高三生物专题复习 生物工程

一、基因工程概念、特点、应用 ⒈概念：基因工程（也称遗传工程）：是指按照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和载体重组后转入细胞内进行扩增，并表达产生出所需的蛋白质的技术。 ⒉特点：基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化手段为人类提供有用的产品及服务。 ⒊应用：如将人的胰岛素基因等导入细菌中，由细菌生产出人的岛素。将一些外源基因导入植物细胞，培育出诸如抗虫棉花等植物新品种。将人的有关基因转移到动物细胞，得到诸如含有人干扰素的羊奶等。另外在基因诊断、基因治疗、基因工程疫苗、器官移植等方面也展现出广阔的前景。

二、基因工程基本步骤 第一步：获取目的基因——基因的直接分离或人工合成。即获取含有所需要的完整的遗传信息的DNA片段。 ①超速离心法 目的基因获取方法 ①超速离心法 ②分子杂交法 ③反（逆）转录法 ④人工合成法 第二步：目的基因与运载体结合——不同来源的DNA重组。一般将目的基因和运载体（细菌的质粒、噬菌体等）用相同的限制性内切酶切断，将用适宜的DNA连接酶将其粘性末端连接，形成重组DNA 。 第三步：目的基因的导入和表达——通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使目的基因在受体细胞内能准确地转录和翻译。

基因工程例1、基因工程方法 基因工程在生活、生产中的应用前景极为广阔，它在生产基因药物、培育特殊的动植物品种以及环境保护等方面已展示出极大的魅力和其它传统育种方法所没有的优点。度运用有关原理分析作答： ⑴在培养转基因植物的基因操作中，所用基因的“剪刀”是 ，基因的“针线”是 ，基因的“运输工具”是 。 ⑵与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程的方法来培育动植物新品种的主要优点是： 。 ⑶基因工程现已取得长足的发展，并在许多方面得到应用。不过，在遗传工程发展过程中，也可能出现负面影响。试举一例加以说明： DNA限制性内切酶 DNA连接酶 目的基因的运载体（质粒等） ①目的性强， ②育种周期短， ③克服远缘杂交的障碍。

基因工程例1、基因工程方法答案 ⑶应用参考： 例如基因治疗：若知某种遗传病是由某种基因引起的，则可以通过基因工程的方法，把这种引起疾病的基因去除，换上正常的基因，从而达到治病的目的。但是，重组的基因可能使细菌、病毒等发生突变而成为超级细菌、超级病毒，或被一些战争狂人利用。此外，重组基因的生物还可能会产生一些诸如基因污染等难以预测的危害。

基因知识问答1 1、什么是基因？ 基因是有遗传效应的DNA片段，染色体是基因的载体、基因在染色体上呈线性排列，基因的实质是DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序所代表的遗传信息，基因通过控制蛋白质的合成来实现对生物性状的控制。 2、什么是基因组？ 制造一个机体的全部指令称作基因组，基因组含有某个细胞或某个机体在有生之年所有细胞结构和细胞活动的蓝图。人体数万亿细胞的每个细胞核里都有基因组。

基因知识问答2 2、我们共有多少基因？ 基因是一段DNA它告细胞如何制造某种蛋白质。每种氨基酸的代码都是三个字母组成的序列。细胞的机制解读这些代码后就会抓住适合的氨基酸，再把它们串起来，制造出蛋白质（转录和翻译）。我们共有大约3~4万个基因。 3、什么叫碱基对？ 两条DNA链的碱基通过氢键形成碱基对。基因组的大小通常由碱基对的数量表示。人类基因组计划大约需要测定24条染色体（22条常染色体和1条性染色体构成人的一个染色体组，但因人的X和Y染色差异很大，需单独测定。）上的大约30亿对碱基对的排列顺序。

基因研究年表1 1865年：孟德尔通过豌豆的杂交实验研究指出：生物的性状都是通过遗传因子（基因）来传递的。 1909年：识别出DNA的化学构成，首次使用“基因”这个词 1953年：沃森和克里克建立了DNA的双螺旋结构模型。 1969年：分离出第一个基因 1970年：第一个人造基因诞生 1978年：利用细菌制造出胰岛素 1986年：杜伯克在美国《科学》杂志上首次提出了人类基因组计划（HGP）

基因研究年表2 1990年：被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。 1998年私营的塞利拉基因组公司加入人体基因组研究的竞争。 1999年：我国科学家应邀承担国际人类基因级大规模测序任务的1%。 2000年：美国总统比尔·克林顿和英国首相托尼·布莱尔联合呼吁，让基因组序列成为全世界都能自由享用的研究成果。研究人员完成第一份人体基因组草图。

人类基因组计划1 1、人类基因组计划的内容 人类基因组计划（HGP）的目标旨在阐明人类基因组DNA碱基对的序列，发现所有人类遗传信息。在2000年6月26日，人类基因组的“工作框架图” 完成， （参照基因组序列）。接下来研究的是人类DNA序列的差异，以便为人类疾病与人类历史的研究提供有力的工具（后基因组计划。 人类基因组计划的提出和实施，以及第一张人类基因组“工作框架图”的绘制完成，不仅意味着人类从分子水平认识自身的开始，也意味着生物技术产业的发展有了新的方向。人类基因组计划广阔的应用前景为基因工程产业提供了契机，并使人类基因组计划迅速地由研究领域转向应用领域。

人类基因组计划2 ２、人类基因组计划的研究方向和应用前景 ⑴结构基因组学研究 一是完成基因组全序列图（完成工作图），二是不同种族SNP（单核苷酸多态性）图；三是基因序列的识别；四是结构信息学和结构——功能关系信息学的建立。 ⑵医学基因组学研究 主要是通过DNA序列差异的分析，从基因组水平上指导和优化临床应用。 ⑶蛋白质组学的研究 在蛋白质分子水平上大规模研究基因功能。 ⑷基因调控研究 不同条件下基因表达谱的变化是基因组调控的结果。

人类基因组计划3 ３、人类基因组计划带来的启示 人类基因组计划是人类从分子水平认识自身的开端，特别是它提供了新的治疗疾病的手段。任何药物都是通过影响人类的各种生物学过程发挥其治疗作用的。主要作用对象是以蛋白质为主体的相关生物大分子，如各种酶、激素、受体。新药的有效设计和开发要求对这些药物靶标的结构、性能有精确的了解。随着人类基因给学研究的开展，以药物靶分子的精细结构为基础，有理论依据的设计药物是最有效的途径，特别是基于靶分子结构的药物设计将成为新药发展的主流。

人类基因组计划例1 （2000年广东高考）“人类基因组计划”的目标是绘制四张图，具体情况如下：两张图上的染色体上都标明人类全部的大约10万个基因的位置（其中一张图用遗传单位表示基因间的距离，另一张图用核苷酸数目表示基因原距离）；一张图显示出染色体上全部DNA 约30亿个碱基对的排列顺序；还有一张图是基因转录图。 ⑴该计划需要测定人类的24条染色体的基因和碱基顺序。试指出是哪24条染色体？为什么不是23条染色体？ ⑵在上述的24条染色体中，估计基因的碱基对数目不超过全部碱基对的10%。试问平均每个基因最多含多少个碱基对？ ⑶你认为“人类基因组计划”有何意义？

人类基因组计划例1答案 参考答案： ⑴、是22条常染色体和X、Y两条性染色体，因为X、Y染色体 具有不同的基因和碱基顺序，所以一共测定24条染色体； ⑵、3000； ⑶、有利于疾病的诊断和治疗；有利于研究生物进化；有利于培育优良和高等动植物品种；有利于研究基因表达的调控机制。

人类基因组计划例1说明 说明： ⑴、一个基因组实际就是指一个染色体组，包括22个常染色体和2 个性染色体（X和Y染色体），由于X染色体与Y染色体在基因组成上有很大的区别，所以在实际测定人类单基因组时，测定24条染色体，即22条常染色体和2条性染色体。 ⑵、3000000000×10%÷100000=3000 ⑶、人类基因组计划的理论意义和应用价值，目前还很难作出全面的估计。但根据现有的研究成果，在下列几个方面产生重大的影响：一是疾病的诊断和治疗；二是研究生物的进货；三是培育优良的动植物新品种；四是研究基因的表达机制等。

基因工程的利弊1 转基因生物有利的一面: ⑴改变传统的育种方式缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。 ⑵克服异源、远源杂交障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。 ⑶生产有利于健康和抗病的食品。 ⑷培育出符合人们意愿的动物新品种。

基因工程的利弊2 基因工程的弊端： ⑴有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。 ⑵大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。 ⑶如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。

基因资源的保护 基因资源是指自然界中的全部基因的总和。基因库是某一种生物群体全部个体所含的全部基因（包括核内和核外基因）。 为防止基因资源的流失和基因污染，保护措施大致有以下几种： ①建立自然保护区； ②建立好各类动植物园； ③建立种子库； ④建立细胞银行； ⑤组织培养； ⑥建立基因文库；

细胞工程概念和类型 概念：细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合技术科学。 类型：就技术范围而言，大致有细胞融合技术、细胞拆合技术、染色体导入技术、胚胎移植技术、和细胞组织培养技术等。 ⑴细胞融合技术 是指把两个不同的细胞在融合剂的作用下，融合成一个细胞的技术。 （如下图） 仙苔病毒、硫酸二乙酯 等促融剂 融合

细胞工程的类型 ⑴细胞拆合技术 也称为细胞核（包括细胞器）移植技术，是将细胞核和细胞质用某种方法拆开，然后再把分离的不同细胞的细胞核和胞质体重新组合成一个新细胞。 ⑶细胞培养技术 是将生物体内的某一组织分散成单个细胞，接种在人工配制的培养基上，然后在适当的条件下（如一定的光照、温度和pH值等）进行培养技术。 由于单个细胞的培养难度大一些，目前多采用组织培养技术。如通过植物胚胎或器官（根尖、茎尖、花药等）的离体培养，生成新植株（试管苗）。从而快速、大量繁殖一些有价值的植物。

细胞工程的应用 １、单克隆抗体 将免疫Ｂ淋巴与骨髓瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。这种细胞既能够像肿瘤细胞那样长期进行无性繁殖，又能像Ｂ淋巴细胞那样分泌抗体。而且由于这种抗体可以是由单一的无性繁殖细胞系的细胞产生的，故又可以称单克隆抗体。 ２、植物组织培养 是指将植物的器官、组织或细胞从植物体上取出，在一定的容器里供给适当的营养物质，使它们得到分化、发育和生长的培养技术。 该技术的基本原理是植物细胞的全能性。珊已得到广泛的应用。如繁殖名贵优良的农作物品种，培养脱毒苗等。

细胞工程的应用 ３、试管婴儿 是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工提供的生活条件下（通常是试管内）进行受精，并让其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其移植到“代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞生。 ４、克隆动物 克隆即无性繁殖系，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的ＤＮＡ分子、细胞或个体。克隆动物一般是指通过无性繁殖形成动物后代。如1997年英国生物学家首次用成年羊的（乳腺细胞）体细胞，成功地克隆出一只小母羊“多莉”。（如下图）

问题 多莉羊的培育过程 卵细胞 C母绵羊子宫 Ａ母绵羊 Ｂ母绵羊 乳腺细胞 细胞质 细胞核 细胞核移植 胚胎移植 早期胚胎 多莉羊 分娩 卵裂 融合后的卵细胞 细胞拆合技术 妊娠 2、“多莉羊”是雄还是雌？ 3、是否符合孟德尔遗传？ 1、谁是“多莉”的母亲？ 问题 多莉羊的培育过程

克隆的意义与应用 多莉羊诞生的意义： 多莉羊在在技术上的突破之处在于供核细胞不是胚胎细胞，而是已分化的体细胞。这说明已经分化的动物体细胞核，仍然具有全能性，在合适的条件下，就可以发育成新的个体。 克隆技术在繁育优良家畜、治疗人类遗传病、抢救濒危物种和保护生物多样性等方面有广阔的应用前景。

细胞工程应用例1、多莉 （ 1999上海高考）世界上第一只克隆绵羊“多莉”的培育等程序如图所示。请仔细看图后回答问题： ⑴写出 ａ、ｂ所指的细胞工程各称：ａ　　ｂ　　。 ⑵实施细胞工程ａ时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是： 。 ⑶多莉面部的毛色是 ，判断依据： 。 ⑷继植物组织培养之后，克隆绵羊培育成功，证明动物细胞也具有 。 ⑸请举例说明克隆绵羊培育成功的实际意义： 。 黑面绵羊去 核卵细胞 白面绵羊卵 腺细胞核 重组细胞 早期胚胎 另一头母绵羊子宫 克隆绵羊多莉 a b 电脉冲处理 妊娠、出生

细胞工程应用例1、多莉羊答案1 ⑴细胞核移植、胚胎移植

细胞工程应用例1、多莉羊答案2 ⑵有利于细胞融合；卵细胞体积大，易操作，最主要的是卵细胞中具有启动核基因表达的信息蛋白质分子，能够使已经高度分化的细胞核脱分化。

细胞工程应用例1、多莉羊答案3 ⑶白色、多莉羊的全部核基因来自白色绵羊。

细胞工程应用例1、多莉羊答案4 ⑷全能性

细胞工程应用例1、多莉羊答案5 ⑸保护濒危物种，繁育优育品种，医学上克隆器官等。

三、酶工程概念、特点 ⒈酶工程的概念： 酶工程是指在一定的生物容器中，利用酶的生物催化作用，生产出人类所需要产品的技术。 ⒉酶工程的特点： 酶具有高效性、专一性、多样性和使用条件温和性等特点，因此利用酶生产人类所需产品种类多，能耗低，转化率高，产品纯度高，产生的污染物少。 ⒊酶的分类： 按酶的专一性可把酶分为①氧化还原酶类、②转移酶类、③水解酶类、④裂解酶类、⑤异构酶类和⑥合成酶类等六大类

酶工程的应用1 ⒈食品工业的多面手。 如：利用淀粉作原料，通过α-淀粉酶、糖化酶、和固定化葡萄糖异构酶的催化作用，生产出甜度比蔗糖高得多的高果糖桨。 ⒉为医药工业闯新路。 如：利用一种专一性的酶，切下并移去猪胰岛素Ｂ链上的最后两个丙氨酸，然后再边接上一个苏氨酸，这样猪的胰岛素就变成了人的胰岛素，在治疗人的糖尿病时就不会再产生免疫反应了。 ⒊洗衣刷碗的好帮手。 日常洗涤用品中通常含有聚磷酸钠、表面活性剂和氧化剂等成分，现在在其中添加蛋白酶等酶制剂，开发出多功能、低污染、高效节能的洗涤用品。

酶工程的应用2 ⒋化学工业的新伙伴 如：利用丙烯腈作原料生产用途广泛的丙烯酰胺。 ⒌饮料工业锦上添花 如：将蛋白酶、淀粉酶等作为添加剂补充给幼畜；在植物源饮料中添加水解草酸的酶，消除抗营养因子；添加纤维素酶，提高饮料利用率等。 ⒍纺织工业又绽奇葩 如利用蛋白酶去除丝毛织物中的丝胶蛋白；利用纤维素酶处理牛仔服和改良苎麻织物的性能等。

酶工程的应用3 ⒎造纸工业的希望 如：在制桨阶段帮助漂白的木聚糖酶以及分解松木纸桨中松脂的脂肪酶和脱除废纸油墨的纤维素酶。 ⒏得力的环境卫士 如：利用磷酸脂酶原地降解有机磷神经毒剂和杀虫剂。 ⒐基因工程必备工具 如：基因工程需要的限制性内切酶、DNA连接酶和DNA聚合酶等。 ⒑神奇的检测和传感 如：用酶法分析代替传统的物理化学分析方法，精确地测定出血尿等液体中某一物质的含量。

发酵工程史 ⑴4000多年前，我国古代人民在自己的实践中发现了发酵现象，并利用它来生产酒饮料和酿造食品，形成了发酵工程技术最早的产业——酿造业。 ⑵17世纪后半叶，荷兰人列文虎克第一次观察到与发酵有关的微生物。 ⑶19世纪中叶，法国化学家巴士德揭示了发酵过程的化学本质。被誉为发酵工程之父。 ⑷1881年，德国科学家柯赫发明了固体培养基，第一次分离到了微生物得纯种。 ⑸1929年，英国学者弗莱明发现了青霉素，使厌氧发酵发展到深层通气好氧发酵。 ⑹20世纪70年代，基因工程和细胞工程的建立，利用人为改造过的细胞进行发酵，确立了现代发酵工程。

发酵和发酵工程的概念 现代发酵和发酵工程的概念： ⑴发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞在有氧或无氧条件下的培养，大量生成和积累特定的代谢产物或菌体的过程。 ⑵发酵工程：是指采用工程技术手段，利用生物的某些功能，为人类生产有用的生物产品一种技术。 这里所指的生物，包括来自自然界微生物、基因重组微生物和各种来源的动物细胞和植物细胞。 这里所说的产品，包括利用基因工程菌生产人的胰岛素、干扰素等药品，也包括人们所熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌生产青霉素等

发酵工程的应用 ⑴为食品工业增辉 ⑵替医药工业添彩 ⑶为化学工业改朝换代尽力 ⑷能源开发的新希望 ⑸防治环境污染的好帮手 ⑹冶金工业的新路子 ⑺饲料工业的好途径

朊病毒 朊病毒是一种感染性的蛋白质，没有核核，其遗传物质就是蛋白质。能引起羊“搔痒症”和疯牛病，并能传递给人。 ①朊病毒的发现意义在于： ②对遗传学理论有一定的补充作用，蛋白质可以复制蛋白质； ③对探索生命起源与生命现象的本质有重要意义； 为新药物的开发研究奠定了基础；

干细胞 干细胞是在生命的生长和发育中起“主干”作用的原始细胞。主要分为三类：全能干细胞，多能干细胞和专能干细胞。 人的受精卵就是一个最初始的全能干细胞，它继续分化可形成许多全能干细胞和胚胎干细胞；提取这些细胞中的任意一个放置到妇女子宫中就可以发育成一个完整的人体。全能干细胞进一步分化为各种多能干细胞，多能干细胞又有分化为多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，如神经干细胞，造血干细胞等。多能干细胞进一步分化形成专能干细胞，如上皮组织基底层地干细胞、肌肉中的成肌细胞等。 目前，科学家对胚胎干细胞定向诱导分化的机制尚不清楚。

干细胞研究的意义 由于干细胞是未成熟细胞，尚未开始分化但具有再生各种组织器官的潜能，因此，众寄希望于利用干细胞在体外繁育出各种组织或器官，并最终用这些组织或器官移植来代替病变的组织或器官。（这样做最大的好处在于不会产生排斥反应） 此外，干细胞在治疗白血病、癌症、心脏病等许多顽症方面都有不可替代的重大作用。