生物选修三基因工程知识点

生物选修三基因工程知识点一、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，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。

二、基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶（限制酶）来源：主要从原核生物中分离纯化出来。作用：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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。结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式，即黏性末端和平末端。2.DNA连接酶作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，形成磷酸二酯键。种类：E·coliDNA连接酶：只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来。T4DNA连接酶：既可以连接黏性末端，也可以连接平末端，但连接平末端的效率比较低。3.载体作用：将外源基因送入受体细胞。具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。种类：质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。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1.目的基因的获取从基因文库中获取：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，称为基因文库。种类：基因组文库（包含一种生物的全部基因）和部分基因文库（如cDNA文库，只包含一种生物的一部分基因）。利用PCR技术扩增目的基因：原理：DNA双链复制。条件：模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）等。过程：变性（9095℃，DNA解链）、复性（5560℃，引物与模板链结合）、延伸（7075℃，合成子链），循环多次。人工合成：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。2.基因表达载体的构建组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因等。启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA。终止子：位于基因的尾端，能够终止RNA聚合酶的转录。标记基因：如抗生素抗性基因等，便于重组DNA的鉴定和选择。构建过程：用同一种限制酶切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将目的基因与载体连接形成重组DNA分子。3.将目的基因导入受体细胞植物细胞：农杆菌转化法：利用农杆菌的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上的特点，将目的基因插入Ti质粒的TDNA中，通过农杆菌的转化作用，将目的基因导入植物细胞。基因枪法：适用于单子叶植物，成本较高。花粉管通道法：我国科学家独创的一种方法，是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。动物细胞：显微注射技术：将含有目的基因的表达载体提纯，取卵（受精卵），用显微注射仪将目的基因注射到受精卵细胞核中，再将注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内，使其发育成具有新性状的动物。微生物细胞：转化：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。感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子，完成转化过程。4.目的基因的检测与鉴定分子水平检测：检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因：DNA分子杂交技术。用放射性同位素标记的含有目的基因的DNA片段（探针）与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，表明目的基因已插入染色体DNA中。检测目的基因是否转录出了mRNA：分子杂交技术。用标记的目的基因作探针与mRNA杂交，若出现杂交带，说明目的基因转录出了mRNA。检测目的基因是否翻译成蛋白质：抗原抗体杂交技术。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，若有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品。个体水平鉴定：检测转基因生物是否表现出目的基因控制的性状，如抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。

四、基因工程的应用1.植物基因工程抗虫转基因植物：将抗虫基因导入植物体内，使其具有抗虫特性，减少农药的使用，降低生产成本，减少环境污染。如将Bt毒蛋白基因导入棉花细胞，培育出抗虫棉。抗病转基因植物：导入抗病基因，提高植物的抗病能力。如将病毒外壳蛋白基因导入烟草细胞，培育出抗病毒的烟草。抗逆转基因植物：使植物能适应不良环境，如抗盐碱和干旱的烟草、抗寒的番茄等。改良植物品质：通过基因工程技术可以改变植物的某些品质，如将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，提高玉米的赖氨酸含量。2.动物基因工程提高动物生长速度：将外源生长激素基因导入动物体内，可提高动物的生长速度。如将人的生长激素基因导入鲤鱼，培育出快速生长的转基因鲤鱼。改善畜产品品质：如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低。生产药物：利用转基因动物生产药物，如乳腺生物反应器，将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体内，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品。作器官移植的供体：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。3.基因工程药物来源：利用基因工程的方法，使外源基因在工程菌细胞内高效表达，生产出各种高质量、低成本的药品。举例：胰岛素、干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、人造血液代用品等。4.基因治疗概念：把正常基因导入病人体内，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。种类：体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。

五、蛋白质工程1.概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与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。2.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）。

六、基因工程的安全性问题1.转基因生物与食物安全观点一：担心出现滞后效应，担心出现新的过敏原，担心营养成分改变等。观点二：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据说明转基因食物有问题等。2.转基因生物与生物安全观点一：担心转基因生物可能会扩散到种植区以外，成为野生种类，可能会成为"入侵的外来物种"，威胁生态系统中其他生物的生存，可能重组出对人类或其他生物有害的病原体，有可能使杂草成为除草剂除不掉的"超级杂草"等。观点二：转基因农作物扩散到种植区以外会很快死亡；要表现出新性状必须具有一定的水、肥等条件及配套的种植技术；由于生殖隔离的存在，使它们很难与其他植物杂交；花粉传播的距离有限，存活时间有限等。3.转基因生物与环境安全观点一：担心对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏。观点二：转基因生物不会改变生物原有的分类地位，不会破坏生态系统的稳定性；转基因抗虫作物的种植，减少了农药的使用量；抗除草剂农作物的种植，减轻了农田管理的负担，保护了农田土壤环境等。

七、理性看待基因工程1.正视转基因技术可能带来的安全性问题，要趋利避害，不能因噎废食