生物选修三知识点.docx
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生物选修三知识点
基因工程
一、基因工程的概念及基本工具
1.概念:
基因工程,又叫基因拼接技术或DNA重组技术,通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造然后放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状。
2.原理:
基因重组
3.基因工程的基本操作工具
(1)限制性核酸内切酶——“分子手术刀”。
①来源:
主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②特点:
能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,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。
③结果:
产生黏性末端或平末端。
(2)DNA连接酶——“分子缝合针”。
①作用:
将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。
②种类
(3)基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”。
①种类:
质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
②质粒特点
二、基因工程的基本操作程序
目的基因的获取方法
↓
基因表达载体构建组成
↓
将目的基因导入受体细胞
方法
↓
目的基因的检测与鉴定
方法
考点二 基因工程的操作过程
1.目的基因的获取
(1)常用方法:
1)从基因文库获取目的基因
2)利用PCR扩增目的基因
3)化学方法人工合成:
针对基因较小,已知核苷酸序列
(2)目的基因是指:
编码蛋白质的结构基因或具有调控作用的因子。
(3)基因文库包括基因组文库和部分基因文库。
(4)PCR技术扩增目的基因
1)全称:
多聚酶链式反应
2)原理:
DNA双链复制
2)过程:
第一步:
变性:
加热至90~95℃DNA变性解链为单链;
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(Taq酶)从引物起始互补链的合成。
3)条件:
模板、耐高温的DNA聚合酶(Taq酶)、引物、脱氧核苷酸
4)结果:
成指数形式增长(2n,n代表循环的次数)
2.基因表达载体的构建
(1)基因表达载体的组成及作用
(2)构建过程
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:
启动目的基因的转录。
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:
终止目的基因的转录。
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抗性基因。
3.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。
生物种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法
农杆菌转化法
显微注射技术
感受态细胞法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程
将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物
Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
4.
目的基因的检测与鉴定
三、基因工程的应用与蛋白质工程
1.概念理解
(1)基础:
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)操作:
基因修饰或基因合成。
(3)结果:
改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。
(4)目的:
满足人类的生产和生活的需求。
2.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。
3.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)→基因表达→产生需要的蛋白质。
四、基因工程的应用
(一)植物基因工程硕果累累
1.抗虫转基因植物:
2.抗病转基因植物:
3.抗逆转基因植物:
4.利用转基因改良植物的品质
主要成果
基因转移方法
转基因高赖氨酸玉米
将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞中表达成功
转基因延熟番茄
将控制番茄果实成熟的基因导入番茄
转基因矮牵牛
将与植物花青素代谢有关的基因导入矮牵牛
转基因烟草苗
将萤火虫的发光基因导入烟草
(二)动物基因工程前景广阔
动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。
1.用于提高动物生长速度
将外源生长激素基因导入动物体内,在其体内合成大量生长激素
2.用于改善畜产品的品质
3.用转基因动物生产药物
乳腺(房)生物反应器:
用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。
操作过程大致归纳为:
获取目的基因(例如血清白蛋白基因)→构建基因表达载体(在血清白蛋白基+乳腺蛋白基因的启动子)→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中,转入的基因才能表达)。
4.用转基因动物作器官移植的供体
(三)基因工程药物(主要是微生物)
基因工程药物种类:
细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
(四)基因治疗——治疗遗传病的最有效手段
定义:
基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,这是治疗遗传病的最有效的手段。
(1)体外基因治疗:
复杂可靠
(2)体内基因治疗:
简单不可靠
细胞工程
一、细胞工程的概念理解
1.原理:
细胞生物学和分子生物学。
2.操作水平:
细胞水平或细胞器水平。
3.目的:
按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
4.根据操作对象的不同分类
植物细胞工程和动物细胞工程。
二、植物细胞工程
技术手段:
植物组织培养和植物体细胞杂交技术
1.植物组织培养:
概念:
在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。
(1)理论基础:
植物细胞的全能性。
概念:
具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能。
原理:
细胞内含有本物种的全部遗传信息。
全能性表达条件:
具有完整细胞结构,处于离体状态,提供一定的营养、植物激素(生长素和细胞分裂素)和其他适宜外界条件。
(2)操作过程:
外植体
A
B―→植物体
图中①脱分化,②再分化,A表示愈伤组织,B表示胚状体或丛芽。
(3)脱分化和再分化的比较
内容
脱分化
再分化
过程
外植体→愈伤组织
愈伤组织→胚状体
形成体特点
排列疏松、无规则、高度液泡化的薄壁细胞
有根、芽
条件
①离体②适宜的营养
③生长素/细胞分裂素的比例适中
④不需要光照
①离体
②适宜的营养
③生长素/细胞分裂素的比例高或低,分别诱导生根或生芽
④光照
3.植物体细胞杂交技术
(1)过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体,常用方法是酶解法,所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。
(2)过程②是原生质体的融合,人工诱导的物理法包括离心、振动、电刺激等;化学法一般用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。
(3)过程③是原生质体融合后再生出细胞壁,这是原生质体融合成功的标志。
(4)原理:
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
(5)意义:
克服了远缘杂交不亲和的障碍。
3.植物细胞工程的应用
(1)植物繁殖的新途径
①微型繁殖:
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
A.微型繁殖有两个优点。
a.保持优良品种的遗传特性。
b.高效快速地实现种苗的大量繁殖。
②作物脱毒
A.解决的问题:
无性繁殖的作物,感染的病毒在体内逐年积累,产量降低,品质变差。
B.解决方法:
切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。
C.理论基础:
植物分生区附近病毒极少,甚至无病毒。
③人工种子。
A.获取方法:
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,用人工薄膜包装。
B.解决的问题。
a.一些植物繁殖周期长,数年后才能结出种子;
b.有些作物优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性;
c.常规种子的生产受季节、气候和地域的限制,并且占用大量的土地。
单倍体育种:
(1)方法:
花药的离体培养
(2)过程:
花药离体培养----单倍体植株
纯合子植株。
(3)优点:
后代是纯合子,能稳定遗传;明显缩短了育种年限。
突变体的利用:
诱变愈伤组织
细胞产物的获取:
培养愈伤组织
3、动物细胞工程
技术手段:
动物细胞培养(基础)、动物细胞核移植技术、动物细胞融合、制备单克隆抗体
1.动物细胞培养
(1)原理:
细胞的增殖和生长
(2)培养过程
(3)培养条件
¢Ù无菌无毒环境:
通常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,定期更换培养液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
¢Ú营养:
合成培养基:
除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外还通常需加入血清、血浆等天然成分。
¢Û适宜温度和pH:
温度为36.5±0.5¡æ,pH为7.2~7.4。
¢Ü气体环境:
CO2和O2。
O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。
气体环境95%空气和5%CO2
2.核移植技术
(1)原理:
动物体细胞核的全能性
(2)动物细胞核移植的疑难解析
¢Ù卵母细胞选择时期及原因:
M¢ò中期的卵母细胞,此时具备受精能力,细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质
¢Ú选卵细胞作为受体细胞的原因。
a.卵细胞大,易于操作。
b.卵黄多,营养丰富,为发育提供充足的营养。
c.含有促进细胞核全能性表达的物质。
(3)供体细胞:
取供体动物的体细胞培养,一般选用传代10代以内的细胞,因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型,保证了供体细胞正常的遗传基础。
(4)动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因:
动物体细胞的全能性受到限制。
(5)该过程的技术手段:
动物细胞培养(基础)、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。
3.单克隆抗体的制备
(1)过程
(2)技术:
动物细胞培养;动物细胞融合
(3)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。
杂交瘤细胞特点:
既能迅速大量繁殖,又能产生专一抗体
单克隆抗体的特点:
特异性强、灵敏度高、可大量制
(3)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。
1.体内受精场所:
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)
场所:
卵巢
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)
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
(减数第一次分裂:
雌性动物排卵前后完成)
3)1个次级卵母细胞→1个卵子+第二极体
(减数第二次分裂精子和卵子结合过程中完成)
(1)排卵:
是指卵子从卵泡排出
(2)卵子受精的标志:
在透明带和卵细胞膜之间出现两个极体
受精
(1)场所:
输卵管
(2)过程¢Ù准备阶段
¢Ú受精阶段
2.早期胚胎发育
(1)过程:
受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚。
(2)图示:
3.
(1)桑椹胚:
特点:
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。
是全能细胞。
(2)囊胚:
特点:
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。
滋养层细胞:
发育为胎盘和胎膜。
后期出现孵化现象。
3.2体外受精和早期胚胎培养
1、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(桑椹胚或囊胚)后,再经移植产生后代的技术。
2、试管婴儿的培育过程
涉及到技术手段:
体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植
3、体外受精过程
方法一:
用促性腺激素处理,使其超数排卵,从中输卵管冲取卵子,直接与获能的精子受精
卵母细胞的采集方法二:
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
卵母细胞的培养:
减数第二次分裂分裂中期
精子的采集和获能:
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)、化学诱导法(通过肝素或钙离子载体A23187)
体外受精:
获能的精子+培养成熟的卵子获能溶液或专用的受精溶液受精
2、早期胚胎培养
(1)发育培养液的成分:
(两盐、两素、两酸、一清)
无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸,血清。
(2)胚胎保存:
冷冻保存
(3)移植时间:
桑椹胚或囊胚
3、胚胎移植
(1)概念:
是指将雌性动物的早期胚胎,或者通过体外受精或者核移植技术、转基因技术等方式得到的胚胎,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)胚胎移植的基本程序
胚胎移植的优势:
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能
胚胎移植的实质:
是早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移。
(3)胚胎移植的理论基础
胚胎移入的基础
哺乳动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的
胚胎收集的基础
哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是处于游离状态
移入胚胎存活的基础
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
保留遗传特性的基础
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.胚胎分割
(1)材料:
发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。
(2)实质:
来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,其实质是动物无性繁殖或克隆。
(3)注意:
对囊胚阶段的胚胎分割时,注意将内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
此时还可用分割针分割滋养层,做胚胎DNA分析性别鉴定。
5.胚胎干细胞
(1)来源:
是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的。
(2)特点
(3)胚胎干细胞的培养过程
(4)应用
三、生物技术中的安全问题和伦理问题
(一).转基因生物的安全性
(1)三方面:
食物安全、环境安全和生物安全。
转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
正方观点:
有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据
转基因生物与生物安全
反方观点:
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”
正方观点:
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
转基因生物与环境安全
反方观点:
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
正方观点:
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
(2)对待转基因技术应该趋利避害,不能因噎废食2.生物技术的伦理问题
2.克隆:
¢Ù中国政府的态度:
禁止生殖性克隆,但不反对治疗性克隆。
¢Ú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:
设计试管婴儿需对胚胎进行基因检测。
(二)生物技术的伦理问题
(1)克隆人
克隆人的培育过程
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。
肯定的理由:
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、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。
(2)设计试管婴儿:
试管婴儿和设计试管婴儿的比较
(1)不同点
¢Ù所用技术手段:
设计试管婴儿胚胎移植前需进行遗传学诊断或基因诊断,试管婴儿不需进行遗传学诊断或基因诊断。
图中¢Ù¢Ú¢Û是试管婴儿的培育过程,¢Ù¢Ú¢Ü¢Ý是设计试管婴儿的培育过程。
¢Ú应用:
试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症的治疗。
(2)相同点:
都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过胚胎移植,都是有性生殖。
(3)否定的理由:
把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不尊重;早期生命也有活下去的权利,抛弃或杀死多余胚胎,无异于“谋杀”。
肯定的理由:
解决了不育问题,提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷方法,提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤。
第4讲 生态工程
一、生态工程与生态经济
1.生态工程建设的根本目的:
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,达到生态效益和经济效益的同步发展。
2.生态工程的特点:
低消耗、多效益、可持续。
3.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,能够成为本系统或者另一个系统的生产原料,从而实现废弃物的资源化,而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。
二、生态工程的基本原理
1.物质循环再生原理:
物质在生态系统中循环往复,分层分级利用。
如无废弃物农业。
2.物种多样性原理:
一般而言,物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。
3.协调与平衡原理:
生物与环境的协调与平衡,需要考虑环境承载力。
4.整体性原理:
人类处于社会一经济一自然复合而成的巨大系统中。
进行生态工程建设时,不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑到经济和社会等系统的影响力。
5.系统学和工程学原理:
包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。
1.生态工程的实例
2.生态工程发展的前景
(1)¡°生物圈2号¡±生态工程实验的启示:
使我们认识到与自然和谐共处的重要性,深化了我们对自然规律的认识。
(2)发展前景:
我们需要走有中国特色的道路,即不但要重视对生态环境的保护,更要注重与经济、社会效益的结合。
考点一 生态工程的原理
项目
理论依据
意义
实例
物质循环再生原理
物质循环
可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响
¡°无废弃物农业¡±
物种多样性原理
生态系统的稳定性
生物多样性程度高,可提高生态系统的抵抗力稳定性
¡°三北¡±防护林建设中的单纯林问题;珊瑚礁生态系统的生物多样性问题
协调与平衡原理
生物与环境的协调与平衡
可避免系统的失衡和破坏
太湖富营养化问题
整体性原理
社会—经济—自然复合系统
统一协调各种关系,保障系统的平衡与稳定
林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题
系统学和工程学原理
系统的结构决定功能原理:
分布式结构优于集中式和环式结构
改善和优化系统的结构以改善功能
桑基鱼塘
系统整体性原理:
总体功能大于各部分之和
能保持很高的系统生产力
珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
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