高中选修3《现代生物科技专题》知识点总结.docx

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高中选修3《现代生物科技专题》知识点总结

选修3易考知识点背诵

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。

（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：

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T4DNA连接酶）的比较：

①相同点：

都缝合磷酸二酯键。

②区别：

E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，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聚合酶

不同点

连接的DNA

双链

单链

模板

不要模板

要模板

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

相同点

作用实质

形成磷酸二酯键

化学本质

蛋白质

3.“分子运输车”——载体

（1）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）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。

（3）其它载体：

入噬菌体的衍生物、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.目的基因是指：

编码蛋白质的结构基因。

目的基因获取方法：

从基因文库中获取;PCR技术扩增目的基因;人工化学直接合成

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）原理：

DNA双链复制

（2）过程：

第一步：

（变性）加热至90～95℃DNA解链；第二步：

（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。

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。

①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力；Ti质粒的T—DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。

②转化：

目的基因插人Ti质粒的T—DNA农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

其次还有基因枪法是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高

花粉管通道法这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。

（我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）

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。

操作程序：

目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内发育→新性状动物。

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.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了mRNA，方法是采用分子杂交（DNA-RNA）技术即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。

如抗虫或抗病接种实验。

（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。

分为体外基因治疗和体内基因治疗

（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）

转录翻译

★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基础上，延伸出的第二代基因工程

专题2细胞工程

植物细胞工程

1.理论基础（原理）：

细胞全能性

（1）内因：

每个细胞都含有该物种全部遗传信息

（2）外因：

离体（植物器官、组织、细胞），人工配制的培养基（植物激素和有机营养和无机营养）、无菌和人工控制的适宜培养条件（如：

适宜的温度、PH值、光照）。

（3）细胞分化是指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。

原因是在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息执行情况不同（或基因选择性表达）

（4）在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整个体的潜能，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现全能性，而是分化成各种组织和器官。

原因是特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。

2.植物组织培养技术

（1）过程：

离体植物的植物器官、组织、细胞（外植体）愈伤组织幼根和芽或胚状体完整植株。

（2）用途：

微型繁殖：

（1）概念：

植物的快速繁殖技术就是利用组织培养的方法将植物体某一部分的组织小块进行培养并诱导分化成大量的小植株，从而达到快速无性繁殖的目的，也称快速繁殖技术。

（2）微型繁殖技术：

快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

（3）特点：

①保持优良品种的遗传特性。

②高效快速地实现种苗大量繁殖。

作物脱毒：

（1）材料：

无病毒的植物分生组织（茎尖）。

（2）脱毒苗：

切取一定大小的茎尖进行组织培养获得的。

制造人工种子：

（1）特点：

①后代不会发生性状分离。

②不受季节、气候和地域限制。

（2）结构：

人工薄膜和或胚状体或不定芽或顶芽或腋芽。

（3）人工种子的制备，如图人工种子主要由三部分组成，一是胚状体

（分生组织），它相当于天然种子的胚，是有生命的物质结构；二是供胚状体维持生命力和保证其在适宜的环境条件下生长发育的人工胚乳；三是具有保护作用的“人工种皮”。

（4）人工种子的优越性

①可以保持杂种优势。

②快捷高效的繁殖方式；节约了大量土留种地。

③可人为控制植物的生长发育与抗逆性：

人工胚乳除了含有供胚状体发育成植株所必需的营养物质外，还可以在其中加入除草剂、弱病毒、杀菌剂、农药、抑制休眠的物质及对植物生长有益的细菌等，使其具备抗逆性和耐贮性等优良特性，也可添加激素类物质以调节植物的生长发育。

与试管苗技术比较，人工种子技术具有成本低、贮藏运输方便、减少了移栽驯化过程和生产周期短等优点。

单倍体育种

（1）方法：

花药离体培养法。

（2）优点：

①后代稳定遗传，都是纯合子。

②明显缩短了育种年限。

突变体的利用

（1）产生：

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）利用：

筛选对人们有用的突变体，进而培育新品种。

细胞产物的工厂化生产

（1）种类：

蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

（2）技术：

植物植物组织培养技术。

（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：

如图

在此过程中需要注意的问题有：

物体细胞杂交过程中，植物细胞融合所依据的生物学原理是细胞膜的流动性；植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。

②体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。

③目前常用的去除细胞壁的方法是酶解法，保证了原生质体活性。

植物体细胞杂交完成的标志是新细胞壁的形成。

④植物体细胞杂交过程仍以植物组织培养为前提，通过植物组织培养完成杂种植株的培育过程。

⑤植物体细胞杂交的最大突破是克服远缘杂交不亲和的障碍，但是目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。

（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：

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～