高中生（现代生物科技专题）【知识框架】编辑切换为居中添加图片注释，不超过140字（可选）基因工程、细胞工程编辑切换为居中添加图片注释，不超过140字（可选）胚胎工程生态工程编辑添加图片注释，不超过140。
（现代生物科技专题）
【知识框架】
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基因工程、细胞工程
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胚胎工程
- 生态工程
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【基础必备】
一、基因工程 原理：基因重组 优点：克服远缘杂交不亲和的障碍
1、基因工程的 3 种基本工具①限制性核酸内切酶：识别特定脱氧核苷酸序列，并在特定位点上切割 DNA 分子。
②DNA 连接酶：a.E·coli DNA 连接酶只能连接黏性末端；b.T4 DNA 连接酶能连接黏性末端和平末端（效率低）。
③载体：需具备的条件：a.能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；b.有一个至多个限制酶切割位点；c.具有特殊的标记基因，以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。
2、基因工程的四步骤目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
第一步：目的基因的获取途径：从基因文库中获取、利用 PCR 技术扩增、化学方法直接人工合成
（1）基因组文库中包含了某种生物的全部基因，而 cDNA 文库是由 mRNA 反转录产生的， 因此无基因中的启动子和基因中的内含子，包含某种生物的部分基因。
（2）PCR 技术：DNA 解旋（90-95℃）、引物结合（55-65℃）、互补链合成（70-75℃）
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- 此过程反应体系的主．要．成．分．包含：扩增缓冲液、水、原料（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）；两种引物、耐高温的 DNA 聚合酶、模板 DNA 等。
- 一个 DNA 经过 4 轮循环后同时含有两种引物的 DNA 片段所占的比例是 7/8
- 设计引物的依据是目的基因两端的部分序列核苷酸
- 设计引物的注意点是：一是两种引物之间不能碱基互补配对；一种引物自身不能碱基互补
配对而出现自身折叠。
- 此过程中退火（复性）的温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定，一般引物对中G-C
含量高的可采用较高的退火温度。
第二步：基因表达载体的构建（基因工程的核心步骤）- 构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传，同时能表达和发挥作用。
- 表达载体主要包括启动子（化学本质是 DNA 片段，它是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，它的作用是启动目的基因的转录）、终止子、目的基因、标记基因（鉴定受体细胞中是
否含有目的基因）、复制原点等。（记住组成及作用！）
第三步：将目的基因导入受体细胞- 受体细胞是植物细胞时常用的导入方法是：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法。
（1）农杆菌转化法：将目的基因与 Ti 质粒（含有 T-DNA）结合构建表达载体、将表达载体导入农杆菌，再用含有重组 Ti 质粒的农杆菌导入植物细胞，利用 T-DNA 可转移的特点，将目的基因插入到植物细胞的染色体 DNA 上，再利用植物组织培养技术技术将导入了目的基因的植物细胞培养成新的植株。
- 受体细胞是动物细胞时导入方法是显微注射法。常见的动物受体细胞是受精卵或者胚胎干细胞，原因是这些细胞的全能性高。
★乳腺生物反应器：
将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射的方法， 导入到哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体，使其生长发育成转基因动物。
- 受体细胞是微生物细胞时导入方法是用 Ca2 处理。
（1）基因工程常选择微生物细胞作为受体细胞的原因是多为单细胞生物、遗传物质较少； 繁殖快。（2）当受体细胞是大肠杆菌时，由于该生物细胞内没有内质网和高尔基体，因此从中提取出的蛋白质还要经过人工修饰才具备生物活性。
第四步：目的基因的检测与鉴定方法①检测目的基因是否插入转基因生物的 DNA 上：DNA 分子杂交技术。
②检测目的基因是否转录出 mRNA：分子杂交技术。
③检测目的基因是否翻译成蛋白质：抗原—抗体杂交技术。
④个体生物学水平鉴定：根据表达性状等判断。易混辨析
①限制酶、DNA 酶、解旋酶
限制酶的作用是识别双链 DNA 分子上某种特定的核苷酸序列，并使两条链在特定的位置断开；DNA 酶的作用是将 DNA 水解为基本组成单位；解旋酶的作用是将 DNA 两条链间的氢键打开形成两条单链。
②DNA 连接酶、DNA 聚合酶
DNA 连接酶能连接两个 DNA 片段，而 DNA 聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。
③启动子(DNA 片段、RNA 聚合酶识别结合的部位、启动转录)、起始密码子(位于 mRNA
上，翻译的开始)；
终止子(DNA 片段、终止转录)、终止密码子(位于 mRNA 上，翻译的结束)。
二、植物细胞工程
1、两个重要的技术：植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术
2、植物组织培养技术提醒：①条件：离体、营养物质、激素、适宜的温度和 pH 等；②包括脱分化形成愈伤组织（分裂旺盛、高度液泡化的薄壁细胞，可作为诱变育种的材料）、再分化形成植株。③在脱分化和再分化过程生长素和细胞分裂素的比例不同，脱分化过程需要避光培养、再分化过程需要光照。④植物组织培养技术不一定得到完整植株，可以得到细胞产物: 若生产人工种子，则培养到胚状体阶段；若提取细胞产物，则一般培养到愈伤组织阶段；若培育新个体，则应培养到试管苗阶段。⑤可以结合微生物的实验室培养过程的灭菌操作考查。
3、植物体细胞杂交提醒：
- 包括植物细胞融合和植物组织培养；
- 区别植物细胞融合和动物细胞融合的方法的不同；
- 植物体细胞杂交的结果实得到植株，而动物细胞融合得到是细胞产物；
- 植物细胞融合后得到的植株的染色体数目是两个细胞之和
- 植物体细胞杂交技术的意义——克服了远缘杂交不亲和的障碍，大大扩大了可用于杂交的亲本组合范围。
- 区分抗病毒植株和无毒植株（不带病毒）的培育方法： 抗病毒植株：基因工程，导入相应抗病毒基因
脱毒植株：植物组织培养，利用植物分生区附近（如茎尖）的植物病毒极少，甚至无病毒， 利用茎尖进行组织培养，再生的植株可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
三、 动物细胞工程（动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植）
1、动物细胞培养：
- 关键词：胰蛋白酶或胶原蛋白酶、细胞悬液、原代培养、传代培养、细胞贴壁、接触抑制。提醒：用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使组织细胞分离开来；原代培养可保持细胞正常的二倍体核型，传代培养后部分细胞出现不死性；细胞贴壁后才能生长称之为细胞贴壁，相互接触的细胞不再生长和分裂，称为接触抑制。
- 动物细胞培养原理：细胞增殖。
- 植物组织培养用的是固体培养基，加入的是细胞分裂素、生长素和蔗糖（蔗糖的作用 ：提供能源、调节渗透压）等；动物细胞培养用的是液体合成培养基，加入的是葡萄糖、血浆、血清等，还需要氧气、二氧化碳（维持培养液 pH 的稳定）等气体条件。
2、单克隆抗体的制备至少需要两次细胞筛选：第一次筛选出杂交瘤细胞（用选择培养基）； 第二次用相应的抗原检测筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞（抗原—抗体杂交）。杂交瘤细胞的特点是：既能迅速大量增殖，又能产生特定抗体。单克隆抗体的优点是：特异性强、灵敏度高、可大量制备。作用是作为诊断试剂、治疗疾病、运载药物。
3、动物细胞核移植的受体细胞是减数第二次分裂中期的去核的卵母细胞。
选择受体细胞为去核卵母细胞的原因：①营养丰富；②体积大，易操作；③含有激发细胞核全能性表达的物质。
四、胚胎工程
1、受精的标志是卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体，受精完成的标志是雌雄原核融合完成。
2、早期胚胎培养中培养液的成分：无机盐、有机盐(两盐)；维生素、激素(两素)；氨基酸、核苷酸(两酸)，以及血清等物质。
3、用卵巢采集的卵母细胞需要在体外人工培养到减数第二次分裂中期才能与获能的精子受精。（注射促性腺激素，超数排卵，从输卵管冲取的卵子可直接与获能的精子受精）
4、胚胎移植仅属于一种技术，移植的是通过有性生殖或无性生殖产生的胚胎，其本身并不是一种生殖方式。
5、胚胎移植的生理学基础：①供、受体生殖器官的生理变化相同；②早期胚胎与母体子宫无组织上的联系；③受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应；④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系。
6、胚胎移植过程中两次使用激素：第一次是对供、受体母牛进行同期发情处理（一般用孕激素）；第二次用于供体母牛的超数排卵（注射促性腺激素）。
7、冲卵是从供体母牛体内获得早期胚胎的过程，而不是获得受精卵或卵细胞。
8、胚胎移植过程中两次检查：第一次对收集的胚胎进行质量检查；第二次对受体是否妊娠进行检查。
9、胚胎分割的材料：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。囊胚的内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。（滋养层—性别鉴定）（识记胚胎发育的过程！） 10、用来进行胚胎移植的胚胎来源：体内正常受精产生的胚胎、核移植产生的重组细胞培养而来的胚胎、体外受精产生的早期胚胎。
11、胚胎干细胞来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来的一类细胞，具有体积小、细胞核大、核仁明显等特点，具有发育的全能性。另外，在体外培养的条件下，ES 细胞可以增值而不发生分化。对它进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。
五、生态工程
1、特点：少消耗、多效益、可持续。
2、研究对象：“社会—经济—自然”复合系统。
3、生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。
它遵循的基本原理如下。
原理 | 理论基础 | 结论 | 实例 | |
物质循环再生原理 | 物质循环 | 没有物质循环的系统，就会产生废弃物，造成环境污染，并最终影响到系统的稳定和发展 | “无废弃物农业” | |
物种多样性原理 | 生态系统的稳定性 | 只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡 | “三北防护林”单一种植的樟子松林被破坏严重；珊瑚礁区生物多样性非常高，生机盎然 | |
协调与平衡原理 | 生物与环境的协调与平衡 | 因地制宜，确定环境容纳量的大小， 防止生态系统失衡，如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏 | 太湖水体富营养化问题 | |
整体性原理 | 社会、经济、自然复合系统 | 只有应用整体性原理，才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定 | 进行林业工程建设时，一方向要号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题 | |
系统学和工程学原理 | 系 统 的结 构 决定 功 能 原理 | 分布式优于集中式和环式 | 通过改变和优化系统的内部结构， 达到系统功能改善的效果 | 我国南方桑基鱼塘模式，就是把很多单个生产系统通过优化组合，有机整合在一起，大大提高了系统生产力 |
系 统 整体 性 原理 | 整体大于部分之和，即“l l>2” | 系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“l l>2” | 珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物—动物营养循环。 |
