《生物选修三：现代生物科技专题》思维导图
中心主题：现代生物科技专题
基因工程 (核心与基础)
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1 概念与原理
- 定义：按照人们的意愿，进行严格的设计，通过 体外 DNA 重组和 体内 基因表达，创造出新的生物类型或生物产品。
- 原理：基因重组 (将不同来源的DNA重新组合)
- 工具：“分子手术刀”
- 限制性核酸内切酶：识别特定核苷酸序列，切割磷酸二酯键（产生黏性末端或平末端）。
- DNA连接酶：连接两个DNA片段，形成磷酸二酯键（“分子缝合针”）。
- 运载体：携带外源DNA进入受体细胞，并使其在细胞中稳定复制和表达。
- 常用载体：质粒、λ噬菌体、动植物病毒。
- 条件：有自我复制能力、有多个限制酶切点、有标记基因（如抗生素抗性基因）。
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2 基本步骤
- 第一步：目的基因的获取
- 方法：
- 从基因文库中获取（基因组文库、cDNA文库）
- 利用PCR技术体外扩增（前提：知道核苷酸序列）
- 化学合成（已知序列较短时）
- 方法：
- 第二步：基因表达载体的构建 (核心步骤)
- 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传和表达。
- 组成：
- 目的基因
- 启动子：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录。
- 终止子：终止转录。
- 标记基因：用于鉴定和筛选含有重组DNA的细胞。
- 第三步：将目的基因导入受体细胞
- 方法：
- 农杆菌转化法：适用于植物。
- 显微注射法：适用于动物（如受精卵）。
- Ca²⁺处理法（感受态细胞法）：适用于微生物（如大肠杆菌）。
- 方法：
- 第四步：目的基因的检测与鉴定
- 分子水平检测：
- DNA分子杂交：检测是否导入目的基因（用探针）。
- DNA分子杂交：检测目的基因是否转录出mRNA。
- 抗原-抗体杂交：检测目的基因是否翻译出蛋白质。
- 个体水平鉴定：生物的性状是否改变。
- 分子水平检测：
- 第一步：目的基因的获取
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3 应用
- 植物：抗虫、抗病、抗除草剂、改良品质（如“黄金大米”）。
- 动物：提高生长速度、改善产品品质、生产药物（乳腺生物反应器）。
- 微生物：生产胰岛素、干扰素、疫苗等（工程菌）。
- 基因治疗：向有缺陷的细胞中导入正常基因。
细胞工程
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1 植物细胞工程
- 理论基础：细胞的全能性（已分化的细胞具有发育成完整植株的潜能）。
- 核心技术：
- 植物组织培养
- 过程：离体的器官、组织、细胞 → 脱分化 → 愈伤组织 → 再分化 → 胚状体/丛芽 → 完整植株。
- 应用：快速繁殖（微型繁殖）、培育无病毒植株、生产细胞代谢产物（如紫草素）、人工种子。
- 植物体细胞杂交
- 过程：不同植物细胞 → 去壁（酶解法） → 原生质体融合（物理法/化学法） → 杂种细胞 → 组织培养 → 杂种植株。
- 优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，培育“超级植物”。
- 难点：杂种细胞育性低。
- 植物组织培养
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2 动物细胞工程
- 理论基础：细胞增殖。
- 核心技术：
- 动物细胞培养
- 条件：无菌、无毒环境；营养（血清、血浆）；温度、pH；气体环境（O₂、CO₂）。
- 过程：原代培养 → 传代培养（细胞株、细胞系）。
- 应用：生产单克隆抗体、疫苗、基因工程产品；检测毒性；研究细胞分化、癌变。
- 动物细胞核移植 (克隆技术)
- 过程：核移植 → 重组细胞 → 早期胚胎 → 代孕母体 → 克隆动物。
- 实例：克隆羊多莉。
- 动物细胞融合
- 应用：制备 单克隆抗体。
- 过程：免疫小鼠 → 获得B淋巴细胞 → 骨瘤细胞 → 细胞融合（杂交瘤细胞） → 筛选 → 体外大规模培养 → 单克隆抗体。
- 优点：特异性强、灵敏度高、可大量制备。
- 应用：制备 单克隆抗体。
- 胚胎工程
- 体外受精：获能的精子 + 成熟的卵子 → 受精卵 → 早期胚胎。
- 胚胎移植：生理条件相同的受体母畜 → 繁良种后代（核心环节）。
- 胚胎分割：早期胚胎 → 多份 → 多个后代（遗传物质相同，克隆）。
- 胚胎干细胞 (ES/EC细胞)：具有发育的全能性，可用于治疗人类疾病（如帕金森病）、培育转基因动物。
- 动物细胞培养
胚胎工程
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1 技术手段 (常与动物细胞工程结合)
- 体外受精：解决家畜繁殖效率低的问题。
- 胚胎移植：胚胎工程的“最后一环”，实现优良种畜的快速繁殖。
- 胚胎分割：对胚胎进行“复制”，提高优良胚胎的利用率。
- 胚胎干细胞培养：研究细胞分化、器官移植、基因治疗。
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2 应用
- 畜牧业：快速繁殖优良种畜。
- 生物医药：利用转基因动物生产药物（乳腺生物反应器）。
- 濒危动物保护：保存濒危物种的遗传资源。
生物技术的安全性与伦理问题
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1 转基因生物的安全性
- 食物安全：毒性、过敏性、营养成分改变。
- 生物安全：对生物多样性的影响（超级杂草、超级害虫）、基因漂移。
- 环境安全：对生态系统稳定性的影响。
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2 生物技术的伦理问题
- 克隆人：冲击现有伦理道德、法律和社会体系。
- 设计婴儿：基因歧视、人类基因库单一化、社会公平。
- 基因隐私：个人基因信息泄露的风险。
生态工程
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1 概念与原理
- 概念：少消耗、多效益、可持续的生态工程。
- 原理：
- 物质循环再生原理（如无废弃物农业）。
- 物种多样性原理。
- 协调与平衡原理（生物与环境）。
- 整体性原理（社会-经济-自然协调）。
- 系统学和工程学原理。
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2 应用实例
- 农村综合发展型生态工程：桑基鱼塘、沼气工程。
- 城市环境生态工程：污水净化、废弃物资源化。
- 大区域生态系统恢复工程：退耕还林还草、治理沙漠。
如何使用这份思维导图
- 打印或绘制：将这份框架打印出来，或者用XMind, MindMaster等软件绘制出来。
- 填充细节：在每个分支下，用自己的话或关键词补充具体内容。
- 在“限制性核酸内切酶”下，你可以写：“特异性”、“切割位点”、“黏性末端/平末端”、“来源：微生物”。
- 在“植物组织培养”下，你可以写：“MS培养基”、“脱分化”、“再分化”、“愈伤组织”。
- 建立联系：用不同颜色的笔或箭头，标出不同知识点之间的联系，基因工程的目的基因可以导入通过动物细胞培养得到的细胞中。
- 反复回顾：看着思维导图，尝试复述每个部分的核心内容，这是最高效的记忆方法。
希望这份思维导图能帮助你更好地梳理和掌握《生物选修三》的知识体系！
