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-1-高中生物选修3基础知识总结专题一基因工程原理：基因重组基因工程的概念：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。定向改造生物的遗传性状。（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（回文序列），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。（注意“酯”的写法）（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连接酶来源于大肠杆菌，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连接酶来源于T4噬菌体，能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。(2)DNA聚合酶、RNA聚合酶和DNA连接酶的比较：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。④安全无毒⑤大小合适（2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。（3）其它载体：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或具有调控作用的因子。2.目的基因的获取有三种方法：从基因文库中获取；PCR扩增目的基因；人工化学法合成。3.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA复制（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：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、精确的温度控制、能量第二步：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：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、花粉管通道法。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：Ca2+转化法注意：①将目的基因导入受体细胞，目前已开发出来的方法有很多种，每种方法都有利弊，适合于不同的受体细胞。究竟选用哪种方法，要根据具体情况而定。②以上介绍的几种方法，在导入受体细胞之前，都必须进行目的基因表达载体的构建，也就是说导入受体细胞的必须是重组DNA分子，而不能直接导入目的基因。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，即分子杂交技术。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，进行抗虫抗病的接种试验观察植物是否出现抗虫抗病性状。基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达实质基因重组结果人类需要的基因产物（定向的)-2-（三）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.抗逆转基因植物针对盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境条件而培育的抗盐碱、耐旱、耐寒、抗涝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。为了使目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。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（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）→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。原理：用基因工程的方法，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。用DNA重组技术生产的人类蛋白药物种类（部分）（四）基因治疗（1）体外基因治疗（2）体内基因治疗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。总结：动物基因工程的受体细胞是受精卵或胚胎干细胞，因为只有受精卵或胚胎干细胞接受目的基因后才能发育成具有新性状的动物个体。植物细胞工程的受体细胞可以是受精卵也可以是其他的体细胞。（四）蛋白质工程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。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）以上是蛋白质工程特有的途径；以下按照基因工程的一般步骤进行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列（1）基因工程和蛋白质工程的比较基因工程蛋白质工程相同均是基因工程，蛋白质工程是第二代基因工程不同概念P1P27黑体字目的获得自然界中已存在的蛋白质获得自然界中不存在的蛋白质基本途径遵循中心法则先中心法则的逆推，再遵循中心法则注意：①蛋白质的工程的重点在于对已存在的蛋白质进行分子改造，改造的对象是编码蛋白质的DNA序列。②对基因进行改造的蛋白质可以遗传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。专题二细胞工程（一）植物细胞工程1.理论基础（原理）：植物细胞全能性2.植物组织培养技术（1）过程：离体的植物器官、组织或细胞――→愈伤组织――→试管苗――→植物体（2）用途：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。优点：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：a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）。优点：明显缩短育种年限C.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。植物组织培养过程容易出现突变体）D.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-（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：去除细胞壁获得原生质体—原生质体融合—杂种细胞—杂种细胞的筛选—杂种细胞再生出细胞壁—植物组织培养（2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电激等。化学法是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。（4）注意：①脱分化起点：离体的植物器官、组织、细胞（花粉）终点：愈伤组织再分化起点：愈伤组织脱分化避光的原因：有利于产生愈伤组织再分化需光的原因：有利于进行细胞分化和有机物的生成②植物体细胞杂交完成的标志：形成新的细胞壁（高尔基体）③植物体细胞杂交的意义：克服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）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、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）受体选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；细胞质多，营养丰富。（3）体细胞核移植的大致过程是：高产奶牛（提供体细胞）进行细胞培养；同时采集卵母细胞，在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞，去核（显微操作）；将供体细胞注入去核卵母细胞；通过电刺激使两细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎；将胚胎移入受体（代孕）母牛体内；生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛（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：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（1）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）动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的