高中生物選修三的知識點，各位高中同學請查閱

       專題一 基因工程

　　基因工程的概念：基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。

　　(一)基因工具的基本工具

　　1. “分子手術刀”----限制性核酸內切酶(限制酶)

　　(1)來源：主要是從原核生物中分離純化出來的(約4000種)

　　(2)功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列(一般為6個核苷酸對組成的序列，少數是4個或5個，序列均為回文序列)，并且使每一條鏈種特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。

　　(3)結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。

　　2. “分子縫合針”----DNA連接酶

　　(1)兩種DNA連接酶(E-coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶)的比較：

　　①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。

　　②區別：E-coliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來;而T4-DNA連接酶能縫合兩種末端，但鏈接平末端的之間的效率較低。

　　(2)與DNA聚合酶作用的異同：DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。

　　3. “分子運輸車”----載體

　　(1)載體具備的條件：

　　①能在受體細胞中復制并穩定保存。

　　②具有一至多個限制酶切點，供外援DNA片段插入。

　　③具有標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。

　　(2)最常用的載體是質粒，他是一種裸露的、結構簡單的、獨立于細菌擬核DNA之外，并具有自我復制能力的雙鏈環狀DNA分子。(在基因操作中，真正被用做載體的質粒，都是在天然質粒的基礎上進行了人工改造)

　　(3)其他載體：入-噬菌體的衍生物、動植物病毒

　　(二)基因工程的基本操作程序

　　第一步：目的基因的獲取

　　1. 從基因文庫中獲取目的基因，包括基因組文庫和cDNA文庫。

　　2. PCR技術擴增目的基因(目的基因的部分序列已知)

　　(1)原理：DNA雙鏈復制

　　(2)條件：模板DNA、兩種引物、四種脫氧核苷酸(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)、Taq酶。

　　(3)過程：變形：加熱至90℃到95℃DNA解鏈;復性/退火：冷卻到55℃到60℃，引物結合到互補DNA鏈;延伸：加熱至70℃到75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物的3’端開始互補鏈的合成。

　　3. 反轉錄法獲取cDNA

　　提取相應基因表達細胞中的mRNA，在逆轉錄酶的作用下反轉錄合成互補DNA(cDNA)，此DNA不含啟動子、終止子、內含子。

　　4. 化學方法人工合成目的基因：基因較小，序列已知。

　　第二步：基因表達載體的構建(核心)

　　1. 目的：是目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳至下一代，是目的基因能夠表達和發揮作用。

　　2. 組成：啟動子+目的基因+終止子+標記基因

　　(1)啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA。

　　(2)終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的尾端，終止轉錄。

　　(3)標記基因的作用：是為了鑒定受體中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素抗性基因。

　　第三步：將目的基因導入受體細胞

　　1. 轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

　　2. 常用的轉化方法：

　　將目的基因導入植物細胞采用最多的方法是農桿菌轉化法，其次還是基因槍法和花粉管通道法等。

　　將目的基因導入動物細胞最常用的方法是顯微注射技術。受體細胞多是受精卵，也可以是核轉植的重組細胞。

　　將目的基因導入微生物細胞：原核生物作為受體細胞的原因是繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少，其轉化方法是：Ca+處理細胞—>感受態細胞—>表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態細胞混合—>感受態細胞吸收DNA分子。

　　3. 重組DNA導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。

　　第四步：目的基因的檢測和表達

　　1. 首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交技術。

　　2. 其次還要檢測目的基因是否轉錄出mRNA，方法是采用用標記目的基因作探針與mRNA雜交。

　　3. 最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原--抗體雜交。

　　4. 有時還需進行個體生物學水平的鑒定。如轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲性狀。

　　(三)基因工程的應用

　　1. 植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。

　　2. 動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物(乳腺生物反應器)

　　3. 基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。

　　(四)蛋白質工程

　　1. 通過基因改造，對現有的蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。(基因工程在原則上只能產生自然界已存在的蛋白質，而蛋白質工程使生產自然界中不存在的蛋白質)

　　2. 過程：預期蛋白質功能--->設計預期蛋白質結構--->推測應有氨基酸序列--->找到對應的脫氧核苷酸序列(基因)。

　　專題2 細胞工程

　　(一)植物細胞工程

　　1. 理論基礎(原理)：植物細胞具有全能性

　　2. 植物組織培養

　　(1)過程：離體的植物器官、組織或細胞--(脫分化)-->愈傷組織--(再分化)-->試管苗-->植物體

　　(2)用途：微型繁殖、作物脫毒(莖尖培養)、制造人工種子(包埋再分化產生的胚狀體)、單倍體育種(花粉細胞做外植體)、突變體利用(對愈傷組織誘變)、細胞產物的工廠化生產(愈傷組織的細胞)。

　　(3)地位：是培育轉基因植物、植物體細胞雜交培養植物新品種的最后一道工序。

　　3. 植物體細胞雜交技術

　　(1)過程：酶解法去壁(纖維素酶和果膠酶)--原生質層融合--再生出細胞壁--組織培養

　　(2)誘導融合的方法：物理法包括離心、振動、電刺激等。化學法一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑。

　　(3)意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙

　　(4)缺陷：雜交植株還未能按照人們的醫院表達出親本的優良性狀

　　(二)動物細胞工程

　　1. 動物細胞培養

　　(1)原理：細胞生長和細胞增殖。

　　(2)動物細胞培養的流程：取動物組織塊(動物胚胎或幼齡動物的器官或組織)---->剪碎---->用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散稱單個細胞---->制成細胞懸液---->轉入培養瓶中進行原代培養---->貼滿瓶壁的細胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散或單個細胞繼續傳代培養。

　　(3)細胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細胞很快就附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。當貼壁細胞分類生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的接觸抑制(癌細胞無接觸抑制現象)

　　(4)動物細胞培養需要滿足以下條件

　　①無菌、無毒的環境：培養液及用具應進行無菌處理。通常還要在培養液中添加一定量的抗生素，以防培養過程中的污染。此外，應定期更換培養液，防止代謝產物積累對細胞造成危害。

　　②營養：合成培養基的成分(糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分)

　　③溫度和pH：適宜溫度(哺乳動物多是36.5℃+0.5℃;pH：7.2~7.4.)

　　④氣體環境：95%空氣+5%CO2。O2是細胞代謝所必需的。CO2的主要作用是維持培養液的pH。

　　(5)動物細胞培養技術的應用：制備病毒疫苗、制備干擾素、制備單克隆抗體、檢測有毒物質。

　　2. 動物體細胞核移植技術和克隆動物

　　(1)哺乳動物核移植可以分為胚胎細胞核移植(比較容易)和體細胞核移植(比較難)

　　(2)選用減數第二次分裂中期去核卵母細胞為受體細胞的原因：細胞質中具有促使細胞核全能性表達的因子。

　　(3)應用：

　　①加速家畜遺傳改良進程，促進良畜群繁育

　　②保護瀕危物種，增大存活數量

　　③用于組織器官的移植等。

　　(4)體細胞核移植的大致過程是：

　　也可以將供體細胞直接注入到去核的卵母細胞中去，優點是對細胞核傷害小，易操作。

　　(5)體細胞核移植技術存在的問題：克隆動物存在著健康問題、表現出遺傳和生理缺陷。

　　3. 動物細胞融合

　　(1)動物細胞融合也成為細胞雜交，是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程，融合后形成的具有原來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞，稱為雜交細胞。

　　(2)動物細胞融合與植物原生質體融合原理相同，誘導動物細胞融合的方法與植物原生質體融合的方法類似，常用的誘導因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電磁等

　　(3)動物細胞融合的意思：克服了遠緣雜交不親和性，主要用于單克隆抗體的制備。

　　(4)動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較：

　　4. 單克隆抗體

　　(1)抗體：一個B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產量低、純度低、特異性差。

　　(2)單克隆抗體的制備過程的兩次篩選：第一次是用選擇培養基篩選出雜交瘤細胞;第二次用細胞克隆化培養和專一抗體陽性檢測的方法篩選出能產生特定抗體的雜交瘤細胞。

　　(3)雜交瘤細胞的特點：既能大量繁殖，又能產生專一的抗體。

　　(4)單克隆抗體的優點：特異性強，靈敏度高，并可能大量制備。

　　(5)單克隆抗體的作用：①作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質的細微差異，并跟一定抗原發生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速的優點。②用于運載藥物：主要用于治療癌癥，可制成“生物導彈”。

　　專題三 胚胎工程

　　(一)動物胚胎發育的基本過程

　　1. 胚胎工程包括胚胎移植、體外受精、早期胚胎培養、胚胎分割、胚胎干細胞等技術。

　　2. 精子、卵子的發生和受精作用

　　(1)精子的發生：雄性哺乳動物從初情期到生理機能衰退，在睪丸的曲細精管內產生。精原細胞先進行有絲分裂后進行減數分裂;變形過程中，細胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發育為頂體，中心體演變為精子的尾，線粒體在尾部形成線粒體鞘，其他物質濃縮為原生質滴直至脫落。[線粒體為精子運動提供能量]

　　(2)卵子的發生：在雌性動物的卵巢內完成。胎兒時期，卵原細胞進行有絲分裂，進一步演變成初級卵母細胞[被卵泡細胞包圍]，減數第一次分裂在排卵前后完成，減數第二次分裂是在受精過程中完成的，受精場所在輸卵管。卵泡的形成和在卵巢內的儲備，是在出生前完成，這是精子和卵子在發生上的重要區別。

　　(3)受精：①準備階段：精子獲能(在雌性動物生殖道內);卵子的準備(卵子要在輸卵管中成熟減數第二次分裂中期才具備受精能力)②受精階段：精子穿越放射冠和透明帶、精子進入卵細胞膜、雌雄原核形成并融合。

　　頂體反應：精子釋放頂體酶溶解卵丘細胞之間的物質，穿越放射冠。

　　防止多精入卵的兩道屏障：透明帶反應(精子觸及卵細胞膜的瞬間發生)和卵細胞膜反應(精子入卵后的瞬間)

　　[注意：受精的標志是形成第二極體;受精成功的標志是雌雄原核融合成合子]。

　　3. 動物胚胎發育的基本過程

　　(1)卵裂期(在透明帶內進行)特點：細胞有絲分裂，細胞數目不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。

　　(2)桑葚胚：胚胎細胞數目達到32個左右時，形似桑葚。是全能細胞，此時未分化。

　　(3)囊胚：細胞開始出現分化，聚集在胚胎一端的較大的細胞稱為內細胞團，將來發育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔。外層是滋養層細胞，將來發育成胎盤和胎膜。

　　(4)原腸胚：特點是有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。

　　(二)胚胎干細胞

　　1. 哺乳動物的胚胎干細胞簡稱ES或EK細胞，來源于早期胚胎(如囊胚的內細胞團)或從原始性腺中分離出來。

　　2. 在形態上表現為體積小，細胞核大，核仁明顯;在功能上，具有發育的全能性。可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。另外，在體外培養的條件下，可以增殖而不發生分化，可進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。

　　3. 胚胎干細胞的主要用途：

　　①可用于研究哺乳細胞個體發生和發育規律;

　　②是在體外條件下研究細胞分化的理想材料，在培養液中加入分化誘導因子，如牛磺酸等化學物質時，就可以誘導ES細胞向不同類型的組織細胞分化，這為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效的手段;

　　③可用于治療人類某些頑疾

　　④利用ES細胞可以被誘導分化形成新的組織細胞的特征，移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能

　　⑤隨著組織工程技術的發展，通過ES細胞體外誘導分化，可以培育出人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官移植后免疫排斥的問題。

　　(三)胚胎工程的應用

　　1. 體外受精和胚胎的早期培養

　　(1)卵母細胞的采集和培養：

　　主要方法：用促性腺激素處理，使其排除更多的卵子，然后，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精，第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細胞;第三種方法時借助超聲波探測儀、內窺鏡、腹腔鏡等工具直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細胞。采集的卵母細胞，都要在體外經人工培養成熟后，才能與獲能的精子受精。

　　(2)精子的采集和獲能：在體外受精前：要對精子進行獲能處理。通過采用培養法(嚙齒動物、家兔和豬)和化學誘導法(牛、羊)。

　　(3)受精：獲能的精子和培養成熟的卵細胞在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程。

　　(4)胚胎的早期培養：精子與卵子在體外受精后，應將受精卵移入發育培養液中繼續培養，已檢查受精情況和受精卵的發育能力。培養液成分包括無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等物質。當胚胎發育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存，不同動物胚胎移植的時間不同。(牛羊一般要培育到桑葚胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在8至16個細胞階段移植。)

　　2. 胚胎移植

　　(1)胚胎移植是指將雌性動物體內的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方法獲得到的胚胎，移植到同種的生理狀態相同的其他雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的稱為“受體”。(供體為優良品種，作為受體的雌性動物應為常見或存量大的品種。)

　　地位：如轉基因、核移植或體外受精等任何一項胚胎工程所產生的胚胎，都必須經過胚胎移植技術才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。

　　(2)胚胎移植的意義：大大縮短了工體本身的繁殖周期，充分發揮雌性優良個體的繁育能力。

　　(3)生理學基礎：①動物發情排卵后，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的。這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環境。②早期胚胎在一定時間內處于游離狀態。這就為胚胎的收集提供了可能。③受體對一如子宮的外來胚胎不發生免疫排斥反應。這為胚胎在受體內的存活提供了可能。④供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理與組織聯系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。

　　(4)基因程序主要包括：

　　①對供、受體的選擇個處理。選擇遺傳特性和生產性能優秀的供體，有健康的體質和正常繁育能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素進行同期發情處理，用促性腺激素對供體母牛做超數排卵處理。

　　②配種或人工授精

　　③對胚胎的收集、檢查培養或保存。配種或輸精后第七天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。對胚胎進行質量檢查，此時的胚胎應發育到桑葚或囊胚階段。直接向受體移植或放入-196℃的液氨中保存。

　　④對胚胎進行移植。

　　⑤移植后的檢查。對受體母牛進行是否妊娠的檢查。

　　3. 胚胎分割

　　(1)概念：是指采用機械方法將早期胚胎切割2等份、4等分、8等分等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。

　　(2)意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，屬于無性繁殖。

　　(3)材料：發育良好，形態正常的桑葚胚或囊胚。(桑葚胚至桑胚的發育過程中，細胞開始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。)

　　(4)制作過程：對桑胚的胚胎分割時，是將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。

　　(5)存在問題：剛出生的動物體重偏低、毛色和斑紋上存在差異。

　　專題四 生物技術的安全性和倫理問題

　　(一)轉基因生物的安全性爭論：

　　(1)基因生物與食物安全：

　　反方觀點：反對“實質性等同”、出現滯后效應、出現新的過敏原、營養成分改變

　　正方觀點：有安全性評價、科學家負責的態度、無實例無證據

　　(2)轉基因生物與生物安全：對生物多樣性的影響

　　反方觀點：擴散到種植區之外變成野生種類、成為入侵外來物種、重組出有害的病原體、成為超級雜草、有可能造成“基因污染”

　　正方觀點：生命力有限、存在生殖隔離、花粉傳播距離有限、劃分存活時間有限

　　(3)轉基因生物與環境安全：對生態系統穩定性的影響

　　反方觀點：打破物種界限、二次污染、重組出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通過食物鏈進入人體

　　正方觀點：不改變生物原有的分類地位、減少農藥使用、保護農田土壤環境

　　(二)生物技術的倫理問題

　　(1)生殖性克隆和治療性克隆

　　中國政府的態度：禁止生殖性克隆，不反對治療性克隆。四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人的實驗。

　　(2)試管嬰兒和設置試管嬰兒(都需要申請才可實施)

　　試管嬰兒是為了治療同胞兄弟姐妹的疾病，在胚胎移植前要進行遺傳學診斷。

　　(3)基因身份證：

　　否定的理由：個人基因咨詢的泄露造成基因歧視，勢必造成遺傳學失業大軍、造成個人婚姻困難、人際關系疏遠等嚴重后果。

　　肯定的理由:通過基因檢測可以及早采取預防措施，適時進行治療，達到挽救患者生命的目的。

　　(三)生物武器

　　(1)種類：致病菌、病毒、生化毒劑，以及經過基因重組的致病菌。

　　(2)散步方式：吸入、誤食、接觸帶菌物品、被帶菌昆蟲叮咬等。

　　(3)特點：致病力強、多數具傳染性、傳播途徑多、污染面廣、有潛伏期、不易被發現、危害時間長等。

　　(4)禁止生物武器公約及中國政府的態度：不發展、不生產、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術和設備的擴散。

　　專題五 生態工程

　　1.生態工程實例分析