選修3現(xiàn)代生物科技專題重點知識點

選修3《現(xiàn)代生物科技專題》知識點總結

專題1基因工程

一、基因工程的基本工具

1.“分子手術刀”限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間

的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。

（3）結果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。2.“分子縫合針”DNA連接酶

(1)兩種DNA連接酶（EcoliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。

②區(qū)別：EcoliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接

起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。

(2)與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶DNA聚合酶連接的DNA不同點模板連接的對象作用實質(zhì)雙鏈不要模板2個DNA片段單鏈要模板單個脫氧核苷酸加到已存在的單鏈DNA片段上化學本質(zhì)蛋白質(zhì)3.“分子運輸車”運載體（1）運載體具備的條件：①能在受體細胞中復制并穩(wěn)定保存。

②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。③具有標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。

（2）最常用的運載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結構簡單的、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復制能力

的雙鏈環(huán)狀DNA分子。

相同點形成磷酸二酯鍵二、基因工程的基本操作程序

第一步：目的基因的獲取

1.目的基因是指：編碼蛋白質(zhì)的結構基因。

2.原核基因采取直接分離獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法_和化學合成法_。

3.PCR技術擴增目的基因

（1）PCR的含義：是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。（2）目的：獲取大量的目的基因

（3）原理：DNA雙鏈復制

（4）過程：第一步：加熱至90～95℃，DNA解鏈為單鏈；

第二步：冷卻到55～60℃，引物與兩條單鏈DNA結合；

第三步：加熱至70～75℃，TaqDNA聚合酶從引物起始進行互補鏈的合成。第二步：基因表達載體的構建

1.目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。2.組成：目的基因＋啟動子＋終止子＋標記基因

（1）啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅(qū)動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。

（2）終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的尾端。

（3）標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。

第1頁共6頁第三步：將目的基因?qū)�入受體細胞_

1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。2.常用的轉化方法：

將目的基因?qū)�入植物細胞：采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等。將目的基因?qū)�入動物細胞：最常用的方法是顯微注射技術。方法的受體細胞多是受精卵。

將目的基因?qū)�入微生物細胞：原核生物作為受體細胞的原因是繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少，最常用的原核細胞是大腸桿菌，其轉化方法是：先用Ca2+處理細胞，使其成為感受態(tài)細胞，再將重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉化過程。

3.重組細胞導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標記基因是否表達。第四步：目的基因的檢測和表達

1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交(DNA-DNA)技術。2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出mRNA，方法是采用DNA分子雜交(DNA-RNA)技術。3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用抗原抗體雜交技術。4.有時還需進行個體生物學水平的鑒定。如生物抗蟲或抗病的鑒定等。

專題2細胞工程

一、植物細胞工程

1.理論基礎（原理）：細胞全能性

全能性表達的難易程度：受精卵＞生殖細胞＞干細胞＞體細胞；植物細胞＞動物細胞2.植物組織培養(yǎng)技術

（1）過程：離體的植物器官、組織或細胞—→愈傷組織—→試管苗—→植物體

（2）用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。（3）地位：是培育轉基因植物、植物體細胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。3.植物體細胞雜交技術（1）過程：

（2）誘導融合的方法：物理法包括離心、振動、電刺激等�；瘜W法一般是用聚乙二醇（PEG）作為誘導劑。

（3）意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。

二、動物細胞工程

1.動物細胞培養(yǎng)

（1）概念：動物細胞培養(yǎng)就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和繁殖。

（2）動物細胞培養(yǎng)的流程：取動物組織塊（動物胚胎或幼齡動物的器官或組織）→剪碎→用胰蛋白酶或膠原

蛋白酶處理分散成單個細胞→制成細胞懸液→轉入培養(yǎng)瓶中進行原代培養(yǎng)→貼滿瓶壁的細胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細胞繼續(xù)傳代培養(yǎng)。

（3）細胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。細胞數(shù)目不斷增多，當

貼壁細胞分裂生長到表面相互抑制時，細胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的接觸抑制。（4）動物細胞培養(yǎng)需要滿足以下條件

①無菌、無毒的環(huán)境：培養(yǎng)液應進行無菌處理。通常還要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過

程中的污染。此外，應定期更換培養(yǎng)液，防止代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害。

②營養(yǎng)：合成培養(yǎng)基成分：糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等

天然成分。

第2頁共6頁③溫度：適宜溫度：哺乳動物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。

④氣體環(huán)境：95%空氣＋5%CO2。O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。

（5）動物細胞培養(yǎng)技術的應用：制備病毒疫苗、制備單克隆抗體、檢測有毒物質(zhì)、培養(yǎng)醫(yī)學研究的各種細胞。2.動物體細胞核移植技術和克隆動物

（1）哺乳動物核移植可以分為胚胎細胞核移植（比較容易）和體細胞核移植（比較難）。

（2）選用去核卵(母)細胞的原因：卵(母)細胞比較大，容易操作；卵(母)細胞細胞質(zhì)多，營養(yǎng)豐富。（3）體細胞核移植的大致過程是：（右圖）

核移植

胚胎移植

3.動物細胞融合

（1）動物細胞融合也稱細胞雜交，是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程。融合后形成的具有原

來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞，稱為雜交細胞。

（2）動物細胞融合與植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同，誘導動物細胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方

法類似，常用的誘導因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激等。（3）動物細胞融合的意義：克服了遠緣雜交的不親和性，成為研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和生物生物新

品種培育的重要手段。（4）動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較：

比較項目植物體細胞雜交動物細胞融合原理細胞膜的流動性細胞膜的流動性方法去除細胞壁后誘導原生質(zhì)體融合使細胞分散后誘導細胞融合誘導手段離心、電刺激、振動，聚乙二醇等試劑誘導除應用植物細胞雜交手段外，再加滅活的病毒誘導用法克服了遠緣雜交的不親和性，獲得雜種植株制備單克隆抗體的技術之一

4.單克隆抗體

（1）抗體：一個B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產(chǎn)量低、純度低、特異性差。（2）單克隆抗體的制備過程：抗原注入小鼠體內(nèi)

注入小鼠分離B淋巴細胞細胞融合骨髓瘤細胞雜交瘤細胞細胞培養(yǎng)選擇培養(yǎng)細胞培養(yǎng)基體內(nèi)培養(yǎng)從腹水提取體外培養(yǎng)從培養(yǎng)液提取單克隆抗體第3頁共6頁

（3）雜交瘤細胞的特點：既能大量繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體。（4）單克隆抗體的優(yōu)點：特異性強，靈敏度高，并能大量制備。

（5）單克隆抗體的作用：

①作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質(zhì)的細微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結合，具有準確、高

效、簡易、快速的優(yōu)點。

②用于治療疾病和運載藥物：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導彈”，也有少量用于治療其它疾病。

專題3胚胎工程

一、體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育

胚胎工程的建立

場所：睪丸的曲細精管

時間：從初情期開始，到生殖機能衰退

精子的發(fā)生1）精原細胞→多個初級精母細胞（通過數(shù)次有絲分裂）

過程2）1個初級精母細胞→2個次級精母細胞→4個精子細胞（通過減數(shù)分裂，即MI和MII）

3）精子細胞→精子（通過變形）

場所：卵巢

時間：從胎兒時期開始（胎兒時期完成了卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備）卵子的發(fā)生1）卵原細胞→初級卵母細胞

過程2）1個初級卵母細胞→1個次級卵母細胞＋第一極體（排卵前后完成）

3）1個次級卵母細胞→1個卵子＋第二極體（精子和卵子結合過程中完成）

概念：精子和卵子結合成合子（受精卵）的過程。受精場所：雌性的輸卵管內(nèi)

1）受精前的準備階段1：精子獲能

過程2）受精前的準備階段2：卵子的準備

a.精子穿越放射冠和透明帶：頂體反應，透明帶反應

3）受精階段b.進入卵黃膜：卵黃膜封閉作用

c.原核形成和配子結合

卵裂期：細胞在透明帶中進行有絲分裂

早期胚胎發(fā)育桑椹胚：胚胎細胞達32個左右，每一個細胞都是細胞

囊胚：有囊胚腔，出現(xiàn)了囊胚從透明帶中伸展出來的孵化過程

原腸胚：內(nèi)細胞團細胞形成外胚層和內(nèi)胚層，滋養(yǎng)層發(fā)育成胎膜和胎盤，內(nèi)胚層包圍著原腸腔

二、體外受精和早期胚胎培養(yǎng)

試管動物技術：通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后，

再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術。

方法一：用促性腺激素處理，使其超數(shù)排卵，從中輸卵管沖取卵子（針對

卵母細胞的采集實驗動物，家畜豬、羊等）

方法二：從屠宰母畜卵巢中采集

方法三：借助超聲波探測儀、內(nèi)窺鏡、腹腔鏡等工具直接從活體母畜

卵巢中吸取（針對大家畜或大型動物，如牛）體外受精卵母細胞的培養(yǎng)：在體外人工培養(yǎng)成熟

精子的采集：方法有假陰道法、手握法和電刺激法等

精子的獲能：方法有培養(yǎng)法（通過獲能培養(yǎng)液）、化學誘導法（通過肝素或鈣離子載體A23187）

獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫�溶�?/p>

受精：獲能的精子＋培養(yǎng)成熟的卵子完成受精胚胎早期培養(yǎng)條件：受精卵在發(fā)育培養(yǎng)液中培養(yǎng)

培養(yǎng)液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等

第4頁共6頁三、胚胎工程的應用及前景

（一）動物胚胎發(fā)育的基本過程

1、胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等技術。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。

2、動物胚胎發(fā)育的基本過程

（1）受精場所是母體的輸卵管上段。

（2）卵裂期：特點：細胞有絲分裂，細胞數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。（3）桑椹胚：特點：胚胎細胞數(shù)目達到32個左右時，胚胎形成致密的細胞團，形似桑椹。是全能細胞。（4）囊胚：特點：細胞開始出現(xiàn)分化（該時期細胞的全能性仍比較高）。聚集在胚胎一端個體較大的細胞

稱為內(nèi)細胞團，將來發(fā)育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔。（5）原腸胚：特點：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。（二）胚胎干細胞

1、哺乳動物的胚胎干細胞簡稱ES或EK細胞，來源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來。

2、具有胚胎細胞的特性，在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小，細胞核大，核仁明顯；在功能上，具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細胞。另外，在體外培養(yǎng)的條件下，可以增殖而不發(fā)生分化，可進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。

⑤隨著組織工程技術的發(fā)展，通過ES細胞體外誘導分化，定向培育出人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。

（三）胚胎工程的應用

1.體外受精和胚胎的早期培養(yǎng)(1)卵母細胞的采集和培養(yǎng)：

主要方法：用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，然后，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細胞；第三種方法是借助超聲波探測儀、腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細胞。采集的卵母細胞，都要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。

(2)精子的采集和獲能：在體外受精前，要對精子進行獲能處理。

(3)受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵細胞在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫�溶液中完成受精過程。

(4)胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。培養(yǎng)液成分較復雜，除一些無機鹽和有機鹽外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分，以及血清等物質(zhì)。當胚胎發(fā)育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個細胞階段移植。)2.胚胎移植

(1)胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其它雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體稱為“受體”。（供體為優(yōu)良品種，作為受體的雌性動物應為常見或存量大的品種。）

地位：如轉基因、核移植，或體外受精等任何一項胚胎工程技術所生產(chǎn)的胚胎，都必須經(jīng)過胚胎移植技術才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。

(2)胚胎移植的意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖能力。

(3)生理學基礎：①動物發(fā)情排卵后，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的。這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境。

②早期胚胎在一定時間內(nèi)處于游離狀態(tài)。這就為胚胎的收集提供了可能。

③受體對移入子宮的外來胚胎不發(fā)生免疫排斥反應。這為胚胎在受體的存活提供了可能。

④供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。(4)基本程序主要包括：

①對供、受體的選擇和處理。選擇遺傳特性和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的供體，有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素進行同期發(fā)情處理，用促性腺激素對供體母牛做超數(shù)排卵處理。②配種或人工授精。

第5頁共6頁③對胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存。配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。對胚胎進行質(zhì)量檢查，此時的胚胎應發(fā)育到桑椹或胚囊胚階段。直接向受體移植或放入－196℃的液氮中保存。④對胚胎進行移植。

⑤移植后的檢查。對受體母牛進行是否妊娠的檢查。3.胚胎分割

(1)概念：是指采用機械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。(2)意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，屬于無性繁殖。

(3)材料：發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的發(fā)育過程中，細胞開始分化，但其全能性

仍很高，也可用于胚胎分割。）

(4)操作過程：對囊胚階段的胚胎分割時，要將內(nèi)細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。

專題5生態(tài)工程

1）物質(zhì)循環(huán)再生原理：物質(zhì)能在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復，分層分級利用2）物種多樣性原理：物種繁多復雜的生態(tài)系統(tǒng)具有較高的抵抗力穩(wěn)定性

生態(tài)工程原理3）協(xié)調(diào)與平衡原理：生態(tài)系統(tǒng)的生物數(shù)量不能超過環(huán)境承載力（環(huán)境容納量）的限度4）整體性原理：生態(tài)系統(tǒng)建設要考慮自然、經(jīng)濟、社會的整體影響

5）系統(tǒng)學和工程學原理系統(tǒng)的結構決定功能原理：要通過改善和優(yōu)化系統(tǒng)結構改善功能

系統(tǒng)整體性原理：系統(tǒng)各組分間要有適當?shù)谋壤�關系，使得能量、

物質(zhì)、信息等的轉換和流通順利完成，并實現(xiàn)總體功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”

第6頁共6頁

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選修3現(xiàn)代生物科技專題知識點專題1基因工程一．知識網(wǎng)絡

概念：又叫DNA重組技術，是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品

基來源：主要從原核生物分離純化

因限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）作用：識別雙鏈DNA中某種特定的核苷酸序列，工并使特定部位的磷酸二酯鍵斷開程（“分子手術刀”）工結果：產(chǎn)生黏性末端或平末端具基來源：大腸桿菌

DNA本連接酶EcoliDNA連接酶作用：連接黏性末端“分子縫合針”T工4DNA連接酶來源：T4噬菌體

具作用：可連接兩種末端常用載體：質(zhì)粒能在受體細胞中復制并穩(wěn)定保存基因進入受體細胞的載體必備條件具有一至多個限制酶切點（“分子運輸車”）具有標記基因其他載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒

目的基因：主要指編碼蛋白質(zhì)的結構基因基因組文庫部分基因文庫（cDNA文庫）基因工程的操作程序從基文庫中獲取目的基因目的基因的獲取方法利用PCR技術擴增目的基因

用化學方法直接人工合成

基因表達載體的構建將目的基因?qū)�入受體細

目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因?qū)⒛康幕�因�(qū)�入植物細胞：農(nóng)桿菌轉化法、基因槍法、花粉管通道法將目的基因?qū)�入動物細胞：顯微注射法Ca2+含重組DNA分將目的基因?qū)�入微生物細胞：受體細胞↓感受態(tài)子的緩沖液感受態(tài)細胞吸細胞收DNA分子檢測轉基因生物的染色體DNA是否插入了目的基因（DNA分子雜交法）↓檢測目的基因是否轉錄出了mRNA（分子雜交法）↓檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)（抗原抗體雜交法）胞

目的基因的檢測與鑒定

抗蟲轉基因植物減輕農(nóng)藥對環(huán)境的污染植物基因工程抗病轉基因植物抗逆轉基因植物利用轉基因改良植物的品質(zhì)

基因工程應用

提高動物生長速度改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)動物基因工程用轉基因動物生產(chǎn)藥物用轉基因動物作器官移植的供體基因工程藥品的生產(chǎn)把正�；�因?qū)�入體內(nèi)，使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用基因治療體外基因治療方法體內(nèi)基因治療

基因工程操作中的幾個問題

DNA連接酶、DNA聚合酶等的理解

蛋白質(zhì)工程與基因工程比較項目蛋白質(zhì)工程基因工程過程預期蛋白質(zhì)功能→設計蛋白質(zhì)結構→推測氨基酸序列→推測脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)

獲取目的基因→構建表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定定向地改造生物的遺傳性狀，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品（基因的異體表達）生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)區(qū)別實質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)結果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)

如果有一親代DNA上某個堿基發(fā)生突變，一定會使其子代的性狀發(fā)生改變嗎？①體細胞中某基因發(fā)生改變，生殖細胞中不一定出現(xiàn)該基因；

②DNA上某個堿基對發(fā)生改變，它不一定位于基因的中能編碼氨基酸的部位；

③若為父方細胞質(zhì)內(nèi)的DNA上某個堿基對發(fā)生改變，則受精后一般不會傳給子代；

④若該親代DNA上某個堿基對發(fā)生改變產(chǎn)生的是一個隱性基因，并將該隱性基因傳給子代，而子代為雜合子，則隱性性狀不會表現(xiàn)出來；

⑤根據(jù)密碼子的兼并性，有可能翻譯出相同的氨基酸；⑥性狀表現(xiàn)是遺傳基因和環(huán)境因素共同作用的結果，在某些環(huán)境條件下，改變了的基因可能并不會在性狀上表現(xiàn)出來。

思考：真核生物的基因?qū)�入細菌細胞后，不能正常發(fā)揮功效的可能原因有哪些？

①被細菌體內(nèi)的限制性內(nèi)切酶破壞。②該基因指導合成的蛋白質(zhì)不能在細菌體內(nèi)正確修飾和表達。

③細菌的RNA聚合酶不能識別真核基因的位點，致使不能啟動轉錄。④細菌細胞中沒有切除內(nèi)含子轉錄部分的酶。

專題2細胞工程

1.植物組織培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)的比較原理培養(yǎng)基的物理性質(zhì)培養(yǎng)基的成分水、礦質(zhì)元素、維生素、蔗糖、氨基酸、瓊脂、激葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清等植物組織培養(yǎng)細胞的全能性固體動物細胞培養(yǎng)細胞的增殖液體（合成培養(yǎng)基）素等結果培養(yǎng)目的培育成新的植株或組織①植株快速繁殖②脫毒植株的培育③人工種子④生產(chǎn)藥物、殺蟲劑等取材其他條件⑤轉基因植物的培育植物幼嫩的部位或或花藥等均為無菌操作，需要適宜的溫度、pH、O2等條件（1）植物組織培養(yǎng)（圖見教材）（2）動物細胞培養(yǎng)①概念：取動物體的相關組織分散成單個細胞后，在適宜培養(yǎng)基中使細胞生長和增殖的過程。

②基本過程：培養(yǎng)的動物細胞大都取自動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官組織，將組織取出來以后，先用胰蛋白酶或膠原蛋白酶進行處理，使細胞分散成單個細胞，然后配制一定濃度的懸浮液，在培養(yǎng)瓶中進行原代培養(yǎng)。隨著細胞的生長和增殖，大多數(shù)細胞不適應懸浮生長，它們必須在固定的表面上生長和分裂，細胞在培養(yǎng)瓶中貼壁生長，隨著細胞越來越多，貼壁生長的細胞分裂生長到表面相互接觸時就停止分裂增殖，這種現(xiàn)象叫接觸抑制。這樣就需定期用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫離下來，配成細胞懸浮液，分裝到兩個或兩上以上的培養(yǎng)瓶中進行傳代培養(yǎng)。在傳代培養(yǎng)中出現(xiàn)細胞株和細胞系兩種類型。（如圖所示）

培育成細胞系或細胞株①蛋白質(zhì)生物制品的生產(chǎn)②皮膚移植材料的培育③檢測有毒物質(zhì)④生理、病理、藥理學研究動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織

2．植物體細胞雜交與動物細胞融合的比較細胞融合原理細胞融合方法誘導手段用纖維素酶、果膠酶去除細胞壁后誘導原生質(zhì)體融合離心、電刺激、振動、顯微操作、聚乙二醇等誘導結果用途獲取雜種植株克服遠緣雜交不親和的障礙，擴展雜交親本范圍，培育新品種用胰蛋白酶或膠原蛋白酶使細胞分散后，誘導細胞融合與植物體細胞雜交相比，還可用滅活的病毒誘導獲得雜種細胞，以生產(chǎn)細胞產(chǎn)品制備單克隆抗體、病毒疫苗、干擾素等植物體細胞雜交細胞膜的流動性、細胞的全能性細胞的全能性動物細胞融合（1）植物體細胞雜交技術植物體細胞雜交就是將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。植物體細胞雜交的障礙，一是植物細胞有細胞壁，二是如何誘導植物細胞融合。利用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞壁，這樣可保持原生質(zhì)體的活性。去除細胞壁的原生質(zhì)體再利用人工誘導的方法融合，人工誘導的方法包括物理法和化學法。物理法包括離心、振動、電激等，化學法一般是用聚乙二醇（PEG）誘導原生質(zhì)體融合。原生質(zhì)體融合后的細胞是雜種細胞，利用植物組織培養(yǎng)技術把雜種細胞培養(yǎng)成雜種植株。

（2）動物體細胞核移植

動物體細胞核移植依據(jù)的原理還是細胞的全能性。動物細胞的全能性隨著動物細胞分化程度的提高而逐漸受到抑制，全能性表達很難，但是動物的細胞核內(nèi)仍含有該種動物的全部遺傳基因，具有發(fā)育成完整個體的潛能，即動物的細胞核仍具有全能性。但只靠動物的細胞核是不行的，必需提供促進細胞核表達全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)條件，還要保證細胞的完整性，這樣去核的卵母細胞是最合適的細胞。因為卵母細胞體積大、易操作，含有促使細胞核表達全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)條件。通過核移植形成重組細胞，重組細胞必須通過細胞培養(yǎng)形成重組胚胎，然后才能進行胚胎移植，進入代孕母體，發(fā)育成成熟胚胎，產(chǎn)出即是克隆動物，該動物的核基因型與供體體細胞完全相同，該技術是一種無性繁殖技術。

（3）動物細胞融合、單克隆抗體制備

細胞融合是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程，也叫細胞雜交。雜交細胞是具有兩個或多個細胞的遺傳信息的單核細胞。雜交細胞的形成需要人工誘導，如聚乙二醇（PEG）、滅活的仙臺病毒、電激等。融合的細胞要繁殖就要進行動物細胞的培養(yǎng)，通過動物細胞的培養(yǎng)，雜交細胞表現(xiàn)出兩個親本各自的優(yōu)良特點。

單克隆抗體的制備，首先應獲得雜交瘤細胞，其過程是用已免疫的效應B細胞和骨髓瘤細胞雜交獲得三種細胞：BB細胞、B瘤細胞、瘤瘤細胞，然后用選擇培養(yǎng)基篩選獲得雜交瘤細胞。雜交瘤細胞要發(fā)揮其繁殖快、產(chǎn)生特異性抗體的優(yōu)點，應通過動物細胞培養(yǎng)才能實現(xiàn)。所以無論是動物細胞融合還是單克隆抗體的制備，都是以動物細胞培養(yǎng)為基礎的。

3．生物技術與育種技術誘變育種原理基因突變優(yōu)點提高生物便宜的頻率，使后代變異性狀較快穩(wěn)定；可大幅度改良某些性狀，縮短育種進程雜交育種基因重組使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中于一個個體單倍體育種染色體變異獲得個體均為純種，明顯縮短育種年限周期長，難以克服遠緣雜交不親和的障礙技術復雜，須與雜交育種配合、且需細胞工程參與多倍體育種染色體變異器官大，提高產(chǎn)量和營養(yǎng)成分適用于植物，動物方面難以展開基因工程育種分子遺傳學原理打破物種界限，定向地改造生物遺傳性狀細胞工程育種細胞生物學和分子生物學原理、基因突變植物體細胞雜交可以克服遠緣雜交不親遠緣雜種不能按人們技術要求高缺點盲目性大，需大量處理供試材料和的障礙，擴大了用于雜交的親本范圍；的需要表現(xiàn)出親代的定向改造生物遺傳性狀優(yōu)良性狀一、知識網(wǎng)絡時間：初情期以后

場所：睪丸曲細精管二者重要區(qū)別：體精子的發(fā)生哺乳動物卵泡內(nèi)過程：三個階段的形成和在卵受巢內(nèi)的儲備是精在出生前完成和時間：性別分化以后的，而精子是從早卵子的發(fā)生場所：卵巢輸卵管初情期開始的期過程胚胎工程胚受精前的準備階段準備階段1：精子獲能胎受精準備階段2：卵子的準備

發(fā)受精階段：頂體反應、透明帶反應、卵黃膜封閉作用育胚胎發(fā)育：受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原腸胚

試管動物技術：是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后，再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術

①促性腺激素處理卵母細胞的采集和培養(yǎng)②超聲波探測儀、內(nèi)窺鏡等①假陰道法體外采集②手握法體受精精子的采集和獲能③電刺激法外

受獲能①培養(yǎng)法精②化學法

和受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子發(fā)生作用

早期培養(yǎng)液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、胚早期胚氨基酸、核苷酸、血清等胎胎培養(yǎng)不同動物胚胎移植時間不同培定義

養(yǎng)現(xiàn)狀和意義

胚胎移植生理學基礎：與供體、受體的生理狀況有關胚胎工程的基本程序應用及前景定義胚胎分割設備：實體顯微鏡和顯微操作儀定義：由早期胚胎或原始性腺分離出來的一類細胞。胚胎干細胞應用

二．考點解析

1．精子、卵子的發(fā)生

兩者都是在生殖器官內(nèi)，經(jīng)過減數(shù)分裂而形成的。關于兩者的區(qū)別應注意以下幾點：（1）卵泡的形成和卵巢內(nèi)的儲備，是在出生前完成的，這是兩者在發(fā)生上的重要區(qū)別，但不是唯一區(qū)別。

（2）精子的發(fā)生中減數(shù)分裂的兩次分裂是連續(xù)的，在曲細精管內(nèi)進行的，場所是唯一的。卵子發(fā)生減數(shù)分裂的兩次分裂是不連續(xù)的，第一次是在卵巢內(nèi)完成，形成的次級精母細胞和第一極體進入輸卵管，與精子的結合過程中完成第二次減數(shù)分裂。因此，場所在卵巢和輸卵管兩處，也不是唯一的。

（3）減數(shù)分裂中細胞質(zhì)的分配、形成成熟性生殖細胞的數(shù)目、是否需要變形，都是兩者在發(fā)生上的區(qū)別。

現(xiàn)將二者的發(fā)生比較如下：項目精子發(fā)生睪丸的曲細精管（場所惟一）卵子發(fā)生卵巢（MI）、輸卵管（MII）（場所不惟一）場所別區(qū)時間初情期后性別分化后開始，卵泡（含次級卵母細胞和第一極體的形成）的形成和在卵巢內(nèi)的儲備，是在出生前（胎兒時期）完成的，減II是在精子和卵子的結合過程中（即受精過程中）完成的過程特點①MI和MII是連續(xù)的，①MI和MII是不連續(xù)的，不需要變形需要變形②細胞質(zhì)均等分配結果相同點形成4個精子形成一個卵細胞和3個極體①原始生殖細胞的增殖為有絲分裂②生殖細胞的成熟為減數(shù)分裂③成熟過程均經(jīng)一次復制和兩次分裂，子細胞中染色體數(shù)目減半2.受精作用

①成熟的精子并不代表具有受精的能力，必須獲能后才具備受精能力，剛剛排出的精子，

不能立即與卵子受精，必須在雌性動物生殖道發(fā)生相應的生理變化后，才能獲得受精能力，這一現(xiàn)象稱為精子獲能。

②排出的卵子并未成熟且成熟程度因動物種類不同而異，但只有達到減II中期時，才具備與精子受精的能力。

③對于受精階段的理解，要先弄清卵母細胞的層層基本結構，才能掌握精子穿行的路線和發(fā)生的反應。

④對于受精的標志和受精完成的標志應該區(qū)分開，受精的標志是第二極體的形成，受精完成的標志是雌雄原核融合成合子。雌雄原核不能理解成卵子、精子原來的細胞核，而是在原來細胞核的基礎上形成的新核，原核膜已破裂。

⑤受精卵中的遺傳物質(zhì)中，核遺傳物質(zhì)一半來自精子（父方），一半來自卵子（母方），質(zhì)遺傳物質(zhì)幾乎全來自卵子。3.受精與胚胎的早期培養(yǎng)

精子和卵子受精后，應將受精卵放入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)。（1）發(fā)育培養(yǎng)液

①用途：精子和卵子在體外受精后，用于受精卵的繼續(xù)培養(yǎng)。

②成分：水、無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、動物血清等。（2）過程（以牛為例）

大致為：體外受精→良種牛早期胚胎→胚胎移植→健康受體牛→良種犢�！�成熟期牛4.胚胎移植

（1）實質(zhì)：是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉換，而胚胎本身的遺傳物質(zhì)并不發(fā)生改變，因此各種性狀能保持其原來的優(yōu)良特性。這是胚胎工程的最后一道“工序”。

（2）基本程序

下面以牛胚胎移植為例，移植的基本程序如下：

②細胞質(zhì)不均等分配

（3）胚胎移植成功與否的兩個條件

一是胚胎移植一般應在同種的雌性供體和受體之間進行。這是因為，同種動物之間的生理特征相近，進行胚胎移植易于成功。在這里同“種”是指同“物種”。例如：加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植給我國黃牛，生出了荷斯坦奶牛。

二是進行胚胎移植的供體和受體的生理狀態(tài)要相同。5.胚胎干細胞

（1）胚胎干細胞，簡稱ES細胞或EK細胞，是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞，具有胚胎細胞的特性。

它能長期維持未分化狀態(tài)，又有全能分化的潛能和無限增殖的能力，在體外培養(yǎng)時仍能維持正常和穩(wěn)定的染色體組型，在特定的環(huán)境誘導下，能分化成各類細胞系。因此，它是唯一不死的全能或多能細胞，并能夠無限分化，它能制造機體需要的全部細胞。

（2）應用前景ES細胞的分離和培養(yǎng)成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基礎生物學、畜牧學和醫(yī)學上都具有十分重要的應用價值。

①ES細胞可用于治療人類的某些頑癥

利用ES細胞可以被誘導分化成新的組織細胞的特性，移植ES細胞可以使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。

②培育成組織器官，用于器官移植。

③對ES細胞的培養(yǎng)和誘導，為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效手段。④ES細胞可用于對哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律的研究。

專題5生態(tài)工程

一、知識網(wǎng)絡

生態(tài)工程建設目的：遵循自然界的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止，達

到和的同步發(fā)展。（少消耗、多效益、）

生態(tài)經(jīng)濟：主要是通過實行“”原則，使一個系統(tǒng)產(chǎn)生出的污染物，能夠成為本系統(tǒng)或者另一個系統(tǒng)的，從而實現(xiàn)廢棄物的資源化，而實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟最重要的手段之一

是。

1）原理：物質(zhì)能在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復，2）原理：物種繁多復雜的生態(tài)系統(tǒng)具有較高的生態(tài)工程原理3）原理：生態(tài)系統(tǒng)的生物數(shù)量不能超過（環(huán)境容納量）的限度

4）原理：生態(tài)系統(tǒng)建設要考慮自然、、的整體影響

5）原理系統(tǒng)的結構決定原理：要通過改善和優(yōu)化系統(tǒng)結構改善功能

系統(tǒng)整體性原理：系統(tǒng)各組分間要有適當?shù)�，�?/p>

得能量、

物質(zhì)、信息等的轉換和流通順利完成，并

實現(xiàn)總

體功能大于各部分的效果，即

“1+1>2”答案：

物質(zhì)循環(huán)環(huán)境污染經(jīng)濟效益生態(tài)效益可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟生產(chǎn)原料生態(tài)工程物質(zhì)循環(huán)再生分層分級利用物種多樣性抵抗力穩(wěn)定性協(xié)調(diào)與平衡環(huán)境承載力整體性經(jīng)濟社會系統(tǒng)學和工程學功能比例關系之和

二、考點解析

1、分析�；�魚塘的物質(zhì)和能量流動途徑。

�；�魚塘系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的流動是相互聯(lián)系的，能量的流動包含在物質(zhì)的循環(huán)利用過程中，隨著食物鏈的延伸逐級遞減。能量的多級利用和物質(zhì)的循環(huán)利用：桑葉喂蠶，蠶產(chǎn)蠶絲；桑樹

的凋落物和蠶糞落到魚塘中，作為魚飼料，經(jīng)過魚塘內(nèi)的食物鏈過程，可促進魚生長；甘蔗可榨糖，糖渣喂豬，豬的排泄物進入魚塘；魚的排泄物及其他未被利用的有機物和底泥經(jīng)微生物的分解，又可作為桑和甘蔗的有機肥料。�；�魚塘巧妙地利用了很難利用的大片低濕地，發(fā)展了多種經(jīng)營，為農(nóng)民創(chuàng)造了多種收入的門路，完全符合“無廢棄農(nóng)業(yè)”的要求。2、導致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么？

根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養(yǎng)和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。直接原因：1998年度的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度升高、氣候異常有關。解決長江洪水泛濫的措施有：我國政府提出的“積極營造長江中上游水源涵養(yǎng)林和水土保持林”計劃，即以生物措施為主，結合工程措施，提高森林覆蓋率；“退耕還湖”和改革不合理耕作方式等。在進行生態(tài)工程建設時，要考慮到怎樣解決農(nóng)村（尤其是湖區(qū)或山區(qū)的遷出人員）的能源來源問題以及如何提高農(nóng)民的經(jīng)濟收入。

3、何謂“石油農(nóng)業(yè)”？“石油農(nóng)業(yè)”的生產(chǎn)模式應當怎樣改進？

“石油農(nóng)業(yè)”大量使用化肥、農(nóng)藥和機械的生產(chǎn)方式，因?qū)κ�油等能源有高度的依賴性而得名。它把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這一復雜的生物過程，變成了簡單的機械過程和化學過程。由于其投入高，產(chǎn)出也高，對糧食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同時它所產(chǎn)生的廢棄物和有害物質(zhì)的數(shù)量也很龐大，大大削弱了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)生產(chǎn)力，并造成日益嚴重的農(nóng)產(chǎn)品污染和環(huán)境污染等問題�！笆�油農(nóng)業(yè)”的生產(chǎn)模式在不同的國家有不同的改進措施。例如，在我國，人多地少，應該大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。實施的具體措施包括：可以根據(jù)田間作物的需要適量施用高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥，多施有機肥，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜禽糞便進行再利用，實現(xiàn)物質(zhì)的多級利用，等等。一方面要不斷提高土地的產(chǎn)出水平；另一方面要減少農(nóng)業(yè)活動對環(huán)境的污染，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。

4、如何理解“污染物是放錯地方的資源”？

對環(huán)境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術，就能夠進行回收和循環(huán)利用，這樣不但能夠減少環(huán)境污染，而且提高了資源的利用效率，減少了資源的浪費。例如，對廢污水中的重金屬或氮、磷等養(yǎng)分就可以進行回收再利用。因此說污染物是放錯了地方?jīng)]有被利用的資源。

5、為什么我國要大力發(fā)展沼氣工程？

21世紀是實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關鍵歷史階段，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)應該是高效的生態(tài)農(nóng)業(yè)。沼氣工程把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護、資源高效利用融為一體，不僅較好地解決了農(nóng)村的能源來源問題，而且實現(xiàn)了廢棄物的再循環(huán)利用和資源化，創(chuàng)造了新的生態(tài)產(chǎn)業(yè)，如沼氣設施的建設和維護，促進了以農(nóng)牧結合為中心的多種經(jīng)營，從而為農(nóng)村剩余勞動力提供了就業(yè)機會，促進了農(nóng)村的綜合發(fā)展。目前沼氣工程存在的問題有：北方地區(qū)沼氣產(chǎn)氣在冬天不穩(wěn)定，需要加熱；沼氣的一次性投資較大，相當部分的農(nóng)民財力有困難；對沼氣的研究較薄弱，例如，對發(fā)酵過程中有關微生物及一些酶的研究。應當加強這方面的研究，以促進沼氣工程的推廣。

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