高中生物选修3知识点Word文件下载.docx
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含有一种生物所有基因的基因文库。
部分基因文库:
只包含一种生物的一部分基因的基因文库。
如CDNA文库(基因不含启动子和内含子)
3.PCR技术扩增目的基因
(1)原理:
DNA双链复制
(2)条件:
要有一段已知目的基因的核苷酸序列(模板)、四种脱氧核苷酸、
一对引物、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)
(3)过程:
变性,加热至90~95℃,DNA解链;
第二步:
退火(复性),冷却到55~60℃,引物结合到互补DNA链;
第三步:
延伸,加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
简记为
(1)热变性
(2)退火(3)延伸
{(4)再次重复}
4.人工合成目的基因
第二步:
基因表达载体的构建
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+复制原点
(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。
农杆菌特点:
易感染双子叶植物和裸子植物,对大多数单子叶植物没有感染能力
原理:
Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞,并整合到受体细胞染色体的DNA上。
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。
将目的基因导入微生物细胞:
经钙离子处理得到感受态细胞,然后将重组表达载体与感受态
细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子。
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.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
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。
四、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、用转基因动
物做器官移植的供体
用转基因动物生产药物
①操作过程:
药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子→哺乳动物的受精卵→转基因动物。
优点:
产量高,质量好,成本低,易提取。
②实例:
乳腺生物发生器→抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等。
3.基因工程药品异军突起
①工程菌:
用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。
人胰岛素、干扰素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
4.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。
①种类:
体外基因治疗和体内基因治疗。
②受体细胞一般为体细胞而不是受精卵,基因治疗后只有一部分细胞含有正常基因。
基因治
疗没有影响原有基因,所以患者体内两种基因同时存在。
五、蛋白质工程的崛起
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。
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.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
到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)
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
原因:
生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质,都有发育成完整个体的全套基因。
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
脱分化再分化发育
(1)过程:
离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织胚状体植物体
(2)实现条件:
离体、一定营养(有机物如蔗糖、氨基酸、维生素等,无机盐)、植物激素、
其他条件(PH、温度、光照等)
(3)应用:
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.植物繁殖的新途径
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。
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:
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)。
明显缩短育种年限
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)
c.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.植物体细胞杂交技术
(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)原代培养和传代培养
人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。
原代培养的细胞生长、繁殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭,会
影响细胞的生长,需要重新用胰蛋白酶等处理,进行分瓶扩大培养,称传代培养。
传代培养的细胞一般传至10后就不易传下去了。
细胞传至40-50代左右时,增殖逐渐缓
慢,以致完全停止,这时部分细胞的细胞核型发生了变化,带有癌变的特点,可能在培养条件
下无限传代下去(细胞系)。
(5)动物细胞培养需要满足以下条件
①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。
②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。
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、干扰素、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,细胞质不会抑制细胞核全能性的表达。
(3)体细胞核移植的大致过程是:
(4)体细胞核移植技术的应用:
①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,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:
成功率低、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
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)原理:
细胞膜的流动性
(3)诱导融合方法:
常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激等。
(4)意义:
突破有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。
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。
细胞工程
植物体细胞杂交
动物细胞融合(单克隆抗体制备)
理论基础
细胞的全能性、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)
聚乙二醇
生物法:
灭活的病毒
诱导过程
原生质体的制备(酶解法)
原生质体融合(物、化法)
杂种细胞的筛选和培养
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、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
制备单克隆抗体
诊断、治疗、预防疾病,例如“生物导弹”治疗癌症
(5)动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较:
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
胚胎工程的概念:
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。
操作对象:
早期胚胎和配子
技术手段:
胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等
理论基础:
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
一、体内受精和早期胚胎发育
1.精子和卵子的发生及受精
场所:
睾丸的曲细精管
时间:
从初情期开始,到生殖机能衰退
精子的发生1)精原细胞→多个初级精母细胞(通过数次有丝分裂)
过程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)
变形过程中,细胞核→精子头的主要部分,
高尔基体→头部的顶体,
中心体→精子的尾,
线粒体→线粒体鞘(尾基部)[线粒体为精子运动提供能量]
其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。
场所:
卵巢
时间:
从胎儿时期性别分化后开始(胎儿时期完成了卵泡的形成和在卵巢内的储备)
卵子的发生1)卵原细胞→初级卵母细胞
过程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)(卵巢内进行)
3)1个次级卵母细胞→1个卵子+第二极体(精子和卵子结合过程中完成)(输卵管)
卵子受精的标志:
在卵黄膜和透明带的间隙可观察到两个极体。
概念:
精子和卵子结合成合子(受精卵)的过程。
受精场所:
雌性的输卵管内
1)受精前的准备阶段1:
精子获能(在雌性动物生殖道内)
过程2)受精前的准备阶段2:
卵子的准备(在输卵管中进一步成熟到减二中期)
a.精子穿越放射冠和透明带:
顶体反应,透明带反应
3)受精阶段b.进入卵黄膜:
卵黄膜封闭作用
c.原核形成和配子结合
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.原核形成:
精子尾部脱落,原有核膜破裂,形成新的核膜,构成雄原核;
同时卵子完成减
二分裂,排出第二极体,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]。
2.动物胚胎发育的基本过程
(1)受精场所:
母体的输卵管。
(2)卵裂期:
在透明带内进行有丝分裂,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:
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。
每个细胞
都是全能细胞。
(4)囊胚:
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:
个体较小的滋养层细胞将来发育
成胎膜和胎盘;
中间的空腔称为囊胚腔。
(5)原肠胚:
有了胚层的分化(内细胞团表层形成外胚层,下方细胞形成内胚层),具有
囊胚腔和原肠腔。
[细胞分化在胚胎期达到最大限度]
二、体外受精和早期胚胎培养
试管动物技术:
通过人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后,
再经移植产生后代的技术。
方法一:
用促性腺激素处理,使其超数排卵,从输卵管中冲取卵子(针对
卵母细胞的采集实验动物小鼠、兔及家畜猪、羊等)
方法二:
从屠宰母畜卵巢中采集
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)
体外受精卵母细胞的培养:
在体外人工培养成熟
精子的采集:
方法有假阴道法、手握法和电刺激法等
精子的获能:
方法有培养法(通过获能培养液,如啮齿动物、家兔、猪等)、
化学诱导法(通过肝素或钙离子载体A23187,如牛、羊等)
获能溶液或专用的受精溶液
受精:
获能的精子+培养成熟的卵子完成受精
胚胎早期培养条件:
受精卵在发育培养液中培养
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
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。
(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8-16个细胞阶段移植。
)
三、胚胎工程的应用前景
1.胚胎移植
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:
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)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:
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。
(4)基本程序主要包括:
①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。
②配种或人工授精。
③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。
④对胚胎进行移植。
⑤移植后的检查。
对受体母牛进行是否妊娠的检查。
2.胚胎分割:
是指采用机械方法将早期胚胎切割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。
来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,属于无性繁殖或克隆。
(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:
选择良好的桑椹胚或囊胚移入培养皿中,用分割针或分割刀片将其切开,吸出其
中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体。
[注意:
内细胞团要均等分割,否
则会影响胚胎的恢复和进一步发育]
(5)局限:
刚出生的动物体重偏低,毛色和斑纹上存在差异,同卵多胎的可能性有限。
3.胚胎干细胞
简称ES或EK细胞,由早期胚胎或从原始性腺中分离出来的一类细胞。
(2)特点:
具有胚胎细胞的特性,
形态上:
体积小,细胞核大,核仁明显;
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。
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)主要用途是:
①可以用于治疗人类的某些顽疾,如帕金森综合症、少年糖尿病等;
②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,
③是在体外条件下研究细胞分化的理想材料(牛黄酸、丁酰环腺苷酸)
④可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律;
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:
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、营养成分改变等
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
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”
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
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
不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境
4.理性看待转基因技术
(1)首先认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的,以基因工程为代表的一大批生物技术成果,进入人类的生产和生活,特别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。
(2)要正视转基因技术带来的安全性问题,切实认识到个别有害转基因生物的危害性,要趋利避害,而不能因噎废食。
(3)完善相应的法令法规,利用法制手段确保转基因生物的安全性。
如我国1993年制定的《基因工程安全管理办法》
2002年颁布的《农业转基因生物标识管理办法》。
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;
克隆技术尚不成熟,可能克隆出有严重生理缺陷的孩子。
肯定的理由:
是一项科学研究,应该支持
伦理道德观念可以改变
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
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