最新高中生物选修三提纲(浙教版)

基因工程

基因工程〔生物技术〕是狭义的遗传工程。核心是构建重组DNA分子，故也称重组DNA技术。

工具酶的发现和基因工程的诞生

理论根底：1.DNA是生物遗传物质的发现。2.DNA双螺旋结构确实立。3.遗传信息传递方式

的认定。

限制性核酸内切酶：能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。

DNA连接酶

质粒〔载体〕：具有自我复制能力的双链环状DNA分子，在细菌之中独立于拟核之外。常用大肠杆菌质粒，这种质粒常含有抗生素抗性基因〔作为标记基因〕。

除质粒外载体还有噬菌体、植物病毒和动物病毒〔均为DNA病毒〕

基因工程的原理和技术

根本原理：让人们感兴趣的基因〔即目的基因〕在宿主细胞在稳定和高效地表达。

根本操作步骤：

获取目的基因。

目的基因的序列：1.化学方法合成。2.逆转录法〔以m-RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成〕。3.用聚合酶链式反响〔PCR〕扩增目的基因。

目的基因的序列未知：从基因文库〔包括DNA分子的所有基因〕中获取

形成重组DNA分子用相同的限制酶切割目的基因和载体DNA

将重组DNA分子导入受体细胞

常用的转化方法：

导入植物细胞：农杆菌转化法〔农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力。原理：Ti质粒上的t-DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上〕，其次还有

基因枪法和

花粉管通道法等。

导入动物细胞：显微注射技术。此方法的受体细胞多是

受精卵。

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：先用氯化钙处理细胞，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。

筛选含有目的基因的受体细胞依据：标记基因〔或目的基因〕是否表达

目的基因的表达

目的基因是否插入：DNA分子杂交，看是否出现杂交带

目的基因是否转录出了m-RNA：核酸分子杂交

目的基因是否翻译成蛋白质：抗原-抗体杂交

个体生物学水平的鉴定：抗虫、抗病接种实验

基因工程的应用

基因工程与遗传育种〔农牧业〕

转基因植物：解决传统育种方法所需时间较长，且远缘亲本难以杂交的问题。

转基因动物

基因工程与疾病治疗〔医药工业和医学领域〕

基因工程药物：

胰岛素〔注射〕：蛋白质激素，治疗胰岛素依赖型糖尿病。传统：从猪羊的胰腺中提取。现：转入了人胰岛素原基因的大肠杆菌，可以合成人胰岛素原，加工后得到有生物活性的胰岛素

干扰素〔注射〕：病毒侵入细胞后产生的糖蛋白。有抗病毒、抗细胞分裂和免疫调节功能。传统：从人血液中提取。现：人白细胞干扰素基因获得克隆和表达。

乙型肝炎疫苗：蛋白质。现还无特效药物治疗乙肝。现：酵母乙肝疫苗〔酵母菌〕，哺

乳动物细胞乙肝疫苗。

基因治疗：向目标细胞中引入正常功能基因，以纠正或补偿基因的缺陷。

首例：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者有缺陷的，经过转化、培养后可产生ADA，将成千

上万个转基因的T淋巴细胞转移到患者骨髓组织中。

技术还不成熟

基因工程与生态环境保护〔环境保护领域〕：工程菌

植物的克隆

技术根底：植物组织培养

植物细胞全能性和组织培养方法

植物细胞全能性〔有全套基因〕：植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具

有发育成完整植株的潜能。〔一些品系的培养细胞所诱导出的再生植株，在屡次继代培养

后，会丧失细胞全能性的表达能力〕

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

植物组织培养程序

条件：离体〔基因的选择性表达〕、营养剂、生长调节剂、无菌、半固体培养基〔含0.7-1%琼脂〕

愈伤组织：一种相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织，在创伤的刺激下脱分化在创伤外表形成的。通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比，可诱导出芽和根的顶端分生组织，再得植株。

胚性细胞：将含愈伤组织培养物的试管放在摇床上，通过液体悬浮培养分散成的单细胞。细胞质丰富、液泡小、细胞核大。可发育成胚状体，再得植株。

用原生质体培养也可得新植株

植物细胞全能性的表达

在长期培养中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降的可能原因：

染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，且结果不可逆。

细胞或组织中激素平衡被打破或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变

产生了缺乏成胚性的细胞系

细胞培养和器官培养

细胞培养：单细胞—细胞团—球形胚—心形胚—胚状体—完整植株

器官培养：有的植物可以在愈伤组织的根底上直接发育出花器官〔调节激素比〕

可在试管中进行植物受精过程和自受精卵进行的植物胚胎发育过程

原生质体培养和植物细胞工程

由于植物细胞壁的存在，植物的组织培养和克隆有一定难度。

原生质体：

获得：在0.5-0.6mol/L的甘露醇溶液环境下用纤维素酶和果胶酶的混合液处理细胞，获得球形的原生质体。

原生质体融合〔植物体细胞杂交〕意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。打破物种之间的生殖隔离，扩大遗传重组范围。

植物细胞工程：培养植物细胞〔原生质体〕，借助基因工程方法，将外源遗传物质导入受体细胞，或通过细胞融合、显微注射等〔原生质体〕将不同来源的遗传物质重新组合〔再诱导出细胞壁〕，培养转基因细胞或重组细胞，得新植株。

多途径的植物克隆实践〔培养特定细胞系〕

1.次生代谢产物〔中药〕的工业化生产

2.单倍体克隆〔花药、花粉培养〕

3.抗炎或抗病突变体、抗赖氨酸类似物突变体

动物的克隆

技术根底：动物的细胞和组织培养

动物细胞的培养和克隆形成

理论根底：细胞增殖

动物细胞培养：取局部组织，经过机械消化或胰酶消化，分散成单个细胞，再培养。

动物组织培养：动物组织在体外及人工条件下维持生活状态或生长特性。可以伴随组织分化。长期的组织培养只能使单一类型的细胞保存下来，最终成了简单的细胞培养。

〔统称〕组培：各种生物体结构成分的体外培养〔包括器官培养〔器官的原基、一局部或整个器官〕〕

组织培养技术〔防污染：加抗生素〕：从组织切片中取下小片样品。胰蛋白酶酶解，消化组织中的胶原纤维和细胞外的其他成分，获得单个的成纤维细胞悬液。转入特殊培养液中原代培养〔CO2培养箱中保温〕〔卡氏瓶，瓶盖透气〕，形成生长晕并增大后，将原代细胞〔用胰蛋白酶处理成单细胞悬液〕分装到多个卡氏瓶中进行传代培养。〔定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害〕

细胞系、细胞株

细胞系：可连续传代的细胞。原代培养物在首次传代时就成为细胞系。

必须传代的原因：如果不进行别离培养，到一定时期的细胞就会因细胞密度过大和代谢消耗引起营养枯竭，不能正常生长。

有限细胞系：不能连续培养下去的细胞系。二倍体细胞通常为有限细胞系。

连续细胞系〔转化细胞系〕：能连续培养下去的细胞系。异倍体核型。

恶性细胞系：有异体致瘤性。

另一种连续细胞系：有不死性，但保存接触抑制，不致瘤。

细胞株〔有限细胞系〕：通过一定选择或纯化的方法，从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞。一般具有恒定的染色体组型、同工酶类型、病毒敏感性和生化特性。分为有限细胞株和连续细胞株。

克隆培养法〔细胞克隆〕得到细胞株

把一个单细胞〔祖细胞〕〔最根本要求〕从群体中别离出来单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体〔纯系〔未经克隆化培养的细胞系具有异质性〕〕。

原代培养细胞和有限细胞系克隆起来较为困难。

提高细胞克隆形成率：适宜培养基、添加血清、以滋养细胞〔本身失去增殖力的小鼠成纤维细胞〕支持生长、激素〔胰岛素：促进血糖吸收〕刺激、用CO2培养箱调节pH。

最主要用途：从普通细胞系中分理出缺乏特殊基因的突变细胞系。

动物的细胞融合技术及其应用

原理：细胞膜的流动性

细胞融合和细胞杂交

融合方法：灭活的仙台病毒〔动物〕、聚乙二醇〔动植〕、电融合技术〔动植〕

细胞杂交：基因型不同的细胞间的融合。细胞融合：基因型相同或不同的细胞间的融合。

由于细胞杂交中染色体容易丧失，利用杂交细胞检测特定染色体丧失与特定基因产物〔蛋白质〕减少的对应关系可以进行基因定位。

杂交瘤技术和单克隆抗体的制备

利用抗原〔被检测的物质〕抗体反响，可以诊断和防止各种疾病，可以研究抗原物质在细胞中的定位及其功能等.由于抗原抗体反响的高度特异性，可使用杂交瘤技术制备高纯度的抗体。

杂交瘤技术〔获得针对羊红细胞的单克隆抗体〕

向小鼠注射特定的抗原蛋白〔灭活的病毒〕，获得已免疫的B淋巴细胞〔脾细胞〕，和经培养的骨髓瘤细胞融合，形成杂交细胞。

筛选杂交细胞〔抗体检验〕，克隆能产生抗体的阳性细胞。

筛选能产生特定抗体的杂交细胞〔抗体检验〕，再克隆阳性细胞。获得来自单一细胞的既能产生特异抗体、又能无限增殖的杂交瘤细胞。

进行体内培养〔注射小鼠腹腔优点：无需再提供营养物质和无菌环境，操作简便〕或体外培养〔培养基〕，产生单克隆抗体。

单抗比一般血清优越的多：

1.一般抗血清中的抗体是一群识别不同抗原位置的抗体混合物。单抗特异性强，灵敏度高，能大量制备。

2.单抗可作为特异探针，研究相应抗原蛋白的结构、细胞学分布及其功能。

动物的克隆培养

原理：细胞核的全能性

动物细胞的分化被认为一般是不可逆的，因为在动物发育的过程中，细胞的发育潜能逐渐变

窄。

动物细胞全能性的表现程度

八分裂球以下具有全能性，即具有使后代细胞形成完整个体的潜能。

多能细胞：具有分化出多种组织的潜能〔多能造血干细胞〕。

单能细胞：只能分化为一种细胞〔单能造血干细胞〕。

已经分化的细胞不再分化为其他细胞，甚至终生不再分裂。

无论分化还是癌化，变化的都是表现型，基因的完整性可以保存。

细胞核移植实验

紫外线破坏受精卵核，细胞核移到无核卵形成一个重建的“合子〞，使重组细胞发育成囊胚。

肠上皮核移植1%-2%形成蝌蚪，囊胚核移植50%形成蝌蚪或可育成蛙

核移植需要借助精密的显微操作仪器和高效率的细胞融合法。

体细胞克隆

1.取卵，去核。去核卵母细胞：含有促进细胞全能性表达的物质，体积大易操作，营养物质多。

2.取乳腺上皮细胞，进行营养限制性培养〔降低培养基中牛血清浓度〕，取出双倍体核

3.将乳腺细胞中的双倍体核植入去核卵中，分裂至八细胞胚〔用电脉冲细胞融合法选择〕置入代孕母羊子宫〔胚胎能存活的生理根底：无免疫排斥反响〕。

证明了细胞质具有调控细胞核〔包括异源的细胞核〕发育的作用

成功原因：重组卵细胞最初分裂时虽然复制了DNA，但基因的转录尚未开始；同时，供体核DNA开始丧失来源于乳腺细胞的调节蛋白〔最初阻止核基因的表达〕;重组细胞开始第三次分裂时，原乳腺细胞的调节蛋白全部被卵细胞质中的蛋白因子替换了，因此核DNA被重新编排，胚细胞开始表达自己的基因，进而调控胚在代孕母亲子宫中的进一步发育。

胚胎工程

从受精卵谈起

个体发育分为胚胎发育〔受精卵发育成幼体〕和胚后发育〔幼体到成体包括变态发育〕

受精作用：精卵识别〔同种动物精子卵细胞外表有特异性互相识别的糖蛋白〕、精子附着于卵膜、精卵质膜融合

胚胎发育过程〔受精卵-卵裂期〔卵裂球[2-32][2-8]每个细胞都有全能性〕-囊胚期-原肠胚期〔最关键〕-组织器官、系统〔组织器官形成期〕-胎儿〕

囊胚〔胚泡〕：外表为一层扁平细胞，称滋养层，发育成胚胎的附属结构或胚外结构〔胚盘〕。内细胞团不断增殖分化将发育成完整的胚胎。内细胞团的细胞为胚胎干细胞，是一种未分化的细胞，具有发育全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官。

原肠胚的内、中、外三个胚层逐渐分化形成各种器官原基。

胚胎工程

胚胎工程通常指各种胚胎操作技术

研究对象通常限定于高级脊椎动物，特别是哺乳动物。

体外受精、胚胎体外培养

体外受精：

1.将成熟的精子放入培养液中培养，使精子到达获能状态，这样才能够穿入卵细胞内部

2.从卵巢中获得次级卵母细胞。常用方法：卵巢经超数排卵处理后用超声监视器确定卵泡位置，插入穿刺针吸取卵泡液，取出卵母细胞，在体外进行人工培养，促其成熟。

3.获能的精子和成熟后的卵细胞在体外适宜的环境下共同培养一段时间，便可受精

4.培养，植入或着床。移植的最适时间：发育到8细胞以上的胚胎〔早期囊胚〕

胚胎体外培养：通过人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。

由于胚胎不同发育时期生理代谢的需求不同，需配置一系列含有不同成分的培养液，用以培养不同发育时期的胚胎。

胚胎移植〔借腹怀胎〕

由于无法进行全体外培养，目前，胚胎移植成为胚胎工程中获得后代的唯一方法。

实质：早期胚胎在相同的生理环境下空间位置的转移。

过程：一头母畜〔经济价值高、遗传性状优良〕发情超数排卵并经配种后，在一定时间内从其生殖器官中〔输卵管和子宫角〕取出早期胚胎，进行遗传学诊断后，分别移植到另外一头与供体同期发情排卵、未经配种的母畜〔一般品种〕的相应部位〔输卵管或子宫角〕，在受体子宫着床。

胚胎分割

借助显微操作技术将早期胚胎〔囊胚及囊胚前〕切割成几等份〔囊胚内细胞团需均等分割〕，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代〔表现性可能不同变异〕的技术

根本过程：将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿中，在显微镜下用切割针或切割刀把胚胎分散开，或用酶处理等方式将卵裂球中的细胞分散开；分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚阶段再移植。

胚胎干细胞

胚胎干细胞培养

胚胎干细胞是一种未分化的细胞，具有发育全能性和二倍体核型。在适当条件下可被诱导分化成多种细胞、组织。

培养胚胎干细胞的关键是需要一种培养体系。这种体系必须能促进胚胎干细胞生长，同时还要抑制胚胎干细胞的分化。在培养胚胎干细胞时，首先要在培养皿底部制备一层细胞，称为饲养层〔胚胎成纤维细胞：无增值能力，可以分泌一些能抑制细胞分化的物质〕，再将干细胞接种在饲养层上。把胚胎放在培养液中继续培养，直到内细胞团突出饲养层外，然后用酶消化或机械剥离内细胞团，再把它用酶消化成单个细胞，置于新鲜培养液中培养。

胚胎干细胞核移植

指把胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的技术。

作用

胚胎干细胞可以进行基因敲除，获得基因敲除动物，如用基因敲除手段可以获得适合人体移植的猪器官，减弱或消除排斥反响；人体的胚胎干细胞可以转变为人体的任何一种细胞和组织，利用这一特性可以培育用于移植的细胞、组织和器官；通过胚胎干细胞，我们还可以在试管中改进并创造动物新品种，再结合基因工程等技术培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种，生产有价值的动物等。

生态工程

背景：人口爆炸，资源枯竭，生态环境破坏，粮食短缺，空气污染

生态工程的主要类型

原理：整体、协调、循环、再生

工程

理论根底

意义

实例

物质循环再生原理

循环再生

可防止环境污染及其对系统稳定和开展的影响

无废弃物农业

协调性原理

生物与环境的协调与平衡

可防止系统的失衡和破坏

太湖富营养化问题

整体性原理

社会、经济、自然复合系统

统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定

林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题

研究对象：社会—经济—自然复合生态系统。

生态工程主要类型：

〔1〕物质循环利用的生态工程

城市：生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理，将生活垃圾中有机局部、人畜的粪便等转化为优质生态复合肥。

农村：开展养殖业，将农作物秸秆“过腹还田〞，利用禽畜粪便与作物秸秆培养食用菌后再培养蚯蚓，蚓烘残渣再作为肥料，既减少或防止了田间烧草给环境带来的污染，又增加了产值。

〔2〕节水和废水处理与应用的生态工程

节水：西北干旱地区：雨水和地表水收集；农业区：节水灌溉技术；城市、工业节水系统的开发等。

废水处理与应用〔对工业废水、生活污水等实施减量、回收、再生、再循环〕：造糖厂：糖蜜制酒精；造纸厂：废液回收钙粉、木质素；

屠宰场：废血提取凝血酶、血红蛋白。

山区小流域综合治理与开发的生态工程

清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程

沼气、太阳能、风能的开发和利用

问题：“沼气工程〞是我国农村普遍存在的一种生态工程，它遵循的主要原理是什么？

答：物质循环、再生原理。

〔5〕其他类：住宅、小区和城镇建设生态工程；

荒山、荒坡、滩涂、湿地以