(精品)高中生物选修3基础知识点归纳(经典).pdf
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1、麻城一中生物校本教材(三) 高中生物基础知识总结共 64 页第 1 页 选修 3现代生物科技专题知识点总结 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,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。又叫做DNA重组技术 操作水平: DNA分子水平;优点:定向改造生物性状(与诱变育种相比);克服远缘 杂交不亲和障碍(与杂交育种相比) 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,不能切割RNA和单链 DNA ) (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DN
2、A分子的某种特定的核苷酸序列(含 4 到 8个核苷酸的回纹序列), 并且使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:产生黏性末端或平末端。 2. “分子缝合针”DNA连接酶 (1) 分类:EcoliDNA连接酶(来源于大肠杆菌)和T4-DNA连接酶(来源于T4噬菌体) EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端;而T4DNA连接酶能连接两种末端,但连接平末端的效率较低 (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单链DNA片段的末端, 合 成子链。 DNA连接酶是连接两个DNA片段 (3)RNA聚合酶的作用部位:磷酸二酯键和氢键;解旋酶的作用
3、部位:氢键 DNA连接酶、 DNA聚合酶、限制酶、DNA (水解)酶的作用部位:磷酸二酯键 3. “分子运输车”载体 (1)载体具备的条件:能在受体细胞中复制并稳定保存 具有一至多个限制酶切位点,便于目的基因的插入 具有标记基因,便于目的基因的鉴定和筛选 *标记基因:合成荧光蛋白的基因或抗性基因(如抗青霉素基因) (2)最常用的载体是质粒, 是细胞质中一种裸露的小型环状DNA ,并具有自我复制能力 (3)其它载体: 噬菌体的衍生物、动植物病毒 注意: 1. 目的基因 :主要是指编码蛋白质的基因,也可以是一些具有调控作用的因子 2. 获得目的基因一般要切2 个切口,产生4 个黏性末端 3. 一般
4、用同种限制酶切割目的基因和质粒,以获得相同的黏性末端,利于重组质粒的构 建(但可能导致目的基因自身环化) 4.用两种限制酶同时切割目的基因和质粒,可防止目的基因和质粒自身环化(还可以防 止目的基因反向连接) 5.原核生物体内的限制酶不切割自身DNA的原因:原核生物的DNA中不存在该酶的识别 序列或识别序列已经被修饰 6.基因工程得以实现的理论基础: 不同生物的DNA分子结构基本相同;所有生物共用一套遗传密码 ( 二) 基因工程的基本操作程序 第一步:目的基因的获取(三种方法) 1. 从基因文库中获取: (1)分类:基因组文库:含有某种生物的全部基因; cDNA文库:含有某种生物的部分基因 麻城
5、一中生物校本教材(三) 高中生物基础知识总结共 64 页第 2 页 (2)基因文库的构建过程:略(课本P10;注意两种文库的区别) 2.PCR技术扩增目的基因 (1)概念:短时间内在体外大量复制DNA的技术。 (2)原理: DNA双链复制 (3)条件:模板、 Taq酶、引物(单链 DNA 片段,能与模板链互补配对)、4 种脱氧核苷酸 (4)过程:变性退火 延伸 3. 通过 DNA合成仪用 化学方法人工合成:目的基因比较小,核苷酸序列已知 第二步:基因表达载体的构建(核心步骤) 1.目的: 使目的基因在受体细胞中稳定存在和表达,并且可以遗传给下一代 2.组成:目的基因启动子终止子标记基因(+复制
6、原点) (1)启动子( RNA聚合酶结合位点):位于基因的首端,能驱动基因转录出mRNA (2)终止子:位于基因的尾端,终止转录 启动子和终止子位于DNA上;起始密码子和终止密码子位于mRNA 上 真核生物的基因结构 非编码区:不能转录出mRNA, 但能调控基因的表达(含有启动子和终止子) 基因外显子:转录出的mRNA 能翻译出蛋白质 编码区(原核生物的基因无外显子和内含子之分) (能转录形成mRNA )内含子:转录出的mRNA 不能翻译出蛋白质(加工时被剪切) 第三步:将目的基因导入受体细胞 1. 转化: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: 导
7、入植物细胞:主要是农杆菌转化法,其次还有基因枪法和花粉管通道法等 农杆菌能感染双子叶植物和裸子植物(植物受损伤时,伤口处细胞分泌大量酚类化合物,吸 引农杆菌移向这些细胞),农杆菌中Ti 质粒的 T-DNA能转移至受体细胞,并整合到受体细胞 染色体的DNA上 导入动物细胞:最常用的方法:显微注射技术。受体细胞:受精卵 导入微生物细胞:原核生物作为受体细胞的优点: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,方法:感受态法(Ca 2+处理法,增强细胞壁的通透性) 第四步: 目的基因的检测与鉴定 目的基因是否成功导入:DNA分子杂交技术(用到基因探针) 分子水平目的基因是否成功转
8、录出mRNA :分子杂交技术(从细胞中提取mRNA ,用 检测基因探针与其杂交,观察是否形成杂交带) 目的基因是否成功翻译成蛋白质:抗原抗体杂交技术 个体水平鉴定:做抗虫、抗病接种实验;或将植物移栽至盐碱地等 基因探针:用放射性同位素标记含有目的基因的(单链)DNA片段 转基因实验成功的标志:成功表达出相关蛋白质和性状 (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:将药用蛋 麻城一中生物校本教材(三) 高中生物基础知识总结共 64 页第 3 页 白基因(目的基因)和乳
9、腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,从乳汁中提取药用蛋白。 此转基因动物又称为乳腺生物反应器;用转基因动物作器官移植的供体(无免疫排斥反应) 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功能 体外基因治疗:从病人体内获得某种细胞体外完成基因转移筛选成功转移的细胞扩增 培养 重新输入患者体内。(特点:操作复杂,但效果可靠) 体内基因治疗:直接向患者体内输入某正常基因(特点:操作简便,但效果难以控制) (四)蛋白质工程的概念 目标:根据人们的需求,对蛋白质进行设计和改造 手段: 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 实质: 改造基因(优点:改造
10、基因能遗传,改造蛋白质不能遗传;改造基因更容易) 1. 过程:预期蛋白质的功能 设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列 2. 蛋白质工程是在基因工程上延伸出来的第二代基因工程 3. 蛋白质工程能合成自然界原先不存在的蛋白质,而基因工程不能 4. 改造蛋白质难度大的原因:对蛋白质的高级结构了解不够 专题 2 细胞工程 原理:细胞生物学和分子生物学 细胞工操作水平:细胞水平或细胞器水平 程概念目的:改变细胞的遗传物质或获得细胞产品 分类:植物细胞工程和动物细胞工程 (一)植物细胞工程(包括植物组织培养和植物体细胞杂交) 1. 植物组织培养 原理:植物细胞的全能性(全能性大小的比
11、较:略) 过程:离体的植物器官、组织或细胞(脱分化)愈伤组织(再分化)试管苗植物体 条件: 离体、无菌、植物激素(生长素和细胞分裂素)、适宜的外界条件 (生长素 / 细胞分裂素)比值高:促进生根;比值低:促进发芽;比值适中:诱导愈伤组织形成 注意 :1. 植物组织培养为无性繁殖,但花药离体离体培养为有性繁殖;种子发育成植株未体现 全能性(属于正常生长发育) 2. 愈伤组织:排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞,处于未分化状态 3.脱分化时需要避光培养(光照不利于愈伤组织的形成),所用培养基为诱导培养基; 再分化时需要光照,所用培养基为分化培养基 4.植物组织培养时,要强调对所用器械灭菌的原因:防止杂
12、菌污染(杂菌不仅会和植物 细胞争夺营养,同时会产生大量对细胞有害的物质,危害植物细胞生长) 2. 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,并把细胞培育成新的植株体 (2)原理:细胞膜的流动性;植物细胞的全能性 (3)过程:包括植物体细胞融合和植物组织培养两个过程 (异源多倍体) 麻城一中生物校本教材(三) 高中生物基础知识总结共 64 页第 4 页 (4)诱导融合的方法:物理法:离心、振动、电刺激等;化学法:用聚乙二醇(PEG )做诱导剂 (5)意义:克服了远缘杂交不亲和障碍 注意: 1. 植物细胞融合成功的标志:细胞壁的再生 2. 植物体细胞杂交技术
13、获得的植株为什么很难表现出两种植株的优良性状? 不同生物基因的表达存在相互影响和干扰,从而使基因不能正常表达 3. 植物细胞工程的实际应用 (1)植物繁殖的新途径: 微型繁殖 :通过植物组织培养,快速繁殖优良植株的技术(又称快速繁殖技术) 优点:保持优良品种的遗传特性;繁殖速度快 作物脱毒:利用茎尖(根尖)分生区,植物组织培养,获得脱毒苗(茎尖病毒极少) 制造人工种子:将胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等用人工薄膜包装得到的种子 i.优点:a. 克服某些作物结子困难,发芽率低等缺点;b. 后代不发生性状分离,能保持优良品种 的遗传特性; c. 不受季节、气候、地域的限制 ii.为了保证胚状体顺利长成
14、小植株,人工种皮应该具有的有效成分是:适量的养分、 无机盐、有 机碳源以及农药、抗生素、益生菌等;为了促进胚状体正常生长发育,还可以向人工种皮中 加入一些植物生长调节剂 (2)作物新品种的培育 单倍体育种原理:染色体变异 突变体的利用:外植体(脱分化)愈伤组织(人工诱变) 突变体(筛选) 新品种; 此过程利用了愈伤组织分裂旺盛,易人工诱变的特点 (3)细胞产物的工厂化生产: 将外植体培养至愈伤组织阶段,再提取细胞产物(如人参皂甙干粉) 植物组织培养不一定都要培养形成植株,还可能培养至愈伤组织阶段 (二) 动物细胞工程(包括动物细胞培养、 动物细胞融合、动物细胞核移植、 单克隆抗体制备等技术)
15、1.动物细胞培养(是其他动物细胞工程技术的基础) (1)原理:细胞增殖(动物细胞培养最终不能得到动物个体) (2)过程:略(课本P45) 细胞贴壁 :悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁 接触抑制: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 区分原代培养和传代培养:a. 第一次用胰蛋白酶处理为原代培养,第二次处理为传代培养; b. 分瓶培养前为原代培养,分瓶培养后为传代培养 细胞株:传代培养至10-50 代时,细胞增殖缓慢甚至停止,此时部分细胞的核型可能发生改变 细胞系:少部分细胞获得不死性,可以无限增值,等同于癌细胞(遗传物质发生改变) 因此,目前使用或冷冻保存的细
16、胞通常为10 代以内的细胞,以保持细胞正常的二倍体核型 (3)动物细胞培养的条件 无菌、无毒的环境:通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防培养过程中杂菌污染。 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。 营养:由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全弄清楚,因此在使用合成培养基时(糖、 氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素等), 通常还需加入血清、血浆等天然成分 * 在研究动物细胞培养所需的培养液成分时,可以采用无血清培养 适宜的温度和pH值:哺乳动物多是36.5 0.5 ; pH :7.2 7.4 。 麻城一中生物校本教材(三) 高中生物基础知识总结共 64 页第 5 页
17、 气体环境: 95% 空气 5%CO 2。CO2的主要作用是维持培养液的pH值 (4)动物细胞培养技术的应用:生产生物制品:如干扰素、疫苗等;应用于基因工程:动 物细胞是基因工程常用的受体细胞;检测有毒物质;临床医学研究 2. 动物体细胞核移植技术和克隆动物 (1)分类:胚胎细胞核移植(分化程度低,成功率高)和体细胞核移植(分化程度高,成功率低) (2)选用去 MII 中期卵母细胞的原因:体积大,容易操作,营养丰富;且含有促进细胞核全 能性表达的物质;(去核目的:使克隆动物的核遗传物质全部来自供体细胞) (3)体细胞核移植的过程是:(略课本 P48) 去核的方法:显微操作去核法用微型吸管一并吸
18、出细胞核与第一极体(还可采用紫外 线照射或化学物质处理使核DNA变性,从而达到去核的目的) 用物理或化学方法(如钙离子载体等)激活受体细胞,使其完成细胞分裂和发育进程 (4)体细胞核移植技术的应用: 加速家畜遗传改良进程,促进良畜群繁育;保护濒危物种;生产珍贵的医用蛋白; 作为异种移植的供体;用于组织器官的移植等。 (5)体细胞核移植技术存在的问题:大多数克隆动物存在健康问题、表现出遗传和生理缺陷等 3. 动物细胞融合 (1)原理:细胞膜的流动性, (2)方法:常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激等(灭活病毒诱导融合的原理: 灭活的病毒使细胞膜上蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开
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