最新高中生物選修三提綱(浙教版)

基因工程

基因工程〔生物技術〕是狹義的遺傳工程。核心是構建重組DNA分子，故也稱重組DNA技術。

工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生

理論根底：1.DNA是生物遺傳物質的發(fā)現(xiàn)。2.DNA雙螺旋結構確實立。3.遺傳信息傳遞方式

的認定。

限制性核酸內切酶：能夠識別和切割DNA分子內一小段特殊核苷酸序列的酶。

DNA連接酶

質?！草d體〕：具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子，在細菌之中獨立于擬核之外。常用大腸桿菌質粒，這種質粒常含有抗生素抗性基因〔作為標記基因〕。

除質粒外載體還有噬菌體、植物病毒和動物病毒〔均為DNA病毒〕

基因工程的原理和技術

根本原理：讓人們感興趣的基因〔即目的基因〕在宿主細胞在穩(wěn)定和高效地表達。

根本操作步驟：

獲取目的基因。

目的基因的序列：1.化學方法合成。2.逆轉錄法〔以m-RNA為模板，在逆轉錄酶作用下人工合成〕。3.用聚合酶鏈式反響〔PCR〕擴增目的基因。

目的基因的序列未知：從基因文庫〔包括DNA分子的所有基因〕中獲取

形成重組DNA分子用相同的限制酶切割目的基因和載體DNA

將重組DNA分子導入受體細胞

常用的轉化方法：

導入植物細胞：農(nóng)桿菌轉化法〔農(nóng)桿菌特點：易感染雙子葉植物和裸子植物，對大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力。原理：Ti質粒上的t-DNA可以轉移到受體細胞，并整合到受體細胞染色體的DNA上〕，其次還有

基因槍法和

花粉管通道法等。

導入動物細胞：顯微注射技術。此方法的受體細胞多是

受精卵。

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

，最常用的原核細胞是

大腸桿菌

，其轉化方法是：先用氯化鈣處理細胞，使其成為

感受態(tài)細胞

，再將

重組表達載體DNA分子

溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉化過程。

篩選含有目的基因的受體細胞依據(jù)：標記基因〔或目的基因〕是否表達

目的基因的表達

目的基因是否插入：DNA分子雜交，看是否出現(xiàn)雜交帶

目的基因是否轉錄出了m-RNA：核酸分子雜交

目的基因是否翻譯成蛋白質：抗原-抗體雜交

個體生物學水平的鑒定：抗蟲、抗病接種實驗

基因工程的應用

基因工程與遺傳育種〔農(nóng)牧業(yè)〕

轉基因植物：解決傳統(tǒng)育種方法所需時間較長，且遠緣親本難以雜交的問題。

轉基因動物

基因工程與疾病治療〔醫(yī)藥工業(yè)和醫(yī)學領域〕

基因工程藥物：

胰島素〔注射〕：蛋白質激素，治療胰島素依賴型糖尿病。傳統(tǒng)：從豬羊的胰腺中提取?，F(xiàn)：轉入了人胰島素原基因的大腸桿菌，可以合成人胰島素原，加工后得到有生物活性的胰島素

干擾素〔注射〕：病毒侵入細胞后產(chǎn)生的糖蛋白。有抗病毒、抗細胞分裂和免疫調節(jié)功能。傳統(tǒng)：從人血液中提取。現(xiàn)：人白細胞干擾素基因獲得克隆和表達。

乙型肝炎疫苗：蛋白質?，F(xiàn)還無特效藥物治療乙肝。現(xiàn)：酵母乙肝疫苗〔酵母菌〕，哺

乳動物細胞乙肝疫苗。

基因治療：向目標細胞中引入正常功能基因，以糾正或補償基因的缺陷。

首例：將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者有缺陷的，經(jīng)過轉化、培養(yǎng)后可產(chǎn)生ADA，將成千

上萬個轉基因的T淋巴細胞轉移到患者骨髓組織中。

技術還不成熟

基因工程與生態(tài)環(huán)境保護〔環(huán)境保護領域〕：工程菌

植物的克隆

技術根底：植物組織培養(yǎng)

植物細胞全能性和組織培養(yǎng)方法

植物細胞全能性〔有全套基因〕：植物體的每個生活細胞都具有遺傳上的全能性，因而都具

有發(fā)育成完整植株的潛能?！惨恍┢废档呐囵B(yǎng)細胞所誘導出的再生植株，在屢次繼代培養(yǎng)

后，會喪失細胞全能性的表達能力〕

全能性表達的難易程度：受精卵＞生殖細胞＞干細胞＞體細胞；植物細胞＞動物細胞

植物組織培養(yǎng)程序

條件：離體〔基因的選擇性表達〕、營養(yǎng)劑、生長調節(jié)劑、無菌、半固體培養(yǎng)基〔含0.7-1%瓊脂〕

愈傷組織：一種相對沒有分化的活的薄壁細胞團組成的新生組織，在創(chuàng)傷的刺激下脫分化在創(chuàng)傷外表形成的。通過調節(jié)營養(yǎng)物質和生長調節(jié)劑的適當配比，可誘導出芽和根的頂端分生組織，再得植株。

胚性細胞：將含愈傷組織培養(yǎng)物的試管放在搖床上，通過液體懸浮培養(yǎng)分散成的單細胞。細胞質豐富、液泡小、細胞核大?？砂l(fā)育成胚狀體，再得植株。

用原生質體培養(yǎng)也可得新植株

植物細胞全能性的表達

在長期培養(yǎng)中，培養(yǎng)物的胚胎發(fā)生和器官形成能力下降的可能原因：

染色體畸變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生等，且結果不可逆。

細胞或組織中激素平衡被打破或細胞對外源生長物質的敏感性發(fā)生改變

產(chǎn)生了缺乏成胚性的細胞系

細胞培養(yǎng)和器官培養(yǎng)

細胞培養(yǎng)：單細胞—細胞團—球形胚—心形胚—胚狀體—完整植株

器官培養(yǎng)：有的植物可以在愈傷組織的根底上直接發(fā)育出花器官〔調節(jié)激素比〕

可在試管中進行植物受精過程和自受精卵進行的植物胚胎發(fā)育過程

原生質體培養(yǎng)和植物細胞工程

由于植物細胞壁的存在，植物的組織培養(yǎng)和克隆有一定難度。

原生質體：

獲得：在0.5-0.6mol/L的甘露醇溶液環(huán)境下用纖維素酶和果膠酶的混合液處理細胞，獲得球形的原生質體。

原生質體融合〔植物體細胞雜交〕意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。打破物種之間的生殖隔離，擴大遺傳重組范圍。

植物細胞工程：培養(yǎng)植物細胞〔原生質體〕，借助基因工程方法，將外源遺傳物質導入受體細胞，或通過細胞融合、顯微注射等〔原生質體〕將不同來源的遺傳物質重新組合〔再誘導出細胞壁〕，培養(yǎng)轉基因細胞或重組細胞，得新植株。

多途徑的植物克隆實踐〔培養(yǎng)特定細胞系〕

1.次生代謝產(chǎn)物〔中藥〕的工業(yè)化生產(chǎn)

2.單倍體克隆〔花藥、花粉培養(yǎng)〕

3.抗炎或抗病突變體、抗賴氨酸類似物突變體

動物的克隆

技術根底：動物的細胞和組織培養(yǎng)

動物細胞的培養(yǎng)和克隆形成

理論根底：細胞增殖

動物細胞培養(yǎng)：取局部組織，經(jīng)過機械消化或胰酶消化，分散成單個細胞，再培養(yǎng)。

動物組織培養(yǎng)：動物組織在體外及人工條件下維持生活狀態(tài)或生長特性。可以伴隨組織分化。長期的組織培養(yǎng)只能使單一類型的細胞保存下來，最終成了簡單的細胞培養(yǎng)。

〔統(tǒng)稱〕組培：各種生物體結構成分的體外培養(yǎng)〔包括器官培養(yǎng)〔器官的原基、一局部或整個器官〕〕

組織培養(yǎng)技術〔防污染：加抗生素〕：從組織切片中取下小片樣品。胰蛋白酶酶解，消化組織中的膠原纖維和細胞外的其他成分，獲得單個的成纖維細胞懸液。轉入特殊培養(yǎng)液中原代培養(yǎng)〔CO2培養(yǎng)箱中保溫〕〔卡氏瓶，瓶蓋透氣〕，形成生長暈并增大后，將原代細胞〔用胰蛋白酶處理成單細胞懸液〕分裝到多個卡氏瓶中進行傳代培養(yǎng)?！捕ㄆ诟鼡Q培養(yǎng)液，防止代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害〕

細胞系、細胞株

細胞系：可連續(xù)傳代的細胞。原代培養(yǎng)物在首次傳代時就成為細胞系。

必須傳代的原因：如果不進行別離培養(yǎng)，到一定時期的細胞就會因細胞密度過大和代謝消耗引起營養(yǎng)枯竭，不能正常生長。

有限細胞系：不能連續(xù)培養(yǎng)下去的細胞系。二倍體細胞通常為有限細胞系。

連續(xù)細胞系〔轉化細胞系〕：能連續(xù)培養(yǎng)下去的細胞系。異倍體核型。

惡性細胞系：有異體致瘤性。

另一種連續(xù)細胞系：有不死性，但保存接觸抑制，不致瘤。

細胞株〔有限細胞系〕：通過一定選擇或純化的方法，從原代培養(yǎng)物或細胞系中獲得的具有特殊性質的細胞。一般具有恒定的染色體組型、同工酶類型、病毒敏感性和生化特性。分為有限細胞株和連續(xù)細胞株。

克隆培養(yǎng)法〔細胞克隆〕得到細胞株

把一個單細胞〔祖細胞〕〔最根本要求〕從群體中別離出來單獨培養(yǎng)，使之繁衍成一個新的細胞群體〔純系〔未經(jīng)克隆化培養(yǎng)的細胞系具有異質性〕〕。

原代培養(yǎng)細胞和有限細胞系克隆起來較為困難。

提高細胞克隆形成率：適宜培養(yǎng)基、添加血清、以滋養(yǎng)細胞〔本身失去增殖力的小鼠成纖維細胞〕支持生長、激素〔胰島素：促進血糖吸收〕刺激、用CO2培養(yǎng)箱調節(jié)pH。

最主要用途：從普通細胞系中分理出缺乏特殊基因的突變細胞系。

動物的細胞融合技術及其應用

原理：細胞膜的流動性

細胞融合和細胞雜交

融合方法：滅活的仙臺病毒〔動物〕、聚乙二醇〔動植〕、電融合技術〔動植〕

細胞雜交：基因型不同的細胞間的融合。細胞融合：基因型相同或不同的細胞間的融合。

由于細胞雜交中染色體容易喪失，利用雜交細胞檢測特定染色體喪失與特定基因產(chǎn)物〔蛋白質〕減少的對應關系可以進行基因定位。

雜交瘤技術和單克隆抗體的制備

利用抗原〔被檢測的物質〕抗體反響，可以診斷和防止各種疾病，可以研究抗原物質在細胞中的定位及其功能等.由于抗原抗體反響的高度特異性，可使用雜交瘤技術制備高純度的抗體。

雜交瘤技術〔獲得針對羊紅細胞的單克隆抗體〕

向小鼠注射特定的抗原蛋白〔滅活的病毒〕，獲得已免疫的B淋巴細胞〔脾細胞〕，和經(jīng)培養(yǎng)的骨髓瘤細胞融合，形成雜交細胞。

篩選雜交細胞〔抗體檢驗〕，克隆能產(chǎn)生抗體的陽性細胞。

篩選能產(chǎn)生特定抗體的雜交細胞〔抗體檢驗〕，再克隆陽性細胞。獲得來自單一細胞的既能產(chǎn)生特異抗體、又能無限增殖的雜交瘤細胞。

進行體內培養(yǎng)〔注射小鼠腹腔優(yōu)點：無需再提供營養(yǎng)物質和無菌環(huán)境，操作簡便〕或體外培養(yǎng)〔培養(yǎng)基〕，產(chǎn)生單克隆抗體。

單抗比一般血清優(yōu)越的多：

1.一般抗血清中的抗體是一群識別不同抗原位置的抗體混合物。單抗特異性強，靈敏度高，能大量制備。

2.單抗可作為特異探針，研究相應抗原蛋白的結構、細胞學分布及其功能。

動物的克隆培養(yǎng)

原理：細胞核的全能性

動物細胞的分化被認為一般是不可逆的，因為在動物發(fā)育的過程中，細胞的發(fā)育潛能逐漸變

窄。

動物細胞全能性的表現(xiàn)程度

八分裂球以下具有全能性，即具有使后代細胞形成完整個體的潛能。

多能細胞：具有分化出多種組織的潛能〔多能造血干細胞〕。

單能細胞：只能分化為一種細胞〔單能造血干細胞〕。

已經(jīng)分化的細胞不再分化為其他細胞，甚至終生不再分裂。

無論分化還是癌化，變化的都是表現(xiàn)型，基因的完整性可以保存。

細胞核移植實驗

紫外線破壞受精卵核，細胞核移到無核卵形成一個重建的“合子〞，使重組細胞發(fā)育成囊胚。

腸上皮核移植1%-2%形成蝌蚪，囊胚核移植50%形成蝌蚪或可育成蛙

核移植需要借助精密的顯微操作儀器和高效率的細胞融合法。

體細胞克隆

1.取卵，去核。去核卵母細胞：含有促進細胞全能性表達的物質，體積大易操作，營養(yǎng)物質多。

2.取乳腺上皮細胞，進行營養(yǎng)限制性培養(yǎng)〔降低培養(yǎng)基中牛血清濃度〕，取出雙倍體核

3.將乳腺細胞中的雙倍體核植入去核卵中，分裂至八細胞胚〔用電脈沖細胞融合法選擇〕置入代孕母羊子宮〔胚胎能存活的生理根底：無免疫排斥反響〕。

證明了細胞質具有調控細胞核〔包括異源的細胞核〕發(fā)育的作用

成功原因：重組卵細胞最初分裂時雖然復制了DNA，但基因的轉錄尚未開始；同時，供體核DNA開始喪失來源于乳腺細胞的調節(jié)蛋白〔最初阻止核基因的表達〕;重組細胞開始第三次分裂時，原乳腺細胞的調節(jié)蛋白全部被卵細胞質中的蛋白因子替換了，因此核DNA被重新編排，胚細胞開始表達自己的基因，進而調控胚在代孕母親子宮中的進一步發(fā)育。

胚胎工程

從受精卵談起

個體發(fā)育分為胚胎發(fā)育〔受精卵發(fā)育成幼體〕和胚后發(fā)育〔幼體到成體包括變態(tài)發(fā)育〕

受精作用：精卵識別〔同種動物精子卵細胞外表有特異性互相識別的糖蛋白〕、精子附著于卵膜、精卵質膜融合

胚胎發(fā)育過程〔受精卵-卵裂期〔卵裂球[2-32][2-8]每個細胞都有全能性〕-囊胚期-原腸胚期〔最關鍵〕-組織器官、系統(tǒng)〔組織器官形成期〕-胎兒〕

囊胚〔胚泡〕：外表為一層扁平細胞，稱滋養(yǎng)層，發(fā)育成胚胎的附屬結構或胚外結構〔胚盤〕。內細胞團不斷增殖分化將發(fā)育成完整的胚胎。內細胞團的細胞為胚胎干細胞，是一種未分化的細胞，具有發(fā)育全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官。

原腸胚的內、中、外三個胚層逐漸分化形成各種器官原基。

胚胎工程

胚胎工程通常指各種胚胎操作技術

研究對象通常限定于高級脊椎動物，特別是哺乳動物。

體外受精、胚胎體外培養(yǎng)

體外受精：

1.將成熟的精子放入培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使精子到達獲能狀態(tài)，這樣才能夠穿入卵細胞內部

2.從卵巢中獲得次級卵母細胞。常用方法：卵巢經(jīng)超數(shù)排卵處理后用超聲監(jiān)視器確定卵泡位置，插入穿刺針吸取卵泡液，取出卵母細胞，在體外進行人工培養(yǎng)，促其成熟。

3.獲能的精子和成熟后的卵細胞在體外適宜的環(huán)境下共同培養(yǎng)一段時間，便可受精

4.培養(yǎng)，植入或著床。移植的最適時間：發(fā)育到8細胞以上的胚胎〔早期囊胚〕

胚胎體外培養(yǎng)：通過人工創(chuàng)造的環(huán)境，對獲取的早期胚胎進行體外培養(yǎng)。

由于胚胎不同發(fā)育時期生理代謝的需求不同，需配置一系列含有不同成分的培養(yǎng)液，用以培養(yǎng)不同發(fā)育時期的胚胎。

胚胎移植〔借腹懷胎〕

由于無法進行全體外培養(yǎng)，目前，胚胎移植成為胚胎工程中獲得后代的唯一方法。

實質：早期胚胎在相同的生理環(huán)境下空間位置的轉移。

過程：一頭母畜〔經(jīng)濟價值高、遺傳性狀優(yōu)良〕發(fā)情超數(shù)排卵并經(jīng)配種后，在一定時間內從其生殖器官中〔輸卵管和子宮角〕取出早期胚胎，進行遺傳學診斷后，分別移植到另外一頭與供體同期發(fā)情排卵、未經(jīng)配種的母畜〔一般品種〕的相應部位〔輸卵管或子宮角〕，在受體子宮著床。

胚胎分割

借助顯微操作技術將早期胚胎〔囊胚及囊胚前〕切割成幾等份〔囊胚內細胞團需均等分割〕，再移植到代孕母子宮中發(fā)育，產(chǎn)生同卵多仔后代〔表現(xiàn)性可能不同變異〕的技術

根本過程：將發(fā)育良好的胚胎移入含有培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中，在顯微鏡下用切割針或切割刀把胚胎分散開，或用酶處理等方式將卵裂球中的細胞分散開；分割的胚胎或細胞直接移植給受體，或在體外培養(yǎng)到囊胚階段再移植。

胚胎干細胞

胚胎干細胞培養(yǎng)

胚胎干細胞是一種未分化的細胞，具有發(fā)育全能性和二倍體核型。在適當條件下可被誘導分化成多種細胞、組織。

培養(yǎng)胚胎干細胞的關鍵是需要一種培養(yǎng)體系。這種體系必須能促進胚胎干細胞生長，同時還要抑制胚胎干細胞的分化。在培養(yǎng)胚胎干細胞時，首先要在培養(yǎng)皿底部制備一層細胞，稱為飼養(yǎng)層〔胚胎成纖維細胞：無增值能力，可以分泌一些能抑制細胞分化的物質〕，再將干細胞接種在飼養(yǎng)層上。把胚胎放在培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，直到內細胞團突出飼養(yǎng)層外，然后用酶消化或機械剝離內細胞團，再把它用酶消化成單個細胞，置于新鮮培養(yǎng)液中培養(yǎng)。

胚胎干細胞核移植

指把胚胎干細胞核移植到去核的卵細胞中，經(jīng)過胚激活、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植后直接由受體完成克隆動物的技術。

作用

胚胎干細胞可以進行基因敲除，獲得基因敲除動物，如用基因敲除手段可以獲得適合人體移植的豬器官，減弱或消除排斥反響；人體的胚胎干細胞可以轉變?yōu)槿梭w的任何一種細胞和組織，利用這一特性可以培育用于移植的細胞、組織和器官；通過胚胎干細胞，我們還可以在試管中改進并創(chuàng)造動物新品種，再結合基因工程等技術培育出生長快、抗病力強、高產(chǎn)的家畜品種，生產(chǎn)有價值的動物等。

生態(tài)工程

背景：人口爆炸，資源枯竭，生態(tài)環(huán)境破壞，糧食短缺，空氣污染

生態(tài)工程的主要類型

原理：整體、協(xié)調、循環(huán)、再生

工程

理論根底

意義

實例

物質循環(huán)再生原理

循環(huán)再生

可防止環(huán)境污染及其對系統(tǒng)穩(wěn)定和開展的影響

無廢棄物農(nóng)業(yè)

協(xié)調性原理

生物與環(huán)境的協(xié)調與平衡

可防止系統(tǒng)的失衡和破壞

太湖富營養(yǎng)化問題

整體性原理

社會、經(jīng)濟、自然復合系統(tǒng)

統(tǒng)一協(xié)調各種關系，保障系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定

林業(yè)建設中自然系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟系統(tǒng)的關系問題

研究對象：社會—經(jīng)濟—自然復合生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)工程主要類型：

〔1〕物質循環(huán)利用的生態(tài)工程

城市：生活垃圾進行減量化、無害化、資源化處理，將生活垃圾中有機局部、人畜的糞便等轉化為優(yōu)質生態(tài)復合肥。

農(nóng)村：開展養(yǎng)殖業(yè)，將農(nóng)作物秸稈“過腹還田〞，利用禽畜糞便與作物秸稈培養(yǎng)食用菌后再培養(yǎng)蚯蚓，蚓烘殘渣再作為肥料，既減少或防止了田間燒草給環(huán)境帶來的污染，又增加了產(chǎn)值。

〔2〕節(jié)水和廢水處理與應用的生態(tài)工程

節(jié)水：西北干旱地區(qū)：雨水和地表水收集；農(nóng)業(yè)區(qū)：節(jié)水灌溉技術；城市、工業(yè)節(jié)水系統(tǒng)的開發(fā)等。

廢水處理與應用〔對工業(yè)廢水、生活污水等實施減量、回收、再生、再循環(huán)〕：造糖廠：糖蜜制酒精；造紙廠：廢液回收鈣粉、木質素；

屠宰場：廢血提取凝血酶、血紅蛋白。

山區(qū)小流域綜合治理與開發(fā)的生態(tài)工程

清潔及可再生能源系統(tǒng)組合利用的生態(tài)工程

沼氣、太陽能、風能的開發(fā)和利用

問題：“沼氣工程〞是我國農(nóng)村普遍存在的一種生態(tài)工程，它遵循的主要原理是什么？

答：物質循環(huán)、再生原理。

〔5〕其他類：住宅、小區(qū)和城鎮(zhèn)建設生態(tài)工程；

荒山、荒坡、灘涂、濕地以