09 衡水中学高三生物一轮复习资料-现代生物科技的相关工程

衡水中学高三生物一轮复习资料——现代生物科技的相关工程专题1基因工程一．知识网络概念：又叫DNA重组技术，是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，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工具来源：主要从原核生物分离纯化基因工程工具（“分子手术刀”）限制性核酸内切酶（限制酶）作用：识别双链DNA中某种特定的核苷酸序列，并使特定部位的磷酸二酯键断开（“分子手术刀”）结果：产生黏性末端或平末端E·coliDNA连接酶DNA连接酶“分子缝合针”基来源：大肠杆菌E·coliDNA连接酶DNA连接酶“分子缝合针”本作用：连接黏性末端T4DNA连接酶工来源：T4噬菌体T4DNA连接酶具作用：可连接两种末端常用载体：质粒能在受体细胞中复制并稳定保存基因进入受体细胞的载体必备条件具有一至多个限制酶切点（“分子运输车”）具有标记基因其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒目的基因的获取 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，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组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因基因表达载体基因工程的操作程序的构建基因工程的操作程序将目的基因导入植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法将目的基因导入动物细胞：显微注射法将目的基因导入植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法将目的基因导入动物细胞：显微注射法Ca2+含重组DNA分将目的基因导入微生物细胞：受体细胞↓感受态子的缓冲液感受态细胞吸细胞收DNA分子的基因导入受体细胞检测转基因生物的染色体DNA是否插入了目的基因（DNA分子杂交法）检测转基因生物的染色体DNA是否插入了目的基因（DNA分子杂交法）↓检测目的基因是否转录出了mRNA（分子杂交法）↓检测目的基因是否翻译成蛋白质（抗原—抗体杂交法）目的基因的检测与鉴定抗虫转基因植物—减轻农药对环境的污染抗虫转基因植物—减轻农药对环境的污染植物基因工程抗病转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质 提高动物生长速度改善畜产品的品质提高动物生长速度改善畜产品的品质动物基因工程用转基因动物生产药物用转基因动物作器官移植的供体基因工程药品的生产应用把正常基因导入体内，使该基因表达产物发挥作用基因治疗体外基因治疗把正常基因导入体内，使该基因表达产物发挥作用基因治疗体外基因治疗方法体内基因治疗基因工程操作中的几个问题DNA连接酶、DNA聚合酶等的理解蛋白质工程与基因工程比较项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向地改造生物的遗传性状，以获得人类所需的生物类型或生物产品（基因的异体表达）结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现如果有一亲代DNA上某个碱基发生突变，一定会使其子代的性状发生改变吗？①体细胞中某基因发生改变，生殖细胞中不一定出现该基因；②DNA上某个碱基对发生改变，它不一定位于基因的中能编码氨基酸的部位；③若为父方细胞质内的DNA上某个碱基对发生改变，则受精后一般不会传给子代；④若该亲代DNA上某个碱基对发生改变产生的是一个隐性基因，并将该隐性基因传给子代，而子代为杂合子，则隐性性状不会表现出来；⑤根据密码子的兼并性，有可能翻译出相同的氨基酸；⑥性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果，在某些环境条件下，改变了的基因可能并不会在性状上表现出来。思考：真核生物的基因导入细菌细胞后，不能正常发挥功效的可能原因有哪些？①被细菌体内的限制性内切酶破坏。②该基因指导合成的蛋白质不能在细菌体内正确修饰和表达。③细菌的RNA聚合酶不能识别真核基因的位点，致使不能启动转录。④细菌细胞中没有切除内含子转录部分的酶。专题2细胞工程1.植物组织培养与动物细胞培养的比较 植物组织培养动物细胞培养原理细胞的全能性细胞的增殖培养基的物理性质固体液体（合成培养基）培养基的成分水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂、激素等葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等结果培育成新的植株或组织培育成细胞系或细胞株培养目的①植株快速繁殖②脱毒植株的培育③人工种子④生产药物、杀虫剂等⑤转基因植物的培育①蛋白质生物制品的生产②皮肤移植材料的培育③检测有毒物质④生理、病理、药理学研究取材植物幼嫩的部位或花药等动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织其他条件均为无菌操作，需要适宜的温度、pH、O2等条件（1）植物组织培养

（2）动物细胞培养

①概念：取动物体的相关组织分散成单个细胞后，在适宜培养基中使细胞生长和增殖的过程。②基本过程：培养的动物细胞大都取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官组织，将组织取出来以后，先用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理，使细胞分散成单个细胞，然后配制一定浓度的悬浮液，在培养瓶中进行原代培养。随着细胞的生长和增殖，大多数细胞不适应悬浮生长，它们必须在固定的表面上生长和分裂，细胞在培养瓶中贴壁生长，随着细胞越来越多，贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖，这种现象叫接触抑制。这样就需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配成细胞悬浮液，分装到两个或两上以上的培养瓶中进行传代培养。在传代培养中出现细胞株和细胞系两种类型。（如图所示）2．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较植物体细胞杂交动物细胞融合细胞融合原理细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞的全能性细胞融合方法用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散后，诱导细胞融合诱导手段离心、电刺激、振动、显微操作、聚乙二醇等诱导与植物体细胞杂交相比，还可用灭活的病毒诱导结果获取杂种植株获得杂种细胞，以生产细胞产品用途克服远缘杂交不亲和的障碍，扩展杂交亲本范围，培育新品种制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等（1）植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。植物体细胞杂交的障碍，一是植物细胞有细胞壁，二是如何诱导植物细胞融合。利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，这样可保持原生质体的活性。去除细胞壁的原生质体再利用人工诱导的方法融合，人工诱导的方法包括物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般是用聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合。原生质体融合后的细胞是杂种细胞，利用植物组织培养技术把杂种细胞培养成杂种植株。（2）动物体细胞核移植动物体细胞核移植依据的原理还是细胞的全能性。动物细胞的全能性随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制，全能性表达很难，但是动物的细胞核内仍含有该种动物的全部遗传基因，具有发育成完整个体的潜能，即动物的细胞核仍具有全能性。但只靠动物的细胞核是不行的，必需提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件，还要保证细胞的完整性，这样去核的卵母细胞是最合适的细胞。因为卵母细胞体积大、易操作，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。通过核移植形成重组细胞，重组细胞必须通过细胞培养形成重组胚胎，然后才能进行胚胎移植，进入代孕母体，发育成成熟胚胎，产出即是克隆动物，该动物的核基因型与供体体细胞完全相同，该技术是一种无性繁殖技术。（3）动物细胞融合、单克隆抗体制备细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，也叫细胞杂交。杂交细胞是具有两个或多个细胞的遗传信息的单核细胞。杂交细胞的形成需要人工诱导，如聚乙二醇（PEG）、灭活的仙台病毒、电激等。融合的细胞要繁殖就要进行动物细胞的培养，通过动物细胞的培养，杂交细胞表现出两个亲本各自的优良特点。单克隆抗体的制备，首先应获得杂交瘤细胞，其过程是用已免疫的效应B细胞和骨髓瘤细胞杂交获得三种细胞：BB细胞、B瘤细胞、瘤瘤细胞，然后用选择培养基筛选获得杂交瘤细胞。杂交瘤细胞要发挥其繁殖快、产生特异性抗体的优点，应通过动物细胞培养才能实现。所以无论是动物细胞融合还是单克隆抗体的制备，都是以动物细胞培养为基础的。3．生物技术与育种技术原理优点缺点诱变育种基因突变提高生物便宜的频率，使后代变异性状较快稳定；可大幅度改良某些性状，缩短育种进程盲目性大，需大量处理供试材料杂交育种基因重组使位于不同个体的优良性状集中于一个个体周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍单倍体育种染色体变异获得个体均为纯种，明显缩短育种年限技术复杂，须与杂交育种配合、且需细胞工程参与多倍体育种染色体变异器官大，提高产量和营养成分适用于植物，动物方面难以展开基因工程育种分子遗传学原理打破物种界限，定向地改造生物遗传性状技术要求高细胞工程育种细胞生物学和分子生物学原理、基因突变植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本范围；定向改造生物遗传性状远缘杂种不能按人们的需要表现出亲代的优良性状专题3胚胎工程一、知识网络时间：初情期以后场所：睾丸曲细精管二者重要区别：体精子的发生哺乳动物卵泡内过程：三个阶段的形成和在卵受巢内的储备是精在出生前完成和时间：性别分化以后的，而精子是从早卵子的发生场所：卵巢输卵管初情期开始的期过程胚受精前的准备阶段准备阶段1：精子获能胎受精准备阶段2：卵子的准备发受精阶段：顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用育胚胎发育：受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚试管动物技术：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，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术胚胎工程胚胎工程卵母细胞的采集和培养②超声波探测仪、内窥镜等①假阴道法体外采集②手握法体受精精子的采集和获能③电刺激法外受获能①培养法精②化学法和受精：获能的精子和培养成熟的卵子发生作用早期培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、胚早期胚氨基酸、核苷酸、血清等胎胎培养不同动物胚胎移植时间不同培定义养现状和意义胚胎移植生理学基础：与供体、受体的生理状况有关胚胎工程的基本程序应用及前景定义胚胎分割设备：实体显微镜和显微操作仪定义：由早期胚胎或原始性腺分离出来的一类细胞。应用二．考点解析1．精子、卵子的发生两者都是在生殖器官内，经过减数分裂而形成的。关于两者的区别应注意以下几点：（1）卵泡的形成和卵巢内的储备，是在出生前完成的，这是两者在发生上的重要区别，但不是唯一区别。（2）精子的发生中减数分裂的两次分裂是连续的，在曲细精管内进行的，场所是唯一的。卵子发生减数分裂的两次分裂是不连续的，第一次是在卵巢内完成，形成的次级精母细胞和第一极体进入输卵管，与精子的结合过程中完成第二次减数分裂。因此，场所在卵巢和输卵管两处，也不是唯一的。（3）减数分裂中细胞质的分配、形成成熟性生殖细胞的数目、是否需要变形，都是两者在发生上的区别。现将二者的发生比较如下：项目精子发生卵子发生区别场所睾丸的曲细精管（场所惟一）卵巢（MI）、输卵管（MII）（场所不惟一）时间初情期后性别分化后开始，卵泡（含次级卵母细胞和第一极体的形成）的形成和在卵巢内的储备，是在出生前（胎儿时期）完成的，减II是在精子和卵子的结合过程中（即受精过程中）完成的过程特点①MI和MII是连续的，需要变形②细胞质均等分配①MI和MII是不连续的，不需要变形②细胞质不均等分配结果形成4个精子形成一个卵细胞和3个极体相同点原始生殖细胞的增殖为有丝分裂生殖细胞的成熟为减数分裂成熟过程均经一次复制和两次分裂，子细胞中染色体数目减半2.受精作用①成熟的精子并不代表具有受精的能力，必须获能后才具备受精能力，刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为精子获能。②排出的卵子并未成熟且成熟程度因动物种类不同而异，但只有达到减II中期时，才具备与精子受精的能力。③对于受精阶段的理解，要先弄清卵母细胞的层层基本结构，才能掌握精子穿行的路线和发生的反应。④对于受精的标志和受精完成的标志应该区分开，受精的标志是第二极体的形成，受精完成的标志是雌雄原核融合成合子。雌雄原核不能理解成卵子、精子原来的细胞核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。⑤受精卵中的遗传物质中，核遗传物质一半来自精子（父方），一半来自卵子（母方），质遗传物质几乎全来自卵子。3.受精与胚胎的早期培养精子和卵子受精后，应将受精卵放入发育培养液中继续培养。（1）发育培养液①用途：精子和卵子在体外受精后，用于受精卵的继续培养。②成分：水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、动物血清等。（2）过程（以牛为例）大致为：体外受精→良种牛早期胚胎→胚胎移植→健康受体牛→良种犊牛→成熟期牛4.胚胎移植（1）实质：是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。这是胚胎工程的最后一道“工序”。（2）基本程序下面以牛胚胎移植为例，移植的基本程序如下：（3）胚胎移植成功与否的两个条件一是胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。这是因为，同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功。在这里同“种”是指同“物种”。例如：加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出了荷斯坦奶牛。二是进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。5.胚胎干细胞（1）胚胎干细胞，简称ES细胞或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，具有胚胎细胞的特性。它能长期维持未分化状态，又有全能分化的潜能和无限增殖的能力，在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型，在特定的环境诱导下，能分化成各类细胞系。因此，它是唯一不死的全能或多能细胞，并能够无限分化，它能制造机体需要的全部细胞。（2）应用前景ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。①ES细胞可用于治疗人类的某些顽症利用ES细胞可以被诱导分化成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。②培育成组织器官，用于器官移植。③对ES细胞的培养和诱导，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效手段。④ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。专题4生态工程一、知识网络生态工程建设目的：遵循自然界的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止，达到和的同步发展。（少消耗、多效益、）生态经济：主要是通过实行“”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，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。1）原理：物质能在生态系统中循环往复，2）原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的生态工程原理3）原理：生态系统的生物数量不能超过（环境容纳量）的限度4）原理：生态系统建设要考虑自然、、的整体影响5）原理系统的结构决定原理：要通过改善和优化系统结构改善功能系统整体性原理：系统各组分间要有适当的，使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现总体功能大于各部分的效果，即“1+1>2”答案：物质循环环境污染经济效益生态效益可持续循环经济生产原料生态工程物质循环再生分层分级利用物种多样性抵抗力稳定性协调与平衡环境承载力整体性经济社会系统学和工程学功能比例关系之和二、考点解析1、分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶喂蚕，蚕产蚕丝；桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长；甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料。桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。2、导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？根本原因：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增