现代生物科技专题高考复习
图片预览
文档简介
课件50张PPT。基因工程考试说明要求：
基因工程的基本原理与技术
工具酶的主要类型、特性及作用
操作步骤
应用与前景基因工程的基本原理与技术 概念：就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞,定向地改造生物的遗传性状。操作环境操作对象操作水平基本过程实质（原理）生物体外基因DNA分子水平剪切基因重组→ 拼接→ 导入→ 筛选→ 表达工具酶的主要类型、特性及作用重播GAATTC限制性内切酶 DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。２、基因的针线──DNA连接酶 连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。重播２、基因的针线──DNA连接酶 连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。3、基因的运输工具——运载体还可以噬菌体、动植物病毒作运载体 目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。操作步骤１、获取目的基因
—将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。提取目的基因的方法⑴直接分离基因——鸟枪法 将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。 该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。鸟枪法：散弹射击法⑵人工合成基因法有两种方法： ①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。 ②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。2、目的基因与运载体结合---形成重组DNA分子 用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子(重组质粒)。3、将重组DNA分子导入受体细胞 要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。 为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。 为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常还要用一些物质(如CaCl2)对受体细胞进行处理，使受体细胞具有更大的通透性。受体细胞:接受重组质粒的细胞4、筛选含目的基因的受体细胞
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。 细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。工程菌:含重组质粒的细菌、真菌 多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。 例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。5、目的基因的表达应用与前景1、基因工程与遗传育种（1）转基因植物（2）转基因动物 通过研究“基因敲除”的耗子将帮助研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系。 转基因羊 具有生长快、毛质、肉质好、疾病少及耐粗饲料等优点。2、基因工程与疾病治疗（1）基因工程药物（2）基因治疗⑴ 基因工程药品的生产 许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。 微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。 胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%! 运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。基因诊断依据原理：DNA分子杂交原理（2）基因治疗3、基因工程与生态环境保护⑴ 环境监测： 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。⑵ 环境污染治理： 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。克隆技术考试说明要求：
克隆的定义和理论基础
植物组织培养的原理
细胞融合
单克隆抗体克隆的定义和理论基础1、克隆的概念： 只要不通过两个分子、两个细胞或两个个体的结合，只由一个模板分子、母细胞或母体直接形成新一代分子、细胞或个体，就是无性繁殖，即克隆。分子水平——基因克隆细胞水平——细胞克隆个体水平——组织培养成新个体理论基础所采用技术的理论基础 植物的克隆通常采用的技术手段 植物组织培养 植物体细胞杂交植物细胞的全能性1、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。 2、原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。 3、差异： （1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。 植物细胞的全能性过程离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体脱分化植物激素：
细胞分裂素、生长素再分化植物组织培养植物组织培养条件： 含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。植物组织培养的应用： （1）试管苗的快速繁殖（2）无病毒植物的培育（5）提取原料（3）利用胚状体人工种子（4）转基因植物的培育
单倍体育种
植物体细胞杂交育种1、定义： 用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。 2、优势：（与有性杂交方法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图融合体杂种细胞去壁的常用方法： 原生质体融合方法：动物的克隆动物细胞培养（1）原理：细胞增殖（2）目的：获得细胞或细胞产物动物胚胎或幼龄动物的组织、器官胰蛋白酶消化处理单个细胞加培 养液制成细胞悬液细胞系细胞株原代培养传代培养筛选(3)过程：诱导方式物理法：离心、振荡、电融合技术化学法：聚乙二醇生物法：灭活的仙台病毒细胞融合灭活的病毒颗粒黏附于细胞表面细胞膜被病毒颗粒穿通，细胞膜连接细胞融合，形成杂种细胞过程：单克隆抗体(1)传统抗体生产方法：抗原动物体内抗体(抗体不纯)筛选单一效应B细胞不能增殖，产生大量抗体特异性差、纯度低；产量低、反应不够灵敏。缺点：(2)单克隆抗体制备过程：设计方案：一个B淋巴细胞小鼠骨髓瘤细胞杂交瘤细胞+化学性质单一、特异性强的抗体。特性：基本原理
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
系统学和工程学原理
系统的结构决定功能原理
系统整体性原理
目的
遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
特点
少消耗，多效益，可持续发展....生态工程生态工程的原理：1、物质循环再生原理2、物种多样性原理3、协调与平衡原理处理好生物与环境的协调与平衡,需要考虑环境承载力。
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
物质循环往复分层分级利用取之不尽,用之不竭众多的生物通过食物链关系相互依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力4、整体性原理整体指社会-经济-自然复合成的巨大系统5、系统学和工程学原理（1）系统的结构决定功能原理（2）系统整体性原理系统各组分之间要有适当的比例关系，才能顺利完成能量、物质、信息的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果。
基因工程的基本原理与技术
工具酶的主要类型、特性及作用
操作步骤
应用与前景基因工程的基本原理与技术 概念：就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞,定向地改造生物的遗传性状。操作环境操作对象操作水平基本过程实质（原理）生物体外基因DNA分子水平剪切基因重组→ 拼接→ 导入→ 筛选→ 表达工具酶的主要类型、特性及作用重播GAATTC限制性内切酶 DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。２、基因的针线──DNA连接酶 连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。重播２、基因的针线──DNA连接酶 连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。3、基因的运输工具——运载体还可以噬菌体、动植物病毒作运载体 目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。操作步骤１、获取目的基因
—将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。提取目的基因的方法⑴直接分离基因——鸟枪法 将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。 该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。鸟枪法：散弹射击法⑵人工合成基因法有两种方法： ①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。 ②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。2、目的基因与运载体结合---形成重组DNA分子 用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子(重组质粒)。3、将重组DNA分子导入受体细胞 要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。 为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。 为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常还要用一些物质(如CaCl2)对受体细胞进行处理，使受体细胞具有更大的通透性。受体细胞:接受重组质粒的细胞4、筛选含目的基因的受体细胞
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。 细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。工程菌:含重组质粒的细菌、真菌 多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。 例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。5、目的基因的表达应用与前景1、基因工程与遗传育种（1）转基因植物（2）转基因动物 通过研究“基因敲除”的耗子将帮助研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系。 转基因羊 具有生长快、毛质、肉质好、疾病少及耐粗饲料等优点。2、基因工程与疾病治疗（1）基因工程药物（2）基因治疗⑴ 基因工程药品的生产 许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。 微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。 胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%! 运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。基因诊断依据原理：DNA分子杂交原理（2）基因治疗3、基因工程与生态环境保护⑴ 环境监测： 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。⑵ 环境污染治理： 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。克隆技术考试说明要求：
克隆的定义和理论基础
植物组织培养的原理
细胞融合
单克隆抗体克隆的定义和理论基础1、克隆的概念： 只要不通过两个分子、两个细胞或两个个体的结合，只由一个模板分子、母细胞或母体直接形成新一代分子、细胞或个体，就是无性繁殖，即克隆。分子水平——基因克隆细胞水平——细胞克隆个体水平——组织培养成新个体理论基础所采用技术的理论基础 植物的克隆通常采用的技术手段 植物组织培养 植物体细胞杂交植物细胞的全能性1、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。 2、原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。 3、差异： （1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。 植物细胞的全能性过程离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体脱分化植物激素：
细胞分裂素、生长素再分化植物组织培养植物组织培养条件： 含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。植物组织培养的应用： （1）试管苗的快速繁殖（2）无病毒植物的培育（5）提取原料（3）利用胚状体人工种子（4）转基因植物的培育
单倍体育种
植物体细胞杂交育种1、定义： 用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。 2、优势：（与有性杂交方法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图融合体杂种细胞去壁的常用方法： 原生质体融合方法：动物的克隆动物细胞培养（1）原理：细胞增殖（2）目的：获得细胞或细胞产物动物胚胎或幼龄动物的组织、器官胰蛋白酶消化处理单个细胞加培 养液制成细胞悬液细胞系细胞株原代培养传代培养筛选(3)过程：诱导方式物理法：离心、振荡、电融合技术化学法：聚乙二醇生物法：灭活的仙台病毒细胞融合灭活的病毒颗粒黏附于细胞表面细胞膜被病毒颗粒穿通，细胞膜连接细胞融合，形成杂种细胞过程：单克隆抗体(1)传统抗体生产方法：抗原动物体内抗体(抗体不纯)筛选单一效应B细胞不能增殖，产生大量抗体特异性差、纯度低；产量低、反应不够灵敏。缺点：(2)单克隆抗体制备过程：设计方案：一个B淋巴细胞小鼠骨髓瘤细胞杂交瘤细胞+化学性质单一、特异性强的抗体。特性：基本原理
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
系统学和工程学原理
系统的结构决定功能原理
系统整体性原理
目的
遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
特点
少消耗，多效益，可持续发展....生态工程生态工程的原理：1、物质循环再生原理2、物种多样性原理3、协调与平衡原理处理好生物与环境的协调与平衡,需要考虑环境承载力。
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
物质循环往复分层分级利用取之不尽,用之不竭众多的生物通过食物链关系相互依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力4、整体性原理整体指社会-经济-自然复合成的巨大系统5、系统学和工程学原理（1）系统的结构决定功能原理（2）系统整体性原理系统各组分之间要有适当的比例关系，才能顺利完成能量、物质、信息的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果。