选修3《现代生物科技专题》知识点总结
专题1 基因工程
基因工程的概念
概念：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。
基本原理：让目的基因在受体细胞内稳定且高效的表达
理论基础:DNA是生物遗传物质的发现,DNA双螺旋结构，遗传信息传递方式
核心：构建重组DNA分子
（一）基因工程的基本工具
1.“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。
注意：用同种限制酶分别切割目的基因和载体从而形成相同的粘性末端，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来 ，有时用不同限制酶也可以形成相同的粘性末端，用两种限制酶切割使目的基因和载体两端各形成两种粘性末端，防止载体和目的基因自身环化
2.“分子缝合针”——DNA连接酶
(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：
①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②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连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
(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。
3.“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）最常用的载体是质粒,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
(二)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.PCR技术扩增目的基因
（1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
（2）目的：获取大量的目的基因
（3）原理：DNA双链复制
（4）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链为单链，断裂氢键；
第二步：冷却到55～60℃，引物与两条单链DNA结合，形成局部双链DNA；
第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶（Taq酶）从引物起始进行互补链的合成。
（5）特点：指数(2n)形式扩增
（6）使用的前提：已知目的基因的一段核苷酸序列
第二步：基因表达载体的构建(核心)
1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。
2.组成：目的基因＋启动子＋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：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。
（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基因。
注意：①载体与表达载体的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构②用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键③启动子、终止子对于目的基因表达必不可少④目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表达载体的方式携带进去。
第三步：将目的基因导入受体细胞_
1.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：
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（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。
将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。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 Ca2+ 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。
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：目的基因的检测和表达
1.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，方法是采用DNA分子杂交(DNA-DNA)技术。
2.其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用分子杂交(DNA-RNA)技术。
3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原—抗体杂交技术。
4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如生物抗虫或抗病的鉴定等。
（三）基因工程的应用
1.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。
2.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（重点：乳腺生物反应器 看课本）。
3.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作用。
4.基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。
（四）蛋白质工程的概念
蛋白质工程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）
转录 翻译
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）
★ 蛋白质工程与基因工程区别
专题2 细胞工程
（一）植物细胞工程
1.理论基础（原理）：细胞全能性
全能性概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物个体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。
现实表现：在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官
原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。
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
2.植物组织培养技术
（1）原理：植物细胞的全能性
（2）过程：离体的植物器官、组织或细胞 —→愈伤组织 —→试管苗 —→植物体 脱分化和再分化
（3）植物组织培养条件： 离体的植物细胞、组织、器官 无菌和人工控制 培养在人工制备的培养基上 给予适宜的培养条件
（4）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（具体的应用看课本38页）。
（5）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。
3、植物体细胞杂交技术
概念：不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体的方法
理论基础：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
过程 ：见课本过程
注意：去掉细胞壁的方法：酶解法 （纤维素酶和果胶酶）
原生质体融合的方法：诱导融合：物理法（离心、振动、电激）化学法（PEG,聚乙二醇）
意义：因为不同种生物之间存在生殖隔离，此项技术在克服不同生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破。
（二）动物细胞工程
1. 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抑制时，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。
②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：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、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）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）。
（2）选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；含有促使体细胞细胞核表现全能性的物质和营养。
（3）体细胞核移植的大致过程是：（右图）
核移植
胚胎移植
（4）体细胞核移植技术的应用：
①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育； ②保护濒危物种，增大存活数量；
③生产珍贵的医用蛋白； ④作为异种移植的供体；
⑤用于组织器官的移植等。
（5）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。
3.动物细胞融合
（1）动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。
（2）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。
（3）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。
4.单克隆抗体
（1）抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。
（2）单克隆抗体的制备过程：两次筛选:第一次筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。
（3）杂交瘤细胞的特点：既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。
（4）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。
（5）在腹腔内增殖的优点：不需要特定的培养基，不需要严格的外界条件。
（6）筛选的时候用：特定的选择性培养基进行筛选。经选择性培养的杂交瘤细胞，还需进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的 细胞。
（5）单克隆抗体的作用：
① 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。
② 用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹”（借助单克隆抗体的导向作用），也有少量用于治疗其它疾病。
专题3 胚胎工程
〖3.1 体内受精和早期胚胎发育〗
〖3.2 体外受精和早期胚胎培养〗
再经移植产生后代的技术。
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，牛羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才进行移植，人的体外受精胚胎，即试管胚胎，可在8到16个细胞阶段移植
〖3.3 胚胎工程的应用及前景〗
（一）动物胚胎发育的基本过程
1、胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。
（二）胚胎干细胞
3、胚胎干细胞的主要用途是：
①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；
③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；
（三）胚胎工程的应用
1.体外受精和胚胎的早期培养
不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植，人的体外受精胚胎可在8-16个细胞阶段移植。)
专题4 生物技术的安全性和伦理问题
中国政府的态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。。
生物武器
(1)种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌。
(2)散布方式：吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等。
(3)特点：致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有潜伏期、不易被发现、危害时间长等。
(4)禁止生物武器公约及中国政府的态度
专题5 生态工程
一、生态工程的基本原理
1、生态工程的概念
（1）原理技术
应用 生态学 和 系统学 等学科的基本理论和方法通过 系统设计、 调控 和 技术组装
（2）操作
对 已破坏的生态环境 进行 修复、重建
对 已造成环境污染和破坏的传统生产方式进行 改善
（3）结果
提高 生态系统的生产力 促进 人类社会和自然环境的和谐发展。
2、生态工程所遵循的基本原理
（1）.生态工程建设的目的：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。
（2）.生态工程的特点： 少消耗，多效益，可持续的生态工程。
二、生态工程的实例和发展前景
1、生态工程的实例分析
2、生态工程的发展前景
（1）“生物圈2号”生态工程实验启示： 使人类认识到与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识，即自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝。