高中生物选修3基础知识总结

专题一 基因工程

原理：基因重组

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。 定向改造生物的遗传性状。 （一）基因工程的基本工具

1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶） （1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列（回文序列），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。（注意“酯”的写法） （3）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。 2.“分子缝合针”——DNA连接酶

(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和 T4DNA连接酶）的比较： 基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术 ①相同点：都缝合磷酸二酯键。

操作环境 生物体外 ②区别：E·coliDNA连接酶来源于大肠杆

操作对象 基因 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操作水平 DNA分子水平 起来；而T4DNA连接酶来源于T4

基本过程 剪切→ 拼接→导入→ 表达 噬菌体，能缝合两种末端，但连

实质 基因重组 接平末端的之间的效率较低。

结果 人类需要的基因产物（定向的)

(2)DNA聚合酶、RNA聚合酶和DNA连接酶的比较：

3.“分子运输车”——载体

（1）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。 ②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA

片段插入。③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 ④安全无毒 ⑤大小合适

（2）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。

（3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒 (二)基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取

1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因或具有调控作用的因子。

2.目的基因的获取有三种方法：从基因文库中获取；PCR扩增目的基因；人工化学法合成。 3.PCR技术扩增目的基因 （1）原理：DNA复制

（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第

三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶（Taq酶）从引物起始互补链的合成。

（3）条件：模板、耐高温的DNA聚合酶（Taq酶）、引物、脱氧核苷酸、精确的温度控制、能量 第二步：基因表达载体的构建

1.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。 2.组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因（﹢复制原点）

（1）启动子：启动目的基因的转录。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。

（2）终止子：终止目的基因的转录。也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。

（3）标记基因的作用：是为了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_

1.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。 2.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、花粉管通道法。 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。

2+

将目的基因导入微生物细胞：Ca转化法

注意：① 将目的基因导入受体细胞，目前已开发出来的方法有很多种，每种方法都有利弊，适合于不同

的受体细胞。究竟选用哪种方法，要根据具体情况而定。

② 以上介绍的几种方法，在导入受体细胞之前，都必须进行目的基因表达载体的构建，也就是说

导入受体细胞的必须是重组DNA分子，而不能直接导入目的基因。

第四步：目的基因的检测和表达

1.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。 2.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，即分

子杂交技术。

3.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。

4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定，进行抗虫抗病的接种试验观察植物是否出现抗虫抗病性状。 （三）基因工程的应用

（一）植物基因工程硕果累累

1. 抗虫转基因植物 2. 抗病转基因植物 3. 抗逆转基因植物

针对盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境条件而培育的抗盐碱、耐旱、耐寒、抗涝 4. 利用转基因改良植物的品质 主要成果 基因转移方法 转基因高赖氨酸玉米 将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞中表达成功 转基因延熟番茄 将控制番茄果实成熟的基因导入番茄 转基因矮牵牛 将与植物花青素代谢有关的基因导入矮牵牛 转基因烟草苗 将萤火虫的发光基因导入烟草 （二）动物基因工程前景广阔

动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。 1. 用于提高动物生长速度

将外源生长激素基因导入动物体内，在其体内合成大量生长激素 - 1 -

2. 用于改善畜产品的品质 3. 用转基因动物生产药物

乳腺（房）生物反应器：用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。为了使目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。

操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）→构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。 4. 用转基因动物作器官移植的供体 （三）基因工程药物（主要是微生物）

基因工程药物种类：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

原理：用基因工程的方法，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。用DNA重组技术生产的人类蛋白药物种类（部分）

（四）基因治疗 （1）体外基因治疗 （2）体内基因治疗

基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。

总结：动物基因工程的受体细胞是受精卵或胚胎干细胞，因为只有受精卵或胚胎干细胞接受目的基因后

才能发育成具有新性状的动物个体。

植物细胞工程的受体细胞可以是受精卵也可以是其他的体细胞。 （四）蛋白质工程

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；以下按照基因工程的一般步骤进行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）

设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列 （1）基因工程和蛋白质工程的比较 相同 概念 不同 目的 基本途径 基因工程 P1 获得自然界中已存在的蛋白质 遵循中心法则 蛋白质工程 P27 黑体字 获得自然界中不存在的蛋白质 先中心法则的逆推，再遵循中心法则 均是基因工程，蛋白质工程是第二代基因工程 注意：① 蛋白质的工程的重点在于对已存在的蛋白质进行分子改造，改造的对象是编码蛋白质的DNA序

列。 ② 对基因进行改造的蛋白质可以遗传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。

专题二 细胞工程

（一）植物细胞工程

1.理论基础（原理）：植物细胞全能性 2.植物组织培养技术

（1）过程：离体的植物器官、组织或细胞 ――→愈伤组织 ――→试管苗 ――→植物体 （2）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。 A. 植物繁殖

微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖

作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）

人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种

子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输

B. 作物新品种培育

单倍体育种：

a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技

术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。 优点：明显缩短育种年限

C. 突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体。植物组织培养过程容易出现突变体）

D. 细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。

（3）地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。 3.植物体细胞杂交技术

（1）过程：去除细胞壁获得原生质体—原生质体融合—杂种细胞—杂种细胞的筛选—杂种细胞再生出细

胞壁—植物组织培养

（2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电激 等。 化学法是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。 （3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。

（4）注意：①脱分化起点：离体的植物器官、组织、细胞 （花粉） 终点：愈伤组织 再分化起点：愈伤组织 脱分化避光的原因：有利于产生愈伤组织 再分化需光的原因：有利于进行细胞分化和有机物的生成

②植物体细胞杂交完成的标志：形成新的细胞壁（高尔基体） ③植物体细胞杂交的意义：克服远缘杂交不亲和的障碍 （二）动物细胞工程 1. 动物细胞培养

（1）概念：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培

养基中，让这些细胞生长和繁殖。

（2）动物细胞培养的流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶或

胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。

（3）细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，

当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。 （4）动物细胞培养需要满足以下条件

①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。

②营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆

等天然成分。

③温度：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。

④气体环境：95%空气＋5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。

（5）动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种

细胞。

2.动物体细胞核移植技术和克隆动物

（1）哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植（比较容易）和体细胞核移植（比较难）。

（2）受体选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；细胞质多，营养丰富。 （3）体细胞核移植的大致过程是：

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高产奶牛（提供体细胞）进行细胞培养；同时采集卵母细胞，在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞，去核（显微操作）；将供体细胞注入去核卵母细胞；通过电刺激使两细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎；将胚胎移入受体（代孕）母牛体内；生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛

（4）体细胞核移植技术的应用：

①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育； ②保护濒危物种，增大存活数量； ③生产珍贵的医用蛋白； ④作为异种移植的供体； ⑤用于组织器官的移植等。

（5）体细胞核移植技术存在的问题：克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。

植物体细胞杂交 动物细胞培养 生产单克隆抗体 原理 细胞的增殖 细胞膜的流动性、细胞增殖 动物细胞培养、显微注射、胚胎移植 动物细胞融合、动物细胞培养 应用技术 细胞膜的流动性、细胞全能性 细胞融合、植物组织培养 动物细胞核移植 细胞核的全能性 3.动物细胞融合

（1）动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具

有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。

（2）动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合

的方法类似，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电激等。

（3）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生

物新品种培育的重要手段。

（4）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较： 细胞工程 植物体细胞杂交 动物细胞融合 理论基础 细胞的全能性、细胞膜的流动性 细胞增殖、细胞膜的流动性 融合前处理 酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶） 注射特定抗原，免疫处理正常小鼠 物理法:离心、振动、电激 物理法:离心、振动、电激 诱导手段 化学法：聚乙二醇 化学法：聚乙二醇（PEG） 生物法：灭活的病毒（灭活的仙台病毒） 正常小鼠免疫处理 第一步：原生质体的制备（酶解法） 动物细胞的融合（物、化、生法） 第二步：原生质体融合（物、化法） 诱导过程 杂交瘤细胞的筛选与培养 第三步：杂种细胞的筛选和培养 专一抗体检验阳性细胞培养 第四步：杂种植株的诱导与鉴定 单克隆抗体的提纯 克服远缘杂交的不亲和障碍，大大扩展（1）制备单克隆抗体 用途和意义 杂交的亲本组合范围 (2)诊断、治疗、预防疾病，例如“生应用：白菜-甘蓝等杂种植株 物导弹”治疗癌症 4.单克隆抗体

（1）抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。 （2）单克隆抗体的制备过程：

对免疫小鼠注射特定的抗原蛋白（目的使小鼠产生浆细胞）；提取B淋巴细胞；同时用动物细胞培养的方法培养骨髓瘤细胞并提取；促使它们细胞融合[注：融合的结果是有很多不符合要求的；如有2个B淋巴细胞融合的细胞等，所以要进行筛选]；在特定的选择培养基上筛选出融合的杂种细胞[特点是能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体]；然后对它进行克隆化培养和抗体检测[筛选出

能够分泌所需抗体的杂交瘤细胞]；最后将杂交瘤细胞在体外做大规模培养或注射入小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或小鼠腹水中可得到大量的单克隆抗体。 总结：（1、3、2、3） 1：注射特定抗原

3：在考虑细胞两两融合的情况下，有三种杂交细胞，其中只有一种是杂交瘤细胞。 2：两次筛选①在选择培养基上筛选出杂交瘤细胞

②利用特定培养基，进行多次抗体检测筛选 ，筛选出能产生专一抗体的杂交瘤细胞

3：三次培养：①在选择培养基上筛选时，即是培养的过程 ②在进行多次抗体检测之前都需要克

隆化培养 ③筛选好的杂交瘤细胞进行体内或体外大规模培养。

（3）杂交瘤细胞的特点：既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。 （4）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。

（5）单克隆抗体的作用：作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性

结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其它疾病。 拓展提升：

1.在植物组织培养过程中，为什么强调要无菌操作？

①污染后产生的杂菌会与培养物争夺养料 ②杂菌在生长过程中会产生对培养物有害的物质 2.植物组织培养过程中哪一阶段需要光或不需要光？

脱分化：不需要光 再分化：需要光（叶绿体）、分化培养基

3.为什么选择胡萝卜含有形成层的部分? 因为这部分分裂比较旺盛，容易诱导形成愈伤组织 4.植物体细胞杂交过程中细胞融合完成及杂交完成的标志分别是什么？ 融合完成：产生新的细胞壁 杂交完成：产生杂种植株

5.植物体细胞杂交的原理是什么？ ①细胞膜具有一定的流动性 ②植物细胞的全能性 6.植物体细胞杂交的结果及意义（优点）

结果：产生杂种植株 意义：克服远缘杂交不亲和的障碍 7.动物细胞培养的原理及选取的材料是什么？

原理：有丝分裂 材料：动物胚胎、幼龄动物的组织、器官或细胞 8.细胞贴壁对培养瓶的要求是什么？（细胞接触抑制） 培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒，易于贴附 9.动物细胞培养的条件有哪些？

①无菌、无毒的环境 ②营养条件（培养基成分） ③温度和PH ④气体环境（CO2的作用） 10.动物细胞核移植选用的受体细胞及得到动物的名称？

受体细胞：减数第二次分裂中期的次级卵母细胞 动物的名称：克隆动物 11.动物细胞核移植得到的动物的性状与亲代的性状是否完全一致，为什么？

不完全一致；因为大部分性状与供体性状相同，一部分性状与受体性状相同（细胞质基因控制的性状） 12. 用于核移植的供体细胞为什么都选用传代10代以内的细胞？

10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型，不会发生基因突变。 13.诱导植物体细胞杂交与动物细胞融合方法的区别？

植物：物理法（离心、振动、电激）化学法（聚乙二醇）

动物：物理法（离心、振动、电激）化学法（聚乙二醇） 生物法（灭活的病毒） 14. 细胞融合的优点及应用

优点：克服远缘杂交不亲和的障碍 应用：制备单克隆抗体（最主要的应用） 15. 单克隆抗体制备过程用到的技术 - 3 -