人教版高中生物——选修三(现代生物科技专题)知识点总结(详细)

选修3 《现代生物科技专题》知识点总结

专题1 基因工程

一、基因工程的概念及基本工具

1、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。

2、“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，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。

（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。

注：平末端是指经限制酶切割后形成的

断 口处是平齐的

3、“分子缝合针”——DNA连接酶

（1）两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：

①相同点：都缝合磷酸二酯键。

②区别：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；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。

（2）与DNA聚合酶作用的异同:

①DNA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，

即连接单链DNA。

②DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键，即连接双链DNA 。

DNA连接酶 DNA聚合酶 不同点 连接的DNA 双链 单链

模板 不要模板 要模板

连接的对象 2个DNA片段 单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA片段上

相同点 作用实质 形成磷酸二酯键

化学本质 蛋白质

4、“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无毒害作用，不影响受体细胞的正常生命活动。

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（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：λ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，例如与优良品质相关的基因。 2.目的基因常用的获取方法：

基因组文库：含有一种生物的所有基因 ①从基因文库中提取：基因文库

部分基因文库：含有一种生物的部分基因，如

cDNA文库

文库类型 cDNA文库 基因组文库

文库大小 小 大 基因中启动子 无 有 基因中内含子 无 有 基因多少 某种生物的部分基因 某种生物的全部基因 物种间的基因交流 可以 部分基因可以

②利用PCR技术扩增目的基因

（1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 （2）目的：获取大量的目的基因 （3）原理：DNA双链复制

（4）过程：第一步：加热至90～95℃使DNA解链为单链；

第二步：冷却到55～60℃，引物与两条单链DNA结合；

第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链 的合成。

（5）结果：以指数增长的形式扩增出结构相同的目的基因

反转录法：用于分子量较大，又不知核酸序列的基因的合

成。mRNA

③人工合成目的基因

化学合成法：蛋白质氨基酸序列 mRNA的核苷酸序列

化学合成 推测 结构基因的核苷酸序列 目的基因

第二步：基因表达载体的构建(核心)

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

（1）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。

（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端，使转录在所需要的

地方停止下来，即终止转录。

推测

逆转录酶 单链DNA 双链DNA

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（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。

3、构建过程

用同种酶切割质粒和目的基因，才能露出相同

的末端，以便连接。

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：

细胞类型 植物细胞 基因枪法 方法 操作过程 导入植物细胞 插入到植物细胞中的染色体DNA上 目的基因表达 目的基因包裹在微小的金粒或钨粒表面 用基因枪高速射入到受体细胞的组织中 目的基因表达 花粉管通道法 在植物授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液（或用含目的基因的溶液处理花粉粒） 利用植物目的基因表达 动物细胞 显微注射法 目的基因片段 受精卵核内 受精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内 使受精卵发育成转基因动物 微生物细胞 Ca2?处理法 Ca2?处理微生物细胞 感受态细胞 在缓冲液中将基因表达载体与感受态细胞混合 一定温度下促使感受态细胞吸收DNA分子 简单经济有效 最为有效的将目的基因导入动物细胞 特点 于双子叶植物和裸子植物 成本高，适用于单子叶植物 简单经济，我国独农杆菌转化法 目的基因插入到T-质粒的T-DNA上 转入农杆菌 经济，有效，适用形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞 创

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(DNA-DNA)技术。

2.其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用分子杂交(DNA-RNA)技术。 3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原—抗体杂交技术。 4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如生物抗虫或抗病的鉴定等。

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三、基因工程的应用

1.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。 2.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。

例：将外源生长素基因导入动物体内，促进动物生长。

3.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。 4.基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常

或携带病原体。

四、蛋白质工程

1、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。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）

2、过程

转录 翻译

蛋白质工程的基本途径：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）

蛋白质工程与基因工程区别

专题二 细胞工程

一、植物细胞工程

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1、细胞工程的理论基础（原理）：细胞全能性

原因：分化的体细胞（或细胞核）具有本物种个体发育所需要的全部基因

全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；

植物细胞＞动物细胞；

未分化的细胞或分化程度低的细胞>分化程度高的细胞

2、植物细胞表达全能性的原因 离体：脱离植物体

在一定营养物质（水、无机盐、维生素、氨基酸、激素、PH、光等）作用下 3、植物组织培养技术

（1）概念：在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物组织、器官、细胞培养在人工

配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植物

（2）过程：离体的植物器官、组织或细胞 ―→愈伤组织 ―→试管苗 ―→植物体

（3）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、细胞

产物的工厂化生产。

（4）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。

注意： ①过程中脱分化与再分化需要注意不能在一个培

养基中进行，需要更换，原因是两种培养基的生长素与细胞分裂素的比例不同。

②愈伤组织脱分化阶段需要避光处理，再分化需

要让细胞分化出叶绿体，所以需要光照处理。

4、植物体细胞杂交技术

（1）概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合 成杂种细胞，并将杂种细胞培养成新植物的技术。

（2）原理：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。

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