高中生物选修三生物工程_思维导图模板

中心主题

发酵技术

传统发酵技术的应用

泡菜的制作

醋酸菌

代谢类型

异养厌氧型

在无氧的情况下将葡萄糖分解成乳酸

5%-20%盐水

过咸会抑制酵母菌，过淡无法抑制杂菌生长

水密封泡菜坛

防止氧气进入

泡菜坛只能装八成满

发酵过程中会产生气体

使盐水完全淹没材料，防止变质腐烂

果酒果醋制作

酵母菌

兼性厌氧

醋酸菌

异养好氧

微生物的培养

基本技术

消毒

巴氏消毒法

煮沸消毒法

紫外线消毒法

化学药物消毒法

灭菌

湿热灭菌

干热灭菌

灼烧灭菌

培养基

成分

碳源

氮源

水

无机盐

倒平板

将平板倒置

防止冷凝水下流

第一次与最后一次划线不能重合

最后一次划线已将细菌稀释成单个细胞，如果与第一次画线相连则增加了数目

未接种平板

确定培养基是否被污染或是否灭菌彻底

子主题4

发酵工程

基本环节

选育菌种

扩大培养

接种

发酵罐内发酵

分离提纯产物

获得产品

应用

食品工业

黑曲霉酿造酱油

酵母酿酒

食品添加剂

柠檬酸

谷氨酸棒状杆菌制味精

农牧业

微生物材料

青贮

厌氧发酵，提高能量传递效率

生产微生物农药

苏云金杆菌防治农林虫害

白僵菌防治玉米螟、松毛虫

井冈霉素防治水稻枯纹病

生产微生物饲料

单细胞蛋白

医药工程

生长素释放抑制激素

紫杉醇、青蒿素前体

细胞工程

植物细胞工程

原理

植物细胞具有全能性

植物组织培养技术

将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的条件，诱导其形成完整植株的技术

步骤

接种外植体

脱分化

愈伤组织

不需光照

再分化

诱导生芽

诱导生根

需要光照

移栽

炼苗

植物体细胞杂交技术

融合方法

物理

电融合法

离心法

化学

聚乙二醇

高 —高pH融合法

原理

将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植体的技术

应用

快速繁殖

作物脱毒

新品种培育

单倍体育种

突变体利用

细胞产物工厂化生产

紫草宁

紫杉醇

人参皂苷

动物细胞工程

动物细胞培养

定义

从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下让这些细胞生长和增殖的技术

条件

营养条件

其他条件

无毒无菌环境

适宜的温度、pH、渗透压

95%空气+5%氧气

特点

皮肤细胞贴壁生长

动物细胞融合技术

生物选修三：胚胎工程

动物胚胎发育的基本过程

概念

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。经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求

动物胚胎发育的基本过程

受精场所是母体的输卵管

精子的发生

精原细胞先进行有丝分裂后进行减数分裂

变形过程中，细胞核为精子头的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落

线粒体为精子运动提供能量

卵子的发生

在胎儿时期，卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞（被卵泡细胞包围），减一分裂在排卵前后完成，形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精

减二分裂是在受精过程中完成的

受精

精子获能（在雌性动物生殖道内）

卵子的准备（排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减二中期才具备受精能力）

受精阶段（卵子周围的结构由外到内：放射冠、透明带、卵黄膜）

顶体反应

精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质，穿越放射冠

透明带反应

顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应

它是防止多精子入卵受精的第一道屏障

卵黄膜的封闭作用

精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵后，卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程（它是防止多精子入卵受精的第二道屏障）

精子尾部脱落，原有核膜破裂形成雄原核，同时卵子完成减二分裂，形成雌原核

注意：受精标志是第二极体的形成；受精完成标志是雌雄原核融合成合子

胚胎发育

卵裂期

细胞进行有丝分裂，数量增加，胚胎总体积不增加或略有减小

桑椹胚

当胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹，是全能细胞（之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞）

囊胚

细胞开始分化（该时期细胞的全能性仍比较高），其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织

滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘

胚胎内部逐渐出现囊胚腔（中间的空腔）

囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化

原肠胚

内细胞团表层形成外胚层，下方细胞形成内胚层，由内胚层包围的囊腔叫原肠腔

细胞分化在胚胎期达到最大限度

胚胎工程的理论基础

体外受精（属有性生殖过程）

卵母细胞的采集和培养对体型小的动物用促性腺激素处理，从输卵管冲取卵子（可直接受精）

对体型大的动物从卵巢中采集卵母细胞（要在体外培养成熟）；精子的采集假阴道法、手握法和电刺激法

获能对啮齿动物、兔、猪等的精子用培养法（放入人工配制的获能液中）

对牛、羊等精子用化学法（放在肝素或钙离子载体溶液中）

胚胎的早期培养

培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等（注意与动物细胞培养液成分的比较）

当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存

胚胎工程的应用

胚胎移植

概念

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它方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”（供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种）

优势

可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期

地位

如转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”

胚胎移植的意义

大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力

胚胎移植的生理学基础

动物发情排卵后，同种动物的供、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

早期胚胎形成后处于游离状态，为胚胎的收集提供可能

受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体的存活提供了可能

供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响

胚胎移植的程序

对供、受体的选择和处理

选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种

并用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理

配种或人工授精

对胚胎的收集、检查、培养或保存

配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)

对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段

直接向受体移植或放入－196℃的液氮中保存

对胚胎进行移植

移植后的检查

对受体母牛进行是否妊娠的检查

胚胎分割

概念

用机械方法将早期胚胎切割成2、4、8等分等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术（可看作是动物无性繁殖或克隆）

基本过程

选择良好的桑椹胚或囊胚移入培养皿中，用分割针或分割刀片将其切开，吸出其中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体

注意：内细胞团要均等分割，否则会影响胚胎的恢复和进一步发育

意义

来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖

材料

发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚

桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割

生物选修三：生物技术的安全性和伦理问题

转基因生物的安全性争论

基因生物与食物安全

反方观点：反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变

正方观点：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据

转基因生物与生物安全：对生物多样性的影响

反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”

正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限

转基因生物与环境安全：对生态系统稳定性的影响

反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体

正方观点：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境

生物技术的伦理问题

克隆人

中国政府的态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验

试管婴儿

两种目的试管婴儿的区别两种。不同观点，多数人持认可态度。

否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎，无异于“谋杀”

肯定的理由：解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷的方法，提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤

基因身份证

否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成基因歧视，势必造成遗传学失业大军、造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果

肯定的理由：通过基因检测可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的

生物武器

种类

致病菌

病毒

生化毒剂

经过基因重组的致病菌

散布方式

吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等

特点

致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有潜伏期、不易被发现、危害时间长等

禁止生物武器公约及中国政府的态度

在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散

生物选修三：基因工程

基因工程的概念

基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品

基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术

基因工程的基本工具

基因工程的原理基因重组

基本工具

“分子手术刀”-限制性核酸内切酶（限制酶）

来源

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

功能

能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。

结果

经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端

“分子缝合针”-DNA连接酶

两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和连接酶）的比较

相同点

都缝合磷酸二酯键

不同点

E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来

连接酶来自于噬菌体，能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低

与DNA聚合酶作用的异同

DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键

DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键

分子运输车”-载体

载体具备的条件

能在受体细胞中复制并稳定保存

具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入

具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择

最常用的载体是质粒

它是一种裸露的、结构简单的、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

其它载体

噬菌体的衍生物

动植物病毒

基因工程的基本操作程序

第一步：目的基因的获取

目的基因是指编码蛋白质的结构基因

原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成

人工合成目的基因的常用方法

反转录法

化学合成法

PCR技术扩增目的基因

原理

DNA双链复制

过程

变性

第一步：加热至90～95℃DNA解链

复性（退火）

第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链

延伸

第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成

第二步：基因表达载体的构建

目的

使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用

组成

目的基因+启动子+终止子+标记基因

启动子

是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质

终止子

也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端

标记基因的作用

鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来

常用的标记基因是抗生素基因

第三步：将目的基因导入受体细胞

转化的概念

是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程

常用的转化方法

将目的基因导入植物细胞

采用最多的方法是农杆菌转化法，其次还有基因枪法和花粉管通道法等

将目的基因导入动物细胞

最常用的方法是显微注射技术，此方法的受体细胞多是受精卵

将目的基因导入微生物细胞

原核生物作为受体细胞的原因是繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少

最常用的原核细胞是大肠杆菌

转化方法：先用处理细胞，使其成为感受态细胞，再将重组表达载体DNA分子（重组质粒）溶于缓冲液中与感受态细胞混合，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

重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达

第四步：目的基因的检测和表达

首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子杂交技术

其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用用标记的目的基因作探针与mRNA杂交

最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交

有时还需进行个体生物学水平的鉴定，如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状

基因工程的应用

植物基因工程

抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质

动物基因工程

提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物

基因治疗

把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用

蛋白质工程的崛起

蛋白质工程的概念

蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求

蛋白质工程的基本原理

它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程

基本途径

从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）以上是蛋白质工程特有的途径

注意：目的基因只能用人工合成的方法

蛋白质工程

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