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高考生物一輪復(fù)習(xí) 考點(diǎn)梳理 第十單元 現(xiàn)代生物科技 新人教版

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高考生物一輪復(fù)習(xí) 考點(diǎn)梳理 第十單元 現(xiàn)代生物科技 新人教版

現(xiàn)代生物科技一、基因工程1. 基因工程的誕生(1)基因工程:按照人們的意愿,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì),并通過體外 DNA 重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù),從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。(2)基因工程誕生的理論基礎(chǔ)是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來,技術(shù)支持有基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)、工具酶的發(fā)現(xiàn),DNA 合成和測(cè)序儀技術(shù)的發(fā)明等。2.基因工程的原理及技術(shù)(3)基因工程操作中用到了限制酶、DNA 連接酶、運(yùn)載體考點(diǎn)限制酶細(xì)化:限制酶主要從原核生物生物中分離純化出來,這種酶在原核生物中的作用是識(shí)別 DNA 分子的特定核苷酸序列,并且使每條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 限制酶的特性是識(shí)別特定核苷酸序列,切割特定切點(diǎn)。限制酶產(chǎn)生的末端有兩種:粘性末端和平末端。 DNA 連接酶與 DNA 聚合酶的作用部位是磷酸二酯鍵,二者在作用上的區(qū)別為前者是恢復(fù)被限制性內(nèi)切酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵,后者單個(gè)的核苷酸連接到DNA分子上。 作為基因工程的載體應(yīng)該具備標(biāo)記基因、多個(gè)限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)、能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和穩(wěn)定存等特點(diǎn)。 常見的載體種類有質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒、噬菌體(4)基因工程四步驟:目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)和表達(dá)。考點(diǎn)細(xì)化: 目的基因的獲取方法為根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在載體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、以及基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。 基因文庫、基因組文庫、cDNA 文庫的區(qū)別:含有某種生物不同基因的許多DNA 片段,導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存,各個(gè)受體菌體分別含有這種生物的不同基因,稱之為基因文庫。如果含有一種生物所有基因,叫做基因組文庫。只包含一種生物的一部分基因,這種基因文庫叫做部分基因文庫,如cDNA 文庫。 基因重組操作中構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是將目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,并且遺傳給下一代,同時(shí)目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 一個(gè)完整的基因表達(dá)載體包括:目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因。 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞和微生物細(xì)胞的常用方法分別是膿桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射法、Ca2+處理法。 基因工程的受體細(xì)胞選擇,植物可以采用體細(xì)胞,動(dòng)物不能用體細(xì)胞,一般采用受精卵細(xì)胞。因?yàn)槭芫丫哂腥苄浴?當(dāng)受體細(xì)胞是大腸桿菌時(shí)常用Ca2+處理細(xì)胞,這樣做的目的是使細(xì)胞處于一種能夠吸收周圍環(huán)境中的DNA 分子的感受態(tài)細(xì)胞。 目的基因的檢測(cè):轉(zhuǎn)基因生物的 DNA 是否插入了目的基因(DNA分子雜交技術(shù));目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了 mRNA(分子雜交技術(shù));目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)(抗原-抗體雜交);個(gè)體生物學(xué)水平鑒定。 目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、目的基因的檢測(cè)和表達(dá)一般需要堿基互補(bǔ)配對(duì)。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不需要堿基互補(bǔ)配對(duì)3. 基因工程的應(yīng)用(5)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上:主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力(如:抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等),以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。(6)基因治療不是對(duì)患病基因的修復(fù),基因檢測(cè)所用的 DNA 分子只有處理為單鏈才能與被檢測(cè)的樣品,按堿基配對(duì)原則進(jìn)行雜交。4. 蛋白質(zhì)工程(7)蛋白質(zhì)工程的本質(zhì)是通過基因改造或基因合成,對(duì)先有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造新的蛋白質(zhì),所以被形象地稱為第二代基因工程;基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)二、克隆技術(shù)1. 植物的組織培養(yǎng)(1)細(xì)胞工程:指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法,通過細(xì)胞水平或者細(xì)胞器水平上的操作,按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲取細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。在細(xì)胞器水平上改變細(xì)胞的遺傳物質(zhì),屬于細(xì)胞工程。(2)細(xì)胞全能性:具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞,都具有發(fā)育成完整生物體的潛能??键c(diǎn)細(xì)化: 都具有該生物全部遺傳信息,因此從理論上講,生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。 細(xì)胞在生物體內(nèi)沒有表現(xiàn)出全能性的原因是基因選擇性表達(dá)。 植物細(xì)胞的全能性得以實(shí)現(xiàn)的條件是離體,合適的營養(yǎng)和激素,無菌操作。 在生物的所有的細(xì)胞中,受精卵細(xì)胞的全能性最高。(3)植物組織培養(yǎng):在無菌和人工控制的條件下,將離體的植物器官、組織、細(xì)胞,培養(yǎng)在人工配置的培養(yǎng)基上,給予適宜的培養(yǎng)條件,誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽,最終形成完整的植株??键c(diǎn)細(xì)化: 已分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后,失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程叫脫分化。 再分化是愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng),重新分化出根或芽等器官。 愈傷組織細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則,高度液泡化的呈不定型狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。 植物組織培養(yǎng)時(shí)培養(yǎng)基的成分有礦質(zhì)元素、蔗糖、維生素、植物激素、有機(jī)添加物,與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)相比需要蔗糖、植物激素,不需要?jiǎng)游镅濉?在植物組織培養(yǎng)脫分化過程中,需要植物激素 植物組織培養(yǎng)全過程中都需要無菌,愈傷組織之前不需要光照(4)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的用途: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)??键c(diǎn)細(xì)化: 用植物體的莖尖、根尖來獲得無病毒植物人工種子中人工胚乳相當(dāng)于大豆種子的子葉,人工種子與正常種子相比發(fā)芽率高。 轉(zhuǎn)基因植物的培育需要植物組織培養(yǎng)(5)將不同種植物的體細(xì)胞,在一定條件下融合成雜種細(xì)胞,并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體叫做植物體細(xì)胞雜交??键c(diǎn)細(xì)化: 用纖維素酶、果膠酶去除細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體 物理方法:點(diǎn)刺激、振蕩、離心;化學(xué)方法:聚乙二醇 植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志是新細(xì)胞壁的形成 融合后的雜種細(xì)胞通過植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育成完整的植物體(6)植物體細(xì)胞雜交這一育種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙2.動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆(7)動(dòng)物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段有動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞核移植、動(dòng)物細(xì)胞融合、生產(chǎn)單克隆抗體、胚胎移植等(8)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)經(jīng)過原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)考點(diǎn)細(xì)化: 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液的成分有糖、氨基酸、促生長因子、無機(jī)鹽、微量元素等 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)基固體,植物細(xì)胞培養(yǎng)基液體,培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞通常取自胚胎、幼齡動(dòng)物的組織器官 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)的氣體環(huán)境是95%的空氣+5%二氧化碳的混合氣體,CO2 起到調(diào)節(jié) PH值作用 使用胰蛋白酶處理使動(dòng)物組織分散成單個(gè)細(xì)胞 動(dòng)物組織處理使細(xì)胞分散后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng) 貼滿瓶壁的細(xì)胞需要重新用胰蛋白酶等處理,然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng),讓細(xì)胞繼續(xù)增殖。這樣的培養(yǎng)過程通常被稱為傳代培養(yǎng)。3.細(xì)胞融合與單克隆抗體(9)動(dòng)物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合的區(qū)別:操作步驟不同:植物原生質(zhì)體融合需要先去除細(xì)胞壁,動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁;誘導(dǎo)方法不同:動(dòng)物細(xì)胞融合可以用物理、化學(xué)和生物三種方法,植物原生質(zhì)體融合只能用物理、化學(xué)方法;最終目的不同:植物原生質(zhì)體融合最終是為了獲得雜種植株,動(dòng)物細(xì)胞融合最主要目的是獲得單克隆抗體。(10)單克隆抗體與血清抗體相比特異性強(qiáng)、靈敏度高并可大量制備(11)熟悉單克隆抗體制備過程??键c(diǎn)細(xì)化 生產(chǎn)雜交瘤細(xì)胞要用B 淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合 注射相應(yīng)抗原后,從小鼠脾臟中提取出B 淋巴細(xì)胞 雜交瘤細(xì)胞既能大量增殖,又能產(chǎn)生專一抗體。 制備單克隆抗體過程中需要兩次篩選 體外條件下做大規(guī)模培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞或者注射到小鼠腹腔內(nèi)增殖,從細(xì)胞培養(yǎng)液或者小鼠腹水內(nèi)就可以提取出大量的單克隆抗體。聯(lián)想拓展:雜交瘤細(xì)胞融合時(shí),對(duì) B 淋巴細(xì)胞為免疫過的B 淋巴細(xì)胞一種 B 細(xì)胞只能產(chǎn)生一種抗體A 和 B 兩種細(xì)胞融合,只考慮兩兩融合,融合方式有 AA、BB、AB 融合三種制備單克隆抗體過程中需要經(jīng)過兩次篩選?第一次:特定的選擇性培養(yǎng)基。第二次:抗體檢測(cè)(13)單克隆抗體在多種人類疾病及動(dòng)植物病害的診斷和病原鑒定中發(fā)揮重要作用。主要用于癌癥治療,也有少量用于其它疾病治療。拓展:生物導(dǎo)彈中,單抗的作用是導(dǎo)向作用,能將藥物定向帶到癌細(xì)胞所在位置,在原位殺死癌細(xì)胞。既不損傷正常細(xì)胞,又減少了用藥量。(14)去核卵母細(xì)胞能夠激發(fā)核的全能性,選用的卵母細(xì)胞應(yīng)該是培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期的卵母細(xì)胞(15)核移植技術(shù)獲得的動(dòng)物因?yàn)橛屑?xì)胞質(zhì)基因的影響、生活環(huán)境的差異、可能發(fā)生基因突變?cè)斐珊艘浦矂?dòng)物與供核動(dòng)物性狀不完全相同。三、胚胎工程1. 動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過程與胚胎工程的理論基礎(chǔ)動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過程:受精卵2細(xì)胞4細(xì)胞8細(xì)胞桑葚胚囊胚原腸胚胚胎工程的理論基礎(chǔ):哺乳動(dòng)物受精和早期胚胎發(fā)育規(guī)律(1)精子和卵子的產(chǎn)生過程中精子變形,卵子沒有。卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲(chǔ)備,是在出生前完成的??键c(diǎn)細(xì)化:精細(xì)胞產(chǎn)生后要經(jīng)過頂體形成、尾部發(fā)育、細(xì)胞質(zhì)濃縮最終精子形成卵子的發(fā)生在胎兒時(shí)期就完成了卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲(chǔ)備,排卵前后進(jìn)行了減數(shù)第一次分裂,減分裂在精子和卵細(xì)胞結(jié)合過程中完成。(2)精、卵細(xì)胞結(jié)合前各自要發(fā)生哪些生理過程?(提示:在受精前精子要在雌性動(dòng)物生殖道內(nèi)獲能;排出的卵子要在輸卵管中進(jìn)一步成熟到減中期才具備受精能力)。(3)受精過程:精子獲能卵子準(zhǔn)備階段受精。卵子防止多精入卵的屏障:透明帶反應(yīng)和卵黃膜封閉作用拓展: 桑椹胚一般指 32 個(gè)左右的細(xì)胞數(shù)目的胚胎。 胚胎分割選用的胚胎最好處于桑椹胚或者囊胚時(shí)期,因?yàn)槿苄暂^高(6)胚胎工程包含的技術(shù):體外受精技術(shù)、胚胎早期培養(yǎng)技術(shù)、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)、胚胎分割技術(shù)、胚胎移植技術(shù)(7)獲得精子必須經(jīng)獲能處理后才能進(jìn)行體外受精(8)采集卵子前一般要對(duì)雌體進(jìn)行促性腺激素處理,從較大體型動(dòng)物卵巢中采集卵母細(xì)胞都要經(jīng)過體外人工培養(yǎng)成熟后,才能與獲能精子受精。(9)胚胎的早期培養(yǎng)培養(yǎng)液還需要添加激素和血清(10)獲得的早期胚胎有向受體移植、冷凍保存兩種去向2. 胚胎干細(xì)胞的移植(11)從早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞可以稱為胚胎干細(xì)胞(12)胚胎干細(xì)胞在形態(tài)上:體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯;在功能上,具有發(fā)育的全能性。另外在體外培養(yǎng)的條件下,胚胎干細(xì)胞可以增殖二不發(fā)生分化。對(duì)它可以進(jìn)行冷凍保存,也可進(jìn)行遺傳改造。(13)干細(xì)胞按分化潛能可分為全能干細(xì)胞(如胚胎干細(xì)胞可以分化形成所有的成體組織細(xì)胞,甚至發(fā)育成為完整的個(gè)體)、 多能干細(xì)胞(具有多向分化的潛能,可以分化形成除自身組織細(xì)胞外的其他組織細(xì)胞,如造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞等)和專能干細(xì)胞(維持某一特定組織細(xì)胞的自我更新,如腸上皮干細(xì)胞)三種類型。(14)干細(xì)胞可以通過從哺乳動(dòng)物的早期胚胎(囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán))或從胎兒的原始性腺中分離而來3. 胚胎工程的應(yīng)用(15)胚胎分割時(shí)要注意注意將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割。(16)胚胎移植技術(shù)包括對(duì)供、受體的選擇和處理,配種或進(jìn)行人工授精,對(duì)胚胎的收集(沖卵),檢查、培養(yǎng)或保存,對(duì)胚胎進(jìn)行移植,以及移植后的檢查等步驟考點(diǎn)細(xì)化: 胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ):a哺乳動(dòng)物發(fā)情排卵后,不論是否妊娠,在一段時(shí)間內(nèi)同種動(dòng)物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的,這為胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境b早期胚胎在一定時(shí)間內(nèi)處于游離狀態(tài),為胚胎的收集提供了可能c受體對(duì)移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng),為胚胎在受體內(nèi)的存活提供了可能d供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系,但移入受體的供體胚胎的遺傳特性,在孕育過程中不受任何影響。胚胎移植的實(shí)質(zhì)是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。胚胎移植的優(yōu)勢(shì)是可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體的繁殖潛力。胚胎移植過程中兩次使用促性腺激素的目的是:第一次,對(duì)供體、受體進(jìn)行同期發(fā)情處理;第二次,對(duì)供體母牛做超數(shù)排卵處理。胚胎移植過程產(chǎn)下的犢牛性狀取決于供體牛不同動(dòng)物其胚胎移植的時(shí)間不同,例如:牛、羊一般要培養(yǎng)到桑椹胚或囊胚階段才能進(jìn)行移植,小鼠等可在更早的階段移植。

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