胎细胞达 32 个左右的胚胎（之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞）3、囊胚：细胞开始分化，其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织；而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘；胚胎内部逐渐出现囊胚腔注：囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化 104、原肠胚：内细胞团细胞形成外胚层和内胚层（内细胞团表层形成外胚层，下方细胞形成内胚层，由内胚层包围的囊腔叫原肠腔） ，滋养层发育成胎膜和胎盘。细胞分化在胚胎期达到最大限度3.2 体外受精和早期胚胎培养 一、体外受精1、试管动物技术：通过人
24、工操作使卵子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（桑葚胚或囊胚）后，再经移植产生后代的技术。2、卵母细胞的采集： 方法一：用促性腺激素处理，使其超数排卵，从中输卵管冲取精子（针对体型小的实验动物，家畜猪、羊等） ，可直接受精。方法二：从屠宰母畜卵巢中采集（针对大家畜或大型动物，如牛） 方法三：借助超声波探测仪、内窥镜、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） 3、 卵母细胞的培养：在体外人工培养成熟 4、 精子的采集：方法有假阴道法、手握法和电刺激法等 5、精子的获能：方法有：（1）培养法（通过获能培养液） ，如啮齿动物、兔、猪等的精子；（2）化学法
25、（通过一定浓度的肝素或钙离子载体 A23187 溶液） ，用化学药物诱导精子获能，如牛、羊等家畜的精子。6、受精：获能的精子 培养成熟的卵子 完成受精 二、胚胎早期培养 1、条件：受精卵在发育培养液中培养 2、培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等 3、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。3.3 胚胎工程的应用及前景胚胎工程的概念及技术手段：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。一、胚胎移植1、概念：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，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体叫供体 （遗传特性和生产性能优秀） ，接受胚胎的个体叫受体（有健康的体质和正常繁殖能力） 。2、 应用：胚胎移植是转基因、核移植、或体外受精等技术的最后一道“工序”。3、现状：在牛的胚胎移植中，技术方法更为简便、实用。 4、意义：可充分发挥雌性优良个体繁殖潜力。供体主要职能只是产生优良特性的胚胎，缩短繁殖周期。5、生理学基础 胚胎移植成功与否关系到：供体和受体的生理状况 （1）供、受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎提供相同的生理环境 生理学基础 （2）早期胚胎没有与母体子宫建立组织联系，为胚胎收集提供可能
