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1、 1 高中生物高中生物选修选修 3 3 基础知识总结基础知识总结 专题一专题一 基因工程基因工程 原理：基因重组基因重组 基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外体外 DNADNA 重组和转基因技术，重组和转基因技术， 赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性， 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 DNADNA 分子水平分子水平上进行设计和施工的，又叫做 DNADNA 重组技术重组技术。 定向改造生物的遗传性状。 （一）基因工程的基本工具 1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）限制性核酸内切酶（限制酶）
2、 （1）来源：主要是从原核生物原核生物中分离纯化出来的。 （2）功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定特定的核苷酸序列（回文序列），并且使每一条链中特定特定部位 的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开，因此具有专一专一性。（注意“酯”的写法） （3）结果：经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式：黏性末端黏性末端和平末端平末端。 2.“分子缝合针”DNADNA 连接酶连接酶 (1)两种 DNA 连接酶（EcoliDNA 连接酶和 T4DNA 连接酶）的比较： 相同点：都缝合磷酸二酯键。 区别：EcoliDNA 连接酶来源于大肠杆大肠杆 菌菌，只能将双链 DNA 片段互补的 黏
3、性末端黏性末端之间的磷酸二酯键连接 起来；而 T4DNA 连接酶来源于 T T4 4 噬菌体噬菌体，能缝合两种末端两种末端，但连 接平末端的之间的效率较低低。 (2)DNA 聚合酶、RNA 聚合酶和 DNA 连接酶的比较： 3.“分子运输车”载体载体 （1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。 具有一至多个限制酶切点，供外源 DNA 片段插入。具有标记基因，供重组 DNA 的鉴定和选择。 安全无毒 大小合适 （2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能 力的双链环状 DNA 分子。 （3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒 (二)基因
4、工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取目的基因的获取 1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因或具有调控作用的因子编码蛋白质的结构基因或具有调控作用的因子。 2.目的基因的获取有三种方法：从基因文库中获取；从基因文库中获取；PCRPCR 扩增目的基因；人工化学法合成扩增目的基因；人工化学法合成。 原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学 合成法 3.PCR 技术扩增目的基因 （1）原理：DNADNA 复制复制 （2）过程：第一步：加热至 9095DNADNA 解链解链；第二步：冷却到 5560，引物结合到互补引物结合到互补 DNADNA 链链
5、；第 三步：加热至 7075，热稳定热稳定 DNADNA 聚合酶（聚合酶（TaqTaq 酶）从引物起始互补链的合成酶）从引物起始互补链的合成。 （3）条件：模板、耐高温的模板、耐高温的 DNADNA 聚合酶聚合酶（TaqTaq 酶）酶）、引物、脱氧核苷酸、精确的温度控制、能量、引物、脱氧核苷酸、精确的温度控制、能量 第二步：基因表达载体的构建基因表达载体的构建 1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在稳定存在并且可以遗传至下一代遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用表达和发挥作用。 2.组成：目的基因目的基因启动子启动子终止子终止子标记基因（复制原点）标记基因（复制原点） （1）启动子：启
6、动目的基因的转录。是一段有特殊结构的 DNADNA 片段片段，位于基因的首端首端，是 RNARNA 聚合酶聚合酶识 别和结合的部位，能驱动基因转录出转录出 mRNAmRNA，最终获得所需的蛋白质。 （2）终止子：终止目的基因的转录。也是一段有特殊结构的 DNADNA 片段片段 ，位于基因的尾端尾端。 （3）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抗生素基因。 第三步：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞_ _ 1.转化的概念：是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。是目的基因进入受体细胞
7、内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 2.常用的转化方法： 将目的基因导入植物细胞植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化农杆菌转化法法，其次还有 基因枪法基因枪法、花粉管通道法花粉管通道法。 将目的基因导入动物细胞动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵受精卵。 将目的基因导入微生物细胞微生物细胞：CaCa 2+2+转化法 转化法 注意：注意： 将目的基因导入受体细胞，目前已开发出来的方法有很多种，每种方法都有利弊，适合于不同 的受体细胞。究竟选用哪种方法，要根据具体情况而定。 以上介绍的几种方法，在导入受体细胞之前，都必须进行目的基因表达载体的构
8、建，也就是说 导入受体细胞的必须是重组 DNA 分子，而不能直接导入目的基因。 第四步：目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达 1.首先要检测 转基因转基因生物的染色体生物的染色体 DNADNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因，方法是采用 DNADNA 分子杂交技术分子杂交技术。 2.其次还要检测 目的基因是否转录出了目的基因是否转录出了 mRNAmRNA， 方法是采用 用标记的目的基因作探针与用标记的目的基因作探针与 mRNAmRNA 杂交， 即分杂交， 即分 子杂交技术子杂交技术。 3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质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
9、蛋白质，用相应的 抗体抗体进行 抗原抗体杂交抗原抗体杂交。 4.有时还需进行 个体生物学水平个体生物学水平的鉴定，进行抗虫抗病的接种试验抗虫抗病的接种试验观察植物是否出现抗虫抗病性状。 （三）基因工程的应用 （一）植物基因工程硕果累累 1. 抗虫转基因植物 2. 抗病转基因植物 3. 抗逆转基因植物 针对盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境条件而培育的抗盐碱、耐旱、耐寒、抗涝 4. 利用转基因改良植物的品质 主要成果 基因转移方法 转基因高赖氨酸玉米 将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞中表达成功 转基因延熟番茄 将控制番茄果实成熟的基因导入番茄 转基因矮牵牛 将与植物花青素代谢有关的基因导入
10、矮牵牛 转基因烟草苗 将萤火虫的发光基因导入烟草 （二）动物基因工程前景广阔 动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。 1. 用于提高动物生长速度 基因工程的别名基因工程的别名 基因拼接技术或 DNA 重组技术 操作环境操作环境 生物体外 操作对象操作对象 基因 操作水平操作水平 DNA 分子水平 基本过程基本过程 剪切 拼接导入 表达 实质实质 基因重组 结果结果 人类需要的基因产物（定向的) 2 将外源生长激素基因导入动物体内，在其体内合成大量生长激素 2. 用于改善畜产品的品质 3. 用转基因动物生产药物 乳腺（房）生物反应器：用基因工程技术实
11、现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过 程相同。为了使目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白 质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。 操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白 基因前加特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。 4. 用转基因动物作器官移植的供体 （三）基因工程药物（主要是微生物） 基因工程药物种类：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 原理：用基因工程的方法，使外源基因在工程菌细
12、胞内高效表达。用 DNA 重组技术生产的人类蛋白 药物种类（部分） （四）基因治疗 （1）体外基因治疗 （2）体内基因治疗 基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是 治疗遗传病的最有效的手段。 总结总结：动物基因工程动物基因工程的受体细胞是受精卵或胚胎干细胞受精卵或胚胎干细胞，因为只有受精卵或胚胎干细胞接受目的基因后 才能发育成具有新性状的动物个体。 植物细胞工程植物细胞工程的受体细胞可以是受精卵受精卵也可以是其他的体细胞体细胞。 （四）蛋白质工程 蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。 基本途径：
13、从预期的蛋白质功能出发，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）以上是蛋白质工程特有的途径；以下按照基因工程的一般步骤进行。以上是蛋白质工程特有的途径；以下按照基因工程的一般步骤进行。 （注意：目的基因只能用人工合成的方法）（注意：目的基因只能用人工合成的方法） 设计中的困设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列 （1）基因工程和蛋白质工程的比较 基因工程基因工程 蛋白质工程蛋白质工程 相同相同 均是基因工程，蛋白质工程是第二代基因工程 不同不同 概念概念 P1 P27 黑体字 目的目的 获得
14、自然界中已存在的蛋白质 获得自然界中不存在的蛋白质 基本途径基本途径 遵循中心法则 先中心法则的逆推，再遵循中心法则 注意：注意： 蛋白质的工程的重点在于对已存在的蛋白质进行分子改造，改造的对象是编码蛋白质的 DNA 序 列。 对基因进行改造的蛋白质可以遗传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。 专题二专题二 细胞工程细胞工程 （一）植物细胞工程（一）植物细胞工程 1.理论基础（原理）：植物细胞全能性植物细胞全能性 2.植物组织培养技术植物组织培养技术 （1）过程：离体离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织愈伤组织 试管苗 植物体 （2）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的
15、工厂化生产微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。 A. 植物繁殖 微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖 作物脱毒：采用茎尖茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有） 人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种 子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输 B. 作物新品种培育 单倍体育种： a 过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab 四种类型）；对花粉进行花药离体培养花药离体培养 （技术是植物组织培养）（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株单倍
16、体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素秋水仙素处理；得到了正常的 纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb 四种类型）。 优点：明显缩短育种年限明显缩短育种年限 C. 突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、 含高蛋白的突变体。植物组织培养过程容易出现突变体） D. 细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的 细胞产物。 （3）地位：是培育转基因植物转基因植物、植物体细胞杂交植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。 3.植物体细胞杂交技术 （1）过程：去除细胞壁获得原生质体原生质体融合杂种细胞杂种细胞的筛选杂种细胞再生出细 胞壁植物组织培养 （2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电激离心、振动、电激 等。 化学法是用聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）作为诱导剂。 （3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。克服了远缘杂交不亲和的障碍。 （4）注意：脱
