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第1页共19页第第五五讲讲生生物物工工程程考考情情分分析析一、本讲考点：1．基因(1)基因的概念(2)原核细胞和真核细胞的基因结构(3)基因控制蛋白质的合成(4)基因对性状的控制(5)人类基因组研究2．基因工程简介(1)基因操作的工具(2)基因操作的基本步骤(3)基因工程的成果与发展前景3．细胞的结构和功能(1)细胞膜的分子结构和主要功能(2)细胞质基质(3)细胞器(线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体和中心体)的结构和功能(4)细胞核的结构和功能(5)生物膜(生物膜系统的概念、各种生物膜在结构和功能上的联系、研究生物膜的重要意义)(6)原核细胞的基本结构4．细胞的分化、衰老和癌变5．植物细胞工程(1)植物细胞的全能性(2)植物组织培养(3)植物体细胞杂交6．动物细胞工程(1)动物细胞培养(2)动物细胞融合(3)单克隆抗体7．微生物的类群(1)细菌的结构和繁殖(2)病毒的结构和繁殖8．微生物的营养(1)微生物需要的营养物质及功能(2)培养基的配制(3)培养基的种类9．微生物的代谢(1)微生物的代谢产物(2)微生物代谢的调节第2页共19页(3)微生物代谢的人工控制10．微生物的生长(1)微生物群体的生长规律(2)影响微生物生长的环境因素11．发酵工程简介(1)应用发酵工程的生产实例(2)发酵工程的概念和内容(3)发酵工程的应用二、考点解读：本讲知识属于现代生物科技及能够联系并应用于生产、生活实际中的技术。近几年的上海、广东各地的高考题中多次涉及本章知识点的考题。概念题的题型一般多为选择题，与生产紧密相关的题及实验设计题多以非选择题形式出现。生物工程也叫生物技术，是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技术。包括基因工程、细胞工程、微生物发酵工程和酶工程等一系列的现代生物技术，关于基因工程、细胞工程、微生物发酵工程的材料题是近年来高考的热门知识点。通过对近几年高考题的分析可以看出，本部分属于高考的重点内容之一。考考向向走走势势复习时要重视生物新技术在生产生活实践中的应用，重视发酵工程与基因工程和细胞工程的相互关系，这既是科技发展热点课题之一，也是考试命题热点之一。利用已学过的基因工程、细胞工程、发酵工程知识，正确认识生产酶制剂所需的酶大都来自微生物的可行性与优越性。充分利用教材最后对生物工程四个方面的小结，对四大生物工程的联系加以融会贯通，提高分析综合与解决实际问题的能力。考考训训指指南南本部分考点内容最常见的能力测试要求是：①能使用恰当的生物学术语，准确认识和阐述已学细胞生物学现象、方法、概念和原理。②能理解有关细胞、细胞分裂图表含义、微生物群体生长的规律，会用文字、数据、图形等多种形式描述与之相关的生物学现象。③能通过分析和综合，理解细胞的结构与功能、分裂与分化、癌变与衰老的关系。④能运用细胞工程技术，分析和解决科学、生产、生活和人体健康等有关现实问题。⑤通过分析综合，形成“元素——化合物——功能——生理活动”完整的知识体系。⑥能够将各种工程技术融汇到一起，综合分析解决生产、生活中的一些生物学热点问题。第二十课细胞工程与膜生物工程主主干干知知识识整整合合1．生物膜(1)概念：细胞膜、以及、(质体)、、、(2)生物膜分类：①按照分布的位置可分为质膜和内膜：质膜就是指，内膜则是由核膜和细胞器膜的总称。②按照生物膜的结构分为单层膜和双层膜：单层膜的包括、、、、溶酶体膜；双层膜的包括、、。第3页共19页(3)生物膜在结构的联系：①生物膜之间的直接联系：内质网膜向内延伸与直接相连，向外延伸与细胞膜直接相连。在合成旺盛的细胞中，内质网膜还有时直接与直接相连。这样使细胞质、细胞核、线粒体等之间的联系更加紧密。如右图的双向箭头。②生物膜之间的间接联系：能够通过“出芽”形成，再由小泡与高尔基体膜融合转变成高尔基体膜，高尔基体膜也能够通过“出芽”形成小泡，再通过小泡与合转变成细胞膜。如图5-20-1中的单向箭头。图5-20-1(4)生物膜在功能上的联系：生物膜在功能上既有明确分工，又有紧密联系。如有附着在内质网上的核糖体合成的(如消化酶、溶菌酶、抗体、蛋白质类激素等)就需要有的初步加工(折叠、组装、加上糖基团等)、运输，再由进一步加工浓缩，最后通过的外排作用排出细胞。这一过程中还需要线粒体提供能量。也就是说，线粒体、内质网、高尔基体、细胞膜等生2．生物膜系统(1)生物膜系统的概念：细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕形成的细胞器，在结构和功能上紧密联系，它们形成的结构体系就是细胞的生物膜系统。(2)生物膜系统的作用：①细胞膜的存在使细胞具有一个相对稳定的内环境，在细胞与外界环境之间进行②细胞内面积广阔的生物膜为的附着提供场所，有利于许多重要化学反应在生物膜上③细胞内的生物膜将细胞分隔成一个个小的区室，使细胞内能够同时进行多种化学反应，而不互相干扰，保证了细胞的生命活动3．膜生物工程膜生物工程又叫或小分子的药物，运输到患者患病部位的细胞，通过脂质微球体的膜与细胞膜的相互作用，即膜相互融合、被吞噬等，将这些物质送入细胞中，从而达到、或改变、4．细胞工程的概念细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。细胞工程涉及的领域相当广泛，就其技术范围而言，大致有技术、细胞拆合技术、染色体导入技术、基因转移技术、技术和5．植物细胞工程(1)植物细胞工程的原理——细胞的性：一个体细胞含有该种生物全套的完整基因组(遗传信息)，因此具有使发育成完整生物的潜在能力。在生物体内，细胞的全能性并不表现出来，而是分化成不同的组织、器官。当植物细胞在离体状态时，在一定的条件下，就可表现出全能性。(2)植物细胞工程的主要技术手段：第4页共19页①植物组织培养：是指在人工操作下，将植物的器官、组织或细胞从植物体上取出，在一定的容器里供给适当的营养物质，使它们得到分化、发育和生长的培养技术。用于组织培养中的植物细胞或器官称为。外植体在适宜的营养和外界条件下，细胞首先发生，然后恢复细胞分裂形成(一群形态、结构相同或相似的还未分化的细胞群)，再在一定的诱导因素作用下发生分化，最后形成具有根、茎、叶的完整植株。②植物体细胞杂交：植物体细胞杂交是在原生质培养技术的基础上，借用动物细胞融合方法发展起来的一门新型生物技术。植物体细胞杂交的过程包括原生质体的制备、的诱导，杂种6．动物细胞工程(1)动物细胞工程的原理——动物细胞的分裂增殖能力。(2)动物细胞培养：①取材——选取的器官或组织。②制作细胞悬浮液——用剪刀将组织或器官剪碎，再用等使组织分散开来，成为③用培养基培养——将细胞悬浮液放入培养瓶中，在培养瓶内加入适合的培养基，在培养箱中(3)动物细胞融合：即在体外培养时，让2个细胞的细胞膜密切接触，在一定理化条件下促使细胞膜变化，导致细胞合并。所得的杂种细胞兼有两个亲本的遗传物质，可通过有丝分裂形成杂种全体或杂种细胞群，有性生殖中的受精作用就是细胞融合的实例。动物细胞融合的方法有：①物理方法：；②化学方法：等化学诱导剂；③生物方法：，如仙台病毒。通常只有前面两种方法。仙台病毒细胞融合图解如图5-20-2所示：图5-20-21．植物体细胞杂交操作技术植物体细胞杂交是在原生质体培养技术的基础上，借用动物细胞融合方法发展起来的一门新型生物技术。植物细胞杂交的过程包括原生质体的制备、诱导原生质体融合、杂种细胞的筛选和培养以及杂种植株的再生与鉴定等环节。下面以烟草和大豆的体细胞杂交为例，简要介绍植物体细胞杂交的过程(简单表述如图5-20-3)：图5-20-3(1)原生质体制备：选取烟草植株上的幼嫩叶片细胞和培养好的大豆根尖细胞，用酶解法制备原生质体。烟草的原生质体呈绿色，大豆的无色，在显微镜下很容易区别开来。(2)原生质体融合：取等量烟草和大豆的原生质体混合后，加入聚乙二醇溶液。在显微镜下观察，可以看到原生质体相互黏集在一起。隔一段时间后，加入高钙、高pH的溶液，这时原生质体才开始融合。原生质体融合包括膜融合和核融合两个过程。诱导融合只能诱导细胞膜的融合，两个核的融合是在杂种细胞第一次有丝分裂时进行的。第5页共19页(3)杂种细胞的筛选和培养：烟草与大豆的原生质体融合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使其再生出细胞壁。这时，在细胞混合物中，不仅有烟草—大豆杂种细胞，还有烟草细胞、大豆细胞、烟草—烟草细胞、大豆—大豆细胞。杂种细胞的筛选，可以用机械方法，也可以用生理学或遗传学方法。以机械方法为例，根据两种亲本细胞在形态、色泽上的差异，将细胞分别接种在带有小格的培养皿中，每小格中约放1～3个细胞。在显微镜下找出杂种细胞，并且标定位置。等杂种细胞分裂成细胞团时，转移到培养皿中，培养成愈伤组织。(4)杂种植株的再生与鉴定：杂种植株的再生是指以愈伤组织培养出杂种植株的过程。由于烟草和大豆分别属于茄科和豆科植物，二者的原生质体融合后，至今只能长成杂种愈伤组织，还不能分化，因此谈不上杂种植株的再生与鉴定。对于能够再生出杂种植株的烟草—海岛烟草、白菜—甘蓝、胡萝卜—羊角芹等，长出的植株究竟是不是杂种，还需要经过鉴定才能确定下来。杂种植株的鉴定方法有形态学方法、生化方法(如电泳)、细胞学方法(如染色体组型分析)、分子生物学方法(如分子杂交)等。2．原代培养、传代培养、细胞株、细胞系及其关系(1)原代培养：可用有两种表述：①细胞悬浮液第一次在瓶中培养，没有分瓶培养之前的细胞培养；②第1代细胞的培养与传10代以内的细胞培养统称为原代培养。两种表述没有本质区别。(2)传代培养：同样有两种表述：①细胞悬浮液培养一段时间后，分瓶再进行的细胞培养；②传10代以后的细胞培养，统称为传代培养。(3)细胞株：原代培养的细胞一般传至10代左右会出现生长停滞，衰老死亡，少数度过“危机”的细胞能传40～50代，形成细胞株。细胞株的遗传物质并没有发生改变。(4)细胞系：细胞株传至50代以后，会出现第二次危机，少数度过第二次危机的细胞能够无限制传下去，形成细胞系。细胞系的遗传物质发生了改变，带有癌变细胞的特点。这四个概念的关系表示如下：3．单克隆抗体(1)单克隆抗体的概念：单克隆抗体是相对血清抗体而言的。血清抗体是将抗原反复注射到动物体内，然后从血清中获得抗体，其特点为：产量低，特异性差，纯度低，不灵敏。而单克隆抗体则是由效应B淋巴细胞产生的化学性质单一、特异性强的抗体。(2)操作过程：①取材：反复将特定抗原注入小鼠体内，取出小鼠的脾脏，制成B淋巴细胞悬浮液，同样将取出的骨髓瘤细胞也制作成细胞悬浮液。②细胞融合：将两种悬浮液混合，加入灭活的仙台病毒或聚乙二醇诱导融合。③选出杂交瘤细胞：在特定的选择性培养基中进行筛选，筛选出B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成的杂交瘤细胞。④选出能够产生所需抗体的细胞群：对杂交瘤细胞进行培养，在从中挑选出能够产生所需抗体的细胞群。⑤生产单克隆抗体：培养上述选出的细胞群，在获得足够数量的细胞后，将细胞在体外条件下大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖，再从培养液或小鼠的腹水中提取大量的单克隆抗体。(3)抗克隆抗体制备实质：就是将免疫B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。实际上就是利用动物细胞融合技术，是动物细胞融合技术的具体运用。(4)制备单克隆抗体的选材理由：因为效应B淋巴细胞具有分泌特异性抗体的能力，而骨髓瘤细胞具有在体外条件下大量增殖的本领，所以由某种效应B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞，既有效应B淋巴细胞分泌特异性抗体的能力，又具备骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的本领，能够在体外培养条件下大量增殖，并且产生特定的抗体。4．动物细胞融合与植物细胞杂交的比较第6页共19页动物细胞融合与植物体细胞杂交之间既有共性又有差异，如下表所示：项目融合原理融合方法诱导手段用途植物体细胞杂交细胞膜的流动性去除细胞壁后诱导原生质体融合离心、电刺激、振动、聚乙二醇诱导克服远缘杂不亲和的障碍，获得杂剧种植株动物细胞融合细胞膜的流动使细胞分散后诱导