高中生物选修3专题复习

1 基因工程又叫做 或 基因工程 基因拼接技术 DNA重组技术 2 基本工具 分子手术刀 分子缝合针 基因进入受体细胞的载体 3 基本操作步骤 运载体 DNA连接酶 限制性核酸内切酶 1 目的基因的获取2 基因表达载体的构建 核心 3 将目的基因导入受体细胞4 目的基因的检测与鉴定 1 限制性核酸内切酶 一种限制性内切酶只能识别双链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 切割DNA分子 来源 主要从原核细胞分离作用 作用结果 EcoRI 重难点剖析 基因工程的 专用工具 形成平未端 SmaI 及黏性未端 EcoRI 1 种类 2 作用部位 磷酸二酯键 DNA连接酶可把平未端或黏性末端之间的缝隙 缝合 起来 即相当于把梯子两边的扶手的断口连接起来 这样一个重组DNA分子就形成了 2 DNA连接酶 分子缝合针 3 分子运载车 运载体 1 作用 将目的基因送入受体细胞 2 具备的条件 a 能自我复制 b 具有一个或多个酶切位点 c 有标记基因 d 对受体细胞无害 质粒 噬菌体 动植物病毒 3 种类 质粒 细菌拟核DNA之外结构简单 能自主复制的很小的环状DNA分子 一 目的基因的提取 目的基因 主要是指 获取方法 1 中获取目的基因2 人工合成法 化学方法合成DNA片段 反转录法 直接合成法 3 PCR反应扩增DNA 基本操作步骤 从基因文库 编码蛋白质的结构基因 原理 DNA复制过程 加热DNA解链冷却引物结合到互补DNA链互补链合成条件 耐高温DNA聚合酶 二 基因表达载体构建 1 基因表达载体由 四部分组成 目的基因 启动子 标记基因 终止子 2 启动子作用 3 标记基因的作用 RNA聚合酶识别和结合的位点 启动转录的 开关 鉴别受体细胞中是否含有目的基因 从普通细胞中筛选出含目的基因的受体细胞 1 用一定的 切割质粒 使其出现一个切口 露出 2 用 切断目的基因 使其产生 3 将切下的目的基因片段插入质粒的 处 再加入适量 形成了一个重组DNA分子 重组质粒 限制酶 黏性末端 同一种限制酶 相同的黏性末端 切口 DNA连接酶 重组质粒形成过程 导入植物细胞 三 将目的基因导入受体细胞 导入动物细胞 导入微生物细胞 受体细胞导入方法 体细胞受精卵 受精卵 显微注射法 Ca2 处理法 农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法 将目的基因导入微生物细胞 原核生物繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 故早期常作为受体细胞 重组表达载体DNA溶于缓冲液 导入 目的基因是否插入转基因生物染色体的DNA上 四 目的基因的检测与鉴定 目的基因是否表达 目的基因是否转录 个体水平鉴定 抗虫性鉴定 抗病性鉴定 生物活性鉴定等 生理 性状水平的检测 检测 转基因生物 转基因生物是指利用技术导入培育出的能够将新性状稳定地给后代的基因工程生物 基因工程 外源基因 遗传 优点 打破了常规育种难以突破的的改变了生物的遗传性状 物种之间的界限 生殖隔离 定向 1 抗虫转基因植物 一 植物基因工程 2 抗病转基因生物 3 抗逆转基因作物 基因工程的应用 4 利用转基因改良植物的品质 方法 利用转基因动物生产药物 动物乳腺生物反应器 二 动物基因工程 用转基因动物作器官移植的供体供体动物 存在的难题 解决方法 猪 免疫排斥 将供体基因组导入某种基因调节因子 以抑制抗原决定基因的表达 或设法除去抗原决定基因 再结合克隆技术 培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官 三 基因工程药品 工程菌 用基因工程的方法 使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系 我国已生产的产品 白细胞介素 2 干扰素 乙肝疫苗等 四 基因诊断与基因治疗 基因诊断 用放射性同位素等标记的 DNA探针 检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷 不但准确而且迅速 基因治疗 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的 体外基因治疗 体内基因治疗 基因治疗的类型 比较 基因工程和蛋白质工程 蛋白质工程流程图 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应的脱氧核苷酸序列 即基因 板书 用干扰素例子 反推过程 第4步后接着做什么 专题二 细胞工程 1 概念 植物细胞工程动物细胞工程微生物工程 所采用技术的理论基础 植物细胞工程 通常采用的技术手段 植物组织培养 植物体细胞杂交 植物细胞的全能性 一 植物细胞工程 离体的植物器官 组织或细胞 脱分化 再分化 培养条件 离体 含有全部营养成分的培养基 一定的温度 空气 无菌环境 适合的PH 适合的光照等 外植体 举例 花药离体培养 基因工程培育的抗棉铃虫的棉花植株 细胞工程中培育的 番茄 马铃薯 杂种植株等 1 植物组织培养 扩大培养 融合细胞 杂种细胞 去壁的常用方法 诱导原生质体融合方法 融合成功的标志 人工诱导 筛选 2 植物体细胞杂交的过程 1 植物繁殖的新途径 1 微型繁殖 快速繁殖 2 作物脱毒3 神奇的人工种子 2 作物新品种的培育 1 单倍体育种2 突变体的利用3 转基因植物的培育 3 细胞产物的工厂化生产 3 植物细胞工程的实际应用 二 动物细胞工程 植物细胞工程常用的技术手段 植物组织培养 植物体细胞杂交等 强调 是其他动物细胞工程技术的基础 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 单克隆抗体制备等 动物细胞培养技术 常用的技术手段 动物胚胎或幼龄动物的组织 器官 胰蛋白酶 剪碎 单个细胞 加培养液 制成 细胞悬浮液 去掉组织间蛋白 10代细胞 50代细胞 无限传代 部分细胞遗传物质改变 动物细胞培养不能最终培养成动物体 随细胞增多 细胞就会停止分裂增殖 1 动物细胞培养 植物组织培养和动物细胞培养的比较 均需适宜的外界条件 PH 温度 营养及 无菌 无毒环境 等 固体 营养物质 蔗糖 植物激素 培养成植株 液体 营养物质 葡萄糖 动物血清 培育成细胞系或细胞株 1 生产蛋白质制品 如病毒疫苗 干扰素 单克隆抗体 动物激素 2 用于某些器官移植 1 试管苗的快速繁殖2 无病毒植物的培育3 生产药物等4 人工种子5 转基因植物的培育 物理法 化学法 灭活的仙台病毒 2 动物细胞融合 过程 制备单克隆抗体 获得杂种植株 用途 物理 化学方法 同左 生物 灭活的病毒 物理 离心 振荡 电刺激 化学 PEG 诱导方法 使细胞分散后诱导细胞融合 去除细胞壁后诱导原生质体融合 细胞融合的方法 细胞膜的流动性 细胞膜的流动性 植物细胞全能性 原理 动物细胞融合 植物体细胞杂交 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合的比较 主要用于制备单克隆抗体 细胞核移植 多莉羊的培育过程 3 核移植与克隆动物 动物细胞核有全能性 特点 产量低 特异性差 纯度低 反应不够灵敏 4 单克隆抗体 1 常规抗体制备 一个B淋巴细胞 只分泌一种特异性抗体 2 单克隆抗体制备 杂交瘤细胞 小鼠骨髓瘤细胞 能无限增殖 融合 抗原注入小鼠体内 已免疫的B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 筛选出杂交瘤细胞 筛选出能产生特异性抗体的细胞群 从培养液中提取 从小鼠腹水中提取 细胞融合 动物细胞培养 单克隆抗体的制备 特定的选择培养基 主要用于疾病的诊断 治疗和预防 若在单抗上带上抗癌药物制成 生物导弹 将药物定向带到癌细胞所在部位 既消灭了癌细胞又不会伤害健康细胞 特点 与常规抗体相比 具有特异性强 灵敏度高 化学性质单一的优点 单克隆抗体的应用 单克隆抗体是指 杂交瘤细胞产生的单一抗体 例 06江苏 下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图 1 技术是单克隆抗体技术的基础 2 根据培养基的用途分类 图中HAT培养基属于 培养基 3 单克隆抗体与常规的血清抗体相比 最大的优越性是 4 动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外 还可以采用 5 选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的 特点 又具备淋巴细胞的 特点 6 淋巴细胞是由动物体 中的 细胞分化 发育而来 7 杂交瘤细胞从培养基中吸收葡萄糖 氨基酸的主要方式是 动物细胞培养 选择 特异性强 灵敏度高 灭活的病毒 在体外大量增殖 分泌特异性抗体 骨髓 造血干细胞 主动运输 6 基因型为AaBb的水稻 具有24条染色体 的花粉通过无菌操作 接入试管后 在一定条件下形成试管苗的育种过程 1 愈伤组织是花粉细胞不断分裂后的形成的不规则细胞团 愈伤组织形成中 必须从培养基中获得 2 要促进花粉细胞分裂生长 培养基中应有 和 两类激素 3 愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根 再由芽发育成叶和茎 这一过程必须给予光照 其原因是 利用光照制造有机物 供试管苗生长 4 试管苗的细胞核中含有 条脱氧核苷酸链 5 培养出的试管基因型有 如果要获得育种需要的植株 并能繁殖新品种 后面的育种步骤是 各种营养 水 无机盐 蔗糖等能量物质 和小分子有机物 生长素细胞分裂素 叶绿体 24 AB Ab ab a 用一定浓度的秋水仙素处理组织培养获得的幼苗 二中新校张志鹏 1 胚胎工程的概念 操作的对象早期胚胎或配子技术手段胚胎干细胞培养 胚胎分割 胚胎移植 体外受精等最后结果产生动物个体 满足人类需求 体内受精和早期胚胎发育 一 精子的发生 1 场所 2 时期 3 过程 精子的发生是在睾丸的曲细精管内完成的 从初情期开始直到生殖功能衰退 发生的过程大体可分为三个阶段 曲细精管 第二阶段 精原细胞经过数次有丝分裂 产生大量的精原细胞 其中一部分经过染色体复制等活动 进一步形成初级精母细胞 每一个初级精母细胞经减数分裂形成四个含有单倍染色体的精子细胞 第一阶段 初级精母细胞的形成 第二阶段 精子细胞的形成 第三阶段精子变形 变为精子头部的主要部分 发育为头部的顶体 演变为精子的尾 形成线粒体鞘膜 其它物质浓缩成 球形 第三阶段 精子变形 细胞核 高尔基体 中心体 线粒体 原生质滴 4 精子的形态 1 外形似蝌蚪 分 三大部分 2 不同种动物精子的形态 大小略有 与动物的体形大小 头颈尾 相似 不同无关 二 卵子的发生 1 场所 2 时期 卵子的发生是在卵巢内完成的 卵巢有产卵与排卵 分泌多种激素这二大功能 性别分化以后 放射冠 3 过程 雌性胎儿卵巢内的卵原细胞 通过有丝分裂增加其数量 并演变为初级卵母细胞 被卵泡细胞包围 形成卵泡 初级卵母细胞经过减数分裂变为成熟的卵子 减数第一次分裂的时间是在雌性动物排卵前后完成的 结果是产生1个次级卵母细胞和1个第一极体 暂不分离 进入输卵管 准备与精子受精 减数第二次分裂时间是在精子和卵子结合的过程中 结果是产生1个成熟卵子和3个第二极体 三 精子与卵子的发生比较 四 受精作用 1 概念 3 场所 1 概念 指精子和卵子结合形成合子 即受精卵 的过程 2 受精的标志 在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时 受精完成的标志 雌雄原核的融合 3 场所 受精是在输卵管内完成的 4 过程 受精前的准备阶段 受精阶段 准备阶段1 精子获能 准备阶段2 卵子的准备 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 即卵子在输卵管内成熟到减数第二分裂中期 M 时 才具备受精能力 受精阶段 包括精子穿越放射冠和透明带 进入卵黄膜 雌雄原核形成和精卵结合等内容 精 卵相遇 顶体反应 顶体酶释放 顶体酶溶解透明带 接触透明带 穿越放射冠 溶解卵丘细胞 放射冠 穿越透明带 接触卵黄膜 产生透明带反应 形成第一道屏障 作用 精子被微绒毛抱合 精子外膜与卵黄膜融合 精子进入卵 精子进入卵后 变化 变化 变化 产生卵黄膜封闭作用 形成第二道屏障 作用 尾部脱离核膜破裂 形成雄原核 形成雌原核 激活卵子完成减数第二次分裂 排出第二极体 发育移动接触合并 形成受精卵 受精作用的特点和实质 特点 1 只有一个精子与一个卵细胞结合 形成一个受精卵 2 进入卵细胞的只是精子的头部 细胞核 3 受精卵的细胞质几乎都只来自卵细胞 实质 雄原核与雌原核的融合 五 胚胎发育 1 卵裂期的特点 细胞分裂方式为 细胞数目 胚胎总体积 或略有 每个细胞体积 DNA总量 但 有丝分裂 增加 不增加 缩小 减小 增加 每个细胞DNA含量不变 2 早期胚胎发育的几个阶段 桑椹胚 囊胚 原肠胚 桑椹胚 细胞均属于全能细胞 细胞开始分化 内细胞团将来发育成各种组织 滋养层将来发育成胎膜 胎盘 出现囊胚腔后 进一步扩大会导致孵化 原肠胚 内细胞团表皮的细胞形成外胚层 下方的细胞形成内胚层 出现原肠腔 3 2体外受精和早期胚胎培养 专题3 胚胎工程 1 试管动物技术 是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精 并通过培养发育成早期胚胎后 再经胚胎移植 到受体母亲体内 产生后代的技术 采集良种母牛的卵母细胞 卵母细胞的体外培养 采集良种公牛精子 精子体外获能 体外受精 良种牛体外受精胚胎早期培养 胚胎移植 受体牛 良种犊牛 成熟期牛 屠宰加工厂 市场 采集卵巢中的卵母细胞 试管牛 工厂化生产的技术流程图 体外受精 1 卵母细胞的收集和培养 对不同动物 采取卵母细胞的方法不同 2 精子的收集和获能 1 收集的方法 假阴道法 手握法和电刺激等2 获能处理 培养法 啮齿动物 家兔和猪化学法 牛 羊 3 受精 在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程 胚胎的早期培养 一般比较复杂培养液 水 无机盐 有机盐 维生素 激素 氨基酸 核苷酸以及动物血清等 培养发育到适宜阶段时 可将其取出向受体移植或冷动保存 2 胚胎移植1 概念 将雌性动物的早期胚胎 或经体外受精及其他方式得到的胚胎 移植到同种的 生理状态相同的其他雌性动物的体内 使之发育为新个体的技术 一胚胎移植 2 胚胎移植的现状和意义 1 加速育种工作和品种改良 2 大量节省购买种畜的费用 3 一胎多产 4 保存品种资源和濒危物种 5 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 3 胚胎移植的生理学基础 1 供体和受体具相同的生理环境 2 早期胚胎处于游离状态 为胚胎的收集提供了可能 3 受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥 4 胚胎与受体能建立正常的组织联系 但遗传物质没有改变 4 胚胎移植的基本程序 1 供体 受体的选择和同期发情处理 2 配种或进行人工受精 3 胚胎的收集 检查 培养或保存 4 胚胎移植 5 移植后是否妊娠的检查 1 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 注射促性腺激素 2 采集卵母细胞方法 超数排卵具体做法 注射促性腺激素 2 配种或人工受精 精子来源 同种优良的雄性动物 3 胚胎的收集 在配种或输精后第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 3 对胚胎进行质量检查 3 胚胎的保存或移植 4 胚胎的移植 方法一 手术法具体做法 引出受体子宫和卵巢 将胚胎注入子宫角 缝合创口 方法二 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 5 对受体母牛进行是否妊娠的检查 第二次检查 6 受体母牛产下胚胎移植的犊牛 选择 供体母牛 受体母牛 同期发情处理 超数排卵 供体公牛 配种 冲卵 胚胎 胚胎质量检查 培养 胚胎移植 妊娠检查 分娩 胚胎移植的犊牛 总结 3 胚胎分割 1 胚胎分割的概念 2 胚胎分割特点 3 胚胎分割的理论基础 4 胚胎分割操作过程 1 概念 采用显微手术 机械方法 的方法将早期胚胎分割成2分胚 4分胚或8分胚 经体内或体外培养后植入受体 以得到同卵双胎或同卵多胎的技术 2 特点 后代具有相同的遗传物质 因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一 3 理论基础 动物胚胎细胞的全能性 所以胚胎分割的时期为 囊胚或桑椹胚 4 选择的胚胎 发育良好的 形态正常的桑椹胚或囊胚 5 使用的主要仪器 实体显微镜和显微操作仪 6 具体操作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 胚胎分割移植的显微操作 7 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 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 7 操作注意事项 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 早期胚胎的体积很小 只有在显微镜下才能看到 再者 细胞数目是有限的 分割的份数越多 不但难以做到均等分割 每一份的细胞数会越少 而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大 因此 分割的份数越多 技术的难度会越大 移植后的恢复和发育的难度会越大 移植成功率自然会降低 4 胚胎干细胞 1 什么是胚胎干细胞 简称是什么 2 胚胎干细胞的来源 3 胚胎干细胞的特性 4 胚胎干细胞的应用 1 概念 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 特点 1 形态 体积小 细胞核大 核仁明显 2 功能 具有发育的全能性 可经诱导分化为成年动物体内任何一种组织细胞 3 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 3 主要用途 1 治疗人类的某些顽症利用ES细胞可以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 目前 在动物实验方面 用ES细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖尿病 肝衰竭 心衰竭和成骨不良等疑难病症 2 培育出人造组织器官 用于器官移植 随着组织工程技术的发展 通过ES细胞体外诱导分化 还可以培育出人造组织器官 解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题 3 ES细胞也是理论上研究体外细胞分化的理想材料 ES细胞在饲养层细胞上 或在添加抑制因子的培养液中 能够维持不分化的状态 在培养液中加入分化诱导因子 就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化 专题5生态工程 干裂的土地 赤红的荒山 意味着不断恶化的 幼苗的上方是蔚蓝的地球 地球似乎化作一滴甘露 滋润着大地 幼苗又可寓意为 工程 虽然柔弱 却顽强地支撑着地球 地球和幼苗组合和谐 象征着希望 生态环境 生态 生态工程的概念 人类应用生态学 工程学 系统学 经济学等学科的基本原理和方法 通过系统设计 调控和技术组装 对已破坏的生态环境进行修复 重建 对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善 并提高生态系统的生产力 从而促进人类社会和自然环境和谐发展 注意 1 学科知识 2 技术手段 3 最终目的 生态学 工程学 系统学 经济学 系统设计 调控和技术组装 促进人类社会和自然环境的和谐发展 5 1生态工程的基本原理 生态工程建设目的 遵循自然界物质循环的规律 充分发挥资源的生产潜力 防止环境污染 达到经济效益和生态效益的同步发展 优点 与传统的工程相比 生态工程是一类少消耗 多效益 可持续的工程体系 传统农业生产模式 石油农业 弊端 不注重生态环境的保护 没有考虑成本 经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价 模式内容 大量使用化肥 农药 机械的农业生产方式 生态工程与传统农业的比较 主要是通过实行 循环经济 原则 使一个系统产生出的污染物 能够成为本系统或者另一个系统的生产原料 从而实现废弃物的资源化 而实现循环经济最重要的手段之一是生态工程 生态经济 循环经济 模式 实现原料 产品 原料 产品的生产体系 实现废弃物的资源化 地球以有限的空间和资源 长久维持着众多生物的生存 繁衍和发展 奥秘就在于物质能够在各类生态系统中 进行区域小循环和全球地质大循环 循环往复 分层分级利用 从而达到取之不尽 用之不竭的效果 而没有物质循环的系统 就会产生废弃物 造成环境污染 并最终影响到系统的稳定和发展 1 物质循环再生原理 二 生态工程所遵循的基本原理 二 生态工程所遵循的基本原理 遇虫害而死的樟子松 珊瑚礁 1 为什么樟子松林的松毛虫会肆虐 几十亿株杨树会毁于一旦 而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中 保持着很高的生物多样性 讨论 2 从上面正面和反面的实例 你能得出怎样的结论 你认为生物多样性的破坏有人为因素吗 纯樟子松林 杨树林的生物多样性低 食物链短而单调 缺少松毛虫 天牛的天敌 而成片单一的林木又为松毛虫提供了丰富的食物来源 因而会导致了树林的毁坏 珊瑚礁区的生物多样性高 食物链复杂 不同的生物占据了不同的时间位 空间位和资源位 因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境 例如 氮 磷等养分就能够在