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选修本：绪论 §1、学习高中《生物（选修课）》的意义：人类生存和发展的必须、必要和必然§2、高中《生物（选修课）》的主要内容： ①生物科学与人体健康的关系：人既是生物科学的研究主体，又是研究对象。生物科学研究的重要目的 之一是促进人类自身的健康，研究人体生命活动的调节机制、免疫机制等对增进人体健康具有重要意 义，从分子水平上探寻疾病的产生原因和治疗方法。②生物科学与农业的关系：粮食危机的原因：粮 食产量的增长赶不上人口的增长，还有耕地的逐年减少。提高粮食产量的途径：研究光合作用的机理和 光合作用碳代谢类型，提高光合作用效率；利用生物固氮原理使更多作物具有固氮本领，提高产量减少 污染；培育农作物新品种。③生物科学与生物工程产业：生物工程的范畴：基因工程、细胞工程、发酵 工程、酶工程。生物工程的特点：利用生物资源的可再生性，在常温常压下生产产品，从而能够节约资 源和能源，减少污染。④生物科学与资源利用和环境保护：建立无废料的生产过程，走可持续发展道路。
第一章 人体生命活动的调节和免疫
§1、人体的稳态
1内环境概念：人体内的细胞外液，构成了体内细胞生活的液体环境，这个液体环境是内环境。
细胞内液 血浆 三者关系：
体液 组织液 血浆 组织液 淋巴
细胞外液（内环境） 淋巴
2内环境稳态
①稳态概念：正常机体在神经和体液调节下，通过各器官系统协调运动，共同维持内环境的相对稳定状态。
②参与稳态的系统：神经、内分泌、消化、循环、泌尿、呼吸
③血液中PH稳态：缓冲对：H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4
3稳态的生理意义：是机体进行正常生命活动的必要条件
4水和无机盐的平衡
体内物质
来源
去 路
水
①饮水②食物中的水③代谢产生的水
①肾脏排尿②皮肤排汗③肺排除水汽 ④大肠排便
钠盐
食 物
①肾脏排尿 ②皮肤排汗
钾盐
食 物
①肾脏排尿 ④大肠排便
Na＋的排出规律：多进多排、少进少排、不进不排; K＋的排出规律：多进多排、少进少排、不进也排
5水平衡的调节
　　　　　　　　　
6水和无机盐平衡的意义
K +维持心肌舒张、保持心肌正常兴奋性水、盐丢失的后果：
（1）细胞外液渗透压下降、血压下降、心率加快、四肢发冷、甚至昏迷
（2）缺K+心肌的自动节律异常、心律异常
（3）水过少——排尿过少，出现尿中毒
7 Na＋、K＋平衡的调节途径
水和无机盐的平衡，对于维持人体的稳态起着非常重要的作用，是人体各种生命活动正常进行的必要条件。
8血糖的平衡
　
人体内血糖
来 源
①消化、吸收 ②肝糖元分解 ③非糖物质转化
去 路
①氧化分解 ②合成糖元 ③转化为脂肪和非必需氨基酸
9血糖平衡的调节?
10血糖平衡的意义血糖的平衡对于保证人体各种组织和器官的能量供应以及保持人体健康有重要意义。
11糖尿病及其防治①诊断：血糖高且有糖尿②病因：胰岛B细胞受损③症状：三多一少（即多食多饮多尿而体重减轻）④防治：基因治疗，药物治疗，饮食习惯，加强锻炼。
12 ①血糖浓度＜50－60mg/dl时低血糖早期症状（可以喝葡萄糖水缓解）
②血糖沈度＜45mg/dl时低血糖晚期症状（可以注射葡萄糖缓解）
③当空腹时血糖浓度＞130mg/dl高血糖④血糖浓度＞160－180mg/dl糖尿病
13体温：身体内部温度。可用口腔、腋窝和直肠温度代表??14体温相对恒定的意义：维持内环境的稳定，保证新陈代谢等生命活动正常进行的必要条件??15体温的调节：
?
§2、免疫
1免疫概念：免疫是机体的一种特殊的保护性生理功能，通过免疫，机体能够识别“自己”，排除“非己”，以维持内环境的平衡和稳定。 种类：非特异性免疫? 特异性免疫
2非特异性免疫：皮肤、黏膜第一道防线；体液中的杀菌物质和吞噬细胞组成的第二道防线。
3特异性免疫：（1）淋巴细胞的起源：骨髓中的造血干细胞。分化： 造血干细胞在胸腺分化成T细胞、?? ? 造血干细胞在骨髓分化成B细胞。分布：在淋巴器官，如淋巴结、脾、扁桃体等。
免疫系统的组成：免疫器官：胸腺，骨髓、脾、淋巴结等。??? 免疫细胞：淋巴细胞、吞噬细胞等。体液中的各种抗体和淋巴因子等。
（2）抗原概念：凡是能够刺激机体的免疫系统产生抗体或效应细胞，并且能够和相应的抗体或效应细胞发生特异性结合反应的物质，就叫做抗原。性质：异物性、大分子性、特异性。
（3）抗体概念：机体受抗原刺激后产生的，并且能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。分布：主要分布于血清中，也分布于组织液及外分泌液中，如乳汁中，所以新生儿在一定时间内可由于获得母体乳汁内的抗体而获得免疫。
（4）体液免疫：概念：靠抗体实现的免疫方式就称为体液免疫。
过程：感应阶段、反应阶段、效应阶段
（5）细胞免疫的概念：不依靠体液中的抗体，而是依靠T淋巴细胞来完成的免疫方式，称为细胞免疫。
过程：在感应阶段 与体液免疫的基本相同，是刺激T细胞。??? 在反应阶段 T细胞受抗原刺激后，分裂分化出大量效应T细胞和记忆细胞。??? 在效应阶段 效应T细胞与靶细胞密切接触，激活靶细胞内的溶酶体酶，使靶细胞裂解死亡，
细胞内的抗原也因此失去藏身之所而被抗体消灭。效应T细胞还能释放淋巴因子如白细胞介素、干扰素等，通过加强各种有关细胞的作用来发挥免疫效应。
（6）体液免疫与细胞免疫的关系：各自有其独特的作用，又相互配合，共同发挥免疫效应。举例：细菌外毒素，结核杆菌等胞内寄生菌和病毒感染等实例说明。
4免疫失调引起的疾病
[1]过敏反应：过敏反应的类型
全身性过敏过敏反应：如青霉素、链霉素等药物引起的过敏性休克
　呼吸道过敏反应：如花粉、尘屑等引起的过敏性鼻炎、过敏性哮喘
　消化道过敏反应：如鱼、虾、蟹等引起的食物过敏性胃肠炎
　皮肤过敏反应　：如药物、食物等引起的荨麻疹、湿疹、血管性水肿
⑴概念：已免疫的机体在再次接受相同物质刺激时所发生的反应
⑵特点①发作迅速、反应强烈、消退较快②一般不会损伤组织细胞③有明显的遗传倾向和个体差异
⑶过敏原：引起过敏反应的物质叫过敏原。动物蛋白：如鱼、虾、乳、蛋等；植物蛋白：如花粉、孢子；化学物质：如青霉素、奎宁、磺胺等其他：如尘埃
⑷机理：①有些人接触过敏原时，在过敏原刺激下，效应B细胞产生抗体，这种抗体是一种亲细胞抗体，这些抗体吸附在皮肤、呼吸道或消化道粘膜以及血液中的某些细胞的表面。②当相同的过敏原再次进入机体时，就会与吸附在细胞表面的相应抗体结合，使上述组织细胞释放组织胺等物质，它可引起平滑肌收缩、毛细血管扩张、血管壁透性增强，腺体分泌增加。
③以上物质作用相应的器官和组织，引起局部或全身过敏反应，出现不同的表现。
⑸过敏原与抗原：①抗原一般是大分子物质，但过敏原不一定是大分子物质如青霉素。
　　 ②抗原对所有的人来讲都是一样的，即不具个体差异性。但过敏原与人的体质有关，同一种物质对某个人来讲是过敏原，但对另一个人来说不一定是，即具有个体差异。
⑹过敏反应与免疫反应中的抗体：①分布：免疫反应中的抗体分布于血清、组织液和外分泌液中；过敏反应的抗体则分布于皮肤、呼吸道、消化道粘膜及血液中某些细胞的表面。②作用机理：免疫反应中抗体与抗原特异性结合，消灭抗原；过敏反应中，过敏原与细胞表面相应的抗体结合，使细胞释放组织胺，从而引发过敏反应。
预防措施：找出过敏原，尽量避免再次接触；服用抗过敏类药物。
[2]自身免疫病
⑴概念：机体自身免疫反应对自身的组织和器官造成了损伤并出现了症状。
⑵实例：风湿性心脏病、类风湿关节炎、系统性红斑狼疮等。
[3]免疫缺陷病
概念：是由于免疫功能不足或缺乏而引起的疾病
类型：先天性免疫缺陷病：是由于遗传而使机体生来就有的，如先天胸腺发育不全
　　　 获得性免疫缺陷病：后天由于疾病和其他因素引起的，如营养不良、感染、药物、肿瘤手术、外伤
实例——艾滋病（AIDS）①全称：获得性免疫缺陷综合症，由艾滋病病毒（HIV）感染引起的。
②病原体存在部位：患者和带病者的血液、精液、唾液、尿液、泪液、乳汁中。
③传播途径：血液传播：输血、毒品注射等感染；性传播：性滥交等感染；母婴传播：胎盘感染、哺乳感染
⑷机理：攻击人的免疫系统，特别是侵入T细胞，使T细胞大量死亡，导致患者丧失几乎全部的免疫能力。
[4]免疫治疗概念：通过对人体输入抗体、胸腺素、淋巴因子或某些药物等，调整病人的免疫功能，从而达到治疗疾病的目的。
[5]器官移植：成败关键： 供者与受者的HLA是否一致或相近、使用免疫抑制剂
第二章 光合作用与生物固氮
§1、光合作用
1光能在叶绿体中的转换
（1）光能转换成电能：①光合色素的作用：吸收和传递光能：包括大多数叶绿素a、所有胡萝卜素、叶黄素和叶绿素b。吸收和转换光能：包括少数特定状态下的叶绿素a。
②过程：最初电子供体：水（2H2O→4H＋＋O2＋4e－）；最终电子供体：NADP+
特殊状态下叶绿素a失去的电子后自身变成一种强氧化剂
③场所：叶绿体的类囊体
（2）电能转换成活跃的化学能
　①过程：NADPH的形成：NADP＋＋2e＋H＋　 NADPH；ATP的形成：ADP＋Pi＋电能ATP
　②场所：叶绿体的类囊体
（3）活跃的化学能转换成稳定的化学能
①过程：CO2的固定：CO2＋C52C3 ；C3的还原：2C3（CH2O）＋C5＋H2O
　②场所：叶绿体的基质中
小结：光能→电能→活跃的化学能（贮存在ATP、NADPH中）→稳定的化学能（贮存在糖类等有机物中）
2 C3植物和C4植物生理特征
特　征
C3植物
C4植物
植物类型
典型的温带植物小麦、大豆等
典型热带或亚热带植物玉米、甘蔗、高粱、苋菜
叶片结构
维管束鞘细胞不含叶绿体，叶肉细胞含叶绿体，维管束鞘细胞周围叶肉细胞排列松散，没有“花环型”结构
维管束鞘细胞含许多没有基粒或基粒发育不良的较大的叶绿体；叶肉细胞叶绿体较少、较小，但有基粒。且维管束鞘的外侧密接一层环状排列的叶肉细胞，组成“花环型”结构
CO2固定途径
C3途径
C4途径和C3途径
最初CO2受体
C5
C3
CO2固定的最初产物
C3
C4
光合最适温度
15℃－25℃
30℃－47℃
CO2固定场所
叶肉细胞叶绿体
C4途径：叶肉细胞叶绿体
C3途径：维管束鞘细胞叶绿体
光合产物形成场所
叶肉细胞
维管束鞘细胞
3C4植物和C3植物的光合作用
C3植物的光合作用：C3植物仅有叶肉细胞含叶绿体，整个光合过程都是在叶肉细胞里进行，光合产物亦只是积累在叶肉细胞中，维管束鞘细胞不积存光合产物，CO2固定途径仅有C3途径。
（2）C4植物的光合作用：叶肉细胞中的叶绿体进行C4途径和光反应，维管束鞘细胞中进行CO2固定途径C3途径（暗反应），光合产物只积累在维管束鞘薄壁细胞中。
4提高农作物的光能利用率
（1） 光能利用率概念：??是指单位土地面积上，农作物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量，与这块土地所接受的太阳能的比。
（2）光照强弱的控制：阳生植物和阴生植物；光质对提高光能利用率的影响：蓝光下蛋白质多，红光下糖多。
（3）二氧化碳的供应： 二氧化碳的含量对光合作用的强弱影响；提高二氧化碳浓度的措施：合理密植，通风透光；使用农家肥或二氧化碳发生器。
（4）必须矿质元素的供应：
①氮元素在植物生命活动中的作用：氮元素是蛋白质的主要组成元素，而蛋白质是细胞结构和酶的重要组成成分；氮元素是ATP中腺苷的组成元素；光反应的电子受体NADP+含有氮元素；核酸中有含氮的碱基。
②磷元素在植物生命活动中的作用：生物膜结构的组成成分磷脂中含有磷元素；磷元素是DNA和RNA的组成成分；磷元素是ATP和NADPH的组成元素。
③镁和钾元素在植物生命活动中的作用：? 镁元素是叶绿素的组成成分。植物缺镁时，叶绿素不能合成，在老叶上表现为缺绿，严重影响光合作用的效率。钾元素能促进糖类物质运输到储藏器官，并促进储藏器官合成多糖，例如，种植马铃薯、水稻、小麦等以收获淀粉为主的作物要多施钾肥。植物缺钾时，蛋白质分解，叶绿素破坏，叶色变黄卷曲，茎杆易倒伏，抗旱抗寒能力降低。
§ 2、生物固氮1生物固氮的概念：是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程
2固氮微生物的种类：（1）共生固氮微生物：①概念：象根瘤菌与豆科植物这样，能与一些绿色植物互利共生的固氮微生物叫共生固氮微生物。②分布：广泛分布在表层土壤中③实例：根瘤菌：形态特征：棒槌形、“T”形、“Y”形；代谢类型：需氧异养型；生理特征：与豆科植物互利共生但有专一性，植物开花之前，其固氮能力最强；根瘤的形成和作用：形成：根内薄壁细胞分裂，作用：“小氮肥厂”一旦破溃，会将其中的根瘤菌和一些含N化合物释放到土壤中，提高土壤肥力。
（2）自生固氮微生物：　①概念：指在土壤中能够独立进行固氮的微生物②代谢类型：异养需氧型
③实例：圆褐固氮菌：形态特征：杆菌成短杆菌、单生或对生；作用：有较强的固氮合物，并且能够分泌生长素，促进植株生长和果实发育；应用：制成菌剂。
3生物固氮的意义：氮循环过程
⑴自然界的固氮途径有：生物固氮、工业固氮、高能（闪电）固氮，大气中的氮通过这些途径进入生态系统。生物固氮和工业固氮相比好处：工业固氮需极高的温度和压力，对大气产生严重污染，生物固氮在常温常压条件下可以完成，对大气没有任何不良影响。
⑵生物体内有机氮的合成
　植物：无机氮（如铵盐、硝酸盐）　　　　　　　有机氮（如蛋白质）
　动物：植物体内有机氮　　　　　动物体内有机氮
⑶氨化作用：
动植物遗体排出物、残落物中的有机氮无机氮（NH3）
⑷硝化作用
　　 ⑸反硝化作用
　　 （N2离开生态系统返回大气）
　 硝化细菌和反硝化细菌的代谢类型是（自养需氧和异养厌氧）
4生物固氮在农业生产中的应用：氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年要失去大量的氮素，必定要通过一定途径弥补损失。
⑴土壤获得氮素的途径：含氮肥料的施用；生物固氮。
⑵应用：对豆科作物进行根瘤菌拌种；用豆科植物作绿肥；用新鲜的豆科植物饲养家畜，其粪便还田；
　　 利用固氮基因工程使农作物自行固氮。
第三章遗传与基因工程
§1、细胞质遗传
1典型实例：紫茉莉花斑枝条的遗传
2主要特点：母系遗传；杂交后代无一定的分离比。
3形成原因：受精卵的细胞质几乎全部来自卵细胞，在减数分裂形成配子时，细胞质遗传物质随机、不均等分配。
4物质基础：叶绿体、线粒体内细胞质结构中的DNA。
5实践应用：利用雄性不育三系法培育杂交水稻。
6.线粒体和叶绿体是半自主细胞器：线粒体和叶绿体中除有DNA外，还有RNA（mRNA、tRNA和rRNA）、核糖体、氨基酸活化酶等。
7三系育种：不育系、保持系、恢复系；两系法杂交稻它与三系法相比，省略了三系法中的保持系，（光温敏型雄行不育系，在长日照、高于临界温度23℃时表现为雄性不育；而在短日照、低温时表现为雄性可育。）使程序简化，周期短，杂种优势更强，增产潜力更大。
8比较细胞质遗传和细胞核遗传
细胞核遗传
细胞质遗传
概 念
真核细胞中由细胞核遗传物质控制的遗传现象
真核细胞中由细胞质遗传物质控制的遗传现象
遗传物质都是DNA，但是分布的位置不同
细胞核中
细胞质中
遗传桥梁都是配子
雌雄配子的核遗传物质相等
细胞质遗传物质主要来源于卵细胞中
性状表达是通过体细胞进行的
遗传物质按三个遗传定律分离
遗传物质的随机分离
F1的表现型
正反交结果相同，F1均表现显性亲本性状
正反交结果不同，F1的性状均与母本相同
杂交后代性状比例
有一定的分离比
无一定分离比
举 例
豌豆的性状遗传
紫茉莉花斑枝条的遗传
§2、基因的结构
1原核细胞的基因结构：编码区：能够转录为相应的信使RNA，进行指导蛋白质合成，即编码蛋白质的区段；非编码区：不能编码蛋白质的区段。编码区上游的非编码区上有RNA聚合酶结合位点。
2真核细胞的基因结构：编码区：间隔的、不连续的。含外显子：能编码蛋白质的序列；内含子：不能编码蛋白质的序列；外显子在整个基因中所占比例较小。非编码区：不能编码蛋白质的区段。编码区上游的非编码区上有RNA聚合酶结合位点。
3人类基因组研究：（1）概念：人类基因组是指人体DNA分子所携带的全部遗传信息。（2）组成：人的单倍体基因组由24条双链DNA分子组成，包括1~22条常染色体DNA与X、Y染色体DNA，上有30亿个碱基对，估计有3~5万个基因。
4人类基因组计划：
（1）概念：人类基因组计划就是分析测定人类基因组的核苷酸序列。
（2）内容：绘制人类基因组的四张图，即遗传图、物理图、序列图和转录图。
（3）参与国家：美国、英国、法国、德国、日本、中国。
（4）意义：对于各种疾病，尤其是各种遗传病的 诊断、治疗具有划时代的意义；对于进一步了解基因表达的调控机制、细胞的生长、分化和个体发育的机制，以及生物的进化等也具有重要的意义。同时，这一计划的实施，将推动 生物高新技术的发展，并产生巨大的经济效益。
§3、基因工程简介
1基因工程的基本内容
（1）基因工程的概念：又叫基因拼接或DNA重组技术。是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重组，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。就是按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
（2）基因操作的工具：
①基因的剪刀——限制性内切酶
1）分布：主要在微生物中；2）作用：特异性，即识别特定核苷酸序列、切割特定切点
3）结果：产生黏性末端（碱基互补配对）
②基因的针线——DNA连接酶
1）连接部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）；
2） 作用结果：两个相同的黏性末端连接
③基因的运输工具——运载体
1）作用：将外源基因送入受体细胞
2）运载体的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因。
3）种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等
4）质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体。最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。存在于许多细菌及酵母菌等生物中。质粒的存在对宿主细胞无影响。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。
（3）基因操作的基本步骤
① 提取目的基因
提取目的基因的途径：直接分离：鸟枪法；人工合成基因：反转录法；用已知的氨基酸序列合成DNA。
②目的基因与运载体结合：同一种限制酶切割目的基因和质粒，加入DNA连接酶，形成重组DNA。
③将目的基因导入受体细胞：1）受体细胞的种类：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞2）导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径（细菌要用氯化钙处理）
④目的基因的检测与表达：
1）检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入
2）表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达
2基因工程的成果与发展前景
（1）基因工程与医药卫生
①生产基因工程药品：胰岛素、干扰素、乙肝疫苗、人生长激素、白细胞介素等
②用于基因诊断与基因治疗：1）基因诊断：用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交的原理（DNA探针检出肝炎；β-珠蛋白检出镰刀型细胞贫血症；苯丙氨酸羧化酶基因探针检出苯丙酮尿症） 2）基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞
（2）基因工程与农牧业、食品工业
①农业上的应用：1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种
②畜牧业上的应用：1）培育各种具有优良品质的动物（将人的生长激素基因和牛的生长激素基因注射到小白鼠受精卵中，得到“超级小鼠） 2）利用动物乳腺细胞获得人类所需要的各种物质
③食品工业上的应用：为人类开辟新的食物来源
（3）基因工程与环境保护：①用于环境检测：DNA探针检测水中病毒②用于被污染环境的净化：一种假单胞杆菌的细菌只能分解石油中的某一种成分，“超级细菌”能同时分解四种烃类。
第四章细胞与细胞工程
§1、细胞的生物膜系统
1各种生物膜在结构上的联系： 2各种生物膜在功能上的联系：
3各种生物膜的化学组成大致相同（蛋白质、脂质、糖类）但含量有差别。
4生物膜系统的概念：细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、质体膜等膜结构组成的统一整体。
5生物膜系统的功能：①使细胞具有一个相对稳定的内部环境，在物质的运输与交换及信息传递中起决定性作用；②增大膜的面积，供酶、核糖体等附着在上面，使各种化学反应有序的进行；③将细胞分隔成许多小区室，使各种化学反应能同时进行而不互相干扰。
6研究生物膜的重要意义：①理论上阐明细胞的生命活动规律②工业上成为人工模拟的对象（滤去盐分、处理污水）③农业上研究农作物的抗旱、抗寒、耐盐④医学上人工合成膜材料代替病变器官（人工肾）。
§2、细胞工程简介
1细胞工程概念：是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平，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科学技术。
2植物细胞工程
（1）细胞的全能性：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。细胞的全能性是细胞工程的原理。其物质基础是每一个细胞都含有本物种所有的全套遗传物质，具有全部的基因。受精卵的全能性最高，卵细胞已分化全能性较高，体细胞全能性比生殖细胞低。
分化实质上是基因在特定的时间和空间条件下选择性的表达的结果。
植物细胞在一定的营养物质、激素和其他外界条件下，就可表现出全能性。
植物组织培养： ①原理：依据细胞的全能性。
②过程：
脱分化 再分化
离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 　根、芽 植物体
脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物组织的脱分化（去分化）。
脱分化：是指已经分化的细胞失去其特有的结构和功能变成具有未分化细胞 （胚性细胞）特征的过程。
愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。
再分化：是指已去分化的胚性细胞在某种诱导因素的激活下，再出现程序化的分化。
植物体细胞的组织培养是一种无性生殖
③植物组织培养的应用：快速培养、培育无病毒植株、生产药物、食品添加剂、香料、色素、和杀虫剂（紫草愈伤组织中可提取紫草素）、人工种子转基因植物的培育、植物体细胞杂交等。
（3）植物体细胞杂交：
①植物体细胞杂交的过程：
A.制备原生质体，用纤维素酶、果胶酶分解细胞壁。
B.诱导融合，注意物理方法的类型（离心、振动、电刺激）和化学方法的药剂——聚乙二醇。
C. 植物细胞A和植物细胞B杂交时，除了产生AB型融合细胞外，还可以产生AA、BB型，只不过这两种融合细胞不是人们所需要的类型。
D.筛选和组织培养。
②优点：可以克服远源杂交不亲和的障碍。
3动物细胞工程：常用的技术手段有：动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植。
（1）动物细胞培养： 细胞培养按细胞的来源不同可以分为原代培养和传代培养。
A. 原代培养：培养的细胞直接来源于动物的组织叫原代培养。动物的组织可以取自胚胎，幼小的动物或成年的动物，可以是病理性的，特别是肿瘤组织。具体做法是：先将组织尽量剪碎，然后用胰蛋白酶液消化成分散的细胞，过滤除去纤维类物质，再把细胞放到培养液中培养。
B. 传代培养：细胞在培养容器的表面长满后，可以用胰蛋白酶把细胞消化下来，使其分散为悬浮的单个细胞，用培养液稀释后，重新接种于新的培养容器中继续培养。传代细胞分为细胞株和细胞系两大类。
应用：大面积烧伤病人的皮肤细胞的移植。单克隆抗体的制备。
（2）动物细胞融合：细胞融合是指两个或两个以上的细胞融合为一体的现象。它可以是自然发生的或人工诱导的。自然界中细胞融合是经常发生的，有性生殖中精卵结合是其中的例子。人工诱导的细胞融合是利用诱导剂使细胞或原生质体融合在一起。动物细胞融合要求掌握的情况与植物相似。如过程、方法、诱导条件（剂）、结果等。动物细胞融合常常用到的诱导剂是灭活的仙台病毒，植物不用。
（3）单克隆抗体：抗体是由B淋巴细胞制造的。每一种淋巴细胞只制造单一特异性的一类抗体分子，但因为体内有大量的不同淋巴细胞，所以动物体内的抗体是一种混合物。如果能分离出单个的淋巴细胞，让它形成一个克隆，那么这个克隆的所有细胞制造的抗体都是一样的，这样的抗体叫单克隆抗体。但是，在体外培养的条件下，一个淋巴细胞是不可能无限增殖的。
①杂交瘤细胞的制备过程：首先用抗原免疫小鼠，然后取免疫小鼠的脾脏细胞（含有大量的淋巴细胞），与体外培养的骨髓瘤细胞混合，以聚乙二醇诱导融合。将融合后的细胞放到选择性培养基上培养，在这种培养基中只有杂交细胞可以成活，别的细胞死亡。将成活的杂交细胞克隆化培养，检测能否产生抗体。要获得单克隆抗体可以培养杂交瘤细胞，从培养液中分离抗体；也可以将杂交瘤细胞注射到小鼠的腹腔内，待其产生出肿瘤后，从腹水中分离出单克隆抗体。大量克隆抗体可以通过杂交瘤细胞的大规模培养来生产。
②单克隆抗体比起血清抗体的优点：首先，它特异性好，反应专一，只对单一的抗原决定起反应；其次，一旦制备成功，理论上就可以一劳永逸地大量生产抗体，不用这反复去免疫动物。
③单克隆抗体的医学应用价值：由于单克隆抗体的高度特异性，在医学检验中，被用来对各种传染病和肿瘤的诊断、治疗和预防具有重要意义。为了增强药物抗癌的选择性，可以制备针对肿瘤细胞的单克隆抗体，把一些毒素分子与此抗体相连，制成“生物导弹”，这样就可以将药物导向癌细胞靶子，不再对正常细胞造成伤害。
第五章微生物与发酵工程
§1、微生物的类群
1细菌（1）结构：单细胞原核生物，其基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核。
细胞质：含核糖体，贮藏颗粒（如淀粉粒、硫粒），质粒（上有基因与细菌的杭药性、固氮、抗生素生成有关）。
拟核：环状DNA反复折叠缠绕呈棒状、哑铃状或球状，控制着细菌的主要遗传性状。
（2）特殊结构：荚膜、鞭毛、芽孢
（3）繁殖：二分裂（发生DNA分子复制）
（4）菌落：可形成多种菌落（固体培养基中，肉眼可见的，具一定形态结构的子细胞群体），具有大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等特征是鉴定菌种的依据。
2放线菌：单细胞原核生物，多数抗生素都是由放线菌产生的。
3病毒：①结构：主要由核酸和衣壳构成。有些病毒外面有囊膜（由蛋白质、多糖、脂类构成）囊膜上有刺突如流感病毒。衣壳决定病毒抗原特异性。一种病毒只有一种核酸。②在宿主活细胞中进行增殖（以噬菌体为例）：吸附→注入核酸→合成蛋白质、复制核酸→装配→释放
§2、微生物的营养、代谢和生长
1微生物的营养：碳源、氮源、生长因子、水和无机盐C、H、O、N占细胞干重90%以上。
（1）碳源：无机碳源(CO2、NaHCO3、CaCO3等含碳无机物)有机碳源：即含碳有机物糖、脂、蛋白质、有机酸等和天然含碳物质(石油)②功能：用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物；既是碳源能源又是一种双功能的营养物（洋葱假单胞菌能利用90多种含碳化合物）
（2）氮源：①种类：无机氮：NH3、铵盐、硝酸盐、N2；有机氮：复杂蛋白质(如牛肉膏、蛋白陈)、核酸、尿素、一般氨基酸将无机氮合成菌体蛋白或含氮的代谢产物(如氨基酸等)；合成微生物的蛋白质、核酸及含氮的代谢产物(如氨基酸等)
（3）生长因子：①概念：微生物生长不可缺少的微量有机物。②种类：维生素、氨基酸、碱基、酵母膏、蛋白胨、组织提取液③功能：酶和核酸的组成成分；参与代谢过程中的酶促反应。
（4）培养基的配制原则：①目的明确②营养协调：谷氨酸生产中，当C/N=4：1时菌体大量繁殖，当C/N=3：1时谷氨酸合成增多③PH要适宜：放线菌7.5—8.5细菌6.5—7.5霉菌4.0—5.8真菌5.0—6.0（酵母菌3.8—6.0）
（5）培养基的种类：①根据物理性质的不同分为：固体培养基：用于微生物的分离、计数；半固体培养基：用于观察微生物的运动、鉴定菌种；液体培养基：用于工业生产。②根据化学成分分为：合成培养基：用已知成分的化学物质配成；天然培养基：用成分不明确的天然物质配成，用于工业生产③根据用途分为：选择培养基：加入某种化学物质，抑制不需要的微生物生长，促进所需要微生物生长；鉴别培养基：加入指示剂或化学药品配制而成，用于鉴别微生物。实例：加入青霉素的培养基：分离酵母菌、霉菌等真菌（抑制细菌、放线菌）
加入高浓度食盐的培养基：分离金黄色葡萄球菌（抑制多种细菌）
不加氮源的无氮培养基：分离固氮菌
不加含碳有机物的无碳培养基：分离自养型微生物
加入氨基嘌呤、次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培养基：分离杂交瘤细胞
伊红和美蓝培养基：鉴别大肠杆菌，菌落呈深紫色，带金属光泽
2微生物的代谢：（1）微生物代谢：微生物代谢是指微生物细胞内所发生的全部化学反应。
（2）微生物代谢的特点：代谢异常旺盛，对物质的转化利用快。
其原因：微生物的表面积与体积比很大，有利于与外界环境进行物质交换。
（3）微生物的代谢产物：微生物的代谢产物分为初级产物(合成不停；缺少不行；种类基本相同)和次级产物（种类不同；有无都行）。
①初级代谢产物是生长繁殖必须的一直产生分布在细胞内如：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素②次级代谢产物不是生长繁殖必须的是生长到一定阶段产生具有特异性分布在细胞内或外如：抗生素、毒素、激素、色素等
（4）微生物代谢的调节：①酶合成的调节
　　 a．组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因调控；诱导酶只有环境中存在诱导物才能合成它的合成受基因与诱导物共同控制；
　　 b．酶合成调节的对象是诱导酶；调节的结果是使细胞内酶的种类增多；
　　 c．酶合成调节的机制(本质)——原核生物基因表达的调控，如大肠杆菌乳糖操纵子学说；
　　 d．酶合成调节的意义：既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性。
　　 ②酶活性的调节
　　 a．酶活性调节的对象是酶(组成酶和诱导酶)的催化能力，调节的结果是酶量发生变化；
　　 b．酶活性调节的机制——通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节；
　　 c．酶活性调节的特点：快速、精确；
　　 d．酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。
　　 ③两种调节方式的区别与联系：区别：
　　 A． 从调节对象看：酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率，而酶活性的调节是对已存在的酶活性进行控制，它不涉及酶量变化。
　　 B．从调节效果来看：酶活性调节快速而精细；
　　 C．从调节机制看，酶合成调节是基因水平调节，它调节控制酶合成；酶活性调节是代谢调节，它调节酶活性。
　　 联系：细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。
　　（5）微生物代谢的人工控制：人工控制微生物代谢的目的——最大限度积累对人类有用的代谢产物。以黄色短杆菌生产赖氨酸、谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸为例，说明人工控制微生物代谢的方法
　　 ①人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸。由苏氨酸、赖氨酸共同积累过量会抑制天冬氨酸激酶的活性，而赖氨酸单独过量不会出现抑制的。最后落脚点是：通过诱变育种选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种作为工业微生物，达到大量生产赖氨酸的目的。
　　 ②人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。由谷氨酸积累过量会抑制谷氨酸脱氢酶活性的特点，改变细胞膜透性，由此可大量生产谷氨酸。
　　（6）发酵：通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。分类：
根据培养基状态分：固体发酵、液体发酵；据产物分：抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵；根据对氧的需求分：厌氧发酵：如酒精发酵、乳酸发酵；需氧发酵：如抗生素发酵、氨基酸发酵
3微生物的生长：常以微生物的群体为单位来研究。微生物群体生长的规律：以细菌为例说明。测定群体生长的方法：一种是测定细菌的细胞数目，另一种是测重量。微生物群体生长规律的曲线——生长曲线。
　　（1）绘制方法：将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中。适宜条件培养，定期取样测定培养基里的细菌群体的生长情况（以时间作横坐标，以细菌数目的对数作纵坐标得到生长曲线）
（2）细菌的生长曲线：它描述了细菌群体从开始生长到死亡的动态变化过程。
（3）主要时期
　　 ①调整期：a.细菌对新环境的短暂调整或适应过程；
b.菌体特点：不分裂繁殖、代谢活跃、体积增长较快、大量合成分裂所需酶类、ATP及其它细胞成分。
c.调整期的长短与菌种、培养条件等因素有关。
　　 ②对数期：a.该期细菌进入快速分裂阶段；b.数目增长的特点：等比数列形式增加；
　　 c.菌体特点：代谢旺盛、个体形态和生理特性比较稳定；d.应用：常作为生产用菌种和科研材料。
　　 ③稳定期：a整个培养基中新增细胞数和死亡细胞数达到动态平衡。营养物质的消耗　细胞分裂速率下降 b原因:有害代谢产物的积累,pH变化,死亡细胞数目增加,活菌数目达到最高峰。
　　 c菌体特点，大量积累代谢产物,特别是次级代谢产物，? 形成芽孢。
　　 d应用：获取次级代谢产物的最佳时期；适当补充营养物质，有助于延长稳定期，提高产量。
　　 ④衰亡期：a.细菌的死亡速率超过繁殖速率，活菌数目急剧下降
　　 b.菌体特点：细胞出现多种形态，甚至畸形；有些细胞开始解体；释放代谢产物
　　（4）实践意义：连续培养法
　　? ①概念：在一个流动装置中，以一定速度不断添加新培养基，同时又以同样速度不断排出老培养基。
　　 ②目的：保证微生物对营养物质的需要，排出部分有害代谢产物，使微生物保持较长时间的高速生长。
　　 ③应用：酒精、丙酮、丁醇等的生产。④意义：缩短培养周期，提高设备利用率，且便于自动化管理。
　　（5）影响微生物生长的环境因素：很多，主要是温度、pH、氧。
　　 ①温度：微生物生长最旺盛时的温度叫最适宜生长温度；绝大多数微生物最适宜生长温度为25—37℃；最适生长温度范围内，微生物生长速率随温度上升而加快；超过最适生长温度后，微生物生长速率急剧下降。原因：细胞内蛋白质和核酸等发生不可逆破坏。
②pH：每种微生物最适pH 不同；超过最适pH，影响酶活性、细胞膜稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收。
　　 ③氧：依据对氧的需求，微生物分为：1）好氧型微生物，例：多数细菌，大多数真菌；
　　 2）厌氧型微生物? 例：某些链球菌，某些产甲烷杆菌。 3）兼性厌氧型微生物? 例： 酵母菌。
§3、发酵工程简介
1应用发酵工程的生产实例―－谷氨酸发酵
（1）常用菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（异养需氧）。
（2）培养基：液体培养基、天然培养基。原料：豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸二氢钾、氧化钾、硫酸镁、生物素（生长因子）
（3）发酵过程：罐连续培养。控制条件：温度、PH值、溶氧、搅拌速度。谷氨酸用Na2CO3中和后，过滤、浓缩、离心分离制成味精。
2发酵工程内容： 菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程、产品的分离提纯。
（1）菌种的选育:以谷氨酸发酵（基因突变）、人的胰岛素（基因工程）、单克隆抗体（细胞工程）即诱变育种、基因工程、细胞工程的方法获得菌种。
（2）扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。（扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。）
（3）发酵过程：随时取样检测培养液中的细菌数目、产物浓度及时添加必需的培养基组分，严格控制温度、PH、溶氧、通气量与转速等条件。谷氨酸发酵中，PH呈酸性时会产生乙酰谷氨酰胺；当溶氧不足时，产生乳酸或琥珀酸。
（4）分离提纯：菌体：过滤、沉淀；代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换。
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3．发酵工程的应用：
1．医药工业：(1)直接生产多种药品，如抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸
(2)与基因工程和细胞工程结合来生产药品，如：人生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素-2、抗血友病因子等。生长激素释放抑制因子——人脑激素，用于治疗肢端肥大症。
2.食品工业： (1)使传统的发酵产品质量和产量得到提高如：啤酒、果酒、食醋。
(2)生产各种食品添加剂，如：酸味剂(L-苹果酸、柠檬酸、乳酸)、鲜味剂(肌苷酸、谷氨酸)、色素(红曲素、β-胡萝卜素)、甜味剂(高果糖浆、甜菜糖)。
(3)解决粮食问题的重要途径，如生产单细胞蛋白——微生物菌体。

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