高中生物选修3细胞工程知识点及高中生物选修3知识点总结

PAGE细胞工程eq\a\vs4\al\co1(考点一植物细胞工程)1.细胞工程(1)操作水平：细胞水平或细胞器水平。(2)目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2.植物细胞的全能性(1)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体的潜能。(2)原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息。(3)全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。3.植物组织培养技术(1)原理：植物细胞具有全能性。(2)过程：4.植物体细胞杂交技术(1)概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。(2)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。(3)过程(4)意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。5.植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。②作物脱毒技术：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。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，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)作物新品种的培育①单倍体育种a.实质：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。b.流程：花药单倍体幼苗eq\o(→,\s\up10(秋水仙素诱导),\s\do8(染色体数目加倍))纯合子。c.优点：后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。②突变体的利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(3)细胞产物的工厂化生产1.植物组织培养的关键(1)条件：离体，一定营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。(2)培养基状态：固体培养基(需再分化生根培养基及生芽培养基)(3)体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。(4)光照的应用脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。2.杂种植物遗传物质的变化(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。eq\a\vs4\al\co1(考点二动物细胞工程)1.动物细胞培养(1)地位：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、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。(2)培养过程(3)培养条件①无菌、无毒环境eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(培养液和培养用具进行无菌处理,培养过程加抗生素,定期更换培养液，清除代谢产物))②营养：除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需加入血清、血浆等一些天然成分。③适宜的温度：36.5℃±0.5℃；适宜的pH：7.2～7.4。④气体环境eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(95%的空气：其中O2为细胞代谢必需,5%的CO2：维持培养液的pH))2.动物体细胞克隆技术(核移植技术)(1)原理：动物细胞核具有全能性。(2)核移植分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。(3)核移植过程(以克隆高产奶牛为例)(4)应用：①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。②保护濒危物种。③生产医用蛋白。④作为异种移植的供体。⑤用于组织器官的移植。3.动物细胞融合和单克隆抗体的制备(1)动物细胞融合①原理：细胞膜的流动性。②融合方法：聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。③意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能，也为制造单克隆抗体开辟了新途径。(2)单克隆抗体①制备过程②优点：特异性强、灵敏度高，可大量制备。③用途：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。[思维拓展]判断正误：(1)动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞的全能性(×)提示判断是否体现全能性的标志是看其是否能发育成完整个体；杂交瘤细胞培养产生单克隆抗体是细胞水平上的克隆，不能体现全能性。(2)若不采用动物细胞融合的方法，就不能生产出单克隆抗体(×)提示能。可从经免疫的B淋巴细胞中获取决定所需抗体的基因(目的基因)，导入骨髓瘤细胞，然后培养骨髓瘤细胞并从培养液中提取分泌物，便可得到单克隆抗体。(3)细胞融合之后需要一次筛选，即可得到能产生单一抗体的杂交瘤细胞(×)(4)利用单克隆抗体制成的“生物导弹”，其选择性是由药物决定的，与抗体无关(×)练习：1.(2016·全国课标卷Ⅱ，40)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题：(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用________的方法。②代表的过程是________。(2)经过多次传代后，供体细胞中________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是_____________________________________________________________。(4)与克隆羊“多莉(利)”培养成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了_______________________________________________________________。答案(1)XX或XY显微操作(去核法)胚胎移植(2)遗传物质(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响(4)已经分化的动物体细胞核具有全能性选修3知识点复习专题1

基因工程（一）基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。原理是基因重组，操作水平是分子水平。优点：打破物种界限；定向地改造生物的遗传性状。（二）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：主要从原核生物中分离纯化出来。（2）功能：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（3）特点具有专一（特异）性。（4）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。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连接酶只能连接黏性末端；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聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸片段的末端，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能够稳定保存并复制；②有一至多个限制酶酶切位点③含有标记基因，便于筛选。④对受体细胞无害。（2）最常用的载体是质粒，化学本质是DNA分子。（3）其它载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒（三）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.基因文库包括基因组文库和cDNA文库。二者的区别：文库类型文库大小基因中是否有启动子基因中是否有内含子基因多少物种间基因交流cDNA文库小无无某种生物的部分基因可以基因组文库大有有某种生物的全部基因部分基因可以3.人工合成目的基因的两个条件：基因比较小；核苷酸序列已知。4.PCR技术扩增目的基因（1）PCR是多聚酶链式反应的缩写，原理DNA双链复制。（2）过程：第一步变性：加热至90～95℃，DNA解链，不需要解旋酶；第二步复性：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链。变性和复性利用了DNA的热变性原理；第三步延伸：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。第二步：基因表达载体的构建基因表达载体的组成：除了目的基因外，还必须有启动子、终止子、标记基因等。启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。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。第三步：将目的基因导入受体细胞常用的导入方法：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，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法。此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。第四步：目的基因的检测和鉴定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分子杂交技术。2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是分子杂交技术。3.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。（四）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：3.基因治疗是把正常基因导入病人的体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗的目的，这是治疗遗传病最有效的手段。（五）蛋白质工程的概念：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程师在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。基本途径是：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。专题2细胞工程（一）植物细胞工程1.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、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化植物体常用的植物激素生长素和细胞分裂素。（3）用途：微型繁殖、作物脱毒（选材应该选择茎尖组织）、制造人工种子、单倍体育种（最大的优点是明显缩短育种年限，得到的全为纯种）、筛选突变体、细胞产物的工厂化生产。2.植物体细胞杂交技术（1）原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性（2）过程：去壁的方法：酶解法；诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电激等。化学法是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。（二）动物细胞工程动物细胞工程中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、生产单克隆抗体等，其中，动物细胞培养是其他技术的基础。1.动物细胞培养（1）流程：取动物组织块→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处理分散成单个细胞继续传代培养。（2）悬液中分散的细胞很快就贴服在瓶壁上，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。（3）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：培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐等。通常需加血清、血浆等天然成分。③温度和PH：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃＋0.5④气体环境：（4）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。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：比较大，容易操作；细胞质多，营养丰富；含有多种促进细胞发挥全能性的物质。（3）体细胞核移植的大致过程是：（书本P74）供体体细胞→细胞培养→将供体细胞↓注入（胚胎移植）卵巢中卵母细胞（M=2\*ROMANII中期）→去核→去核卵母细胞重组胚胎代孕动物遗传基础相同的犊牛3.动物细胞融合（1）动物细胞融合也称细胞杂交，原理是细胞膜的流动性。（2）诱导动物细胞融合方法与植物原生质体融合方法类似，常用的诱导因素有PEG、灭活的病毒、电激等。（3）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和的障碍，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。4.单克隆抗体（1）单克隆抗体的制备过程：给小鼠注射特定抗原蛋白→分离出B淋巴细胞融合（选择）培养基培养骨髓瘤细胞→骨髓瘤细胞多种杂交细胞杂交瘤细胞单克隆抗体克隆体内培养单克隆抗体专一抗体检测阳性细胞体外培养（2）杂交瘤细胞的特点：既能大量增殖，又能产生专一的抗体。（3）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。（4）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：可制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在位置。专题3胚胎工程（一）体内受精和早期胚胎发育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。2.精子和卵子的发生（1）精子的发生：①场所：睾丸。②时间：初情期至生理机能衰退。③精子发生的三个阶段有丝分裂、减数分裂和变形。④精子变形：细胞核变为精子的头部的主要部分；高尔基体发育为顶体；中心体演变为精子的尾；线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘，其他物质浓缩为球状的原生质滴，最后脱落。（2）卵子的发生①场所：卵巢和输卵管。②卵子发生过程中：减数第一次分裂发生在排卵前后（时候），减数第二次分裂发生在受精作用过程中。3.受精（1）场所：输卵管。（2）刚排出的精子，不能立即与卵子结合，必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象成为精子获能。排出的卵子要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂中期时期时，才具备与精子受精的能力。（3）受精的过程：精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和配子结合。透明带反应和卵黄膜封闭作用是防止多精入卵的两道屏障。（4）判断卵子是否受精的标志是在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。4.胚胎发育（1）卵裂期：特点：细胞进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，或略有减小。（2）桑椹胚：特点：胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。是全能细胞。（3）囊胚：特点：细胞开始出现分化（该时期细胞的全能性仍比较高）。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为囊胚腔。滋养层细胞则发育为胎儿的胎膜和胎盘。（4）原肠胚：有了三胚层的分化，内胚层包围的腔叫原肠腔。（二）体外受精和早期胚胎培养1.卵母细胞的采集和培养：对实验动物如小鼠、兔以及家畜猪、羊等，等，用促性腺激素处理，从输卵管冲取卵子（可直接受精）；对大家畜或大型，如牛，从卵巢中采集卵母细胞（要在体外培养成熟）。2.精子的采集和获能：采集的方法有假阴道法、手握法、点刺激法等；获能的方法有两种：对啮齿动物、家兔和猪等动物的精子，一般采用培养法；对牛、羊等家畜的精子，常采用化学法，即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，诱导获能。3.体外受精：可在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。4.早期胚胎培养：培养液的成分除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。（三）胚胎工程的应用1.胚胎移植胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。（1）生理学基础：①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这为胚胎的收集提供了可能。③受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥。这为胚胎在受体的存活提供了可能。④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。（2）胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。（3）基本程序主要包括：①对供受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并用孕激素