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生物选修3《现代生物技术》专题复习

生物选修3《现代生物技术》专题复习
一、 考试说明要求
1 基因工程：⑴基因工程的诞生Ⅰ（2）基因工程的原理及技术Ⅱ（3）基因工程的应用Ⅰ（4）蛋白质工程Ⅰ
2 克隆技术：⑴植物的组织培养Ⅱ（2）动物的细胞培养与体细胞克隆Ⅰ 细胞融合Ⅰ 单克隆抗体Ⅱ
3胚胎工程 ：（1）动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础Ⅰ（2）胚胎干细胞的移植Ⅰ
⑶胚胎工程的应用Ⅰ
4 生物技术的安全性和伦理问题：1.转基因生物的安全性Ⅰ（2）生物武器对人类的威胁Ⅰ生物技术中的伦理问题Ⅰ 5生态工程：生态工程的原理Ⅰ 生态工程的实例Ⅰ
二.核心概念
基因工程 植物细胞工程 植物体细胞杂交技术 动物细胞工程 细胞全能性 动物细胞培养
动物细胞融合 核移植 单克隆抗体 胚胎工程 胚胎分割移植
专题1基因工程
（一）基因工程的基本工具
1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物（2）功能：断开磷酸二酯键 2.“分子缝合针”——DNA连接酶 3.“分子运输车”—— 运载体
（1）运载体具备的条件 ： ①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
（2）最常用的运载体：质粒，（3）其它运载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒
(二)基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的获取 1.基因文库获取2.人工合成。
3.PCR技术扩增 （1）原理：DNA双链复制
（2）过程 第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
第二步：基因表达载体的构建：组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因
第三步：将目的基因导入受体细胞： 常用的转化方法：
将目的基因导入植物细胞： 农杆菌转化法，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：感受态细胞法
第四步：目的基因的检测和表达 ⑴分子水平检测：
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。
（分子探针：同位素标记的目的基因的单链）
2.其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA， 方法： 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。
3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质。
（1） 分子水平方法： 抗原—抗体杂交(生物中蛋白质与抗体)
⑵个体水平鉴定（性状）：转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。（抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等）
（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。
（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）

专题2 细胞工程
（一）植物细胞工程
1.原理：细胞全能性 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。
（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）培养的流程：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
①无菌、无毒的环境：无菌处理。防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养：通常需加入血清、血浆等天然成分。
③温度：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。
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）。
（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。
（3）体细胞核移植的大致过程是：（右图）
⑷ 体细胞核移植技术的应用：
①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育； 核移植
②保护濒危物种，增大存活数量；
③生产珍贵的医用蛋白； ④作为异种移植的供体；
⑤用于组织器官的移植等。
（5）体细胞核移植技术存在的问题： 胚胎移植
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）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
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：
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
（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：
① 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。
② 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）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：输卵管上段。（2）卵裂期： （3）桑椹胚：（4）囊 胚：（5）原肠胚：
（二）胚胎干细胞
1、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。
3、胚胎干细胞的主要用途：解决器官移植供体来源不足和避免免疫排斥（同体移植）
（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，
(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。
(4)胚胎的早期培养：
2.胚胎移植：早期胚胎，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。（提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”）， 是胚胎工程的最后一道“工序”
(1) 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。
(2) 生理学基础：①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。②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。
③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。
④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。
(3) 基本程序主要包括：

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，否则影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
4.胚胎干细胞
意义：解决临床器官移植供求不足和器官移植的免疫排斥问题。
专题4 生物技术的安全性和伦理问题
（一）转基因生物的安全性争论 ：基因生物与食物安全。与环境安全。与生物安全。

（二）生物技术的伦理问题
(1)克隆人：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：(3)基因身份证：
（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
专题5生态工程
（1）生态工程建设的目的：遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
（2）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。（实现手段：生态工程）
（3）生态工程基本原理：
1.物质循环再生原理（如无废弃物农业）
2.物种多样性原理（提高生态系统的抵抗力稳定性）
3.协调与平衡原理（处理生物与环境的协调与平衡，考虑环境容纳量）
4.整体性原理（考虑自然系统、经济系统和社会系统的统一）
5.系统性和工程学原理（系统的结构决定功能原理：考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的；系统整体性原理：实现总体功能大于各部分之和的效果）