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高三生物冲刺-选修3、现代生物科技专题专题1、基因工程什么是基因工程？1.1DNA重组技术的基本工具一、“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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。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。二、“分子缝合针”DNA连接酶功能：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。连接部位：磷酸二酯键，不是氢键。两种DNA连接酶（EcoliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯键。区别：EcoliDNA连接酶来源于T4噬菌体，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连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，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。三、“分子运输车”载体(与细胞膜上的载体有什么区别？)作为载体的必要条件：能在受体细胞中复制并稳定保存；具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入；具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择；对受体细胞无害、易分离。最常用的载体是质粒：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很小的双链环状DNA分子。其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒。1.2基因工程的基本操作程序一、目的基因的获取(什么是目的基因？)获取方法：原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。从基因文库中获取目的基因什么是基因文库？什么是基因组文库？什么是部分基因文库？三者间是什么关系？怎样从基因文库中获取目的基因？利用PCR技术扩增目的基因什么是PCR技术？原理：DNA双链复制。PCR技术需哪些必要条件？PCR的结果是什么？过程：变性退火延伸多次重复。直接人工合成。二、基因表达载体的构建（该过程实际上是不同来源的基因重组的过程，是基因工程的核心）构建基因表达载体的目的是什么？怎样构建？一个基因表达载体的组成：复制原点启动子目的基因终止子标记基因什么是启动子、终止子？它们分别在基因表达载体上的什么位置？各有什么作用？标记基因有什么作用？三、将目的基因导入受体细胞转化的概念：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。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，其次还有基因枪法和花粉管通道法等。导入到了植物细胞的什么位置？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：原核生物作为受体细胞的优点有哪些？最常用的原核细胞是什么？转化方法是什么？重组DNA导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。四、目的基因的检测和表达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：DNA分子杂交技术。该方法的原理是什么？其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA。方法：用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。最后检测目的基因是否翻译成蛋白质。方法：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。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。1.3基因工程的应用一、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。二、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、作器官移植的供体。三、基因工程药物：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。四、基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥功能，多而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。1.4蛋白质工程的崛起一、天然蛋白质为什么不能完全适应生产和使用需要？实现蛋白质工程的基本途径是什么？二、蛋白质工程：指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）专题2 、细胞工程什么是细胞工程？根据操作对象不同，可分为哪几种？2.1.1植物细胞工程的基本技术一、理论基础（原理）：细胞全能性。什么是细胞的全能性？在生物生长发育过程中，细胞为什么不会表现出全能性？全能性表达的难易程度：受精卵生殖细胞干细胞体细胞；植物细胞动物细胞。一、 植物组织培养技术过程愈伤组织试管苗植物体离体的植物器官、组织或细胞消毒接种到诱导培养基 接种到分化培养基脱分化 再分化什么是植物组织培养？什么叫脱分化？脱分化的实质是什么？(恢复细胞全能性的过程)脱分化的结果是什么？什么叫再分化？什么是愈伤组织，有什么特点？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。三、植物体细胞杂交技术过程植物细胞融合植物组织培养植物细胞植物细胞去壁去壁原生质体原生质体人工诱导融合的原生质体AB再生壁杂种细胞AB脱分化愈伤组织再分化杂种植株人工诱导融合的方法离心振动电刺激物理法化学法聚乙二醇(PEG)原因：细胞壁阻碍了植物细胞间杂交方法：酶解法纤维素酶果胶酶去 壁植物体细胞融合遇到的第一个障碍是什么？温和的去壁方法是什么？把原生质体放在一起会自然融合吗？什么是植物体细胞杂交？意义：克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。传统的有性杂交与本节的体细胞杂交有何区别？(生殖方式；物种)2.1.2植物细胞工程的实际应用一、植物繁殖的新途径微型繁殖。什么叫植物的微型繁殖技术？微型繁殖技术有什么优点？(繁殖速度快；保持母本性状；不受自然生长季节的限制)作物脱毒。无性繁殖作物染毒后有什么症状？什么是作物脱毒？人工种子。天然种子有哪些缺陷？什么是人工种子？有什么优点？二、作物新品种的培育单倍体育种。什么是单倍体育种？原理是什么？常用什么方法？有什么优点？突变体的利用。为什么组织培养中易产生突变？三、作物脱毒、人工种子、单倍体育种比较。相同点：培育过程均有采用微型繁殖的技术。区别：作物脱毒强调取材一定是无毒的；人工种子只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽；单倍体育种本质上属于有性生殖。四、 细胞产物的工厂化生产。人们利用的细胞产物主要有哪些？2.2.1动物细胞培养和核移植技术 动物细胞工程常用技术手段有哪些？其中哪项工程是其他动物细胞工程技术的基础？一、动物细胞培养概念：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。过程：取材分散配制悬液原代培养传代培养。每一步分别是如何处理的？细胞培养前为什么要对细胞分散处理？什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？什么是原代培养？什么是传代培养？为什么用于核移植的细胞通常为10代以内的？10代以后的细胞的什么特点？动物细胞培养需要满足以下条件(什么是内环境？内环境及稳态对细胞有什么作用？)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。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。温度和pH。适宜温度：哺乳动物多是36.50.5；pH：7.27.4。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。动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。动物细胞培养与植物细胞(组织)培养比较比较项目原理培养基结果培养环境培养目的植物组织培养细胞全能性固体；营养物质，激素可培养成植株离体微型繁殖，作物脱毒等动物细胞培养细胞增殖液体；营养物质，动物血清等培育成细胞群体内或体外获得细胞产物或细胞等二、动物体细胞核移植技术和克隆动物动物细胞培养为什么不能获得完整的动物个体？什么是动物核移植？什么叫克隆动物？分类：胚胎细胞核移植(比较容易)；体细胞核移植(比较难)。选用去核卵母细胞的原因：卵母细胞比较大，容易操作；卵母细胞细胞质多，营养丰富。体细胞核移植的过程：取供体动物体细胞供体细胞培养供体细胞与去核卵母细胞融合重组细胞早期胚胎移入受体动物子宫克隆动物。受体细胞为什么要选用卵母细胞？选用的是哪一时期的卵母细胞？怎样去除卵母细胞核？怎样使供、受体细胞融合？怎样激活受体细胞？激活的目的是什么？体细胞核移植技术的应用前景加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；保护濒危物种，增大存活数量；生产珍贵的医用蛋白；作为异种移植的供体；用于组织器官的移植等。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。2.2.2动物细胞融合与单克隆抗体一、什么是动物细胞融合？二、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、灭活的病毒、电刺激等。三、动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生物新品种培育的重要手段。四、动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较比较项目原理方法诱导手段主要用途植物体细胞杂交细胞膜流动性、细胞全能性去壁后诱导原生质体融合物理、化学方法克服远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种植株动物细胞融合细胞膜流动性使细胞分散后诱导细胞融合理、化、生物法制备单克隆抗体五、单克隆抗体：用单个B淋巴细胞进行无性繁殖形成细胞群，这样的细胞群就有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体。传统抗体生产方法及缺陷是什么？B淋巴细胞有什么特点？单克隆抗体的制备过程动物细胞融合取材：骨髓瘤细胞和经抗原刺激的B淋巴细胞。(选用小鼠体内两种细胞是因为同一物种的细胞杂交易成功；这两种细胞各有什么特点？)融合:诱导可用物理、化学、生物法等(会有几种融合方式？)；用选择培养基筛选出杂交瘤细胞。(这类细胞有何特点？为什么？)动物细胞培养克隆化培养和抗体检测杂交瘤细胞，从中筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞；体内或体外大规模培养。(鼠单抗能否用于人体疾病的治疗？)单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。单克隆抗体的应用作为诊断试剂：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。用于治疗疾病和运载药物：主要用于癌症治疗，可制成“生物导弹”(由哪几部分组成？各起什么作用？)，也有少量用于治疗其他疾病。专题3、胚胎工程什么是胚胎工程？主要包括哪些技术？3.1体内受精和早期胚胎发育一、精子和卵子的发生精子的发生场所：睾丸。时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退。过程精原细胞多个精原细胞初级精母细胞初级精母细胞次级精母细胞精子细胞精子细胞精子(其中细胞核变为精子头部的主要部分；高尔基体发育为头部的顶体；中心体演变为精子的尾；线粒体形成线粒体鞘；其它物质浓缩为原生质滴)精子细胞变成精子过程中，主要发生了哪些变化？细胞核和线粒体为什么都保留了？线粒体为什么集中在尾的基部？成熟精子：形似蝌蚪，由头、颈、尾三部分组成。精子大小与动物体型大小有关吗？卵子的发生场所：卵巢。时期：胚胎在性别分化以后。过程：卵原细胞多个卵原细胞初级卵母细胞胞次级卵母细胞卵细胞两次减数分裂分别是在何时、何地完成的？卵泡主要由卵母细胞和卵泡细胞组成的，生长中的卵泡的卵母细胞与周围卵泡细胞突入卵泡腔形成卵丘。排卵：卵母细胞与周围透明带(由糖蛋白组成)、放射冠(透明带外的一层卵泡细胞)从卵泡中排出的过程。排卵后卵泡位置形成黄体。刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？精子与卵细胞比较相似点：最初阶段均进行有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂才能形成精子和卵子。不同点：一个精原细胞四个精子；一个卵原细胞一个卵子；精子形状为蝌蚪状；卵子为球形；精子的形成从初情期开始，而多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是胎儿出生前完成的。二、受精概念:指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。场所:输卵管。过程受精前的准备阶段准备阶段1精子获能：即精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获得受精能力的现象。准备阶段2卵子的准备：即卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期时，才具备受精能力。受精阶段：精、卵相遇顶体反应(顶体酶释放溶解卵丘细胞(放射冠)穿越放射冠接触透明带顶体酶溶解透明带穿越透明带)接触卵黄膜产生透明带反应形成第一道屏障精子被微绒毛抱合精子外膜与卵黄膜融合精子进入卵产生卵黄膜封闭作用形成第二道屏障形成雄原核形成雌原核雌雄原核发育、移动、接触、合并形成受精卵。受精阶段主要包括哪些环节？什么是顶体反应？什么是透明带反应？什么是卵黄膜封闭作用？它们分别起什么作用？什么是雌、雄原核？分别是什么时期形成的？意义：维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定 ；对于生物的遗传和变异十分重要。三、胚胎发育：指受精卵发育成幼体的过程。受精卵最初发育在输卵管进行有丝分裂。卵裂期。特点：在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有减少。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。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）。外为滋养层细胞，将发育成胎膜和胎盘；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。什么叫孵化？原肠胚。特点：有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔。3.2体外受精和早期胚胎培养一、体外受精卵母细胞的采集和培养主要方法：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。精子的采集和获能收集的方法:假阴道法,手握法和电刺激等。获能处理: 在体外受精前，要对精子进行获能处理培养法：将取自附睾的精子，放入人工配制的获能液中，培养一段时间精子就可获能。如啮齿动物、家兔和猪。化学法：将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。如牛、羊。受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。二、胚胎的早期培养胚胎的早期培养：精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，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。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。3.3胚胎工程的应用及前景一、胚胎移植。什么叫胚胎移植？什么是“供体”？什么是“受体”？（供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。）地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。胚胎移植的现状和意义加速育种工作和品种改良；大量节省购买种畜的费用；一胎多产；保存品种资源和濒危物种；可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,缩短繁殖周期,增加一生繁殖的后代数量。生理学基础：动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。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。基本程序主要包括对供、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。并用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。对供体、受体进行选择供体：遗传性能和生产性能优秀的个体；受体：健康和正常繁殖能力的个体。处理：同期发情。具体做法：注射相关激素。采集卵母细胞。方法：注射促性腺激素使供体超数排卵。配种或人工授精。精子来源：同种优良的雄性动物。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或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入196的液氮中保存。对胚胎进行移植。手术法：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。非手术法：将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。二、胚胎分割概念：是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。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。理论基础：动物胚胎细胞的全能性。所以胚胎分割的时期为发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。操作过程：用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植给受体。使用的主要仪器是实体显微镜和显微操作仪。操作注意事项：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。原因是内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低。胚胎分割技术的缺陷刚出生动物的体重偏低，毛色和斑纹还存在差异；采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的。三、胚胎干细胞什么是哺乳动物的胚胎干细胞？特点形态：体积小，细胞核大，核仁明显；功能：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；在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。主要用途可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等；利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能；随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。专题4、生物技术的安全性和伦理问题4.1转基因生物的安全性一、基因生物与食物安全反方观点：反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变。正方观点：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据。二、转基因生物与生物安全：对生物多样性的影响。反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”。正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限。三、转基因生物与环境安全：对生态系统稳定性的影响。反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体。正方观点：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境。4.2关注生物技术的伦理问题一、克隆人：两种不同观点，多数人持否定态度。否定的理由：克隆人严重违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用；克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；克隆人是在人为的制造在心理上和社会地位上都不健全的人。肯定的理由：技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决。不成熟的技术也只有通过实践才能使之成熟。中国政府的态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。二、试管婴儿：两种目的试管婴儿的区别两种。不同观点，多数人持认可态度。否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎，无异于“谋杀”。肯定的理由：解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷的方法，提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤。三、基因身份证否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成基因歧视，势必造成遗传学失业大军、造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。肯定的理由：通过基因检测可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命目的。4.3禁止生物武器一、