高三生物一輪復(fù)習(xí) 專題九生物技術(shù)與工程必背知識(shí)

學(xué)科網(wǎng)（北京）股份有限公司

專題九生物技術(shù)與工程

一、發(fā)酵工程

果酒發(fā)酵先通氧有利于酵母菌大量快速繁殖，后無氧環(huán)境進(jìn)行酒精發(fā)酵。酸性條件下，重鉻酸鉀與酒精反應(yīng)呈現(xiàn)灰綠色。

缺氧、酸性的發(fā)酵液中，酵母菌可以生長(zhǎng)繁殖，其他雜菌生長(zhǎng)受到抑制。

O2、糖源充足時(shí)，醋酸菌將糖分解成醋酸；缺少糖源時(shí)，醋酸菌將乙醇變乙醛，乙醛再變醋酸。

果酒自然發(fā)酵時(shí)，利用葡萄皮上野生的酵母菌；工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，人工接種純化的酵母菌，以提高發(fā)酵效率。

果酒變果醋發(fā)酵改變兩個(gè)條件：一通氧，因?yàn)榇姿峋呛醚跫?xì)菌；二升高溫度，因?yàn)榻湍妇?8-25°C，而醋酸菌在30-35°C。

果酒與果醋發(fā)酵流程：挑選葡萄→沖洗（再去梗）→榨汁→酒精發(fā)酵醋酸發(fā)酵

腐乳味道鮮美是因?yàn)椋好巩a(chǎn)生蛋白酶將蛋白質(zhì)分解成小分子肽和氨基酸；脂肪酶將脂肪分解成甘油和脂肪酸。

腐乳制作時(shí)加鹽的作用：（1）析出豆腐中的水分，使豆腐變硬；（2）抑制微生物生長(zhǎng)，避免豆腐腐敗變質(zhì)。（3）調(diào)味。

測(cè)定亞硝酸鹽含量方法：比色法。樣品處理液顯色后與標(biāo)準(zhǔn)顯色液比色。

在鹽酸酸化條件下，亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)后，與N－1－萘基乙二胺鹽酸鹽結(jié)合形成玫瑰紅色染料

泡菜制作過程

泡菜腌制的時(shí)間過短、溫度過高和食鹽用量過低亞硝酸鹽含量會(huì)增加。

果酒表面的菌膜為醋酸菌；泡菜表面的白膜為酵母菌。

微生物培養(yǎng)基主要含有碳源、氮源、水和無機(jī)鹽四類物質(zhì)。除此之外往往還需加入生長(zhǎng)因子、調(diào)節(jié)PH等。加入瓊脂則為固體培養(yǎng)基。加入抗生素可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。

培養(yǎng)基按作用（功能）分為：選擇培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基；按物理屬性分為：固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基。補(bǔ)充：液體培養(yǎng)基可以用快速擴(kuò)繁微生物；而純化和計(jì)數(shù)必須用固體培養(yǎng)基。注意：獲得純凈微生物的關(guān)鍵是無菌技術(shù)（防止雜菌污染）。

消毒是殺死物體表面或內(nèi)部的部分微生物（不包括芽孢和孢子）。消毒方法包括：煮沸消毒法、巴氏消毒法、化學(xué)試劑消毒法、紫外線消毒法。

滅菌是指用強(qiáng)烈的理化因素殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子。

培養(yǎng)基用高壓蒸汽滅菌；接種環(huán)用灼燒滅菌；玻璃器皿用干熱滅菌。

培養(yǎng)基的制作過程：計(jì)算→稱量→溶化→滅菌→倒平板。

倒平板：滅菌后的培養(yǎng)基冷卻到50°C左右時(shí)，在酒精燈火焰旁倒平板；平板冷凝后要倒置（因?yàn)椋悍乐古囵B(yǎng)皿蓋上冷凝的水珠落入培養(yǎng)基，而造成污染）。

常用的細(xì)菌培養(yǎng)基：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基；

常用的酵母菌（真菌）培養(yǎng)基：麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基、馬鈴薯瓊脂培養(yǎng)基。

用伊紅美藍(lán)培養(yǎng)基可鑒定大腸桿菌，菌落呈現(xiàn)黑色。

微生物的純化方法：平板劃線法和稀釋涂布平板法。純化的目的：獲得單菌落。

菌落的概念：由一個(gè)細(xì)胞繁殖而來的肉眼可見的子細(xì)胞群體。

菌落的特征：形狀、大小、隆起程度和顏色等，可以用于鑒定菌種。

微生物的計(jì)數(shù)方法：

顯微鏡直接計(jì)數(shù)法（比實(shí)際值偏大）→因?yàn)樗谰突罹冀y(tǒng)計(jì)了；

稀釋涂布平板法（比實(shí)際值偏小）→因?yàn)閮蓚€(gè)或多個(gè)細(xì)胞連在一起時(shí)，平板上只能觀察到一個(gè)菌落（單菌落）。

稀釋涂布平板法計(jì)數(shù)注意點(diǎn)：

計(jì)數(shù)時(shí)，每個(gè)稀釋濃度一般涂布3個(gè)平板；

計(jì)數(shù)所用平板中的菌落在30-300之間；

計(jì)算統(tǒng)計(jì)的菌落數(shù)不是活菌數(shù)；

統(tǒng)計(jì)值比實(shí)際值偏小，計(jì)算公式：?jiǎn)挝唬簜€(gè)/ml注意：該公式基于原液為1ml。若原液為1L中取了1ml進(jìn)行梯度稀釋，那么在總數(shù)上乘1000，單位為個(gè)/L。

若要檢測(cè)培養(yǎng)基是否合格，可采選用多個(gè)空白培養(yǎng)基培養(yǎng)。若要其他因素對(duì)培養(yǎng)基計(jì)數(shù)造成的干擾，可設(shè)置對(duì)照組，即選用多個(gè)培養(yǎng)基，用無菌水涂布后培養(yǎng)。

菌種的保存方法：臨時(shí)保藏→用試管的固體斜面培養(yǎng)基接種后保藏在4℃冰箱中；長(zhǎng)期保存→用甘油管藏法。

分離鑒定分解尿素的細(xì)菌方法：以尿素為唯一氮源的培養(yǎng)基，并加入酚紅指示劑。該菌合成脲酶將尿素分解成氨，PH值會(huì)升高，指示劑會(huì)變紅。

分離鑒定分解纖維素的微生物的方法：以纖維素為唯一碳源并加入剛果紅，若培養(yǎng)基出現(xiàn)透明圈則說明該菌存在。

纖維素酶是復(fù)合酶，C1酶和Cx酶將纖維素分解成纖維二糖，葡萄糖苷酶將纖維二糖分解為葡萄糖。

二、細(xì)胞工程

理論基礎(chǔ)（原理）：植物細(xì)胞全能性

植物組織培養(yǎng)技術(shù)

（1）過程：離體的植物器官、組織或細(xì)胞→愈傷組織→胚狀體→植物體

（2）用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

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

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

誘導(dǎo)融合的方法：物理法包括離心、振動(dòng)、電刺激等；化學(xué)法用聚乙二醇（PEG）作誘導(dǎo)劑。

原理：細(xì)胞膜的流動(dòng)性。意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

（1）取動(dòng)物組織塊（動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)物的器官或組織）→剪碎→用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個(gè)細(xì)胞→制成細(xì)胞懸液→轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶中進(jìn)行原代培養(yǎng)→貼滿瓶壁的細(xì)胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個(gè)細(xì)胞繼續(xù)傳代培養(yǎng)。

（2）細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)：懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上。

接觸抑制：細(xì)胞數(shù)目不斷增多，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互抑制時(shí)，會(huì)停止分裂增殖。

（3）動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要滿足以下條件

①無菌、無毒的環(huán)境：培養(yǎng)液應(yīng)進(jìn)行無菌處理。通常還要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中的污染。此外，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液，防止代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞自身造成危害。

②營(yíng)養(yǎng)：有機(jī)鹽、無機(jī)鹽、核苷酸、氨基酸、激素、維生素等。需加入血清、血漿等天然成分。

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

④氣體環(huán)境：95%空氣＋5%CO2。O2是細(xì)胞代謝所必需的，CO2作用是維持培養(yǎng)液的pH。

動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物

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

（2）選用去核卵(母)細(xì)胞的原因：卵(母)細(xì)胞比較大，容易操作；卵(母)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)多，營(yíng)養(yǎng)豐富。

動(dòng)物細(xì)胞融合

（1）原理及方法：細(xì)胞膜的流動(dòng)性。誘導(dǎo)融合的方法：物理法包括離心、振動(dòng)、電刺激等?；瘜W(xué)法用聚乙二醇（PEG）作誘導(dǎo)劑。還可以用滅活的病毒誘導(dǎo)。

（2）動(dòng)物細(xì)胞融合的意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和性。

（3）項(xiàng)目

細(xì)胞融合的原理

細(xì)胞融合的方法

誘導(dǎo)手段

用法

植物體細(xì)胞雜交

細(xì)胞膜的流動(dòng)性

去除細(xì)胞壁后誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合

物理法、化學(xué)法

克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性，獲得雜種植株

動(dòng)物細(xì)胞融合

細(xì)胞膜的流動(dòng)性

使細(xì)胞分散后誘導(dǎo)細(xì)胞融合

物理法、化學(xué)法、滅活的病毒誘導(dǎo)

制備單克隆抗體的技術(shù)之一

單克隆抗體

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

（2）雜交瘤細(xì)胞的特點(diǎn)：既能大量繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體。

（3）單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn)：特異性強(qiáng)，靈敏度高，并能大量制備。

（4）單克隆抗體的作用：

①作為診斷試劑：準(zhǔn)確識(shí)別各種抗原物質(zhì)的細(xì)微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，準(zhǔn)確、高效、簡(jiǎn)易、快速。②用于治療疾病和運(yùn)載藥物：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導(dǎo)彈”，也有少量用于治療其它疾病。

單克隆抗體流程：

三、胚胎工程

胚胎工程是指對(duì)動(dòng)物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動(dòng)物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。

動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過程

（1）精子的發(fā)生：細(xì)胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發(fā)育為頂體，中心體演變?yōu)榫拥奈?，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質(zhì)濃縮為原生質(zhì)滴直至脫落。

（2）卵子的發(fā)生：在胎兒時(shí)期，卵原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂演變成初級(jí)卵母細(xì)胞，減一分裂在排卵前后完成，形成次級(jí)卵母細(xì)胞和第一極體進(jìn)入輸卵管；減二分裂是在受精過程中完成的。

（3）受精：精子獲能（在雌性動(dòng)物生殖道內(nèi)）；卵子的準(zhǔn)備（排出的卵子要在輸卵管中進(jìn)一步成熟到減二中期才具備受精能力）；受精階段：透明帶反應(yīng)：防止多精子入卵受精的第一道屏障。卵細(xì)胞膜反應(yīng)：它是防止多精子入卵受精的第二道屏障。受精標(biāo)志是第二極體的形成；受精完成標(biāo)志是雌雄原核融合成合子。受精場(chǎng)所是母體的輸卵管上段。

（4）胚胎發(fā)育：卵裂期→桑椹胚（全能細(xì)胞）→囊胚：開始出現(xiàn)分化（該時(shí)期細(xì)胞的全能性仍比較高）。聚集在胚胎一端個(gè)體較大的細(xì)胞稱為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，將來發(fā)育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔?！c胚：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。

體外受精

1、卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)：對(duì)體型小的動(dòng)物用促性腺激素處理，從輸卵管沖取卵子（可直接受精）；對(duì)體型大的動(dòng)物從卵巢中采集卵母細(xì)胞（要在體外培養(yǎng)成熟）

2、精子的采集和獲能：對(duì)嚙齒動(dòng)物、兔、豬等的精子用培養(yǎng)法（放入人工配制的獲能液中）；對(duì)牛、羊等精子用化學(xué)法（放在肝素或鈣離子載體溶液中）

將雌性動(dòng)物的早期胚胎移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動(dòng)物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體。通過轉(zhuǎn)基因、核移植、體外受精獲得的胚胎必須移植給受體才能獲得后代。優(yōu)勢(shì)：可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖周期。

胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)：

①動(dòng)物發(fā)情排卵后，同種動(dòng)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(huán)境。②早期胚胎形成后處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供可能；

③受體對(duì)移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎在受體的存活提供了可能。供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，遺傳特性在孕育過程中不受影響。

胚胎移植的程序：

①對(duì)供、受體母牛進(jìn)行選擇，用性激素進(jìn)行同期發(fā)情處理；對(duì)供體母牛用促性腺激素做超數(shù)排卵處理。②選擇同種優(yōu)秀公牛配種；③對(duì)胚胎進(jìn)行收集[此時(shí)胚胎處于游離狀態(tài)]；對(duì)胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查[此時(shí)胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹胚或囊胚]；④胚胎移植；⑤檢查受體母牛是否受孕；產(chǎn)下胚胎移植的犢牛。

胚胎分割概念：將早期胚胎切割成2、4、8等分等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，屬于無性繁殖。

胚胎分割操作要點(diǎn)：選擇發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)要均等分割，否則會(huì)影響胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育。

胚胎干細(xì)胞的移植（識(shí)記）：1、含義：由早期胚胎[囊胚]或胎兒的原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞，又叫ES或EK細(xì)胞。2、特征：形態(tài)上體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯；功能上具有發(fā)育的全能性，即可分化為成年動(dòng)物體內(nèi)任何一種組織細(xì)胞。[體外培養(yǎng)下，ES細(xì)胞可以只增殖不分化]3、應(yīng)用：用于治療人類疾病，如利用ES細(xì)胞誘導(dǎo)其分化成新的組織細(xì)胞特性，移植ES細(xì)胞可使壞死或退化的部位得以修復(fù)。

基因工程

基因工程的基本工具

1、“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）

功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。

結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)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(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。②區(qū)別：E·coliDNA連接酶只能連接黏性末端；T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但效率較低。

3、“分子運(yùn)輸車”——運(yùn)載體

（1）載體具備的條件：①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。②具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。③具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。

（2）最常用的載體是質(zhì)粒，它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。

（3）其它載體：λ噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒

基因工程的基本操作程序

1、目的基因的獲取

從基因文庫中獲得、人工合成、PCR擴(kuò)增。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法_和化學(xué)合成法_。（了解基因組文庫和CDNA文庫）

2、基因表達(dá)載體的構(gòu)建（關(guān)鍵步驟）

組成：目的基因＋啟動(dòng)子＋終止子＋標(biāo)記基因

（1）啟動(dòng)子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。

（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的尾端。

（3）標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。

3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞_

（1）常用的轉(zhuǎn)化（導(dǎo)入）方法：

導(dǎo)入植物細(xì)胞：常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（雙子葉植物），其次還有基因槍法和花粉管通道法等。

導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞：最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是受精卵。

導(dǎo)入微生物細(xì)胞：感受態(tài)細(xì)胞法。先用Ca2+處理細(xì)胞，使其成為感受態(tài)細(xì)胞，再將重組表達(dá)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。原核生物作為受體細(xì)胞的原因(優(yōu)點(diǎn)）是繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少，最常用的原核細(xì)胞是大腸桿菌。

（2）基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選含基因表達(dá)載體受體細(xì)胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達(dá)。

4、目的基