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人教版生物选修3知识提纲

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选修三复习提纲 专题1   基因工程
一、基因工程：指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，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。不同生物DNA的基本单位、空间结构、碱基配对方式都相同，故不同生物DNA能够重组。原理是基因重组。
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）
①来源：主要从原核生物中分离纯化出来。②功能：能识别特定双链DNA的核苷酸序列，并在特定位点切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。③结果：产生的DNA片段末端有黏性末端和平末端两种形式。
2、“分子缝合针”——DNA连接酶，缝合两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
①分类：根据酶来源的不同，可分为E·coliDNA连接酶和T4 DNA连接酶两类。
②作用：将两个DNA片段连接成重组DNA。E•coIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能连接黏性末端；T4 DNA连接酶能连接两种末端，但连接平末端的效率较低。
3、“分子运输车”——载体，携带目的基因进入受体细胞。
①特点：a、能在受体细胞中自我复制并稳定保存。b、有一至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。c、有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。d、对受体细胞无害。
②种类：质粒（核外能自我复制的小型双链环状DNA）、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒。
三、基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1、目的基因主要是指编码蛋白质的基因。
2、目的：有了目的基因才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。
3、获取方法：①从基因文库中获取目的基因。②PCR技术扩增目的基因。③人工合成法：反转录法（mRNA反转录形成双链DNA）和化学合成法（已知蛋白质氨基酸序列化学合成DNA）。
4、注意：①基因文库包括基因组文库（某生物的所有基因，有启动子和内含子）和部分基因文库（某生物的部分基因，如cDNA文库，无启动子和内含子）。②cDNA指以mRNA为模板反转录产生的互补DNA。③反转录和逆转录没有本质区别，不过反转录在人工条件下实现，逆转录在生物体内发现。④PCR是聚合酶链式反应的缩写，是一种体外复制特定DNA片断的核酸合成技术。原理：DNA双连复制。条件：模板、2种引物、TaqDNA聚合酶、四种游离的脱氧核苷酸。结果：呈指数形式扩增。过程：每一次循环包括变性、复性、延伸。
第二步：基因表达载体的构建-------基因工程的核心
1、目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。
2、组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因
①启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，启动转录过程。②终止子：是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因尾端，终止转录过程。③标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
3、方法：同一种限制酶分别切割载体和含有目的基因的DNA分子，用DNA连接酶把两者连接。
第三步：将目的基因导入受体细胞
1、转化：指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、常用方法：①导入植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。常用受体细胞是体细胞。采用最多的方法：农杆菌转化法，原理：农杆菌能感染双子叶植物和裸子植物，目的基因插入Ti质粒T-DNA→转入农杆菌→导入植物细胞→目的基因插入受体细胞染色体DNA上。基因枪法是单子叶植物常用方法。花粉管通道法，借助花粉管通道使目的基因进入受体细胞。②导入动物细胞：显微注射法。常用受体细胞是受精卵。
③导入微生物细胞：Ca+处理法，Ca+处理受体细胞→感受态细胞→吸收DNA分子。常用受体细胞是原核生物，如大肠杆菌。原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。
第四步：目的基因的检测和表达----只有通过检测和鉴定才能知道基因工程是否成功。
1、检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA上，采用DNA分子杂交技术。
2、检测目的基因是否转录出mRNA，采用DNA－RNA杂交技术。
3、检测目的基因是否翻译出蛋白质，采用抗原－抗体杂交技术。
4、个体生物学水平的鉴定，如抗性鉴定，功能活性鉴定等。
四、基因工程的应用 1、植物基因工程：提高农作物的抗逆能力，改良农作物品质和利用植物生产药物等。2、动物基因工程：提高动物生长速度，改善畜产品品质，转基因动物作为器官移植的供体，利用转基因工程菌生产药物。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作用，从而达到治病的目的。方法分为体内基因治疗和体外基因治疗。
五、蛋白质工程‐‐在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。
1、概念：指以蛋白质分子的结构规律及其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：按照“中心法则”的逆推原理，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→找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）。
3、蛋白质工程的目标：据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。
4、注意：①基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，却不一定完全符合人类的生产和生活需要。②对天然蛋白质进行改造是通过对基因的操作实现，因为天然蛋白质均由基因编码，且对基因改造相对操作容易。③蛋白质工程重点在于对已存在蛋白质分子的改造，酶工程重点则在于对已存在酶的合理利用。④蛋白质工程目前成功例子不多，主要因为蛋白质的高级结构十分复杂，而且对大多数蛋白质的高级结构了解还很不够。
专题2 细胞工程
一、细胞工程：指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
二、植物细胞工程 2.1、植物组织培养技术
1）原理：植物细胞全能性。该技术的核心是脱分化和再分化。
2）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
3）用途：①植物繁殖的新途径：a微型繁殖：保持优良品种的遗传特性，可以高效快速地实现种苗的大量繁殖；b作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒；c人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；②作物新品种培育：a单倍体育种：通过花药离体培养得到单倍体植株，再对其幼苗进行秋水仙素处理，得到了正常的纯合植株。优点：明显缩短育种年限。b突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种。③细胞产物的工厂化生产：利用组织培养技术大量生产对人们有利的细胞产物。
4）注意：①选取有形成层的部位易诱导成愈伤组织。②在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织；当愈伤组织分化出芽和叶时，要有光照，利于叶绿素合成。
2.2、植物体细胞杂交技术 1）原理：植物细胞的全能性和细胞膜的流动性。
2）过程：植物细胞A→去壁→原生质体A 诱导融合→新的原生质体AB→再生细胞壁
植物细胞B→去壁→原生质体B
→杂种细胞→脱分化→愈伤组织→再分化→杂种植株
3）意义：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍，培育出自然界中没有的优良品种。
4）注意：①去壁方法：酶解法，所用的酶是纤维素酶和果胶酶。②诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般用聚乙二醇（PEG）作诱导剂。
三、动物细胞工程
3.1动物细胞培养 1）原理：细胞增殖。
2）流程：取动物组织块→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞→传代培养。
3）培养条件：①无菌、无毒的环境：对培养液和所有用具进行无菌处理。通常培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。②营养：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。使用合成培养基时还需加血清、血浆等。③温度：哺乳动物多为36.5℃＋0.5℃；多数细胞适宜pH 7.2-7.4。④气体环境：95%空气＋5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2维持培养液的pH 。
4）注意：①细胞贴壁指悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上生长。②细胞的接触抑制指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。③原代培养指动物组织消化后的初次培养。④传代培养指将贴满瓶壁的原代细胞取出，分瓶继续培养的过程。⑤细胞株是传代培养里10-50代的细胞群。⑥细胞系是50代以后的细胞群，遗传物质改变，失去接触抑制。⑦一般动物细胞培养不需要脱分化过程，因高度分化的动物细胞失去发育成完整个体的能力。⑧目前使用或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。
3.2、动物体细胞核移植技术 1）原理：动物体细胞核全能性。
2）过程：去核卵母细胞 诱导融合→重组细胞→重组胚胎→胚胎移植→生出幼体
供体细胞
3）注意：①核移植方法得到的动物称克隆动物。②哺乳动物核移植分为胚胎细胞核移植（易）和体细胞核移植（难），因为胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易。③选去核卵（母）细胞原因：卵（母）细胞体积大，易于操作；含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。④核移植产生的新个体性状与细胞核供体基本相同，可能部分新性状与细胞质供体有关。
4）存在问题：体细胞核移植成功率非常低；克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷。
3.3、动物细胞融合 （1）原理：细胞膜的流动性。
（2） 过程：两个或多个动物细胞→诱导融合→一个杂交细胞
（3）诱导方法：物理法（电激）、化学法（聚乙二醇）、生物法（灭活的病毒）等。
（4）单克隆抗体的制备：① 单克隆抗体：指由一个B淋巴细胞经过克隆形成的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体。优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。
② 过程：B淋巴细胞 细胞融合→多种杂交细胞→选择培养基筛选→杂交瘤细胞→专一
骨髓瘤细胞
抗性检验阳性→能产生所需抗体的杂交瘤细胞→体外培养或注射到小鼠体内→单克隆抗体
③意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。
④注意：骨髓瘤细胞与经过免疫产生的效应B淋巴细胞融合成杂交瘤细胞，既能大量繁殖，又能产生专一抗体。制备单克隆抗体过程中，进行了两次筛选。
专题3 胚胎工程
一、胚胎工程：指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括：体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。
二、体内受精和早期胚胎发育
1、精子的发生 ①时间：从初情期开始，直到生殖机能衰退。②场所：睾丸的曲细精管。③成熟的精子并不代表具有受精能力，须获能后才具备受精能力。精子大小与动物体型无关。
2、卵子的发生 ①时间：从胚胎性别分化后开始。②场所：卵巢（MⅠ）、输卵管（MⅡ）。③哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，都是在出生前完成的。排卵指卵子从卵泡中排出。刚排出的卵子尚未完全成熟，需在输卵管中进一步成熟，当达到MⅡ时，才具备受精能力。
3、受精 ①概念：精子和卵子结合形成受精卵的过程。②场所：自然条件下，输卵管内完成。
③过程：精、卵相遇，发生顶体反应→精子穿越放射冠和透明带→精子触及卵黄膜瞬间发生透明带反应→精子入卵后发生卵黄膜封闭作用→雌雄原核形成→两个原核融合→合子。
④受精标志：卵黄膜和透明带的间隙观察到两个极体。受精完成标志：雌雄原核融合成合子。
4、胚胎发育过程：受精卵→（卵裂期）→桑葚胚→囊胚→原肠胚→幼体
①卵裂期：细胞进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有缩小。
②桑椹胚：细胞数目32个左右时，形成致密的细胞团，形似桑椹，属于全能细胞。
③囊胚：出现囊胚腔；开始细胞分化，内细胞团将来发育成胎儿的各种组织。滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。孵化：囊胚进一步扩大导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。
④原肠胚：出现胚层分化，具有扩大的原肠腔，缩小的囊胚腔。
三、体外受精和早期胚胎培养
1、哺乳动物的体外受精主要步骤包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等。
①卵母细胞的采集方法：对体型小的动物超数排卵处理，做法是给供体注射促性腺激素；对体型大的动物从已屠母畜的卵巢中采集卵母细胞或直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
②精子的采集后进行获能处理。体外精子获能的方法：培养法和化学诱导法。
③体外受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
2、 早期胚胎的培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸及血清等。
3、试管动物技术包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。
四、胚胎移植
1、概念：指将雌性动物的早期胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”。
2、优势：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期。
3、生理学基础：①哺乳动物排卵后，不管是否妊娠，一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，为供体胚胎移入提供相同生理环境；②早期胚胎形成后处于游离状态，为胚胎的收集提供可能；③受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内存活提供可能；④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
4、基本程序：对供、受体选择，并用激素进行同期发情处理→用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理→配种或人工授精→胚胎的收集检查、培养或保存→胚胎移植→妊娠检查→分娩
5、注意：①供体选择遗传特性和生产性能优秀的个体，受体选择有健康的体质和正常繁殖能力的同种个体。②冲卵实质指把胚胎从供体母牛子宫内冲洗出来。③不同动物其胚胎移植的时间不同。一般在桑椹胚或胚囊胚阶段进行胚胎移植。④胚胎移植后一定要对受体母牛进行是否妊娠的检查。⑤胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下的空间位置的转移。
五、胚胎分割
1、概念：采用机械方法将早期胚胎切割成多个等份，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
2、特点：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖或克隆。
3、过程：选择发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中，用分割针或分割刀进行分割。注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
六、胚胎干细胞（ES或EK细胞） 1、来源：由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。
2、特点：①形态上，体积小、细胞核大、核仁明显。②功能上，具有发育的全能性。
③体外培养：ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可进行遗传改造。
3、注意：干细胞(stem cell)是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，能分化成多种功能细胞。一般分为胚胎干细胞和成体干细胞（只能分化成特定的细胞或组织）。
专题5 生态工程
基本原理：1、物质循环再生原理：物质能够在各类生态系统中，循环往复，分层分级利用；2、物种多样性原理：一般物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性；
3、 协调与平衡原理：考虑环境承载力的大小，因地制宜，确定环境容纳量的大小；
4、 整体性原理：考虑自然生态系统的规律、经济和社会等系统的影响力；
5、 系统学和工程学原理：①系统的结构决定功能原理：考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的；②系统整体性原理：系统各组分之间要有适当的比例关系，实现总体功能大于各部分之和的效果。
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