高考必看现代生物技术专题

1选修3《现代生物技术专题》精要知识点汇总专题1基因工程（一）基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。（二）基因工程的原理：基因重组1.1基因工程的基本工具一、“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）1、来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。2、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。3、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1、两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。2②区别：E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，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连接酶来源于T4噬菌体，能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。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1、载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。2、常用的载体是质粒,它是一种裸露的、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。3、其它载体：λ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.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。3.从基因文库中获取目的基因（1）基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，这些受体菌称为这种生物的基因文库。3（2）基因组文库：如果一个基因文库含有某种生物的全部基因，这个基因文库就是该种生物的基因组文库。（3）部分基因文库：如果一个基因文库含有某种生物的一部分基因，这个基因文库就是该种生物的部分基因文库。4.PCR技术扩增目的基因（1）什么是PCR？PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过这一技术，可以在短时间内大量扩增目的基因。（2）原理：DNA双链复制（3）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。第二步：基因表达载体的构建(这一步是基因工程的核心)1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：启动子＋目的基因＋终止子＋标记基因（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA短片段，它能使转录在所需要的地方停止下来。（3）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抗性基因。第三步：将目的基因导入受体细胞41.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。2.常用的转化方法：（1）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。（2）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。（3）将目的基因导入微生物细胞：①早期的基因工程用原核生物作为受体细胞的原因：原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。②应用最为广泛的微生物受体细胞是：大肠杆菌③大肠杆菌细胞最常用的转化方法是：第一步，用Ca2+处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。第二步，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。3.重组细胞导入受体细胞后，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。第四步：目的基因的检测与鉴定（这是检查基因工程是否做成功的一步）1.首先要检测转基因生物的染色体的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，方法是采用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。53.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。1.3基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫、抗病、其他抗逆转基因植物；利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：用于提高动物生长速度；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产药物（乳腺生物反应器）；用转基因动物作器官移植的供体。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。基因治疗又可分体外基因治疗和体内基因治疗。1.4蛋白质工程的崛起蛋白质工程的概念：是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）（1）蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质6（2）蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。（3）蛋白质工程的基本途径：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（基因）。以上是蛋白质工程特有的途径；以下按照基因工程的一般步骤进行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列专题2细胞工程1、细胞工程的概念：是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。2、根据操作对象的不同，细胞工程可分为植物细胞工程和动物细胞工程。2.1植物细胞工程一、植物组织培养技术1、原理：植物细胞具有全能性，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能。72、过程：（脱分化）（再分化）离体的植物器官、组织或细胞―--―→愈伤组织―-―--→幼根和芽――→完整植株3、几个概念(1)外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官。(2)细胞脱分化：已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。(3)愈伤组织:离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。(愈伤组织细胞特点：是具有分生能力的薄壁细胞。)（4）再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。（5）植物组织培养:在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。4、植物组织培养的条件：（1）细胞离体（2）一定的营养物质、激素和其他外界条件（如含有全部营养成分的培养基、一定的温度、湿度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等）。5、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是植物激素（主要是生长素与细胞分裂素）。当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；而当细胞分裂素的效应高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。86、生物生长发育过程中，细胞不表现全能性的原因：基因的选择性表达。7、植物组织培养的用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。（1）植物繁殖①微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖②作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。（优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输）（2）作物新品种培育①单倍体育种：单倍体育种的过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）,得到单倍体植株；在单倍体的幼苗时期用秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。单倍体育种的优点：明显缩短育种年限。②突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）（3）细胞产物的工厂化生产：通过对能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。如人参皂苷的工厂化生产。8、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。9二、植物体细胞杂交技术1、过程（图解）：2、注意点:①去细胞壁所用的物质：纤维素酶和果胶酶；②诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。③融合完成的标志：杂种细胞再生出细胞壁；④过程：植物细胞融合及植物组织培养；②植物细胞A植物细胞B杂种细胞愈伤组织杂种植株③④⑤①103、植物体细胞杂交的概念：是将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培养成新的植物体的技术。4、意义：打破不同种生物间的生殖隔离限制，在一定程度上克服了远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。2.2动物细胞工程动物细胞工程常用的技术手段有：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生成单克隆抗体等。其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。一、动物细胞培养1、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。2、动物细胞培养的流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→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或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞，继续传代培养。3、细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，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相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。4、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。11②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。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。5、动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；检测有毒物质；培养医学研究所需用的各种细胞。二、动物体细胞核移植技术和克隆动物1、概念：动物核移植就是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。用核移植方法得到的动物称为克隆动物。2、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）。3、