期中复习知识清单-2024-2025学年高二生物下学期期中考点大串讲（人教版2019）

专题一 发酵工程 一、发酵与传统发酵技术 1．发酵 (1)发酵的历史：约9 000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。 (2)发酵的概念：人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。 2．传统发酵技术 (1)腐乳的发酵 ①参与发酵的微生物：多种微生物，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 ②发酵原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸。 (2)传统发酵技术的概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。 (3)传统发酵技术的特点及主要食品 ①以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。 ②主要食品有腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉。 二、尝试制作传统发酵食品 1．传统发酵食品制作所利用的微生物 (1)乳酸菌 ①代谢特点：厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸，反应简式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。 ②生产应用：用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。 (2)酵母菌 ①代谢特点：单细胞真菌，兼性厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵，反应简式为C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。最适生长温度约为28_℃。 ②生产应用：用于酿酒、制作馒头和面包等。 (3)醋酸菌 ①代谢特点：好氧细菌，当O2、糖源都充足时能将糖分解成醋酸，反应简式为C6H12O6＋2O22CH3COOH(醋酸)＋2H2O＋2CO2＋能量；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸，反应简式为C2H5OH＋O2CH3COOH(醋酸)＋H2O＋能量。最适生长温度为30～35_℃。 ②生产应用：用于制作各种风味的醋。 2．制作泡菜 (1)菌种的来源 利用植物体表面天然的乳酸菌。 (2)方法步骤 3．制作果酒和果醋 (1)菌种来源 新鲜水果的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。 (2)方法步骤 三、培养基的配制 1．培养基 人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。 2．培养基的种类 3．培养基的营养组成 各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质，此外还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。 四、无菌技术 1．获得纯净的微生物培养物的关键：防止杂菌污染。 2．消毒和灭菌 消毒 灭菌 概念 使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物 使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子 常用方法 煮沸消毒法、巴氏消毒法、酒精消毒法、紫外线消毒法 湿热灭菌、干热灭菌、灼烧灭菌 适用对象 操作空间、双手等 接种环、接种针、玻璃器皿、培养基等 3.具体操作 (1)对实验操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒。 (2)将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。 (3)为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在酒精灯火焰附近进行。 (4)实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。 五、微生物的纯培养 1．纯培养：在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为培养物。由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物，获得纯培养物的过程就是纯培养。 2．微生物纯培养的步骤：微生物的纯培养包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。 3．酵母菌的纯培养 (1)菌落：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。 (2)获得单菌落的方法：平板划线法和稀释涂布平板法。 六、选择培养基 1．水生栖热菌的筛选：水生栖热菌能在70～80 ℃的高温条件下生存，而绝大多数微生物在此条件下不能生存。 2．选择培养基：在微生物学中，允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基。 七、微生物的选择培养 1．分解尿素的细菌的分离 分解尿素的细菌能合成脲酶，该酶能催化尿素分解产生NH3，以此作为细菌生长的氮源。要将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方设计思路是培养基中除含有细菌必需的碳源、水、无机盐外，只含有尿素一种氮源。 2．稀释涂布平板法分离分解尿素的细菌 土壤中细菌的数量庞大，要想得到能分解尿素的细菌的纯培养物，必须要对土样进行充分稀释，然后再将菌液涂布到制备好的选择培养基上，操作过程如下： 采集土样→将10 g土样加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀。取1 mL上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中，依次等比稀释→取0.1 mL菌液，滴加到培养基表面→将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中→将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布→用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀→涂布的菌液被培养基吸收后，将平板倒置，放入30～37 ℃的恒温箱中培养1～2 d。 八、微生物的数量测定 1．稀释涂布平板法 (1)原理：当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。为了保证结果准确，一般选择菌落数为30～300的平板进行计数。 (2)注意问题：统计的菌落数往往比活菌的实际数目少。这是因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。 2．显微镜直接计数法 (1)方法：利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下观察、计数。 (2)注意问题：统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和。 九、发酵工程的基本环节 发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分离、提纯等方面。 1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。 2．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。 3．配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。培养基的配方要经过反复试验才能确定。 4．灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。 6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。 7．分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 十、发酵工程的应用 1．在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。 (2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。 (3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。 2．在医药工业上的应用 基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。 3．在农牧业上的应用 (1)生产微生物肥料。微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。 (2)生产微生物农药。微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。 (3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。 4．在其他方面的应用 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。 专题二 细胞工程　 一、植物细胞的全能性 1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 2．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 二、植物组织培养技术 1．概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 2．全能性表达过程 (1)脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。 (2)再分化：脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。 (3)激素的作用：植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。 3．操作流程 外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30 s， 用无菌水清洗2～3次后，再用次氯酸钠溶液处理30 min，用无 菌水清洗2～3次。 ↓ 外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植 体切成0.5～1 cm长的小段。 ↓ 接种：在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组 织的培养基中。 ↓ 培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22 ℃的培养箱中培养。定期观察和记录愈伤组织的生长情况。 ↓ 转移培养：将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。 长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形 成试管苗。 ↓ 移栽：将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩上，壮苗后再移 栽入土。 三、植物体细胞杂交技术 1．概念 将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 2．过程 (1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)诱导原生质体融合的方法 ①物理法：电融合法、离心法等。 ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋－高pH融合法等。 3．意义 克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。 四、植物繁殖的新途径 1．快速繁殖 (1)快速繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 (2)特点 2．作物脱毒 (1)选材部位：植物的分生区附近。 (2)选材原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。 (3)实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱去病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。 五、作物新品种的培育 1．单倍体育种 (1)过程：花药离体培养―→单倍体植株纯合子植株。 (2)优点 ①后代是纯合子，能稳定遗传。 ②明显缩短了育种的年限。 2．突变体的利用 (1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。 (2)利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 六、细胞产物的工厂化生产 1．次生代谢物 (1)概念：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。 (2)作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 2．生产技术手段：植物组织培养技术。 3．优点：生产速度快。 4．实例：利用紫草细胞的组织培养生产的紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用红豆杉细胞的组织培养生产的紫杉醇具有高抗癌活性。 七、动物细胞培养概念 动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 八、动物细胞培养的条件 1．无菌、无毒的环境 2．营养 3．温度和pH 4．气体环境 九、动物细胞培养的过程 1．悬浮生长：细胞悬浮在培养液中生长增殖。密度过大时，由于有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏，细胞分裂受阻。 2．细胞贴壁：多数细胞贴附在瓶壁上生长。 3．接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂生长的现象称为细胞的接触抑制。 4．原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 5．传代培养：分瓶后的细胞培养。传代培养时，悬浮生长的细胞直接用离心法收集；贴壁生长的细胞要先用胰蛋白酶等处理，再用离心法收集。 十、干细胞的培养及其应用 1．干细胞功能：在一定条件下，可以分化成其他类型的细胞。 2．干细胞的存在：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 3．干细胞的种类 十一、动物细胞融合技术 1．概念 使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2．诱导原理和结果 (1)诱导原理：细胞膜的流动性。 (2)诱导结果：形成杂交细胞。 3．诱导方法：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。 4．意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 5．动物细胞融合技术的应用 (1)成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (2)用于制备单克隆抗体。 十二、单克隆抗体 1．制备原理 (1)B淋巴细胞特点：一种B淋巴细胞分泌一种特异性抗体。 (2)骨髓瘤细胞特点：能在体外大量增殖。 (3)杂交瘤细胞特点：B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的杂交瘤细胞，既能无限增殖又能产生大量特定抗体。 2．制备过程 3．单克隆抗体的优点 能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备。 4．单克隆抗体的应用 (1)作为诊断试剂，具有准确、高效、简易、快速的优点。 (2)用于治疗疾病和运载药物。 十三、动物细胞核移植技术 1．概念 (1)供体：动物一个细胞的细胞核。 (2)受体：去掉细胞核的卵母细胞。 (3)结果：形成重组细胞并发育成新胚胎，最终发育成动物个体。 2．种类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。两者中难度较高的是体细胞核移植。 3．原理：动物细胞核具有全能性、细胞膜具有一定的流动性。 十四、体细胞核移植的过程 十五、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1．应用前景 (1)畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。 (2)医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白。 ②转基因克隆动物的细胞、组织和器官可作为异种移植的供体。 ③人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的细胞、组织、器官后，可用于组织器官的移植。 (3)了解胚胎发育及衰老过程。 (4)用克隆动物做疾病模型，使人们更好地追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。 (5)保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危动物的存活数量。 2．存在问题 (1)体细胞核移植技术的成功率非常低。 (2)克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷等。 十六、胚胎工程 1．概念：对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 2．主要技术：体外受精、胚胎移植和胚胎分割。 十七、受精 1．概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 2．场所：雌性动物的输卵管内。 3．过程 十八、胚胎早期发育 1．场所：输卵管。 2．过程 受精卵 ↓ 卵裂期 ↓ 桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团形似桑葚 ↓ 孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来 ↓ 原肠胚：形成外胚层、内胚层和中胚层→各种组织、器官 十九、体外受精 1．试管动物：通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。 2．体外受精技术的主要步骤：卵母细胞的采集、精子的获取和受精。 3．过程 二十、胚胎移植 1．概念：是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 2．胚胎移植的基本程序 3．胚胎移植的意义 (1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 (2)大大缩短了供体本身的繁殖周期。 (3)对供体施行超数排卵处理后，增加后代数量。 二十一、胚胎分割 1．概念：采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。 2．所需主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。 3．操作对象及要求：选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，将它移入盛有操作液的培养皿中，在显微镜下用分割针或分割刀分割。在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。 4．胚胎分割的意义 (1)促进优良动物品种的繁殖，产生遗传性状相同的后代用于遗传学研究。 (2)对胚胎进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义。 专题三 基因工程的基本工具和基本操作程序 一、基因工程及其诞生与发展 1．基因工程的概念 (1)操作场所：生物体外。 (2)操作技术：转基因等技术。 (3)操作结果：赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 (4)操作水平：DNA分子水平。 2．基因工程的诞生和发展 (1)基因工程的诞生 ①1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。 ②1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。 ③1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。 ④20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 ⑤1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。 (2)基因工程的发展 ①1982年，第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市。 ②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。 ③1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。 ④1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。 ⑤21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因序列的了解。 ⑥2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。 二、DNA重组技术的基本工具 1．限制性内切核酸酶(又称限制酶)—“分子手术刀” (1)来源：主要来自原核生物。 (2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并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。 (3)结果：产生黏性末端或平末端。 (4)应用：已知限制酶EcoR Ⅰ和Sma Ⅰ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。 EcoR Ⅰ限制酶和Sma Ⅰ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有专一性。 2．DNA连接酶—“分子缝合针” (1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 (2)种类[填表] 种类 比较 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 特点 只能连接黏性末端 既可以连接黏性末端，又可以连接平末端 3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” (1)质粒 ①质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于真核细胞的细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 ②质粒适于作基因运载体的特点 Ⅰ.质粒分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中。 Ⅱ.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体细胞DNA同步复制。 Ⅲ.人工改造的质粒常带有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 (2)噬菌体、动植物病毒等。 三、重组DNA分子的模拟操作 1．材料用具：剪刀代表EcoR_Ⅰ，透明胶条代表DNA连接酶。 2．切割位点 (1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出G—A—A—T—T—C序列，并选G—A之间作切口进行“切割”。 (2)再从另一条链上互补的碱基之间寻找EcoR Ⅰ相应的切口剪开。 3．操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能互补配对；否则，说明操作有误。 四、DNA的粗提取与鉴定 1．实验原理 (1)DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精。 (2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。 (3)在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。 2．实验步骤 (1)称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。 ↓ (2)漏斗中垫纱布，将研磨液过滤到烧杯中，4 ℃处理，取上清液。 ↓ (3)在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液，静置2～3 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。 ↓ (4)取两支20 ml的试管编号A、B，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂。混匀后，将试管置于沸水中加热5 min。 ↓ (5)结果观察：A试管不变蓝，B试管变蓝色。 五、目的基因的筛选与获取 1．目的基因 (1)概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。 (2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。 2．筛选合适的目的基因 (1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。 (2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。 (3)认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。 3．利用PCR获取和扩增目的基因 (1)PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 (2)条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶。 (3)过程： ①变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链。 ②复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 ③延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3′端合成子链。 ④重复循环多次。 (4)结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n)。 六、基因表达载体的构建 1．构建基因表达载体的目的 (1)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。 (2)使目的基因能够表达和发挥作用。 2．基因表达载体的组成[填图] 3．基因表达载体的构建 首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口，然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割目的基因的DNA片段，再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。 七、将目的基因导入受体细胞 1．转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 2．目的基因导入受体细胞的方法 (1)目的基因导入植物细胞 ①花粉管通道法 Ⅰ.用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。 Ⅱ.在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借花粉管通道进入胚囊。 ②农杆菌转化法 Ⅰ.农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物；农杆菌的Ti质粒上的T­DNA能够整合到所侵染细胞的染色体DNA上。 Ⅱ.转化方法：将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T­DNA中，让农杆菌侵染植物细胞。 (2)目的基因导入动物细胞 ①常用方法：显微注射法。 ②常用受体细胞：受精卵。 (3)目的基因导入微生物细胞 ①方法：用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后将重组表达载体导入其中。 ②常用受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。 八、目的基因的检测与鉴定 1．分子水平检测 (1)通过PCR等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。 (2)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，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。 2．个体水平鉴定 包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。 专题四 基因工程的应用、蛋白质工程及生物技术的安全性和伦 一、基因工程在农牧业方面的应用 1．转基因抗虫植物 (1)技术方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。 (2)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 2．转基因抗病植物 (1)技术方法：将来源于病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。 (2)实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 3．转基因抗除草剂植物 (1)技术方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。 (2)实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 4．改良植物的品质 (1)技术方法：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。 (2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。 5．提高动物的生长速率 (1)技术方法：将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。 (2)实例：转基因鲤鱼。 6．改善畜产品的品质 (1)技术方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。 (2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。 二、基因工程在医药卫生领域的应用 (1)技术方法 ①对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物。 ②利用乳腺生物反应器生产药物：将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过分泌乳汁生产所需要的药物。 ③培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种调节因子抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。 (2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。 三、基因工程在食品工业方面的应用 (1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵生产凝乳酶。 (2)实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。 四、蛋白质工程 1．概念 (1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 (2)手段：通过基因改造或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。 (3)目的：获得满足人类的生产和生活需求的蛋白质。 2．理论和技术条件：分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 五、蛋白质工程崛起的缘由 1．基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。 2．基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界中已存在的蛋白质。 3．天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 4．实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的氨基酸被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。 六、蛋白质工程的基本原理 1．目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 2．方法：改造基因或合成基因。 3．流程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 七、蛋白质工程的应用 1．在医药工业方面的应用 (1)研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造胰岛素基因使B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，研发出速效胰岛素类似物。 (2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，提高了干扰素的保存时间。 (3)改造抗体：将小鼠单克隆抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。 2．在其他工业和农业方面的应用 (1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种突变体。 (2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率。 八、转基因成果令人叹为观止 1．转基因微生物 (1)对微生物进行基因改造的原因：微生物的生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作。 (2)转基因酵母菌减少了啤酒酵母双乙酰的生成，缩短了啤酒的发酵期。 (3)用基因工程技术构建基因工程菌来生产氨基酸、药物等。 2．转基因动物 (1)将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜。 (2)将某些抗病毒的基因导入动物体内，培育了抵抗相应病毒的动物新品种。 (3)建立了某些人类疾病的转基因动物模型。 3．转基因植物 (1)科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状作物。利用转基因技术显著抑制番茄中乙烯形成酶的活性和乙烯的生成量，从而培育成了转基因耐储藏番茄。 (2)我国批准发放了转基因棉花、番木瓜、水稻和玉米等作物的生产应用安全证书。 (3)硕果累累的转基因成果在带给人们喜悦的同时，也促使人们关注转基因生物的安全性问题。 九、对转基因产品安全性的争论 1．争论的原因 (1)原本是自然造就的生命形式被人为改造后出现了全新特征。 (2)人们所生活的国家或社会不同，具有不同的价值观取向，对转基因技术就会产生不同的见解。 2．争论的方面 在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。 十、理性看待转基因技术 1．我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的，就是研究上要大胆，坚持自主创新；推广上要慎重，做到确保安全；管理上要严格，坚持依法监管。 2．建立相应法规，如国务院颁布了《农业转基因生物安全管理条例》，国家有关部门制定实施了《农业转基因生物安全评价管理办法》《农业转基因生物标识管理办法》等，这些法规的制定既维护了消费者对转基因产品的知情权和选择权，又最大程度地保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的安全性。 十一、关注生殖性克隆人 1．生殖性克隆人面临的伦理问题 (1)生殖性克隆和治疗性克隆 ①生殖性克隆：指通过克隆技术产生独立生存的新个体。 ②治疗性克隆：指利用克隆技术产生特定的细胞组织和器官，用它来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。 (2)对生殖性克隆人研究的不同见解 ①有人认为应该允许研究：生殖性克隆人有它自己内在的发展规律；现在人们的伦理道德观念是可以改变的。 ②多数人对此项研究持否定态度：有伦理学家认为生殖性克隆人“有违人类尊严”；还有伦理学家认为，生殖性克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了人类伦理道德。 ③很多生物学家认为克隆技术还不成熟：构建重构胚成功率低，胚胎移植到子宫后着床率低、流产率高、胎儿畸形率高和出生后死亡率高。即使有个体活过了幼年期，也可能早亡。 2．我国禁止生殖性克隆人 (1)我国政府不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。 (2)我国政府同样重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。我国颁布了相关法规，以保证干细胞的研究在有关规定下进行。 3．警惕用新技术研究生殖性克隆人 (1)化学诱导多能干细胞生殖性克隆 ①小鼠成纤维细胞小鼠iPS细胞―→克隆鼠。 ②从技术上讲，利用人的iPS细胞克隆人是可能的。 (2)人类基因组编写计划 ①“人类基因组编写计划”：希望合成人类的整个基因组。 ②应用和风险：该计划将使培育出用于移植的人体器官成为可能，还会加速疫苗的研发；如果合成出人类的基因组，就可能造出“无父母”人类或者拥有相同基因组的“克隆人”。 十二、禁止生物武器 1．生物武器的种类及特点 (1)种类：包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类。 (2)特点：①致病能力强，攻击范围广；②可以直接通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内。 2．对生物武器的威胁，不能掉以轻心 (1)有一些恐怖组织或个人在试图寻找各种大规模杀伤性武器，而生物武器相对容易获得，也便于携带和施放，一旦被利用，产生的危害是巨大的。 (2)转基因技术使得制造新型的致病菌成为可能。这些人类从来没有接触过的致病菌，可能让大批受感染者突然发病，而又无药可医，这样施放者便会造成敌对方公众极度恐慌，致使受害国一切活动瘫痪。 (3)禁止生物武器的公约 ①1972年4月10日，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《禁止试制、生产和储存并销毁细菌(生物)和毒剂武器公约》(简称《禁止生物武器公约》)。 ②中国在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。 8 学科网（北京）股份有限公司 $$