第3章基因工程期末复习知识点总结【新教材】人教版高中生物选择性必修.docxVIP

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第3章基因工程期末复习知识点总结【新教材】人教版高中生物选择性必修

一、1.基因工程的原理与技术

(1)基因工程是利用分子生物学和分子遗传学的理论和技术，通过人为设计和操作，对生物体的遗传物质进行改造，从而获得具有特定性状的新生物类型。这一技术的核心是DNA重组技术，它涉及将外源DNA片段插入到载体中，并通过细胞内的复制和表达，实现基因在受体细胞中的转移和表达。在基因工程中，常用的载体包括质粒、噬菌体和人工染色体等，它们能够有效地携带和传递外源DNA。例如，在20世纪70年代，科学家们首次将人类胰岛素基因插入到大肠杆菌的质粒载体中，成功地在细菌中表达了人类胰岛素，为糖尿病患者的治疗带来了革命性的变化。

(2)基因工程的实施过程包括DNA的提取、纯化、切割、连接和转化等多个步骤。其中，DNA的切割是通过限制性内切酶来实现的，这些酶能够识别特定的核苷酸序列，并在序列内部切割DNA分子。例如，EcoRI酶识别并切割GAATTC序列，产生黏性末端，而BamHI酶则识别并切割GGATCC序列，产生平末端。通过选择合适的酶和载体，科学家可以精确地构建基因表达载体。连接是将切割后的DNA片段通过DNA连接酶连接起来，形成重组DNA分子。最后，通过转化过程，将重组DNA分子导入到受体细胞中，实现基因的转移和表达。

(3)基因工程技术的应用广泛，包括基因克隆、基因表达、基因治疗、转基因生物的培育等多个领域。例如，在基因克隆方面，科学家可以通过基因工程手段，克隆出特定的基因序列，从而深入研究基因的功能和调控机制。在基因表达方面，通过基因工程构建的基因表达载体可以将目的基因在细胞中高效表达，用于生产重要的蛋白质药物。在基因治疗领域，基因工程技术可以用于治疗遗传性疾病，如囊性纤维化、血友病等。此外，转基因生物的培育在农业、医药、环保等多个领域都发挥着重要作用，如转基因抗虫棉可以减少农药的使用，转基因水稻可以提高产量和抗病性等。这些应用不仅推动了科学技术的发展，也为人类社会的进步做出了巨大贡献。

二、2.基因表达载体的构建

(1)基因表达载体的构建是基因工程中的关键步骤，它涉及选择合适的启动子、终止子、增强子和标记基因等组件。启动子是基因转录的起始点，终止子则指示转录的结束，增强子能够增强转录效率，而标记基因则用于筛选含有目的基因的转化细胞。例如，在构建表达重组人胰岛素的载体时，科学家选择了大肠杆菌中的启动子pET-28a，它能够高效地驱动基因表达，同时使用T7RNA聚合酶进行转录。

(2)基因表达载体通常由载体质粒、启动子、目的基因、终止子和标记基因组成。载体质粒是一种环状DNA分子，具有复制起点和选择标记，能够自主复制。在构建过程中，通过限制性内切酶将目的基因和载体质粒切割成特定的黏性末端或平末端，然后使用DNA连接酶将它们连接起来。例如，在构建表达人类干扰素的载体时，科学家使用EcoRI和SalI酶切割质粒和目的基因，形成黏性末端，然后使用T4DNA连接酶进行连接。

(3)构建基因表达载体后，需要通过转化技术将载体导入宿主细胞中。转化方法包括化学转化、电穿孔转化和脂质体转化等。例如，在化学转化中，将含有载体的DNA溶液与宿主细胞混合，然后加入钙离子诱导DNA进入细胞。转化效率是评价载体构建成功与否的重要指标，通常通过荧光素酶或抗生素抗性等标记基因来筛选成功转化的细胞。例如，在表达重组人胰岛素的实验中，科学家通过蓝白斑筛选法，筛选出含有目的基因的阳性克隆，其转化效率达到10^6～10^8CFU/gDNA。

三、3.基因工程的应用

(1)基因工程在医药领域的应用极为广泛，其中包括生产重要的药物，如胰岛素、干扰素和生长激素等。通过基因工程技术，科学家可以将人类基因插入到细菌或酵母中，使其能够生产这些药物。例如，全球每年需要数百万单位的胰岛素来治疗糖尿病患者，而基因工程细菌能够高效生产这些胰岛素，满足了市场的需求。此外，基因工程在疫苗研发中也发挥了重要作用，如乙型肝炎疫苗就是通过基因工程改造的酵母细胞生产的。

(2)在农业领域，基因工程被用来培育转基因作物，以提高作物的抗病虫害能力、耐逆性和营养价值。例如，转基因抗虫棉能够抵抗棉铃虫等害虫，减少了农药的使用，同时也保护了生态环境。转基因玉米的抗除草剂特性使得农民能够使用更有效的除草剂，提高作物产量。此外，基因工程还用于培育转基因抗逆性作物，如耐旱、耐盐的作物，这些作物能够在干旱、盐碱等恶劣环境中生长，有助于解决全球粮食安全问题。

(3)基因工程在环境治理和生物技术产品开发中也扮演着重要角色。例如，基因工程菌可以用于生物降解污染物，如石油泄漏后的油污，通过特定的基因改造，这些菌能够分解石油中的有害物质。在生物技术产品开发方面，基因工程被用于生产生物燃料、生物塑料等，