高三生物現(xiàn)代生物技術(shù)專題復(fù)習(xí)資料一、基因工程（DNA重組技術(shù)）基因工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，通過(guò)人工方式將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，使其表達(dá)所需產(chǎn)物或獲得新性狀。（一）基本工具基因工程的操作依賴三類關(guān)鍵工具：限制酶、DNA連接酶、載體。1.限制酶（限制性核酸內(nèi)切酶）來(lái)源：主要從原核生物中分離（如*Eco*RⅠ、*Hind*Ⅲ）。作用：識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列（通常為4-6個(gè)堿基對(duì)的回文序列），切割磷酸二酯鍵。結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端（如*Eco*RⅠ切割后產(chǎn)生5’-突出的末端）或平末端（如*Sma*Ⅰ切割后產(chǎn)生平整末端）。易錯(cuò)提醒：限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物通過(guò)甲基化修飾保護(hù)自身序列。2.DNA連接酶作用：將兩個(gè)DNA片段的磷酸二酯鍵連接，恢復(fù)DNA的連續(xù)性。類型與區(qū)別：*E·coli*DNA連接酶：僅連接黏性末端（需ATP）；T4DNA連接酶：可連接黏性末端和平末端（需ATP）。與DNA聚合酶的區(qū)別：DNA聚合酶需模板鏈，延長(zhǎng)DNA鏈；DNA連接酶無(wú)需模板，連接兩個(gè)獨(dú)立片段。3.載體功能：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并穩(wěn)定保存、復(fù)制。必備條件：（1）能自我復(fù)制（或整合到受體細(xì)胞染色體DNA上隨其復(fù)制）；（2）有多個(gè)限制酶切點(diǎn)（便于插入目的基因）；（3）有標(biāo)記基因（如抗生素抗性基因、熒光基因，用于篩選含目的基因的細(xì)胞）；（4）安全無(wú)毒（不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞造成傷害）。常見載體：質(zhì)粒（最常用，原核生物的小型環(huán)狀DNA）、λ噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒（如農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒）。（二）操作流程基因工程的核心步驟可概括為“分、切、接、轉(zhuǎn)、篩”。1.目的基因的獲取方法：（1）從基因文庫(kù)中獲?。喊ɑ蚪M文庫(kù)（含物種全部基因）和cDNA文庫(kù)（含物種已表達(dá)的基因，通過(guò)反轉(zhuǎn)錄mRNA獲得）；（2）PCR擴(kuò)增：快速擴(kuò)增目的基因（原理：DNA半保留復(fù)制；條件：模板DNA、引物、Taq酶（熱穩(wěn)定DNA聚合酶）、dNTP；步驟：變性（90-95℃，DNA解鏈）→退火（55-60℃，引物結(jié)合模板）→延伸（70-75℃，Taq酶合成DNA））；（3）人工合成：適用于小片段基因（如氨基酸序列已知的蛋白質(zhì)，通過(guò)密碼子推測(cè)DNA序列）。2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建（核心步驟）組成：目的基因+啟動(dòng)子+終止子+標(biāo)記基因+復(fù)制原點(diǎn)。各組件功能：?jiǎn)?dòng)子：RNA聚合酶結(jié)合的部位，啟動(dòng)目的基因的轉(zhuǎn)錄（位于基因上游，非編碼區(qū)）；終止子：終止轉(zhuǎn)錄的信號(hào)（位于基因下游，非編碼區(qū)）；標(biāo)記基因：篩選含目的基因的受體細(xì)胞（如氨芐青霉素抗性基因）。易錯(cuò)提醒：?jiǎn)?dòng)子≠起始密碼子（起始密碼子位于mRNA上，啟動(dòng)翻譯）；終止子≠終止密碼子（終止密碼子終止翻譯）。3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞受體細(xì)胞選擇：需具備全能性（植物）或易培養(yǎng)（微生物）、繁殖快（動(dòng)物）等特點(diǎn)。導(dǎo)入方法：受體細(xì)胞類型方法原理/特點(diǎn)植物細(xì)胞|農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法|農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的T-DNA可整合到植物染色體DNA上|植物細(xì)胞|基因槍法|用微彈將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞（適用于單子葉植物）|動(dòng)物細(xì)胞|顯微注射法|用顯微注射器將目的基因注入受精卵（最常用）|微生物細(xì)胞|感受態(tài)細(xì)胞法|用Ca2?處理大腸桿菌，使其成為感受態(tài)細(xì)胞（吸收DNA）|4.目的基因的檢測(cè)與鑒定分子水平檢測(cè)（關(guān)鍵）：（1）DNA分子雜交：用放射性同位素標(biāo)記的目的基因作探針，檢測(cè)受體細(xì)胞DNA中是否插入目的基因；（2）RNA分子雜交：用探針檢測(cè)受體細(xì)胞mRNA中是否有目的基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物；（3）抗原-抗體雜交：用相應(yīng)抗體檢測(cè)受體細(xì)胞中是否有目的基因的翻譯產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）。個(gè)體水平鑒定：通過(guò)生物性狀驗(yàn)證（如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗蟲性鑒定、轉(zhuǎn)基因作物的抗逆性測(cè)試）。（三）應(yīng)用實(shí)例農(nóng)業(yè)：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉（導(dǎo)入Bt毒蛋白基因）、轉(zhuǎn)基因抗鹽作物（導(dǎo)入耐鹽基因）；醫(yī)藥：重組人胰島素（將人胰島素基因?qū)氪竽c桿菌）、基因治療（如用腺苷脫氨酶基因治療重癥聯(lián)合免疫缺陷?。?；工業(yè)：工程菌生產(chǎn)纖維素酶（用于造紙、紡織）。二、細(xì)胞工程細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)，通過(guò)細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平的操作，改變細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，獲得所需細(xì)胞或個(gè)體。（一）植物細(xì)胞工程1.植物組織培養(yǎng)（基礎(chǔ)技術(shù)）原理：植物細(xì)胞的全能性（已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整植株的潛能）。過(guò)程：外植體（植物幼嫩組織，如莖尖、根尖）→脫分化（形成愈傷組織，未分化的薄壁細(xì)胞）→再分化（形成胚狀體或叢芽）→試管苗→移栽。條件：無(wú)菌環(huán)境、適宜的營(yíng)養(yǎng)（MS培養(yǎng)基，含大量元素、微量元素、有機(jī)物）、激素（生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比例調(diào)控分化方向：生長(zhǎng)素>細(xì)胞分裂素→根分化；細(xì)胞分裂素>生長(zhǎng)素→芽分化）、光照（再分化階段需要）。應(yīng)用：快速繁殖（如蘭花、草莓）、培育無(wú)病毒植株（莖尖分生區(qū)病毒少）、生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物（如紫杉醇）。2.植物體細(xì)胞雜交目的：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙（如番茄與馬鈴薯雜交）。過(guò)程：植物細(xì)胞→去壁（用纖維素酶和果膠酶處理，獲得原生質(zhì)體）→原生質(zhì)體融合（物理法：離心、振動(dòng)、電激；化學(xué)法：PEG（聚乙二醇））→雜種細(xì)胞（再生細(xì)胞壁）→植物組織培養(yǎng)→雜種植株。關(guān)鍵：原生質(zhì)體融合（需誘導(dǎo)）；雜種細(xì)胞的篩選（如用選擇培養(yǎng)基）。（二）動(dòng)物細(xì)胞工程1.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)（基礎(chǔ)技術(shù)）原理：細(xì)胞增殖（不涉及全能性）。過(guò)程：動(dòng)物組織→剪碎→胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理（分散成單個(gè)細(xì)胞）→原代培養(yǎng)（第1代至第10代細(xì)胞，貼壁生長(zhǎng)、接觸抑制）→傳代培養(yǎng)（第10代以后，部分細(xì)胞可無(wú)限增殖，成為細(xì)胞系）。條件：（1）無(wú)菌無(wú)毒環(huán)境（培養(yǎng)液需滅菌，添加抗生素；定期更換培養(yǎng)液，清除代謝廢物）；（2）營(yíng)養(yǎng)（血清、血漿等天然成分，含氨基酸、葡萄糖、無(wú)機(jī)鹽等）；（3）溫度（36.5±0.5℃）、pH（7.2-7.4）；（4）氣體環(huán)境（95%空氣+5%CO?，CO?維持培養(yǎng)液pH）。應(yīng)用：生產(chǎn)生物制品（如疫苗、干擾素）、檢測(cè)有毒物質(zhì)（通過(guò)細(xì)胞形態(tài)變化判斷毒性）、醫(yī)學(xué)研究（如癌細(xì)胞研究）。2.動(dòng)物細(xì)胞核移植（克隆技術(shù)）原理：動(dòng)物細(xì)胞核的全能性（細(xì)胞核含完整的遺傳信息）。過(guò)程：供體（優(yōu)良動(dòng)物）→取細(xì)胞核（如乳腺細(xì)胞）→受體（去核卵母細(xì)胞，減數(shù)第二次分裂中期，含促進(jìn)細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)）→重組細(xì)胞（細(xì)胞核與去核卵母細(xì)胞融合）→胚胎培養(yǎng)→胚胎移植→克隆動(dòng)物（如多莉羊）。應(yīng)用：拯救瀕危物種（如克隆大熊貓）、培育優(yōu)良家畜、生產(chǎn)醫(yī)用蛋白。3.單克隆抗體的制備原理：B淋巴細(xì)胞的特異性抗體分泌能力+骨髓瘤細(xì)胞的無(wú)限增殖能力。過(guò)程：免疫小鼠（注射抗原，如乙肝病毒）→取脾臟B淋巴細(xì)胞→與骨髓瘤細(xì)胞融合（用PEG或電激）→篩選（用選擇培養(yǎng)基篩選雜交瘤細(xì)胞，既能分泌抗體又能無(wú)限增殖）→克隆化培養(yǎng)（單個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)成細(xì)胞株）→抗體檢測(cè)（用抗原-抗體雜交篩選能分泌所需抗體的細(xì)胞株）→大規(guī)模生產(chǎn)（體外培養(yǎng)或注入小鼠腹腔）。特點(diǎn)：特異性強(qiáng)、靈敏度高、可大量制備（優(yōu)于傳統(tǒng)血清抗體）。應(yīng)用：診斷試劑（如乙肝病毒檢測(cè)試劑盒）、治療疾?。ㄈ缋孜魡慰怪委熈馨土觯?。三、胚胎工程胚胎工程是指對(duì)動(dòng)物早期胚胎或配子進(jìn)行操作，獲得優(yōu)良個(gè)體的技術(shù)，主要涉及胚胎發(fā)育、體外受精、胚胎移植等。（一）早期胚胎發(fā)育階段與特點(diǎn)：1.受精卵：含兩個(gè)原核（精子核與卵子核），開始進(jìn)行有絲分裂；2.桑椹胚：約32個(gè)細(xì)胞，細(xì)胞排列緊密，全能性高（可用于胚胎分割）；3.囊胚：細(xì)胞分化為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（將來(lái)發(fā)育成胎兒的各種組織）和滋養(yǎng)層（將來(lái)發(fā)育成胎盤和胎膜），囊胚腔形成；4.原腸胚：細(xì)胞分化為外胚層（皮膚、神經(jīng)）、中胚層（肌肉、骨骼）、內(nèi)胚層（消化、呼吸系統(tǒng)），原腸腔形成。（二）體外受精（試管嬰兒技術(shù)）過(guò)程：1.卵母細(xì)胞采集與培養(yǎng)：從卵巢中獲取卵母細(xì)胞，培養(yǎng)至減數(shù)第二次分裂中期（MⅡ期）；2.精子采集與獲能：采集精子（如假陰道法、手握法），用培養(yǎng)法（小鼠、兔）或化學(xué)誘導(dǎo)法（牛、羊，用肝素或鈣離子載體）使其獲能；3.受精：在體外培養(yǎng)條件下，使獲能的精子與MⅡ期卵母細(xì)胞結(jié)合（需發(fā)生頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)、卵細(xì)胞膜反應(yīng)等）。（三）胚胎移植（核心技術(shù)）意義：充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體的繁殖潛力（如一頭奶牛一年可繁殖多只優(yōu)良后代）。過(guò)程：供體（優(yōu)良雌性）→超數(shù)排卵（注射促性腺激素，促進(jìn)多個(gè)卵泡發(fā)育）→配種或人工授精→胚胎收集（沖卵，從輸卵管或子宮中取出胚胎）→胚胎檢查（篩選優(yōu)質(zhì)胚胎，如桑椹胚或囊胚）→胚胎移植（將胚胎注入受體子宮）→受體照顧（妊娠、分娩）。受體要求：同種、生理狀態(tài)相同（同期發(fā)情處理，用孕激素）。（四）胚胎分割與干細(xì)胞1.胚胎分割原理：細(xì)胞全能性（桑椹胚或囊胚的細(xì)胞仍具有全能性）。注意事項(xiàng)：分割囊胚時(shí)需均等分割內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（避免影響胚胎發(fā)育）；分割后的胚胎需移植到受體子宮。應(yīng)用：增加胚胎數(shù)量（如將一個(gè)桑椹胚分割成2-4個(gè)胚胎）。2.干細(xì)胞類型：（1）胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）：來(lái)自囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，全能性最高（可分化為各種組織細(xì)胞）；（2）成體干細(xì)胞：來(lái)自骨髓、臍帶血等，多能性（如造血干細(xì)胞可分化為各種血細(xì)胞）。特點(diǎn)：自我更新（可無(wú)限增殖）、多向分化（可分化為多種細(xì)胞）。應(yīng)用：醫(yī)學(xué)治療（如用ES細(xì)胞修復(fù)受損組織、治療帕金森?。⒀芯颗咛グl(fā)育。四、生態(tài)工程生態(tài)工程是指應(yīng)用生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)原理，通過(guò)優(yōu)化組合生物資源，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。（一）基本原理原理核心思想實(shí)例物質(zhì)循環(huán)再生原理物質(zhì)循環(huán)利用，減少浪費(fèi)沼氣池（秸稈→沼氣→沼渣肥田）物種多樣性原理增加物種豐富度，提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性天然林比人工林更抗病蟲害協(xié)調(diào)與平衡原理生物與環(huán)境協(xié)調(diào)，避免過(guò)度開發(fā)草原載畜量不能超過(guò)環(huán)境承載力整體性原理考慮自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的整體影響農(nóng)村綜合發(fā)展型生態(tài)工程（種、養(yǎng)、加結(jié)合）系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能（如?；~塘的食物鏈）?；~塘（?！Q→魚→泥→桑）（二）實(shí)例農(nóng)村綜合發(fā)展型生態(tài)工程：如北京留民營(yíng)村的“雞-豬-沼-菜”模式，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)利用；濕地生態(tài)恢復(fù)工程：如鄱陽(yáng)湖濕地恢復(fù)，通過(guò)退耕還湖、建立自然保護(hù)區(qū)，恢復(fù)濕地生態(tài)功能；礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)工程：如山西大同煤礦區(qū)，通過(guò)種植耐貧瘠植物（如沙棘）、改良土壤，恢復(fù)植被。五、蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造（如提高酶的熱穩(wěn)定性）或制造新蛋白質(zhì)（如設(shè)計(jì)新型抗體）的技術(shù)。（二）操作流程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)氨基酸序列→找到對(duì)應(yīng)的DNA序列（基因）→合成或修飾基因→導(dǎo)入受體細(xì)胞→表達(dá)蛋白質(zhì)→功能驗(yàn)證。（三）與基因工程的區(qū)別項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程原理基因重組基因修飾或合成產(chǎn)物自然界已有的蛋白質(zhì)改造或新的蛋白質(zhì)應(yīng)用生產(chǎn)現(xiàn)有蛋白質(zhì)滿足特殊需求（如耐高溫酶）六、備考策略與易錯(cuò)總結(jié)（一）核心考點(diǎn)梳理1.基因工程：限制酶的作用特點(diǎn)、基因表達(dá)載體的組成、目的基因的檢測(cè)方法；2.細(xì)胞工程：植物組織培養(yǎng)的過(guò)程、單克隆抗體的制備流程、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件；3.胚胎工程：早期胚胎發(fā)育的階段、胚胎移植的意義、干細(xì)胞的類型；4.生態(tài)工程：基本原理的實(shí)例對(duì)應(yīng)、生態(tài)工程的意義；5.蛋白質(zhì)工程：與基因工程的區(qū)別、操作流程。（二）易錯(cuò)點(diǎn)提醒基因工程中，標(biāo)記基因的作用是篩選含目的基因的受體細(xì)胞，而非檢測(cè)目的基因的表達(dá)；植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果是雜種植株，而非雜種細(xì)胞（需經(jīng)組織培養(yǎng)）；胚胎移植的受體不改變胚胎的遺傳物質(zhì)（遺傳物質(zhì)來(lái)自供體）；生態(tài)工程的整體性原理強(qiáng)調(diào)“自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)”的統(tǒng)一，而非僅自然系統(tǒng)；蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵步驟是設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而非