2026届高三生物复习：选择性必修3 思维导图

克拉玛依市南湖中学高中生物学 学科思维导图 姓 名： 年班 级： 发酵工程：是指利用微生物的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程 发酵：人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物转化为人类所需要的产物的过程 概念：直接利用原料中天然存在的的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、 卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术 传统发酵技术 特点： ①以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主②通常是家庭式或作坊式的 应用：酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等的制作 分类：属于细菌，是原核生物，常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌 菌种： 乳酸菌 代谢类型：异养厌氧型，进行无氧呼吸 分布：广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内都有分布 原理： 菌种在无氧条件下，将葡萄糖分解成乳酸，反应场所在细胞质基质 菜制 反应式： CH1206 酶2C,H603+能量 用清水和食盐配制质量分数为5%~20%的盐水煮沸，冷却待用 ①配制盐水 煮沸的目的：对盐水进行消毒、减少盐水中的溶解氧 冷却的原因：温度过高会杀死蔬菜中的乳酸菌 发酵工程 步骤 ②原料加工：选取新鲜的蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干 ③装坛：泡菜坛装至八成满，盐水要没过全部菜料 发酵过程中要经常向坛口的水槽补充水分，保证发酵所需的无氧环境 ④发酵 腌制过程中注意控制腌制温度（最适温度为18~25℃）和时间等 菌种：主要是毛霉：属于真菌，是真核生物，代谢类型为异养需氧型 腐乳制作 原理： 毛霉中的蛋白酶能能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸 酵母茵 分类：属于真菌，是真核生物，代谢类型为兼性厌氧型 菌种： 来源：果皮表面附着的不同种类的野生酵母菌 传统发酵技术的应用 温度：控制在18~≈3Q℃，其中酿酒酵母的最适生长温度为28℃ 条件 在有氧气的条件下酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖 对氧的需求 果 在没有氧气的条件下酵母菌进行无氧呼吸即酒精发酵 原理：酵母菌利用葡萄糖在无氧条件下产生酒精和二氧化碳 制作 反应式： CH120。酶2CH50H+2C02+能量 ①清洗和消毒：将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，用体积分数为70%的 酒精消毒、晾干备用 ②处理原料：用清水冲洗1~2次，冲洗后再去除枝梗和腐烂的籽粒，原因是防止 冲洗时造成杂菌污染 步骤 ③榨汁：榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中（要留有大约13的空间，一是防止发酵液 溢出： 二是为发酵初期酵母菌的有氧呼吸提供氧气，使其大量繁殖)，盖好瓶盖 ④发酵：将温度控制在18~30℃进行发酵，每隔12h左右拧松（不是打开）瓶盖一次， 此后再拧紧瓶盖 菌种：醋酸菌。属于细菌，」 原核生物，代谢类型为是养需氧型 果 条件： 温度：30~35℃：对氧的需求：有氧 氧气充足、糖源充足时，将葡萄糖分解成乙酸 制作 原理 氧气充足、糖源不足时，将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸 糖源充足时： CgH1206+202醇2CH,C00H+2H20+2C02+能量 反应式 糖源不足时： C,H50H+02酶CHC00H+H,0+能量 酒精发酵时应关闭：醋酸发酵时应打开 a是进气口 作用是为发酵液提供空气或氧气 装置： b最好长而弯曲，目的是防止空气中的杂菌进入 b是出气口 作用是排出发酵时产生的二氧化碳等气体 c是出料口， 其作用是检测发酵产物，收集发酵液 概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质 用途：用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物 液体培养基 按物理状态分为 区别为是否加入了凝固剂琼脂 固体培养基 分类 选择培养基（允许特定种类的微生物生长） 按功能分为 鉴别培养基（用于筛选、检测微生物） 般：含4类主要营养物质：水、碳源、氮源和无机盐 培养乳酸杆菌时，需要添加维生素 培养基 成分 培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性 特殊要求 培养细菌时，一般需要将培养基调至中性或弱碱性 培养厌氧微生物时，需要提供无氧条件 ①培养基要用高压蒸汽灭菌法灭菌 注意事项 ②灭菌后的培养基冷却到50℃左右时在酒精灯火焰附近倒平板 ③待平板冷却后，应倒过来放置，原因是防止皿盖上的冷凝水滴到培养基上造成污染 检测培养基灭菌是否彻底：将未接种的培养基放在培养箱中培养一段时间，观察是否有菌落产生 常用的接种方法为：平板划线发法和稀释涂布平板法 发酵工程 注意：使用后的培养基丢弃前一定要灭菌处理，避免感染操作者或污染环境 目的： 获得纯净的微生物培养物（关键是防止杂菌污染） 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 ①煮沸消毒法(100℃煮沸5~6min),日常生活常用的消毒方法 2 消毒 ②巴氏消毒法（如对牛奶，63~65℃消毒30min或62~76℃处理15s或80~ 85℃处理10~15s,可以杀死牛奶中的绝大多数微生物，并且基本不会破 坏牛奶的营养成分) 常用方法 微生物的基本培养技术 菌技术 ③化学药物消毒法，如用酒精擦拭双手，用氯气消毒水源等 如对接种室、接种箱或超净工作台进行消毒 ④紫外线消毒法 照射前，适量喷洒苯酚或煤酚皂溶液等消毒液， 可以加强消毒效果 杀菌原理：使微生物的DNA损坯，使蛋白质变性 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 灭菌 ①湿热灭菌（其中高压蒸汽灭菌效果最好），如对培养基灭菌、无菌水制备等 常用方法 ②于热灭菌，如对吸管、培养皿和金属用具等 ③灼烧灭菌，如接种针（环）、涂布器、试管口、瓶口等 纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体 纯培养：获得纯培养物的过程（包括配制培养基、灭菌、接种分离和培养等步骤） 菌落： 分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构 的子细胞群体 获得单菌落的方法：平板划线法和稀释涂布平板法 生物 ①配制培养基 1.制备培养基 ②灭菌（采用高压蒸汽灭菌法） 纯培养 ③倒平板（等待培养基冷却凝固后，要将培养皿倒过来放置， 主要是防止皿盖上的冷凝水滴到培养基上造成污染) 方法：平板划线法，通过接种环在培养基固体表面连续划线操作， 将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面 2.接种和分离酵母菌 ①整个过程都要在酒精灯火焰附近操作 ②接种环在沾取菌液前、每次划线前都要灼烧灭菌 注意事项 ③接种环灼烧后，要冷却后才能划线， 纯培养 避免温度过高杀死酵母菌 ④每次划线要从上一划线区的末端开始划 3 ,培养酵母菌：待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和一个未接种的平板倒置， 放入28℃左右的恒温培养箱种培养24~28h 图示： 概念：允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其它种类微生物生长的培养基 1缺少氮源的培养基，可以筛选能利用大气中2的微生物（固氮菌） 选择培养基 2.含青霉素的培养基可淘汰细菌，可以筛选出真菌； 举例 3.无有机碳源的培养基，可筛选出自养微生物 4.加入高浓度食盐的培养基，分离金黄色葡萄球菌 5.以尿素为唯一氮源的培养基，分离尿素分解菌 6.以纤维素为唯一碳源的培养基，分离纤维素分解菌 目的：鉴定培养基中是否有某种菌 鉴别培养基 加入酚红指示剂，鉴别尿素分解菌（菌落周围变红） 举例 加入刚果红，鉴别纤维素分解菌（菌落周围出现透明圈） 加入伊红美蓝，鉴别大肠枉菌（菌落呈现紫黑色或黑色） 举例：分离1g土壤种能分解尿素的细菌并计数 发酵工程 物的 方法： 稀释涂布平板法 1.铲取土样，将样品装入纸袋中 2.将10g土样加入盛有90mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀 择培养 3.取1mL上清液加入盛有9mL无菌水的试管中，以此等比稀释 步骤 4.取某稀释度的菌液0,1L,滴加到以尿素为唯一氮源的培养基表面 3 5.将涂布器灼烧灭菌待冷却后，将菌液涂布均匀 6.待菌液被培养基吸收，将平板倒置，放入30~37℃的恒温培养箱种培养1~2d 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， 微生物的选择培养和计数 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 计算公式：每克样品中的菌株数=(C÷)×M 计算： C代表某一稀释 V代表涂布平板 M代表稀 稀释涂布平板法 度下平板上生长 时所用的稀释液 释倍数 (活菌计数法) 的平均菌落数 的体积(mL) 微 ①为了保证结果准确， 般选择菌落数在30~300的平板进行计数 物的 提示： ②此方法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目少，原因是 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 量 定方法 图示： 使用的仪器：显微镜、细菌计数板或血细胞计数板 2.显微镜直接计数法 缺点：统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和 概念：发酵工程是指利用微生物的特定功能，规模化生产对人类有用的产品 基本环节：一般包括菌种的选直，扩大培养、培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产物的分离、提纯等 中心环节：发酵罐内发酵 分离、提纯产物〈 发酵产品是微生物细胞本身：采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 酵工程 发酵产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化等措施 特点：①生产条件温和②原料来源主富且价格低廉③产物专一④废弃物对环境的污染小和容易处理等 (1)在食品工业上的应用：①生产传统的发酵产品；②生产各种各样的食品添加剂：③生产酶制剂 (②)在医药工业上的应用人 ①采用基因工程的方法，获得具有某种药物生产能力的微生物 应用 ②直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品 (3)在农牧业上的应用：生产微生物肥料、生产微生物农药、生产微生物饲料 ①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质 (4)在其他方面的应用 ②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂， 嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量 原理和方法：细胞生物学、分子生物学和发育生物学等 细胞工程 操作对象：细胞器、细胞或组织 操作目的：获得特定细胞、组织、器官、个体或其产品 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甚他各种细胞的潜能 植物细胞 原因：植物细胞内含有本物种全套的遗传物质 的全能性 在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为在特定的 时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达 概念： 将离体的植物器官、组织或细胞（被称为外植体）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 原理： 植物细胞的全能性 流程图： 接种外植体 脱分化 愈伤组织 再分化生芽再分化生根 移栽成活 植物体 外植体处理方法： 外植你流水冲洗，酒精消毒30无菌水清洗次氯酸钠溶液处理30mm 2~3次 无菌水清洗2~3次 组 脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能， 细胞工程 转变成未分化的细胞的过程 类 愈伤组织：己分化的细胞脱分化后形成的不定形的薄壁组织团块 再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器宜的过程 术 关键激素：细胞分裂素和生长素，其浓度、用量的比例等都会影响植物的发育方向： 细胞分裂素多有利于芽的分化，生长素多有利于根的分化 1.实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌，接种操作必须在酒精灯火焰旁进行， 并且每次使用后的器械都要灭菌 注意事项 2.接种时注意外植体的方向，不要倒插 3.诱导形成愈伤组织期间一般不需要光照，再分化过程每日需要给予适当时间 和强度的光照 植物细胞工程 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的植物体的技术 植 原理：植物细胞的全能性、细胞膜的流动性 体细 A细胞 1去壁处理A原生质体 流程图： 诱导融合 B细胞去壁处理 原生质体 爵壳能整杂种绸胞成分化愈价组织再分化杂种植休 触合的再生出新 B原生质体 去细胞壁用酶：纤维素酶和果胶酶 交 图解 物理法： 电融合法离心法 2 诱导原生质体融合的方法、 术 化学法： 聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca+高pH融合法 意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 技术： 植物组织培养 微型繁殖 优点 ①高效、快速地实现种苗地大量繁殖 植物繁殖 ②保持优良品种地遗传特性 新途径 技术：植物组织培养 作物脱毒 选材：茎尖等，因为茎尖等植物顶端分生区的病毒极少，甚至无病毒 优点：提高作物的产量和品质 单倍体育种〈 方法：花药离体培养（得到单倍体）→秋水仙素处理（使染色体数目加倍） 作物新品种 优点：极大缩短育种年限，节约大量的人力和物力 应 的培育 原理：培养细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和 用 突变体的利用 诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变 优点：获得人类需要的突变体新品种 概念：植物代谢中产生的不是植物基本生命活动所必须的产物 次生代谢物 实质：是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物） 作用：植物抗病、抗虫等，也是很多药物、香料和色素的重要来源 细胞产物的 举例：紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等 工厂化生产 技术：植物细胞培养（在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖） 优点： 不占用耕地，几乎不受季节、天气等限制，对社会、经济和环境保护 具有重要意义 常用技术：动物细胞培养（是动物细胞工程的基础）、动物细胞融合和动物细胞核移植 概念：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 原理：细胞增殖（有丝分裂） 营养：合成培养基，是一种液体培养基（成分有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等， 还需加入血清等天然成分) ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理 无菌 ②在无菌环境下进行操作 无菌、 无毒的环境 动物细 ①定期更换培养液，以便清除代谢物 无毒只 条件 ②防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害 ①哺乳动物细胞培养地温度多以36.5土0.5℃为宜 培养 温度、pH和渗透压- ②多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4 细胞工程 ③动物细胞生长需要适宜的渗透压 ①置于含有95%空气和5%C02的混合气体的C02培养箱中进行培养 气体环境 ②02是细胞代谢所必需的，C02的主要作用是维持培养液的l 图示： 动物 用机械的方法 分散成用培养液细胞 原代 传代 组织或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理单个细胞 制成 悬液 培养 培养 2 1.悬浮培养：一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖 2.贴壁培养：大多数细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖， 过程 出现细胞贴壁现象 动物细胞工程 3.接触抑制现象：即当贴壁细胞分裂生长，到表面相互接触时， 细胞通常会停止分裂增殖 注意 ①细胞密度过大 ②有害代谢物积累 4.细胞分裂受阻的影响因素 ③营养物质缺乏 ④出现接触抑制 5.传代培养时 ①悬浮培养的细胞直接用离心法收集 收集细胞的方法 ②贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理， 使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集 1.胚胎干细胞 来源：早期胚胎中 (简称ES细胞) 潜能 ①分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞 ②形成机体的所有组织和器官甚至个体 来源：成体组织或器官 举例：骨髓中的造血王细胞、神经系统中的神经于细 种类 2.成体干细胞 胞 和睾丸中的精原王细胞 潜能 ①具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织 ②不具有发育成完整个体的能力 细 3.诱导多能干细胞（简称PS细胞）：是体细胞通过体外诱导获得的类似 胚胎王细胞的一种细胞 特点：在一定条件下，可以分化成其他类型的细胞 1.治疗疾病：如白血病、帕金森病、阿尔茨海默病等 应用 2.器官移植(PS细胞可以来源于病人自身的体细胞，可以避免免疫排斥反应) 3.再生医学、药物安全性与有效性检测等领域 概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术 (融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息)》 物 原理：细胞膜的流动性（与植物原生质体融合的基本原理相同） 胞 方法：PEG融合法、电融合法和灭活病毒透导法等 特点：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 合技术 灭活：是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构 0 病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜 上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚 灭活病毒诱导细胞融合的原理： 细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布， 细胞膜打开，细胞发生融合 概念：单个细胞经过克隆化培养获得的抗体 原理：细胞膜的流动性和细胞增殖 B淋巴细胞 B瘤细胞 体外培养 诱导 吉格化在装 (培养液》 图示： B-B细胞 多种 能分泌所需抗体 杂交瘤细胞 和抗体检测 的杂交窟细胞 注射到小鼠 捉取单克隆抗体 细胞工程 骨髓瘤细胞 瘤-瘤细胞 腹腔内增殖 (腹水) 克 用特定的抗原对小鼠进行免疫的目的：得到能产生特定抗体的B淋巴细胞 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 抗 1.作为诊断试剂： 用于多种疾病的诊断和病原体的鉴定 3 应用 2. 运载药物：通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合， 形成抗体一药物偶联物(ADC),实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤 3.用于治疗疾病 动物细胞工程 杂交瘤细胞的特点：既能大量增殖，又能产生特定抗体 从血清中分离抗体的缺点：产量低、纯度低，特异性差 概念：将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中， 使这个重新组合的细胞发育成 新胚胎，继而发育成动物个体（即克隆动物）的技术 原理：动物细胞核的全能性 动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植 难度大小 胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易 原因 体细胞分化程度高，表现全能性土分困难 取供体 供体细胞培养 体细胞 将供体细胞注入 安考德合合一之质利胚什 电浪合法 克隆 图示： 去核的卵母细胞 动物 采集 体外培养显微操作 去核的 卵母细胞 到11期 去核 卵母细胞 激活：电刺激、Ca载体、 乙醇、蛋白酶合成抑制剂等 动物体细 克隆动物： 经过核移植技术得到的动物（其遗传物质与供体基本一致， 但细胞质中的遗传物质来自卵母细胞和供体细胞) 畜牧业：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 ①作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白 移植技术 医药卫生 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植 ③以患者作为供体培育的人核移植胚胎王细胞，经过诱导 分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患 者时可以避免发生免疫排斥反应 应用前景： ①研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程 科学研究 0 克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对 比来分析致病基因 克隆特定疾病模型的动物， 为研究该疾病的致病机制和 开发相应的药物提供帮助 保护濒危物种： 增加濒危物种的存活数量 成功率低 存在问题： 存在健康问题：表现出遗传和生理缺陷 操作对象：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 概念 技术手段：体外受精、胚胎移植和胚胎分割等 目的：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 实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作 概念：精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段 场所： 自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成 ①刚刚排出的精子不能立即与卵子受精 ②必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后， 1.精子获能 才能获得受精能力 精前 直接利用雌性动物的生殖道使精子获能 ③获能方法 将精子培养在人工配制的获能液中使其获能 (常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等) 备 ①卵子一般排出2~3h后才能被精子穿入 受精 ②马、犬等动物排出的是初级卵母细胞 段 2.卵子的准备 ③猪、羊等动物排出的是次级卵母细胞 胚胎工程 ④卵子在输卵管内进一步成熟，当达到ML期时， 才具备与精子受精的能力 ①精子穿越透明带：精、卵相遇，精子释放出多种酶， 溶解卵细胞膜外的一些结构，接触卵细胞膜，发生透明带反应 ②精子进入卵细胞膜：发生卵细胞膜反应，拒绝其他精子再进入卵内 过程 ③形成雌、雄原核：精子入卵后，原核膜破裂，新核膜再生 形成雄原核；卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核 受 ④雌、雄原核融合：雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近， 阶 核膜消失，形成受精卵，受精过程结束，受精卵的发育开始 提示：防止多精入卵的第一道屏障是透明带反应；第二道屏障是卵细胞膜反应 受精开始的标志：观察到两个极体或者雌、雄原核 受精的标志 受精完成的标志：雌、雄原核融合形成合子 场所： 先在输卵管，后在子宫内继续发育 原理： 细胞的分裂和细胞的分化 ①受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂（卵裂），开始发育 受精卵（起点） ②细胞在透明带内进行分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积 并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂 胚 桑椹胚： 当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑椹 早 内细胞团：聚集在胚胎一端，将来发育成胎儿的各种组织 期 育 细胞出现分化： 滋养层：沿透明带内壁扩展和排列的的细胞， 将来发育成胎膜和胎盘 程 囊胚 囊胚腔：胚胎的内部出现了含有液体的腔 孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带的破裂，胚胎从中伸展出来的过程 原肠胚 表面的细胞层为外胚层， 向内迁移的细胞形成内胚层，后期还会形成中胚层 图示： 受精卵 2细胞期 4细胞期 8细胞期 桑葚胚 囊胚 1. 卵母细胞的采集和培养：在体外人工培养成熟至ML期 操作步骤 2.精子的采集和获能：采集到的精子要进行获能处理 外 3. 受精：获能的精子与培养成熟的卵子在培养液中完成受精 精 意义 1.提高动物繁殖能力 2.为胚胎移植提供可用的胚胎 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 供体：提供胚胎的个体；主要职能是产生具有优良遗传特性的胚脸 受体：接受胚胎的个体；主要职能是承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务 意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体的繁殖周期 胎 选择 供体：遗传性状优良、生产能力强 植 受体：体质健康、正常的繁殖能力 1.供体、受体 处理1：两者都注射黄体酮等激素进行同期发情处理 的选择和处理 处理2：对供体注射促性腺激素进行超数排卵处理 胚胎工程 注意： 供体和受体都为雌性个体 操作步骤2.发情配种或人工授精 3.收集胚胎并检查 4.移植胚胎 5.移植后的检查： 是否妊娠等 概念： 是指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 特点：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物 无性繁殖或克隆的方法之一 仪器设备：体视显微镜和显微操作仪 1.选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚 2.移入盛有操作液的培养皿中 3.在显微镜下用分割针或分割刀分割 ①直接移植给受体 4.分割后的胚胎的处理 操作步骤 ②经体外培养后，再移植给受体 分割针 取样滋养层 做DNA分析， 胎 鉴定性别 已知性别胚胎 囊胚腔 图示： 透明带 胚胎移植 滋养层 二分胚 内细胞团 分割针 内细胞团 1.分割时要将内细胞团均等分割 注意事项 2.可用分割针取样滋养层，做DNA分析，鉴定性别 3.分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前，仍然以 二分胚胎的分割和移植效率最高 存在问题：刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹可能存在差异等 概念：是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，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，又叫作重组DNA技术 原理：基因重组 操作水平：DNA分子水平 来源：主要是原核生物 功能：能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中 特定部位的磷酸二酯键断开 分子手术刀 特点：专一性，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列， (限制酶) 并在特定的部位切割DNA分子 结果：产生黏性末端或平末端的DNA片段 ①多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 ②少数限制酶的识别序列由4个8个或其他数量的核苷酸组成 注意 ③限制酶只能识别并切割DNA,不能切割RNA ④不同的限制酶可能会产生相同的粘性末端 基因 种类：E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶，都缝合磷酸二酯键 来源：E·coli DNA:连接酶来源于大肠杆菌；T4DNA连接酶来源于T4噬菌体 基 注意：以上两种DNA连接酶都能缝合黏性末端或平末端，但E·coli DNA连接酶 分子缝合针 (DNA连接酶 连接平末端的效率远低于T4DNA连接酶 DNA聚合酶：将单个的脱氧核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端， 形成磷酸二酯键 相关酶比较 DNA连接酶：是连接两条DNA片段的末端，形成磷酸二酯键 解旋酶：打开DNA分子两条单链碱基对之间的氢键 实质：它是一种裸露的、结构简单的、独立于真核细胞细胞核或原核 细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子 ①能在受体细胞中自我复制，或整合到受体DNA上， 质粒 随受体DNA同步复制 (常用) 特点 ②质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点， 分子运输车 供外源DNA片段（基因）插入其中 (载体) 提示：天然质粒要经过人工改造才能当做载体 其它载体：噬菌体、 动植物病毒等 名称：DNA的粗提取与鉴定 1.DNA不溶于酒精，某些蛋白质溶于酒精 原理 2.DNA在不同浓度的NaC1溶液中溶解度丕同，它能溶于2molL的NaCl溶液 实验 3.在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色 1.取材和研磨：选取富含DNA的材料，如洋葱；研磨液的成分是洗涤剂和食盐 2.过滤：在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中， 在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液 步骤 3.分离：在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为95%），静置 2~3min,溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA 4.鉴定：将丝状物溶于加入5mL的浓度为2mol/L的NaC1溶液中，加入4mL的二苯胺 试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min,溶液变为蓝色 目的基因〈 概念：在基因工程中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因 主要是指：编码蛋白质的基因。如：Bt抗虫蛋白基因，简称Bt基因 1.从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选 基因 筛选方法2，通过序列数据库和序列比对工具笔进行筛洗 获取方法： 1.丛已有物种中分离：2.人工合成：3.通过构建基因文库 名称：聚合酶链式反应 选与获取 原理：DNA的半保留复制（在高温下进行，需要耐高温的DNA聚合酶） 原料：4种脱氧核苷酸 第一步（变性）：加热至90~95℃，使DNA受热变性解为单链 扩增方法：PCR 过程 第二步（复性）：冷却到50~55℃，引物与单链相应互补序列结合 第三步（延伸）： 加热至70~75℃，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶作用下 进行延伸，将4种脱氧核苷酸加到引物的3'端 ①真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg+激活。因此，PCR反应缓冲溶液 提示 中一般要添加Mg2+ ②引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 用于PCR的引物长度通常为20~30个核苷酸 提示： 此步骤为基因工程操作程序的核心工作 首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口 构建方法 2 用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段 基 再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，形成了一个重组DNA分子 因 组成： 启动子目的基因、终止子、标记基因、复制原点等 本质：是一段有特殊序列结构的DNA片段 达 位置：位于基因的上游，紧挨转录的起始位点 启动子 基因工程的操作程序 体的构建 功能：是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA,表达出人类需要的蛋白质 人工构建诱导型启动子：当诱导物存在时，可以激活或抑制且的基因的表达 本质：也是一段有特殊序列结构的DNA片段 终止子一 位置：位于基因的下游 功能：相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停下来 标记基因又 功能：便于重组DNA分子的筛选 举例： 如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等 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 春 ①能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数 单子叶植物没有侵染能力 农杆菌特点 ②细胞内含有Ti质粒，侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA 转 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 化 过程： 将目的基因插入Ti质粒的T-DNA虫，通过农杆菌的转化作用， 目的 植物细胞 法 使目的基因进入植物细胞 随着转化方法的突破，用农杆菌侵染水稻、玉米等多种单子吐植物也取得了成功 因 花粉管通道法（由我国科学家独创） 动物细胞： 显微注射法，受体细胞最常用的是受精卵 受体细 方法：Ca+处理法 ①先用Ca+处理细胞，使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 微生物细胞 过程< ②重组表达载体与细胞混合，细胞吸收DNA分子 微生物作为受体的优点：①繁殖快、易培养：②多为单细胞，遗传物质相对简单 ①检测受体细胞的染色体DNA上 方法 是否插入了且的基因 DNA分子杂交(DNM-DNA) 分子水平检测 ②检测目的基因是否转录出mRNA一 方法 分子技术杂交(DNA-RNA) 目的基因的 方法 检测与鉴定 ③检测目的基因是否翻译出蛋白质 抗原-抗体杂交 个体水平鉴定：如生物抗虫或抗病的鉴定等 方法 抗虫、抗病接种实验 1.转基因抗虫植物 方法8路得头棉的中调有有的钢 成果：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 ①从某些病毒、真菌中分离出具有抗病功能的基因 2.转基因抗病植物 方法②将它导入作物中培有出转基因抗病的植物 成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 ①将隆解或抵抗某种除草剂的基因导入作物 农牧业方面 3.转基因抗除草剂植物 方法②培育出抗除草剂的作物品种 成果：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： 通过转基因技术提高植物的营养价值和观赏价值等 方法：将外源生长激素基因导入鲤鱼 5.提高动物的生长速率 成果：转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115% 6.改良畜产品的品质人 方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 基 成果：获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大隆低 工 细胞因子、抗体 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· 疫苗和激素等 的应用 ①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 医药卫生领域 步骤 ②通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中 2.让哺乳动物 ③由这个受精卵发育成转基因动物 批量生产药物 ④进入泌乳期后，通过分泌乳汁来生产所需要的药物 提示： 此转基因动物称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器 基因工程的应用和蛋白质工程 3.利用基因工程技术建立移植器官工匚 食品工业方面：生产食品工业用酶、 氨基酸和维生素等 基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 概念理解 手段：通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质， 或制造一种新的蛋白质 目的：获得满足人类生产和生活的需求的蛋白质 区别 。基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 。蛋白质工程可以改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 。从预期的蛋白质功能出发 。设计预期的蛋白质结构 基本思路 。推测应有的氨基酸序列 。找到并改变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（需要通过转录和翻译过程） 蛋 1.改造胰岛素：抑制分子聚合，从而具有速效的特点 质 使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸 天然胰岛素制剂 速效胰岛素类似物 图示： 或者将它与B29位的赖氨酸交换位置 容易形成二聚体或 有效抑制胰岛素的 程 六聚体， 延缓疗效 聚合 医药工业方面 2.改造干扰素：延长保存时间 天然干扰素 1把一个半胱氨酸变成丝氨酸 图示： 改造后的干扰素 体外很难保存 体外可以保存半年 应用 3.改造单克隆∫目的：获得人一一鼠嵌合抗体，降低免疫反应的强度 抗体 1方法：将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上 其他工业方面：改进酶的性能或开发新的工业用酶 农业方面人 改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量 改造微生物蛋白质的结构，增强微生物防治病虫害的效果，设计出优良微生物农药 面临的困难：因为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土分复杂 优点：微生物具有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 转基因微生物 减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期 成果 构建高产、优质的基因工程菌来生产氨基酸 用基因工程菌生产药物 转基因的成果 ①培育生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜 转基因产 转基因动物 ②培育抵抗相应病毒的动物新品种 ③建立某些人类疾病的转基因动物模型 转基因植物：培育具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物 1.出现激烈的争论是正當的 的 对转基因产品 安全 安全性的争论 2.产生不同的见解的原因：人们所生活的国家或社会，政治制度、 意识形态 宗教信仰、经济发展水平、历史背景、传统文化和伦理道德观念等的差异 转基因作为一项技术本身是中性的 理性看待 转基因技术 。研究上要大胆，坚持自主创新 我国对转基因技术的方针 。推广上要慎重，做到确保安全 。管理上要严格，坚持依法监管 生殖性克隆：指通过克隆技术产生独立生存的新个体 治疗性克隆： 是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的 生 细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的 坚决反对克隆人，不允许进行任何生殖性克隆人实验 性克隆 我国禁止生殖性克隆人一 四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验 诱导多能王细胞技术 人 警惕用新技术研 ①在试管婴儿培育的技术上，在早期胚胎移入母体子宫之前， 生物技术的安全性与伦理问题 究生殖性克隆人 设计试管婴儿 对胚胎进行遗传学诊断（如诊断血型、性别等） ②有选择性地把胚胎植入母体子宫，以达到生出所需类型婴L 种类： 致病菌类、病毒类和生化毒剂类等 ①致病能力强、攻击范围广 ②难以防治、污染面亡 生物武器 特点 ③具有一定地潜伏期 禁 ④受自然条件影响大 止生物武 ①直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布 传播途径 ②经由呼吸道、消化道和皮胠等侵入人、畜体内 ①任何情况下丕发展、不生产、丕储在生物武器 我国政府的态度 ②反对生物武器及其技术和设备的扩散 :目的基因 5’ 90-95Cy 55℃ 5'☐3 72℃ 变性 5 3' 退火 5' 3'=5'2 3'延伸 双链DNA模板 (氢键断裂 单链DNA 引物与模板结合形成局部双链 5 从引物的5'端→3'端延伸合成 PCR过程示意图 互补DNA链 ①DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷 ②在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动 原理 DNA的电 ③在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关 泳鉴定 ④凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为30Onm的紫外灯下被检测出来 般方法：通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定