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选修3知识点复习专题1基因工程（一）基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。原理是基因重组，操作水平是分子水平。优点：打破物种界限；定向地改造生物的遗传性状。（二）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：主要从原核生物中分离纯化出来。（2）功能：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）特点具有专一（特异）性。（4）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T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。②区别：E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。（2）与DNA聚合酶作用的异同：DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。3.“分子运输车”——载体（1）载体具备的条件：①能够稳定保存并复制；②有一至多个限制酶酶切位点③含有标记基因，便于筛选。④对受体细胞无害。（2）最常用的载体是质粒，化学本质是DNA分子。（3）其它载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒（三）基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因。2.基因文库包括基因组文库和cDNA文库。二者的区别：文库类型文库大小基因中是否有启动子基因中是否有内含子基因多少物种间基因交流cDNA文库小无无某种生物的部分基因可以基因组文库大有有某种生物的全部基因部分基因可以3.人工合成目的基因的两个条件：基因比较小；核苷酸序列已知。4.PCR技术扩增目的基因（1）PCR是多聚酶链式反应的缩写，原理DNA双链复制。（2）过程：第一步变性：加热至90～95℃，DNA解链，不需要解旋酶；第二步复性：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链。变性和复性利用了DNA的热变性原理；第三步延伸：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。第二步：基因表达载体的构建基因表达载体的组成：除了目的基因外，还必须有启动子、终止子、标记基因等。启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。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常用的导入方法：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，其次还有基因枪法和花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射法。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：原核生物作为受体细胞的原因是繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，最常用的原核细胞是大肠杆菌，其转化方法是：先用Ca2+处理细胞，使其成为感受态细胞，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。第四步：目的基因的检测和鉴定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。如：转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。（四）基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：提高动物生长速度；改善畜产品品质；用转基因动物生产药物：如乳腺生物反应器和膀胱生物反应器，方法是将目的基因导入哺乳动物的受精卵中，使其发育成转基因动物。3.基因治疗是把正常基因导入病人的体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗的目的，这是治疗遗传病最有效的手段。（五）蛋白质工程的概念：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程师在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。基本途径是：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。专题2细胞工程（一）植物细胞工程1.植物组织培养技术（1）原理：植物细胞的全能性（2）过程：离体的植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化植物体常用的植物激素生长素和细胞分裂素。（3）用途：微型繁殖、作物脱毒（选材应该选择茎尖组织）、制造人工种子、单倍体育种（最大的优点是明显缩短育种年限，得到的全为纯种）、筛选突变体、细胞产物的工厂化生产。2.植物体细胞杂交技术（1）原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性（2）过程：去壁的方法：酶解法；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。（二）动物细胞工程动物细胞工程中常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等，其中，动物细胞培养是其他技术的基础。1.动物细胞培养（1）流程：取动物组织块→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处理分散成单个细胞继续传代培养。（2）悬液中分散的细胞很快就贴服在瓶壁上，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接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。（3）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，以防培养过程中的污染。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：培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐等。通常需加血清、血浆等天然成分。③温度和PH：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。（4）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。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）选用去核卵母细胞的原因：比较大，容易操作；细胞质多，营养丰富；含有多种促进细胞发挥全能性的物质。（3）体细胞核移植的大致过程是：（书本P74）供体体细胞→细胞培养→将供体细胞↓注入（胚胎移植）卵巢中卵母细胞（MII中期）→去核→去核卵母细胞重组胚胎代孕动物遗传基础相同的犊牛3.动物细胞融合（1）动物细胞融合也称细胞杂交，原理是细胞膜的流动性。（2）诱导动物细胞融合方法与植物原生质体融合方法类似，常用的诱导因素有PEG、灭活的病毒、电激等。（3）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和的障碍，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。4.单克隆抗体（1）单克隆抗体的制备过程：给小鼠注射特定抗原蛋白→分离出B淋巴细胞融合（选择）培养基培养骨髓瘤细胞→骨髓瘤细胞多种杂交细胞杂交瘤细胞克隆体内培养专一抗体检测阳性细胞体外培养（2）杂交瘤细胞的特点：既能大量增殖，又能产生专一的抗体。（3）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。（4）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：可制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在位置。专题3胚胎工程（一）体内受精和早期胚胎发育1.胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。2.精子和卵子的发生（1）精子的发生：①场所：睾丸。②时间：初情期至生理机能衰退。③精子发生的三个阶段有丝分裂、减数分裂和变形。④精子变形：细胞核变为精子的头部的主要部分；高尔基体发育为顶体；中心体演变为精子的尾；线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘，其他物质浓缩为球状的原生质滴，最后脱落。单克隆抗体（2）卵子的发生①场所：卵巢和输卵管。②卵子发生过程中：减数第一次分裂发生在排卵前后（时候），减数第二次分裂发生在受精作用过程中。3.受精（1）场所：输卵管。（2）刚排出的精子，不能立即与卵子结合，必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象成为精子获能。排出的卵子要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂中期时期时，才具备与精子受精的能力。（3）受精的过程：精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和配子结合。透明带反应和卵黄膜封闭作用是防止多精入卵的两道屏障。（4）判断卵子是否受精的标志是在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。4.胚胎发育（1）卵裂期：特点：细胞进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，或略有减小。（2）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。（3）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。中间的空腔称为囊胚腔。滋养层细胞则发育为胎儿的胎膜和胎盘。（4）原肠胚：有了三胚层的分化，内胚层包围的腔叫原肠腔。（二）体外受精和早期胚胎培养1.卵母细胞的采集和培养：对实验动物如小鼠、兔以及家畜猪、羊等，等，用促性腺激素处理，从输卵管冲取卵子（可直接受精）；对大家畜或大型，如牛，从卵巢中采集卵母细胞（要在体外培养成熟）。2.精子的采集和获能：采集的方法有假阴道法、手握法、点刺激法等；获能的方法有两种：对啮齿动物、家兔和猪等动物的精子，一般采用培养法；对牛、羊等家畜的精子，常采用化学法，即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，诱导获能。3.体外受精：可在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。4.早期胚胎培养：培养液的成分除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。（三）胚胎工程的应用1.胚胎移植胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。（1）生理学基础：①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这为胚胎的收集提供了可能。③受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥。这为胚胎在受体的存活提供了可能。④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。（2）胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。（3）基本程序主要包括：①对供受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并用孕激素进行同期发情，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。②配种或人工受精。③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。直接向受体移植或放入-196℃中保存。④对早期胚胎进行移植。⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。2.胚胎分割（1）意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖。（2）材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。（3）操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割，否则影响分割后胚胎的进一步发育。3.胚胎干细胞（1）哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。（2）具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。专题4生物技术的安全性和伦理问题（一）转基因生物的安全性争论：阅读课本P87-93（二）生物技术的伦理问题克隆人：中国政府的态度：禁止生殖