选修3《现代生物科技专题》知识点
专题1 基因工程
1.基因工程是指按照人们的愿望，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。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术或基因拼接技术
2．基因工程的基本工具包括“分子手术刀”——性核酸内切酶（酶）、“分子缝合针”——DNA连接酶、“分子运输车”载体
3.性核酸内切酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。它能够识别双链
DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。经酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
4.根据酶的来源不同，DNA连接酶可分为两大类，一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E·coli DNA连接酶，另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为
T4 DNA连接酶，这两种连接酶的相同点是都缝合磷酸二酯键。
5.作为载体具备的条件：
①具有复制起点，能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个酶切割点，供外源DNA片段插入。
③具有遗传标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
6.最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、于细菌染色体之
外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。除质粒外，常用的载体还有：
噬菌体的衍生物、动植物病毒。在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，
都是在天然质粒的基础上经过人工改造成的。
7.基因工程的原理是基因重组，基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：
目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞_、目的基
因的检测和表达。
8.目的基因是指编码蛋白质的结构基因，可以从自然界已有的物种中直接分离获得，也可以人工合成。人工合成目的基因的常用方法有PCR法、反转录法_和化学合成法_。
9.PCR技术扩增目的基因的原理是DNA双链复制，过程是：第一步：加热至90～95℃DNA受热变性后解为单链；第二步：冷却到55～60℃，引物与单链相应互补序列结合；第三步：加热至70～75℃， DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。
10.构建基因表达载体是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。一个基因表达载体的组成必须有目的基因、启动子、终止子、标记基因。
11.启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。终止子也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。标记基因的作用：是为了鉴定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。常用的标记基因是抗生素基因。
12.转化是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。将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还
有 基因法和 花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是
显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵。将目的基因导入微生物细胞
时，常用原核生物作为受体细胞，原因是原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传
物质相对较少 ，最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 Ca2+
处理细胞，使其成为 感受态细胞 ，再将 重组表达载体DNA分子 溶于缓冲
液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成
转化过程。
13.目的基因导入受体细胞后，是否稳定维持和表达，需要进行检测。首先要检
测 转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子杂
交技术。其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA，方法是用标记的目的基
因作探针与mRNA杂交。最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基
因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交。有时还需进行个
体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
14.基因工程飞速发展，应用广泛，植物基因工程主要用于提高农作物的抗逆能力，（如抗虫、抗病、抗干旱、抗除草剂等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面；动物基因工程主要用于提高动物生长速率、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物、用转基因动物作器官移植的供体。
专题2 细胞工程
1.细胞工程是指应用细胞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，按照人们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技术。根据操作对象的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
2.植物细胞全能性是指具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。
3.植物细胞工程的原理是细胞全能性，用植物组织培养技术培育植株时，先要通过细胞的脱分化过程，培育出愈伤组织，再从愈伤组织分化成小植株。细胞脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转化为未分化的细胞过程。愈伤组织是一群排列不规则、疏松，高度液泡化的薄壁细胞。
4. 在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官，这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中基因选择性表达各种蛋白质的结果。
5.植物组织培养技术就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、从芽，最终形成完整的植株。
6.植物组织培养技术普遍应用于社会生产的方方面面，在植物繁殖的新途径方
面有：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子；在作物新品种的培育方面有：单
倍体育种、突变体的利用。除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的
工厂化生产。
7.植物体细胞杂交技术之前，必须先用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁，获得原生质体。诱导原生质体融合的方法分为两大类，物理法包括离心、振动、电激等。化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。植物体细胞杂交技术意义在于克服了远缘杂交不亲和的障碍。
8.生长素与细胞素的协同作用在植物组织培养中非常重要。例如，当生长素含量高于细胞素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；而当细胞素的效应高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。
9.动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖。
10.动物细胞培养的过程：取胚胎动物或幼龄动物的器官或组织→剪碎→用
胰蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养
→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
11.动物细胞培养时悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。当贴壁细胞生长到表面相互接触时，细胞就会停止增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
12.动物细胞在传至10～50代左右时，增殖会逐渐缓慢，以至于完全停止，这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化。当继续传代培养时，少部分细胞会克服寿命极限，获得不死性，这些细胞等同于向癌细胞方向发展。
13.动物细胞培养需要满足以下条件：
①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养：除了合成培养基成分如糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素
等。通常需加入血清、血浆等天然成分。
③温度和pH：适宜温度： 36.5℃＋0.5℃；适宜pH：7.2～7.4。
④气体环境：置于95%空气加5%CO2的培养箱中进行培养。混合气体O2是细胞
代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。
14.动物细胞培养技术的用途很多：①生产重要价值的生物制品，如疫苗、干
扰素、单克隆抗体等。②动物细胞是基因工程常用受体细胞；③培养动物细胞
可用于检测有毒物质；④培养医学研究的各种细胞，为疾病治疗提供理论依据。
15.哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植（比较容易）和体细胞核移植（比
较难）。选用去核卵母细胞的原因：比较大，容易操作；细胞质多，营养丰富。
含有激发细胞核基因全能性表达的物质。
16.体细胞核移植技术存在的问题：成功率非常低，克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等，对克隆动物食品的安全性问题也存在争议。
17.动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。
18.诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，除常用的诱导因素外，还可用灭活的病毒诱导融合。
19.用杂交瘤细胞生产出的单克隆抗体特异性强，灵敏度高，并能大量制备。
20.单克隆抗体的制备过程：
分离
特定抗原注入小鼠体内
培养骨髓瘤细胞
B淋巴细胞
细胞融合
杂交细胞
选择性培养基
杂交瘤细胞
克隆化培养和抗体检测
培养基
注入小鼠
从培养液提取
从腹水提取
单克隆抗体
20.在选择性培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体。对上述经选择性培养的杂交瘤细胞，还需要进行克隆化培养和抗体检测。最后将检测的杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖，这样，从细胞培养液或小鼠腹水中，就可以提取出大量的单克隆抗体。
21.单克隆抗体的作用：作为诊断试剂，能准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点； 在临床试验上主要用于癌症治疗，可制成“生物导弹”，借助单克隆抗体的导向作用，把药物定向带到癌细胞所在位置。
专题3 胚胎工程
1.哺乳动物精子的发生是在睾丸内完成的。雄性动物从初情期开始，直到生殖机能衰退，曲细精管都在源源不断的产生精子。形成的精细胞需要经过变形，其细胞核变为精子头部的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘膜。同时，细胞内的其它物质浓缩为球状，叫做原生质滴，最后脱落。
2.哺乳动物卵子的发生是在雌性动物卵巢内完成的。动物的胚胎在性别分化以后，胎儿卵巢内的卵原细胞就开始有丝，并进一步演变为初级卵母细胞。减数第一次是在雌性动物排卵前后完成的；减数第二次是在精子和卵子结合的过程中完成的。当在卵黄膜和透明带的间隙可以看到两个极体时，说明卵子已完成受精。
3.刚从睾丸排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。这一现象称为“精子获能”。动物排出的卵子需要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次中期时，才具备与精子受精的能力。
4.哺乳动物的受精是在雌性动物的输卵管内完成的。受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和配子结合。防止多个精子进入卵细胞的第一道屏障是透明带反应，第二道屏障是卵黄膜的封闭作用。
5.动物胚胎发育的第一时期为卵裂期，特点是细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不增加，或略有减小。当胚胎细胞数目达到32个左右时，形成致密的细胞团，叫做桑椹胚，属于全能细胞。囊胚期细胞开始出现分化，聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，沿透明带排列的、个体较小的细胞，将来发育成胎膜和胎盘。 原肠胚有了三胚层的分化，包括外胚层、内胚层和原肠腔。
6.体外受精时，卵母细胞的采集的主要方法是：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子。对于大家畜或大型动物，主要方法：是从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外人工培养到减数第二次中期时，才能与获能的精子受精。
7.收集精子的方法有假阴道法、手握法、电刺激法等。在体外受精前，要对精子进行获能处理。体外获能方法有培养法和化学诱导法两种。培养法是把精子放入人工配制的获能液中，化学法是把精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体溶液中，用化学药物诱导精子获能。
8.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。体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。
9.胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎，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。其中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”。
10.胚胎移植的生理学基础：
①哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。
③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。
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。
11.胚胎移植的基本程序包括：
①对供、受体母牛进行选择，并用激素进行同期发情处理。
供体牛选择遗传特性和生产性能优秀的个体，受体牛选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体，供体和受体是同一物种。
②用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。
③超数排卵的母牛发情后，选择同种优秀的公牛进行