高中生物選修3高考知識點.doc

專題1 基因工程 基因拼接的理論基礎(chǔ)(1)大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA。(2)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。(3)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)外源基因在受體內(nèi)表達的理論基礎(chǔ)(1)基因是控制生物性狀的獨立遺傳單位。(2)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。(3)生物界共用一套遺傳密碼?；蚬こ痰母拍罨蚬こ淌侵赴凑杖藗兊脑竿M行嚴(yán)格的設(shè)計，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。（一）基因工程的基本工具1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。2.“分子縫合針”DNA連接酶(1)兩種DNA連接酶（EcoliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：相同點：都縫合磷酸二酯鍵。區(qū)別：EcoliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶來源T4噬菌體，能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。(2)與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運輸車”載體（1）載體具備的條件：能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。（2）最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細(xì)菌擬核之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。（3）其它載體： 入 噬菌體的衍生物、動植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的獲取1.目的基因是指： 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 和某些具有調(diào)控作用的因子。2.原核基因采取直接分離（從基因文庫中獲?。┇@得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法_和化學(xué)合成法_。3.PCR技術(shù)擴增目的基因（1）原理：DNA雙鏈復(fù)制（2）過程：第一步：加熱至9095DNA解鏈；第二步：冷卻到5560，引物結(jié)合到互補DNA鏈；第三步：加熱至7075，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成。（3）條件：模板，引物，熱穩(wěn)定DNA聚合酶（taqDNA聚合酶）第二步：基因表達載體的構(gòu)建（基因工程中的最關(guān)鍵步驟）1.目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。2.組成：目的基因啟動子終止子標(biāo)記基因（1）啟動子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ，位于基因的尾端。（3）標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(鑒定和篩選含有目的基因的受體細(xì)胞)。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞_1.轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。2.常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。T-DNA作用：將目的基因?qū)氲绞荏w細(xì)胞并整合到染色體DNA上將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞：最常用的方法是 顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是 受精卵。將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：原核生物作為受體細(xì)胞的原因是 繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少 ，最常用的原核細(xì)胞是 大腸桿菌 ，其轉(zhuǎn)化方法是：先用 CaCl2處理細(xì)胞，使其成為 感受態(tài)細(xì)胞 （原因是：未經(jīng)處理的細(xì)胞不能從外界環(huán)境中吸收DNA），再將 重組表達載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。3.重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選含有基因表達載體受體細(xì)胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達。第四步：目的基因的檢測和表達1.首先要檢測 轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子雜交技術(shù)（原理是：堿基互補配對原則）。2.其次還要檢測 目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是采用 用標(biāo)記的目的基因作探針與 mRNA雜交（DNA-RNA分子雜交技術(shù)，原理是：堿基互補配對原則）。3.最后檢測 目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取 蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的 抗體進行抗原抗體雜交。4.有時還需進行 個體生物學(xué)水平的鑒定。如 轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。（三）基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。3.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用。（四）蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)）轉(zhuǎn)錄 翻譯 專題2 細(xì)胞工程（一）植物細(xì)胞工程 1.理論基礎(chǔ)（原理）：細(xì)胞全能性全能性表達的難易程度：受精卵生殖細(xì)胞干細(xì)胞體細(xì)胞；植物細(xì)胞動物細(xì)胞2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)（1）過程：離體的植物器官、組織或細(xì)胞（2）用途：微型繁殖（繁殖速度快，能保持親本的遺傳性狀）、作物脫毒（選擇植物根尖和莖尖，因為它們不含毒）、制造人工種子、單倍體育種、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。（3）地位：是培育轉(zhuǎn)基因植物、植物體細(xì)胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。3.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)（1）過程：（纖維素酶和果膠酶）（2）誘導(dǎo)融合的方法：物理法包括離心、振動、電刺激等。化學(xué)法一般是用聚乙二醇（PEG）作為誘導(dǎo)劑。（3）意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。(4)融合成功標(biāo)志：新細(xì)胞壁的形成（二）動物細(xì)胞工程 1. 動物細(xì)胞培養(yǎng)（1）概念：動物細(xì)胞培養(yǎng)就是從動物機體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長和繁殖。（2）動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程：取動物組織塊（健康的動物胚胎或幼齡動物的器官或組織）剪碎用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細(xì)胞制成細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶中進行原代培養(yǎng)貼滿瓶壁的細(xì)胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細(xì)胞繼續(xù)傳代培養(yǎng)。（3）細(xì)胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細(xì)胞貼壁。細(xì)胞數(shù)目不斷增多，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時，細(xì)胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。（4）動物細(xì)胞培養(yǎng)需要滿足以下條件無菌、無毒的環(huán)境：培養(yǎng)液應(yīng)進行無菌處理。通常還要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中的污染。此外，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液，防止代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害。營養(yǎng)：合成培養(yǎng)基成分：糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分（原因是人們對細(xì)胞所需要的營養(yǎng)物質(zhì)還不完全清楚）。溫度：適宜溫度：哺乳動物多是36.50.5；pH：7.27.4。氣體環(huán)境：95%空氣5%CO2。O2是細(xì)胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。（5）動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用：制備病毒疫苗、制備單克隆抗體、檢測有毒物質(zhì)、培養(yǎng)醫(yī)學(xué)研究的各種細(xì)胞。2.動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（原理是：細(xì)胞核的全能性）（1）哺乳動物核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植（比較容易）和體細(xì)胞核移植（比較難）。（2）選用去核卵(母)細(xì)胞的原因：卵(母)細(xì)胞比較大，容易操作；卵(母)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)多，營養(yǎng)豐富。（3）體細(xì)胞核移植的大致過程是：（右圖）核移植胚胎移植（4）體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用：加速家畜遺傳改良進程，促進良畜群繁育； 保護瀕危物種，增大存活數(shù)量；生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白； 作為異種移植的供體；用于組織器官的移植等。（5）體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問題：克隆動物存在著健康問題、表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。3.動物細(xì)胞融合（1）動物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交，是指兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程。融合后形成的具有原來兩個或多個細(xì)胞遺傳信息的單核細(xì)胞，稱為雜交細(xì)胞。（2）動物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同，誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方法類似，常用的誘導(dǎo)因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激等。（3）動物細(xì)胞融合的意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，成為研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生物新品種培育的重要手段。（4）動物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交的比較：比較項目細(xì)胞融合的原理細(xì)胞融合的方法誘導(dǎo)手段用法植物體細(xì)胞雜交細(xì)胞膜的流動性去除細(xì)胞壁后誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合離心、電刺激、振動，聚乙二醇等試劑誘導(dǎo)克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，獲得雜種植株動物細(xì)胞融合細(xì)胞膜的流動性使細(xì)胞分散后誘導(dǎo)細(xì)胞融合除應(yīng)用植物細(xì)胞雜交手段外，再加滅活的病毒誘導(dǎo)制備單克隆抗體的技術(shù)之一4.單克隆抗體（1）抗體：一個B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產(chǎn)量低、純度低、特異性差。（2）單克隆抗體的制備過程：注入小鼠細(xì)胞融合分離抗原注入小鼠體內(nèi)B淋巴細(xì)胞骨髓瘤細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞細(xì)胞培養(yǎng)選擇培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)基體內(nèi)培養(yǎng)體外培養(yǎng)從腹水提取從培養(yǎng)液提取單克隆抗體（3）雜交瘤細(xì)胞的特點：既能大量繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體。（4）單克隆抗體的優(yōu)點：特異性強，靈敏度高，并能大量制備。（5）單克隆抗體的作用： 作為診斷試劑：準(zhǔn)確識別各種抗原物質(zhì)的細(xì)微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有準(zhǔn)確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。 用于治療疾病和運載藥物：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導(dǎo)彈”，也有少量用于治療其它疾病。專題3 胚胎工程1概念、胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。2、動物胚胎發(fā)育的基本過程（1）精子的發(fā)生：補充，精原細(xì)胞先進行有絲分裂后進行減數(shù)分裂；變形過程中，細(xì)胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發(fā)育為頂體，中心體演變?yōu)榫拥奈玻€粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質(zhì)濃縮為原生質(zhì)滴直至脫落。線粒體為精子運動提供能量（2）卵子的發(fā)生：在胎兒時期，卵原細(xì)胞進行有絲分裂演變成初級卵母細(xì)胞被卵泡細(xì)胞包圍，減一分裂在排卵前后完成，形成次級卵母細(xì)胞和第一極體進入輸卵管準(zhǔn)備受精；減二分裂是在受精過程中完成的。（3）受精：精子獲能（在雌性動物生殖道內(nèi)）；卵子的準(zhǔn)備（排出的卵子要在輸卵管中進一步成熟到減二中期才具備受精能力）；受精階段卵子周圍的結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)：放射冠、透明帶、卵黃膜，a頂體反應(yīng)：精子釋放頂體酶溶解卵丘細(xì)胞之間的物質(zhì)，穿越放射冠。b透明帶反應(yīng)：頂體酶可將透明帶溶出孔道，精子穿入，在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止后來精子進入透明帶的生理反應(yīng)它是防止多精子入卵受精的第一道屏障；c卵細(xì)胞膜的封閉作用：精子外膜和卵黃膜融合，精子入卵后，卵黃膜會拒絕其他精子再進入卵內(nèi)的過程它是防止多精子入卵受精的第二道屏障；精子尾部脫落，原有核膜破裂形成雄原核，同時卵子完成減二分裂，形成雌原核注意：受精標(biāo)志是第二極體的形成；受精完成標(biāo)志是雌雄原核融合成合子。（1）受精場所是母體的輸卵管。（2）胚胎發(fā)育：a卵裂期：細(xì)胞進行有絲分裂，數(shù)量增加，胚胎總體積不增加；b桑椹胚：32個細(xì)胞左右的胚胎之前所有細(xì)胞都能發(fā)育成完整胚胎的潛能屬全能細(xì)胞；c囊胚：細(xì)胞開始分化，其中個體較大的細(xì)胞叫內(nèi)細(xì)胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織；而滋養(yǎng)層細(xì)胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤；胚胎內(nèi)部逐漸出現(xiàn)囊胚腔注：囊胚的擴大會導(dǎo)致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化；d原腸胚：內(nèi)細(xì)胞團表層形成外胚層，下方細(xì)胞形成內(nèi)胚層，由內(nèi)胚層包圍的囊腔叫原腸腔。細(xì)胞分化在胚胎期達到最大限度（三）胚胎工程的應(yīng)用1.體外受精和胚胎的早期培養(yǎng)(1)卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)：主要方法：用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，然后，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細(xì)胞；第三種方法是借助超聲波探測儀、腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細(xì)胞。采集的卵母細(xì)胞，都要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。b精子的采集 假陰道法、手握法和電刺激法；獲能 對嚙齒動物、兔、豬等的精子用培養(yǎng)法（放入人工配制的獲能液中）；對牛、羊等精子用化學(xué)法（放在肝素或鈣離子載體溶液中） (3) 受精（屬于有性生殖）：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵細(xì)胞在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫^程。(4)胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應(yīng)將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。培養(yǎng)液成分較復(fù)雜，除一些無機鹽和有機鹽外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分，以及血清等物質(zhì)。當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個細(xì)胞階段移植。)2.胚胎移植(1)胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其它雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體稱為“受體”。（供體為優(yōu)良品種，作為受體的雌性動物應(yīng)為常見或存量大的品種。）地位：如轉(zhuǎn)基因、核移植，或體外受精等任何一項胚胎工程技術(shù)所生產(chǎn)的胚胎，都必須經(jīng)過胚胎移植技術(shù)才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。(2) 胚胎移植的意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖能力。(3) 生理學(xué)基礎(chǔ)：動物發(fā)情排卵后，同種動物的供、受體具有相同的生理環(huán)境，這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境。早期胚胎在不與母體子宮建立組織上的聯(lián)系。這就為胚胎的收集提供了可能。受體對移入子宮的外來胚胎不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。這為胚胎在受體的存活提供了可能。受體不會改變外來胚胎的遺傳性狀 (4) 基本程序主要包括：對供、受體的選擇和處理。選擇遺傳特性和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的供體，有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素（性激素：孕激素）進行同期發(fā)情處理，用促性腺激素對供體母牛做超數(shù)排卵處理。配種或人工授精。對胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存。配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。對胚胎進行質(zhì)量檢查，此時的胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹或胚囊胚階段。直接向受體移植或放入196的液氮中保存。對胚胎進行移植。移植后的檢查。對受體母牛進行是否妊娠的檢查。3.胚胎分割(1)概念：是指采用機械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。(2)意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，屬于無性繁殖。(3)材料：發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的發(fā)育過程中，細(xì)胞開始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。）(4)操作過程：對囊胚階段的胚胎分割時，要將內(nèi)細(xì)胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復(fù)和進一步發(fā)育。（二）胚胎干細(xì)胞1、哺乳動物的胚胎干細(xì)胞簡稱ES或EK細(xì)胞，來源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來。2、具有胚胎細(xì)胞的特性，在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小，細(xì)胞核大，核仁明顯；在功能上，具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細(xì)胞。另外，在體外培養(yǎng)的條件下，可以增殖而不發(fā)生分化，可進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。3、胚胎干細(xì)胞的主要用途是：可用于研究哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律；是在體外條件下研究細(xì)胞分化的理想材料，在培養(yǎng)液中加入分化誘導(dǎo)因子，如牛黃酸等化學(xué)物質(zhì)時，就可以誘導(dǎo)ES細(xì)胞向不同類型的組織細(xì)胞分化，這為揭