选择性必修3_生物技术与工程_思维导图-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

发酵 发酵是人们利用微生物·在适宜的条件下·将原料通过做生物的代谢转化为人类所需要的产物 的过程。 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 如囟计)中的做生物进行发酵·制作食品的技术 传统发酵 特点】 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 实例：腐乳 原理：主角为毛霉，分这蛋白酶和脂防酶，把蛋白质分解为小分子的肽和颤基酸 把脂防分解为甘油和脂肪酸 代谢类型 策性厌氧菌型(28℃为适宜温度)刀 主角：酵母茵 先通气·在有氧条件下·酵母茵有氧呼吸产生大量能量，大量警殖 佩理 下来再无氧条件下·酵母茵酒精发降：C6H1206→2C2H50H+2C02+能量 先洗澡再除枝梗·以免除去枝模时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。 果酒制作 注意事项 冲洗以洗去灰尘为目的，不要太干净·以防止洗去酵母菌○ 发酵瓶中留出13空间（初期提供氧气·防止产生气体让发酵液道出） 在缺氧·酸性条件下，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他搅生物都受到制约 检测：在酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应显现灰绿色】 传统发酵 代谢类型 异养需氧型 30~35℃全程通气 主冉：醋酸茵 和发酵工程 果醋制作 氧气，糖跟都充足时：C6H1206+202→2CH3C00H+2C02+2H20 反应式 缺少糖源时：C2H50H+02→CH3C00H+H20 代谢类型：异氧厌氧型 主角：乳酸茴 在无氧条件下，乳酸茵将葡萄糖分解成乳酸：C6H1206→2C3H603+能量 泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因套：腌制方法，时间长短，温度高低 配置盐水：盐水浓度为质量百分比为5%20%，配置好后煮沸冷却（杀菌排空气，冷却防止乳酸菌究亡） 泡菜制作 实验流程 用水密封泡菜坛的目的：给泡要坛内创造无氧环境 密封发薛：将坛口用水封好（防止外界空气进入） 发酵前期：大肠杆·母菌等进行有氧呼吸，消耗02，细茵大量繁殖，硝酸盐还原菌 将泡中硝酸盐还原成亚硝酸盐 发酵阶段 发酵中期：乳酸的积黑和无氧环境导致乳酸茵逐渐占据优势，乳酸含量增加，硝酸盐还原 菌受抑制·同时乳酸菌分解亚硝酸盐 发酵后期：乳酸含量达到一定程度时·抑制了乳酸菌的活性·发酵速度逐渐变缓 [在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品 茵种从自然界苏选·或通过诱变和基因工程育种 ⑨选高茵种 @扩大培养 ③培养基的配制 ④灭简 检测培养液中的挝生物数量，产物浓度等】 发酵工程 基本环节 ⑤接种 ⑥发酵遣内发酵 严格控制温度·p州和溶解氧等发酵条件】 产品是微生物细胞本身】 梁用过滤·沉淀等方法将菌体分离】 ⑦分离提纯 产品是代谢物 根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措鹿来 获得产品· 生产条件温和·原科来源丰富且价格低廉 、产物专一 废弃物对环境的污染小和容易处理等 特点 VS传统发酵】 传统发酵技术一般茵种是多样的，获得的产物一般不是单一的组分·很多时候不 会再对产物进行分离提纯 概念 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 水】 提供液体环境·良好溶剂卷与反应】 无机盐 细胞结构重要组分·维持正常生命活动，调节H和渗透压等 培养基 营养成分 氨源 如牛肉膏蛋白胨·只有固氨微生物能够利用无机氨源（如氨气） 异养型细菌需要有机碳源（其中的葡萄糖即可以提供能量，也是合 成其他物质的原料) 碳源 自养型细菌可以利用无机碳源（如C02)】 其他培养条件 细菌碱性或弱碱性霉菌酸性：乳酸杆菌培养需要在培养基中添加维生素 固体培养基 含凝固剂（如琼脂） 获取单菌落·鉴定·分离鉴定 按状态分 液体培莽基 不含凝固剂 发酵工程·摇床，震荡扩大培养 培养基 半固体培养基 少量凝固剂 用于研究微生物运动方式】 /分类 选择培莽基 允许特定种类的微生物生长·同时抑制其他种类微生物生长 按功能分 如伊红一亚甲蓝琼脂培养基可鉴定大肠杆菌菌落，呈深紫色 并有金属光泽 鉴别培养基 刚果红培乔基可以鉴别纤维素分解菌 微生物 酚红培养基可以鉴别尿素分解菌 培养技术 概念 使用较为温和的物理或化学方法杀死物体表面或内部的部分微生物 消毒 巴氏消毒法：可杀死大多数微生物·并且基本不会破坏营养成分 紫外线消毒法：适量石炭酸或煤酚皂溶液可以加强消毒效果。 分类 化学药剂消毒法：酒精擦拭双手、用氯气消毒水源 无菌技术 其他方法：煮沸消毒法，生物消毒法 概念 使用强烈的理化因素杀死物体内所有微生物（包括芽孢和孢子） 灭菌 湿热灭菌：如使用高压蒸汽灭菌进行培乔基的无菌处理 分类 干热灭菌法 玻璃器皿（如吸管·培养皿等）丶金属用具等 灼烧灭菌 涂布器，接种环·接种针或其他金属用具 概念 由单一个体繁殖所获得的做生物群体称为纯培养物·获得纯培养物的过程即纯培养 配制培养基 此步骤还无需无菌条件 纯培养 灭菌 培养基高压蒸汽灭菌、培养皿干热灭菌（或高压蒸汽灭菌） 倒平板 50℃左右（不烫手为指标）·酒精灯火焰附近倒平板 步骤 防止培养基表面的水分挥发·防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染 平板倒置 若标记应该标记再皿底 接种 平板划线法或稀释涂布平板法 原理 通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作·将聚集的菌种逐步稀释分散到 培养基的表面。经数次划线后培乔·可以分离得到单菌落 ①接种环灼烧灭菌 @雄取蕾液 ③接种环伸入培养皿划线 平板刘线法 区域 第四 区域 ④从上一次划线的位置往下一区域划线 ⑤平板倒置存放保存 每次划线前都需要灼烧接种环（杀灭残留杂菌）并冷却（免杀灭细菌）· 注意事项 第一次灼烧冷却后需要蘸取菌液·第二次以后都不用藏取。 划线时最后一区不要与第一区相连 将菌液进行一系列的梯度稀释（使用无菌水稀释）·然后将不同稀释度的菌液分别 涂布到琼脂固体培养基的表面·进行培养 原理 由于使用的稀释液浓度可知，所以不仅可以用于纯培养，还可以用于计数 培养基 以尿素为唯一氨源的选择培养基·尿素分解菌能够合成脲酶·将尿素分解为氨 1.0ml 1.0ml 1.0ml 1.0ml 1.0ml 分离细菌 土境10g 9.0ml 9.0m 9.0ml 9.0ml 9.0mL 稀释涂布 和90m 无菌水 /平板法 10倍稀释 10倍稀释 10倍稀释 10倍稀释 10倍稀释 01mL 0.1 mL 0.1ml 0.1ml 59个 4个 63个 62个 ①判断培养基中“是否有杂菌污染”·需将未接种的培养基同时进行培乔 对照组 ②判断选择培乔基“是否有筛选作用”·需设置牛肉膏蛋白胨培养基进行接种后培养 确保准确：选择菌落数在30~300个的平板计数 注意事项 减少误差：同一稀释度如到三个或以上的平皿中·经涂布培养计算出菌落平均数 数据偏小：当两个或多个细胞连在一起时·最终平板上观察到的只是一个菌落 需要的仪器：细茵计数板或血细肥计数板·显微镜 其他计数法 直接计数法 死菌活菌都计·数据偏大 取材 一般选芽尖·茎尖~形成层·因为其分化程度低·容易诱导愈伤组织 共消— 接种→转接→移我 工作环境酒精处理，外植体酒精和次氯酸钠处理 脱分化：形成宽伤组织（需要退光） 植物组织培养 再分代 生根 先在生长素占较重的情况下分化丛根 分 后在细胞分裂素占比较重的情况下分化丛芽 将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，特其 长壮后再移栽入士 原理 植物细肥全能性】 概念 细胞经分裂和分化后·仍然具有发育成完整有机体或 分化成各种细肥的潜能和特性 原因 体细胞具有完成个体发育所需要的全套遗传物质 需要离体：原因是在特定的时间和空间下·细胞在机体内会选择性表达形成相 应的组织和器官，而不会形成一个完整个体 表现条件 适宜的水·无机盐·有机意养及植物激素·适宜的温度等条件 全能性 同一生物体内细胞全能性的高低：受精卵（全能干细肥）>生殖细胞>体细胞 细肥分化程度的不断提高·细胞的全能性逐渐变小·分裂能力逐渐变小 全能性高低 植物细胞的全能性易于表达·而对于动物细·除了受精卵外·其他已经分化 的细胞的全能性受到极大限制·此时一般只能体现动物细胞核的全能性 植物细胞工程 体现动物细胞核的全能性实例：克隆羊多利·蝶姬细肥核移植 概念：干细胞是一类具有自我更新和分化发育潜能的细胞 干细胞 类型：全能干细胞丶多能干细胞、专能干细肥 使用纤维素酶和果胶酶去除细胞型 原理：细胞膜的流动性 步骤 原生质体融合 融合方法：物理法包括电融合法·离心法等：化学法包括歌 植物体细胞 乙二醇(PEG)融合法·高Ca2+一高pH脸合法等 杂交 植物组织培养 原理：细胞的全能性 优点 打破生殖隔离·实现远缘杂交育种 快速繁殖 优点：繁殖速度快·保持亲代优良的遗传性状 繁殖新途轻 脱苗 植物顶端分生区附近（如茎尖）的病极少·甚至无病毒 流程 花药离体培养→秋水仙素处理加倍】 单倍体育种 优点 明显缩短商种年限】 应用 新品种培育 在愈伤组织期间进行诱导，因为此时细胞分裂旺盛 容易发生DNA复制时碱基的错配 突变体利用 原理：基因突变染色体变异 技术名称：植物细胞培养（离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖） 工厂生产 般培养到愈伤组织·此时分裂旺盛】 此时使用的是液体培养基·方便细胞与营养物质充分接触，并即时获取 次生代南产将 含义 从动物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生长和繁殖 营养成分 常需加入血清等天然成分】 无菌：在培养液中添加一定量的抗生素·以防培养过程中的污染 无菌无毒 无毒：定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害 条件 温良 哺乳动物多是36.5℃+0.5℃ 727.4 95%空气的恒温培养箱，02是细胞代谢所必雨 气体环境 动物细胞 5%C02是为了维持H(而不是为了刺激细胞呼吸) /培养 细胞贴壁：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上·称为 ①原代培养：指动物细胞分 细胞贴壁（少部分细肥悬浮在培养液中生长增殖）· 瓶之前的初次培养·特点是 细肥贴型以及接触抑制。 接触抑制：当贴壁生长的细胞分裂相互接触时就会相互 抑制而停止分裂（癌细胞无该现象） 过程 原代培养过程中，贴满瓶壁的细肥需要重新用胰蛋白酶等处理，悬浮培养 的细肥直接用离心法收集·然后分瓶继续培养·让细胞继续增加。 回传代培养 传代培养过程·部分细的核型会发生变化而克服细胞寿命的自然极限 获得不死性·有癌细胞的特点。 胚胎干细肥（简称ES细肥）存在于早期胚胎中 类型 干细胞培养 成体干细脆是成体组织或器官内的干细胞 诱导多能干细胞(ips)】 诱导过程无须破坏胚胎·可退免免疫排乔反应 概念 是指两个或多个动物细龍结合形成一个细胞的过程 结果 融合后形成的具有原来两个或多个细肥透传信息的单核细胞 动物细胞 常用的诱导因素 聚乙二醇·电刺激~灭活的病毒（灭活是失去染能力，但并不破坏抗原结构 工程 原理 细胞膜的流动性 动物细胞 /融合 意义 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 用特定的抗原对小鼠进行免疫，并从该小鼠的牌中得到能产生特定抗体 的B淋巴细胞。 过程 骨魔瘤细胞与上述B细肥融合，筛选杂交瘤细胞（初次筛选） 对上述经选择培养的杂交瘤细肥进行克隆化培养和抗体检测（二次筛选） 杂交瘤细胞的特点 既能大量增殖·又能产生某种特异性抗体 单克整抗体 单克隆抗体的优点 特异性强·灵敏度高并能大量制备 单克隆抗体的作用 作为诊断试剂：验孕或检测新冠·运载药物靶向治疗 胚胎细龍核移植，成功率较高 原理 动物细龍核的全能性 分类 体细胞核移植 动物体细胞 常用显微操作法 核移植 方法 或采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等这些方法是在没有穿透卵 母细胞透明带的情况下去核 受体细胞 卵母细胞比较大·容易操作：细肥质多·营养丰富 存在的问题 克隆动物存在着健康问题表现出透传和生理缺昭等 对象：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 概念 技术步：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 精子获能 在雌性动物生殖道内 体外受精则使用获能液体 排出的卵子可能是初级或次级卵母细胞， 卵子的淮备 要在输卵管中进一步成熟到M期才具备 体外则需要成熟培养 受精能力 精卵接触 精子释放顶体酶·溶解卵细肥膜外的结构 体内受精和 透明带反应 防止多精子入卵受精的第一道屏障 体外受精 精子入卵 受精阶段 卵细胞膜反应 防止多精子入卵受精的第二道屏障 原核形成 精子尾部脱著·原有核膜破裂形成雄原核·同时卵子 完成减二分裂·形成雌原核 体外受精则需要适当的培养液中让待卵共同培养一段时间 受精的标志 观奈到两个极体（第一和第二极体）或者雌·雄原核 概念】 在透明带内进行有丝分裂的过程，胚胎的总体积并不增加 胚胎工程 卵裂期 桑葚胚 致密的细胞团·有32个全能纽胞】 细肥开始分化，聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团，将来发 早期胚胎发育 囊胚 育成胎儿的各种组织：而治透明带内侧为滋养层细胞，将发育 成胎膜和胎盘。 原肠胚 囊胚解化后·将发育形成原肠胚，有多个胚层 定义和本质 将胚胎·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。本质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 作用】 任何一项技术（如转基因·核移植和体外受精）获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代 胚胎移植 供体】 提供胚胎的个体（优良品种）】 优良母牛需要超教排卵和同期发情】 受体】 接受胚胎的个体 代孕个体雨要同期发情 生理学基础 子宫有免疫免，不会对胚胎有免疫排斥反应 优势】 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 概念 采用机械方法将學期胚胎切割成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 胚胎选择：选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。 胚胎分割 注意事项 在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，一定要将内细胞团均等分割 做DNA分析或鉴定性别时·要取滋养层细胞 实质 仍然属于无性生殖（增加后代数量） 别名 重组DNA技术 原理 (广义上的)基因重组 DNA是绝大多数生物的遗传物质 结构基础 不同生物的DNA的基本单位和结构相同 基因工程的概述 理论基础 均遵循碱基互补配对的原则 生物界共用一套遗传密码 基因表达 遗传信息的传递都遵循中心法则】 优势 克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物性状（目的性强） 简称：限割酶 作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物危害 来源：原核生物 原核生物限制酶不 不存在该酶的识别序列 切割自身的原因 识别序列已被修饰（甲基化） 是限制性内t切核酸酶 作用 识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列，并使每一条中特 (DNA分子手术刀) 定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酷键断开 基因工程 结果 形成黏性末端或平末端】 的工具 单酶切 质粒和目的基因选择同种酶切，可以产生相同的粘性末端 并被DNA连接酶连接形成重组质粒 双酶切】 防止目的基因和质粒自身环化·以及反向连接等 作用 将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子·恢复磷酸二酯键 E.coliDNA连接酶·能够连接黏性末端 DNA连接酶 类型 T4DNA连接酶，能够连接黏性末端或平末端但是对子平末端连接概率仍然较低 相同点：两者均可合成磷酸二酯键 VS DNA聚合薛 作用效果不同：DNA连接酶负责把已有的两个片段连接起来：DNA 聚合酶是聚合单个核苷酸到已有的片段。 质粒：一种裸露的·结构简单·独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核 DNA之外的·并具有自我复制能力的环状双链DNA分子· 种类 载体 其他：噬茵体·动植物病毒 人分子运输车) 有一个至多个限制酶切割位点·便于目的基因的插入 具有标记基因·便于DNA分子的鉴定，如抗性基因或荧光蛋白基因 转移后能稳定存在和复制 目的基因 主要指编码蛋白质的基因 从已知结构和功能清晰的基因中进行筛选 帘选合适的目的基因 利用序列教据库和序列对比工具进行筛选 目的基因的 /获取与筛选 从基因文库中获取】 CDNA文库没有詹动子，经止子和内含子·方便进行 生物间的信悬交流（基因转移） 人工合成法 将目的RNA逆转录成cDNA 方法 别称：聚合酶链式反应 高温：代替解旋酶打开DNA双链 原料：4种脱氧核苷酸（或dNTP)】 PCR扩增 Taq酶：代替DNA聚合酶催化合成DNA子链 引物：使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸 鉴别：琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR 目的 使目的基因能在受体细胞中稳定存在·并且遗传给下一代·同时使目 的基因能够表达和发挥作用 基因表达载体 复制原点】 的构建 目的基因 基因表达载体的组成 唇动子 RNA聚合酶识别结合的位点，距动转录 终止子 终止转录】 基因工程 标记基因 便于重组质粒的筛选 基本操作程序 花粉管通道法 方法 农杆菌侵染植物细胞后，能将T质粒上的T 农杆菌转化法 DNA(含目的基因)转移到被侵染的细胞 并且将其整合到该细胞的染色体DNA上· 植物 体细胞 后续使用组织培养获得植株 受体细胞 受精卵 直接发育成植株 转化 将目的基因导入受体细胞·并在受体细胞中维持稳定并表达的过程 将目的基因 方法 里微注射法】 导入受体细胞 动物 受体细胞 受精卵 方法 Ca2+处理法 微生物 受体细胞 原核细胞 大肠杆菌等细菌经常作为受体细胞的原因是繁 殖快、多为单细胞·遗传物质相对较少 原理 用Ca2+处理大肠杆菌细胞， 使细胞处于一种能吸收周国环境中 DNA分子的生理状态·然后再将重组的基因表达载体导入其中 是否导入·即检测DNA 方法：PCR或DNA分子杂交技术 分子水平检测 是否转录检测，即检测mRNA [方法：PCR分子杂交或分子杂交技术 目的基因的 是否翻译，即检测蛋白质 方法：抗原抗体杂交 检测和鉴定 个体水平检测 抗性实验（如抗虫性状） 优势 相比基因工程，蛋白质过程可以生产自然界中从未存在的蛋白质 操作对象 仍然是基因·通过改造或合成新基因形成新的蛋白质 ①预期蛋白质功能 ②设计预期的蛋白质结构 蛋伯质工程 基本思路 ③推测应有的氨基酸序列】 ④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因→ ⑤获得所需要的蛋白质】 难度很大的原因 蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构·而这种 高级结构往往十分复杂 微生物 结合发酵工程培育转基因工程菌，并收集产物 将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的层动子等重组，导入型到哺乳 动物的受精卵中，得到的转基因动物泌乳即可产生药用蛋白 成果 动物 抑制或除去其细胞表面抗原的决定基因，培育出没有免疫排 斥反应的转基因克隆猪器宫 转基因 植物 培育抗虫·抗病等植株 我国态度：研究上要大胆，坚持自主创新：推广上要慎 生物技术的 理性看待转基因技术 重，做到确保安全：管理上要严格·坚持依法监管 安全与伦理 相同点 生殖性克隆和治疗性克隆都属于无性生殖·遗传信息不变 关注 目的 用于生育·获得人的复制品 (治疗性克隆是从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗) 生殖性克隆 产物 个体水平（治疗性克隆是组织或者器宫水平） 中国政府态度 中国不反对治疗性克隆·反对生殖性克隆 相同点 两者都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移 植·都属于有性生殖 设计试管 过程 需要进行遗传学诊断（试管婴儿技术则不需要） /婴儿技术 位用 主要用于白血病、贫血症等疾病的治疗 (而试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题] 生物武器的种类 致病茵·病毒、生化毒剂，重组病原体 禁止生物武器 扩散途径： 直接或通过食物·生活必需品和带菌昆虫等散布 经由呼吸道·消化道和皮肤箐侵入个体 中国政府态度 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。