高中生物选修三复习资料
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专题1 基因工程
1.1 DNA重组技术的基本工具
1.基因工程是在 DNA分子 水平上进行设计施工的，因此又叫做 DNA重组 技术，这种技术是在生物体外，通过体外 DNA重组 和 转基因 等技术，赋予生物新的遗传特性。
2.基因操作的工具包括基因的“剪刀”―― 限制性核酸内切酶 ;基因的“针线”――DNA连接酶 ;基因的“运输工具”―― 运载体 。
3.限制酶主要来源于 原核生物 。限制酶的作用特点是能够识别DNA中 某种特定的核苷酸序列 ，切开两个 核苷酸 之间的 磷酸二酯键 。限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式： 黏性末端 和 平末端 。
4.DNA连接酶的作用是 将双链DNA片段连接起来 ，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 磷酸二脂键 。根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类： T4DNA连接酶和 E.coliDNA连接酶 。
5.目前基因工程中经常使用的运载体有 质粒 、 动植物病毒 和 λ噬菌体的衍生物 。
6.质粒是一种 裸露的 、 结构简单 、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。
7.作为基因进入细胞的载体，必须具备的条件是 能在宿主细胞中复制并稳定保存 、具有一至多个限制酶切点 、 具有某些标记基因 、 对宿主的生存没有决定性的作用。
1.2 基因工程的基本操作程序
1.基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤： 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 。
2.目的基因主要是指 编码蛋白质的结构基因 ，也可以是一些 具有调控作用的因子。获取目的基因的途径有 从基因文库中获取、 利用PCR技术扩增获得 、 直接人工合成 。
3.PCR是利用 DNA双链复制 的原理，将基因的核苷酸序列加以复制，使其数目呈 指数 方式增加。需要的前提是 要有一段已知目的基因的核苷酸序列 ，扩增的过程是：目的基因DNA受热变性后解链为单链， 引物与单链 相应互补序列结合，然后在 DNA聚合酶 的作用下进行延伸，如此重复循环多次。
4.基因工程的核心是 基因表达载体的构建 ，其目的是 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用 。
5.一个基因表达载体的组成有： 目的基因 、 启动子 、 终止子 和 标记基因 。
6.将目的基因导入植物细胞的方法有 农杆菌转化法 、 基因枪法 和 花粉管通道法 。采用最多的方法是 农杆菌转化法 ，通过农杆菌的转化作用，就可以使 目的基因 进入植物细胞，并将其插入到植物细胞中的 染色体DNA上，使 目的基因 的遗传性状得以稳定维持和表达。
7.基因工程选取原核生物作为受体细胞的原因是由于其具有其他生物没有的一些特点，如 繁殖快 、 多为单细胞 、 遗传物质相对较少 等
8.大肠杆菌常用的转化方法是：先用 Ca2+ 处理细胞，再将 载体DNA分子溶于缓冲液中 与此种细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。
9.检测目的基因是否成功插入到转基因生物的染色体上的方法是采用 DNA分子杂交技术 ，此方法使用的探针是 同位素标记的含有目的基因的DNA片段 ，与检测目的基因是否转录出mRNA所用的探针 一样 。检测目的基因是否翻译成蛋白质，检测方法是从转基因生物体内提取蛋白质，用相应的 抗体 进行 抗原-抗体 杂交，若有 杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品。除了上述的分子检测外，有时还需要进行 个体生物学水平 的鉴定，如对抗虫植物做抗虫的接种实验。
1.3 基因工程的应用
1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的 抗逆 能力，以及改良农作物的 品质 和利用植物生产 药物 等方面。
2.抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是 病毒外壳蛋白基因 和 病毒的复制基因 ;抗真菌转基因植物中可使用的基因有 几丁质酶基因 和 抗毒素合成基因 。
3.在培育抗逆转基因植物中，使用 调节细胞渗透压的基因 来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力;将鱼的 抗冻蛋白 基因导入烟草和番茄，提高它们的耐寒能力;将 抗除草剂 基因导入作物，使作物抗除草剂。
4.在利用转基因改良植物的品质方面，我国科学家将 富含赖氨酸的蛋白质编码基因 导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%。
5.动物基因工程从诞生那天起，就在 动物品种改良 、 建立生物反应器 、 器官移植 等很方面显示了广阔的前景。
6.乳腺生物反应器的操作过程为：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 等方法，导入哺乳动物的 受精卵 中，然后，将 受精卵 送入母体内，使其生长发育成转基因动物。
7.为解决器官移植中的免疫排斥反应，科学家正在想办法对猪的器官进行改造，采用的方法是 将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达 或 设法除去抗原决定基因，结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官 。
8.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 发挥作用，从而达到治疗疾病的目的。其方法可以分为 体外基因治疗 和 体内基因治疗 。
1.4 蛋白质工程的崛起
1.蛋白质工程是指以 蛋白质分子的结构规律 及其与 生物功能 的关系作为基础，通过 基因修饰 或 基因合成 ，对现有蛋白质进行 改造 ，或制造一种 新的蛋白质 ，以满足人们生产和生活的需求。与基因工程合成的蛋白质的主要区别是 基因工程只能合成自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可合成一些自然界中原本不存在的蛋白质 。
2.玉米中赖氨酸含量较低，原因是赖氨酸合成过程中两种酶――天冬氨酶激酶和二氢吡啶二羧酶合成酶的活性受细胞内 赖氨酸浓度 的影响，当 赖氨酸达到一定量 时会抑制这两种酶活性。
3.蛋白质工程的基本途径中 预期蛋白质功能 → 设计蛋白质结构 → 推测氨基酸序列 → 找出对应的脱氧核苷酸序列 。
专题2 细胞工程
2.1 植物细胞工程
2.1.1 植物细胞工程的基本技术
1.植物的花瓣属于 高度分化 的组织，利用它来培育出新的植株，首选要经过 激素的诱导，使其 脱分化 成为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成 愈伤 组织。再经过一定的条件培养，又可以 再分化 出根和芽，形成完整的小植株。
2.每个植物都具有全能性的特点，原因是 每个细胞中都具有某种生物的全部遗传信息。
3.在植物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种 组织和器官 ，原因是 细胞中的基因会选择性表达出各种蛋白质 ，从而构成植物的不同组织和器官。
4.植物的组织培养就是在 无菌 和人工控制的条件下，将 离体 的植物器官、组织、细胞，培养在人工配置的培养基上给予适宜的培养条件，诱导其产生 愈伤组织 、丛芽，最终形成完整的植株。
5.植物组织培养全过程，证明了 分化的植物细胞仍具有形成完整的植物所需要的全部基因 。
6.番茄和马铃薯不能进行传统的杂交，原因是它们是两个不同的 物种 ，因此它们之间想想着天然的 生殖隔离 ，但是，如果采用 体细胞杂交 的方法，就能得到“番茄-马铃薯”杂种植株，这各方法成功的关键是：
① 利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得具有活力的原生质体 ;② 原生质体融合 。
成功的标志是 融合后的杂种细胞再生细胞壁 。
7.进行原生质体间的融合，必须要借助一定的技术手段进行人工诱导。人工诱导的方法基本可以分为两大类――物理法和化学法，物理法包括 离心 、 振动 、 电激 等;化学法一般使用 聚乙二醇(PEG) 作为诱导剂来诱导细胞融合。
8.植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞，在一定的条件下融合成 杂种细胞 ，并将其培育成 新的植物体的技术 。植物体细胞融合引起的变异属于 染色体变异 。
9.植物细胞工程常采用的技术手段有 植物组织培养技术 和 植物体细胞杂交技术 等。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
1.植物的微型繁殖技术又称 快速繁殖技术 ，其意义是① 可以保持优良品种的遗传性状 ;② 高效快速地实现大量繁殖 。
2.植物长期进行 营养 生殖，病毒会在作物体内逐年积累，结果导致作物产量降低、品质变差。如果用 分生区(茎尖) 作为组织培养的材料，就会培育出无病毒的脱毒苗，用脱毒苗进行快速繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。
3.所谓人工种子，就是以 植物组织培养 得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过 人工薄膜 包装得到种子，人工种子在适宜的条件下同样能够萌发长成幼苗。人工种子由 人工种皮 、胶质和 胚状体 三部分组成，其中的胶质相当于单子叶植物种子的 胚乳 或双子叶植物种子的 子叶 。人工种皮的制备是 生物膜 结构和功能的研究深入到分子水平的体现。
4.通过花药培养获得 单倍体 ，再经过人工诱导使 染色体 加倍，即可得到稳定遗传的优良品种。这项技术称为 单倍体育种 ，其优点是 明显缩短育种年限 。该技术所依据的遗传学原理是 染色体变异 。
5.在植物的组织培养过程中，由于培养的细胞一直处于 不断分生 状态，因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生 突变 ，从这些生产突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
6.植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产等领域，可获得 蛋白质 、 脂肪 、 糖类 、 药物 、 香料 、生物碱等细胞产物。
2.2 动物细胞工程
2.2.1 动物细胞培养和核移植技术
1.动物细胞工程常用的技术手段有 动物细胞培养 、 动物细胞核移植 、 动物细胞融合 、 生产单克隆抗体 等，其中 动物细胞培养技术 是其他动物细胞工程技术的基础。
2.将从健康的动物体内取出的组织块剪碎，加入 胰蛋白酶 或 胶原蛋白酶 处理一段时间后，组织块就会分散成单个细胞。对动物细胞进行培养时，要求培养皿或培养瓶内表面 光滑、无毒、易于贴附 ;当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会 停止分裂增殖 ，这种现象称为细胞的 接触抑制 。人们通常将动物组织消化后的初次培养称为 原代培养 。
3.贴满瓶壁的细胞需要重新用 胰蛋白酶 处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖，这样的培养称为 传代培养 。细胞传代至10代～50代左右时，增殖会逐渐减慢，以至于完全停止，但少部分细胞会克服寿命的极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展。
4.动物细胞培养的条件包括 无菌、无毒的环境 ， 营养 ， 温度和pH， 气体环境 。
5.动物核移植是将动物的一个细胞的 细胞核 移入一个已经去掉 细胞核 的 卵母细胞 中，使其重组并发育成一个新的 胚胎 ，这个胚胎最终发育成为动物个体。
6.用于核移植的供体细胞一般都选用传代 10代 以内的细胞，因为这样的细胞能保持正常的二倍体核型。通过细胞核移植方法生产的克隆动物，并不是对核供体动物100%的复制，因为生物的性状除受 细胞核基因 控制以外，还受 细胞质基因 和 外界环境 的影响。
7.体细胞核移植技术的应用前景有： 促进优良畜群繁育 ; 保护濒危动物 ; 克隆人的细胞、组织、器官，进行器官移植 等。
2.2.2 动物细胞融合与单克隆抗体
1.动物细胞融合常用的诱导因素有 聚乙二醇(PEG) 、 灭活病毒 、 电激 等。细胞融合技术的优点是 突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能 。
2.制备单克隆抗体的技术流程是：用羊的红细胞对小鼠进行注射，使小鼠产生 免疫 反应。然后，把 相应的B淋巴 细胞和 骨髓瘤 细胞融合，再用 特定的选择性培养基 进行筛选，在该培养基上， 未融合的亲本 细胞和 融合的具有同一种核的 细胞都会死亡，只有 融合的杂种 细胞才能生长。这种杂种细胞的特点是既能 迅速大量繁殖 又能 产生专一性的抗体 。对上述经选择性培养的杂交瘤细胞，还需进行 克隆化培养 和 抗体检测 ，经过多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。最后，将杂交瘤细胞在 体外 条件下做大规模培养，或注射到小鼠的 腹腔 内增殖，这样，从 细胞培养液 或 小鼠腹腔 中，就可以提取大量的单克隆抗体了。
3.单克隆抗体最主要的优点是 特异性强 、 灵敏度高 和 可大量制备 。
4.如果把抗癌细胞的单克隆抗体跟 放射性同位素 、 化学药物 或 细胞毒素 相结合，制成“生物导弹”注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。
专题3 胚胎工程
3.1 体内受精和早期胚胎发育
1.胚胎工程是指对动物 早期胚胎 或 配子 所进行的多种显微操作和处理技术，如 胚胎移植 、 体外受精 、 胚胎分割 、 胚胎干细胞培养 等技术。
2.哺乳动物精子的发生是在雄性动物的 睾丸 内完成的。
3.哺乳动物的成熟精子分为 头 、 颈 和 尾 三部分。其中 头部 主要由一个细胞核构成， 高尔基体 发育成顶体， 中心体 演变成尾， 线粒体 聚集在尾的基部形成鞘膜，细胞内的其他物质浓缩为球状，叫做 原生质滴 。
4.哺乳动物卵子的发生是在雌性动物的 卵巢 内完成的。卵母细胞的减数第一次分裂是在雌性动物 排卵 前后完成的，其结果是产生一个 次级卵母细胞 和 第一极体 ，进入 输卵管 ，准备与精子受精。减数第二次分裂是在 精子和卵子结合 的过程中完成的，次级卵母细胞经分裂产生一个 成熟的卵子 和 第二极体 。在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个 极体 时，说明卵子已经完成了受精。
5.受精是指 精子 与 卵子 结合成 合子(受精卵) 的过程，受精是在 输卵管 内完成的。
6.哺乳动物的受精过程主要包括：精子穿越 放射冠 和 透明带 ，进入卵黄膜， 原核 形成和 配子 结合。
7.获能后的精子与卵子相遇时，首先发生 顶体 反应，使 顶体 内的酶释放出来，溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越 放射冠 的通道。随后精子与 透明带 接触，再将 透明带 溶出一条孔道，精子借自身的运动穿越 透明带 ，并接触卵黄膜。在精子触及卵黄膜的瞬间，会产生 透明带 反应，防止多个精子进入卵内，这种生理反应称作 卵黄膜封闭 作用。
8.精子进入卵子后发生的变化，首先是 尾部 脱离，并且原有的 核膜 破裂;随后，精子形成一个新的 核膜 ;最后形成一个比原来精子核还要大的核，叫 雄原核 。与此同时，卵子完成 减数第二次 分裂，排出 第二极体 后，形成 雌原核 。
9.胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为 卵裂 期。其特点是：细胞分裂方式为 有丝分裂 ，细胞的数量 增加 ，每个细胞的体积 减小 ，胚胎的总体积 不增加 。
10.根据胚胎形态的变化，可将早期发育的胚胎为 桑椹胚 、 囊胚 、 原肠胚 三个时期。细胞开始出现分化的时期是 囊胚 。
11.在原肠胚时期，内细胞团表层的细胞形成 外胚层 ，下方的细胞形成 内胚层 。滋养层则发育为胎儿的 胎膜 和 胎盘 。由内胚层包围的囊腔叫 原肠腔 。
3.2 体外受精和早期胚胎培养
1.试管动物技术是指通过人工操作使 卵子 和 精子 在 体外 条件下成熟和受精，并通过培养发育为 早期胚胎 后，再经 移植 产生后代的技术。
2.对于小型家畜，卵母细胞的采集采用的主要方法是：用 促性腺激素 处理，使其排出更多的卵子，然后从 输卵管 中取出卵子，直接与获能的 精子 在体外受精。
3.对于大型家畜，卵母细胞的采集采用的主要方法是：从屠宰场已经屠宰的母畜的卵巢中采集 卵母细胞 ，也可以借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具，直接从活体动物的卵巢中吸取 卵母细胞 。
4.收集精子的方法有 假阴道法 、 手握法 和 电刺激法 。
5.通常采用的精子体外获能的方法有 培养法 和 化学诱导法 。
3.3 胚胎工程的应用及前景
1.胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过 体外受精 及其他方式得到的胚胎移植到 同种 的、 生理状态 相同的其他雌性动物体内，使之继续发育成为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为 供体 ，接受胚胎的个体称为 受体 。
2.胚胎移植的生理学基础：
①供、受体生殖器官的 生理变化 是相同的，为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
②哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立 组织 上的联系，而处于 游离状态 ，这就为胚胎的收集提供了可能。
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，这为胚胎在受体子宫内的存活提供了可能。
④供体胚胎可与受体子宫建立正常的 生理 和 组织 上的联系，且移入受体的供体胚胎的 遗传特性 在孕育过程中不受任何影响。
3.胚胎移植主要包括对供、受体的 选择和处理 ，配种或 进行人工授精 ，对胚胎的收集、检查、培养或保存，对胚胎进行 移植 以及 检查 等步骤。
4.胚胎分割是指采用 机械 方法将早期胚胎切割成2等份、4等份、8等份等，经移植获得 同卵双胎 或 多胎 的技术。
5.在进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的 桑椹胚 或 囊胚 。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团 均等分割 。
6.胚胎分割的局限性： 同卵分割成功的比例很小，难以做到均等分割 。
7.哺乳动物的胚胎干细胞是从 早期胚胎 或 原始性腺 中分离出来的一类细胞。在形态上，表现为 体积 小、 细胞核 大、 核仁 明显;在功能上，具有发育的 全能 性，即可分化为成年动物体内的任何一种组织细胞。
8.胚胎干细胞可以用于治疗人类的某些顽症;培育出 人造组织器官 ;揭示 细胞分化 和 细胞凋亡 的机理。
专题5 生态工程
5.1 生态工程的基本原理
1.历史背景：1987年联合国环境与发展委员会在《我们共同的未来》中提出了“ 可持续发展 ”的战略思想。其基本内容是 经济发展 不仅要满足当代人的需要，还要不危害后代人的 发展能力 ;生态效益应和 社会效益 与 经济增长 协同考虑。在这种形势下， 生态工程 得到了迅速的发展。
2.生态工程：就是遵循自然界 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 与 生态效益 的同步发展。其特点是 少消耗 、 多效益 、 可持续 。
3.生态经济：主要是通过 循环经济 的原则，使一个系统产生的污染物，能够成为本系统或另一系统的 生产资源 ，从而实现 废弃物的资源化 。其基本手段之一是 生态工程 。
4.生态工程的基本原理： 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 、 系统学与工程学原理 等。
5.协调与平衡原理：生物体既能 适应 一定的环境，也能影响环境，所以在生态工程建设中需要处理好生物与环境的 协调与平衡 ，需要考虑环境的 承载力 。
6.整体性原理：进行生态工程建设时，不但要考虑到 自然生态系统 的规律，还要考虑到 经济 和 社会 对系统的影响力。
7.系统的结构决定功能原理：考虑系统内部不同组分之间的结构，通过 改变和优化结构 ，达到改善 系统功能 的目的。
8.系统的整体性原理：系统各组分之间只有保持适当的 比例 关系，才能顺利完成 能量 、 物质 、 信息 等的转换和流通，并实现 总体功能 大于 各部分功能之和 的效果。
9.沼气工程：沼气工程可以有效地解决农村的 燃料 、 饲料 、 肥料 “三料”问题，实现物质的循环利用和能量的分层分级利用。
5.2 生态工程的实例和发展前景
1.农村综合发展型生态工程：
(1)问题：如何在 人多地少 、 资源有限 的条件下提高 生态 效益、 经济 效益和 社会 效益。
(2)对策：建立以 沼气工程 为中心的物质多级循环利用工程。
(3)案例：北京郊区的 窦店村综合发展生态工程 。
2.小流域综合治理生态工程：
(1)问题：小流域地区的 水土流失 严重。
(2)对策：依据 整体性 原理、 协调与平衡 原理和 工程学 原理等进行小流域综合治理。
(3)案例：甘肃陇南地区的 “九子登科”小流域治理模式 。
3.大区域生态系统恢复工程：
(1)问题：由于 过度樵采 、 过度放牧 、 盲目开垦 等原因导致土地严重 荒漠 化。
(2)对策：实施 森林 或 草原 恢复生态工程、 水土保持 生态工程等。
(3)案例： 退耕还林还草 生态工程、 防沙治沙 生态工程和 三北防护林 生态工程等。
4.湿地生态恢复工程
(1)问题：湿地面积 缩小 ，导致气候 变劣 、地下水位 下降 、生物 多样性 减少等。
(2)对策：采用 工程 和 生物措施 相结合的方法，使湿地得以恢复。
(3)案例： 鄱阳湖 湿地恢复生态工程。
5.矿区废弃地的生态恢复工程：
(1)问题：开矿造成 土体 、 土壤 、 植被 和 生态系统 的破坏，以及 重金属 污染等。
(2)对策：采取 制造表土 、 多层覆盖 、 特殊隔离 、 土壤侵蚀控制 和 植被生态恢复 等措施。
(3)案例：赤峰市 元宝山矿区 生态恢复工程。
6.城市环境生态工程：
(1)问题：城市的快速发展造成 垃圾(固体物) 污染、 大气 污染和 噪声 污染等。
(2)对策：城市规划和布局做到 城市生态 分区;推广 环境友好 技术和 低污染清洁型生产 工艺;进行废弃物的 资源化 利用;建立健全 法制 进行监督等。
(3)案例： 污水 处理技术和固体废弃物的 资源化 利用。
7.生态工程的发展前景：
(1)建造“生物圈2号”的目的是验证人类在 离开地球 的情况下，利用 人工生态 工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。
(2)我国面临的生态危机是 环境污染 、 人口增长 、环境资源破坏和 能源短缺 等问题结合在一起形成的“并发症”。