高中生物選修三現代生物科技知識點歸納
高中生物選修三現代生物科技知識點歸納
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高中生物選修三現代生物科技知識點總結
第十單元 現代生物科技
一、基因工程
1. 基因工程的誕生
(1)基因工程：按照人們的意愿，進行嚴格的設計，并通過體外 DNA 重組和轉基因等技術，從而創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。
(2)基因工程誕生的理論基礎是在生物化學、分子生物學和微生物學科的基礎上發展起來，技術支持有基因轉移載體的發現、工具酶的發現，DNA 合成和測序儀技術的發明等。
2..基因工程的原理及技術
(3)基因工程操作中用到了限制酶、DNA 連接酶、運載體
考點限制酶細化：
限制酶主要從原核生物生物中分離純化出來，這種酶在原核生物中的作用是識別 DNA 分子的特定核苷酸序列，并且使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。
① 限制酶的特性是識別特定核苷酸序列，切割特定切點。限制酶產生的末端有兩種：粘性末端和平末端。
② DNA 連接酶與 DNA 聚合酶的作用部位是磷酸二酯鍵，二者在作用上的區別為前者是恢復被限制性內切酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，后者單個的核苷酸連接到DNA分子上。
③ 作為基因工程的載體應該具備標記基因、多個限制性內切酶切點、能夠在宿主細胞內復制和穩定存等特點。
⑤ 常見的載體種類有質粒、動植物病毒、噬菌體
(4)基因工程四步驟：目的基因的獲取、基因表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測和表達。
考點細化：
① 目的基因的獲取方法為根據基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在載體上的位置、基因的轉錄產物、以及基因的表達產物蛋白質等特性來獲取目的基因。
② 基因文庫、基因組文庫、cDNA 文庫的區別：含有某種生物不同基因的許多DNA 片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌體分別含有這種生物的不同基因，稱之為基因文庫。如果含有一種生物所有基因，叫做基因組文庫。只包含一種生物的一部分基因，這種基因文庫叫做部分基因文庫，如cDNA 文庫。
③ 基因重組操作中構建基因表達載體的目的是將目的基因在受體細胞中穩定存在，并且遺傳給下一代，同時目的基因能夠表達和發揮作用。
④ 一個完整的基因表達載體包括：目的基因、啟動子、終止子、標記基因。
⑤ 將目的基因導入植物細胞、動物細胞和微生物細胞的常用方法分別是膿桿菌轉化法、顯微注射法、Ca2+處理法。
⑥ 基因工程的受體細胞選擇，植物可以采用體細胞，動物不能用體細胞，一般采用受精卵細胞。因為受精卵具有全能性。
⑦ 當受體細胞是大腸桿菌時常用Ca2+處理細胞，這樣做的目的是使細胞處于一種能夠吸收周圍環境中的DNA 分子的感受態細胞。
⑧ 目的基因的檢測：轉基因生物的 DNA 是否插入了目的基因(DNA分子雜交技術);
目的基因是否轉錄出了 mRNA(分子雜交技術);
目的基因是否翻譯成蛋白質(抗原-抗體雜交);
個體生物學水平鑒定(直接觀察和檢測性狀)。
⑨ 目的基因的獲取、基因表達載體的構建、目的基因的檢測和表達一般需要堿基互補配對。將目的基因導入受體細胞不需要堿基互補配對
3. 基因工程的應用
(5)在農業生產上：主要用于提高農作物的抗逆能力(如：抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)，以及改良農作物的品質和利用植物生產藥物等方面。
(6)基因治療不是對患病基因的修復，基因檢測所用的 DNA 分子只有處理為單鏈才能與被檢測的樣品，按堿基配對原則進行雜交。
4. 蛋白質工程
(7)蛋白質工程的本質是通過基因改造或基因合成，對先有蛋白質進行改造或制造新的蛋白質，所以被形象地稱為第二代基因工程;基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質
二、克隆技術
1. 植物的組織培養
(1)細胞工程：指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或者細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲取細胞產品的一門綜合科學技術。在細胞器水平上改變細胞的遺傳物質，屬于細胞工程。
(2)細胞全能性：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發育成完整生物體的潛能。
考點細化：
① 都具有該生物全部遺傳信息，因此從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。
② 細胞在生物體內沒有表現出全能性的原因是基因選擇性表達。
③ 植物細胞的全能性得以實現的條件是離體，合適的營養和激素，無菌操作。
④ 在生物的所有的細胞中，受精卵細胞的全能性最高。
(3)植物組織培養：在無菌和人工控制的條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養在人工配置的培養基上，給予適宜的培養條件，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。
考點細化：
① 已分化的細胞經過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程叫脫分化。
② 再分化是愈傷組織繼續進行培養，重新分化出根或芽等器官。
③ 愈傷組織細胞排列疏松而無規則，高度液泡化的呈不定型狀態的薄壁細胞。
④ 植物組織培養時培養基的成分有礦質元素、蔗糖、維生素、植物激素、有機添加物，與動物細胞培養相比需要蔗糖、植物激素，不需要動物血清。
⑤ 在植物組織培養脫分化過程中，需要植物激素
⑥ 植物組織培養全過程中都需要無菌，愈傷組織之前不需要光照
(4)植物組織培養技術的用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細胞產物的工廠化生產。
考點細化：
① 用植物體的莖尖、根尖來獲得無病毒植物
②人工種子中人工胚乳相當于大豆種子的子葉，人工種子與正常種子相比發芽率高。
③ 轉基因植物的培育需要植物組織培養
(5)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叫做植物體細胞雜交。
考點細化：
① 用纖維素酶、果膠酶去除細胞壁獲得原生質體
② 物理方法：電刺激、振蕩、離心;化學方法：聚乙二醇
③ 植物體細胞雜交完成的標志是新細胞壁的形成
④ 融合后的雜種細胞通過植物組織培養才能發育成完整的植物體
(6)植物體細胞雜交這一育種方法的最大優點是克服遠緣雜交不親和障礙
2.動物的細胞培養與體細胞克隆
(7)動物細胞工程常用的技術手段有動物細胞培養、動物細胞核移植、動物細胞融合、生產單克隆抗體、胚胎移植等
(8)動物細胞培養經過原代培養和傳代培養
考點細化：
① 動物細胞培養液的成分有糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等
② 動物細胞培養基液體，植物細胞培養基固體，培養的動物細胞通常取自胚胎、幼齡動物的組織器官
② 動物細胞培養時的氣體環境是95%的空氣+5%二氧化碳的混合氣體，CO2 起到調節 PH值作用
③ 使用胰蛋白酶處理使動物組織分散成單個細胞
④ 動物組織處理使細胞分散后的初次培養稱為原代培養
⑤ 貼滿瓶壁的細胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續培養，讓細胞繼續增殖。這樣的培養過程通常被稱為傳代培養。
3.細胞融合與單克隆抗體
(9)動物細胞融合與植物原生質體融合的區別：操作步驟不同：植物原生質體融合需要先去除細胞壁，動物細胞無細胞壁;誘導方法不同：動物細胞融合可以用物理、化學和生物三種方法，植物原生質體融合只能用物理、化學方法;最終目的不同：植物原生質體融合最終是為了獲得雜種植株，動物細胞融合最主要目的是獲得單克隆抗體。
(10)單克隆抗體與血清抗體相比特異性強、靈敏度高并可大量制備
(11)熟悉單克隆抗體制備過程。
考點細化
① 生產雜交瘤細胞要用B 淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合
② 注射相應抗原后，從小鼠脾臟中提取出B 淋巴細胞
③ 雜交瘤細胞既能大量增殖，又能產生專一抗體。
④ 制備單克隆抗體過程中需要兩次篩選
⑤ 體外條件下做大規模培養雜交瘤細胞或者注射到小鼠腹腔內增殖，從細胞培養液或者小鼠腹水內就可以提取出大量的單克隆抗體。
聯想拓展：
①雜交瘤細胞融合時，對 B 淋巴細胞為免疫過的B 淋巴細胞
②一種 B 細胞只能產生一種抗體
③A 和 B 兩種細胞融合，只考慮兩兩融合，融合方式有 AA、BB、AB 融合三種
④制備單克隆抗體過程中需要經過兩次篩選?第一次篩選出雜交瘤細胞(用選擇培養基篩選)(培養基中加入特定化學物質)。
第二次篩選出能產生特定抗體的雜交瘤細胞(抗體—抗原雜交檢測)(培養基中加入特定抗原)。
(13)單克隆抗體在多種人類疾病及動植物病害的診斷和病原鑒定中發揮重要作用。主要用于癌癥治療，也有少量用于其它疾病治療。
拓展：生物導彈中，單抗的作用是導向作用，能將藥物定向帶到癌細胞所在位置，在原位殺死癌細胞。既不損傷正常細胞，又減少了用藥量。
(14)去核卵母細胞能夠激發核的全能性，選用的卵母細胞應該是培養到減數第二次分裂中期的卵母細胞
(15)核移植技術獲得的動物因為有細胞質基因的影響、生活環境的差異、可能發生基因突變造成核移植動物與供核動物性狀不完全相同。
三、胚胎工程
1. 動物胚胎發育的基本過程與胚胎工程的理論基礎
動物胚胎發育的基本過程：受精卵→2細胞→4細胞→8細胞→桑葚胚→囊胚→原腸胚
胚胎工程的理論基礎：哺乳動物受精和早期胚胎發育規律
(1)精子和卵子的產生過程中精子變形，卵子沒有。卵泡的形成和在卵巢內的儲備，是在出生前完成的。
考點細化：
①精細胞產生后要經過頂體形成、尾部發育、細胞質濃縮最終精子形成
②卵子的發生在胎兒時期就完成了卵泡的形成和在卵巢內的儲備，排卵前后進行了減數第一次分裂，減Ⅱ分裂在精子和卵細胞結合過程中完成。
(2)精、卵細胞結合前各自要發生哪些生理過程?(提示：在受精前精子要在雌性動物生殖道內獲能;排出的卵子要在輸卵管中進一步成熟到減Ⅱ中期才具備受精能力)。
(3)受精過程：精子獲能→卵子準備階段→受精。卵子防止多精入卵的屏障：透明帶反應和卵細胞膜反應
拓展：
① 桑椹胚一般指 32 個左右的細胞數目的胚胎。
② 胚胎分割選用的胚胎最好處于桑椹胚或者囊胚時期，因為全能性較高
(6)胚胎工程包含的技術：體外受精技術、胚胎早期培養技術、胚胎干細胞培養、胚胎分割技術、胚胎移植技術
(7)獲得精子必須經獲能處理后才能進行體外受精
(8)采集卵子前一般要對雌體進行促性腺激素處理，從較大體型動物卵巢中采集卵母細胞都要經過體外人工培養成熟后，才能與獲能精子受精。
(9)胚胎的早期培養培養液還需要添加激素和血清
(10)獲得的早期胚胎有向受體移植、冷凍保存兩種去向
2. 胚胎干細胞的移植
(11)從早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞可以稱為胚胎干細胞
(12)胚胎干細胞在形態上：體積小、細胞核大、核仁明顯;在功能上，具有發育的全能性。另外在體外培養的條件下，胚胎干細胞可以增殖二不發生分化。對它可以進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。
(13)干細胞按分化潛能可分為全能干細胞(如胚胎干細胞可以分化形成所有的成體組織細胞，甚至發育成為完整的個體)、 多能干細胞(具有多向分化的潛能，可以分化形成除自身組織細胞外的其他組織細胞，如造血干細胞、神經干細胞、間充質干細胞、皮膚干細胞等)和專能干細胞(維持某一特定組織細胞的自我更新，如腸上皮干細胞)三種類型。
(14)干細胞可以通過從哺乳動物的早期胚胎(囊胚的內細胞團)或從胎兒的原始性腺中分離而來
3. 胚胎工程的應用
(15)胚胎分割時要注意注意將內細胞團均等分割。
(16)胚胎移植技術包括對供、受體的選擇和處理，配種或進行人工授精，對胚胎的收集(沖卵)，檢查、培養或保存，對胚胎進行移植，以及移植后的檢查等步驟
考點細化：
① 胚胎移植的生理學基礎：
a.哺乳動物發情排卵后，不論是否妊娠，在一段時間內同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的，這為胚胎移入受體提供了相同的生理環境
b.早期胚胎在一定時間內處于游離狀態，為胚胎的收集提供了可能
c.受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應，為胚胎在受體內的存活提供了可能
d.供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系，但移入受體的供體胚胎的遺傳特性，在孕育過程中不受任何影響。
②胚胎移植的實質是生產胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。
③胚胎移植的優勢是可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力。
④胚胎移植過程中兩次使用激素的目的是：第一次，對供體、受體進行同期發情處理，注射孕激素;第二次，對供體母牛做超數排卵處理，注射促性腺激素。
⑤胚胎移植過程產下的犢牛性狀取決于供體牛
⑥不同動物其胚胎移植的時間不同，例如：牛、羊一般要培養到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠等可在更早的階段移植。
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