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选择性必修三生物技术与工程
高中生物选择性必修三所有重点知识点，第一章:发酵工程、第二章:植物细胞工程、第三章:动物细胞工程、第四章:基因工程、第五章:生物技术的安全与伦理。
编辑于2025-06-09 20:36:44- 高中生物
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世界范围内应全面禁止生物武器
生物武器是指有意识地利用致病微生物，毒素，昆虫侵袭敌人的军队，人口，农作物或牲畜等目标，以达到战争目的的一类武器
生物武器一般由致病微生物，毒素，昆虫以及装载它们的容器和投掷物组成，其中起伤害作业的微生物，毒素又称生物战剂
生物武器最大的特点是有传染性
现代生物武器的防护，主要包括预警体系，防控体系和疫苗库
我国反对生物武器及其技术和设备的扩散
我国禁止生殖性克隆人
我国不赞成，不允许，不支持，不接受任何生殖性克隆人实验
治疗性克隆即从克隆胚胎中提取干细胞，然后是指培养成人们所需的各种人体器官
治疗性克隆的目的是为了获得治疗所用的克隆细胞，因此不会像生殖性克隆那样产生严重的问题
转基因产品的安全性引发社会的广泛关注
转基因生物:含有重组DNA的生物
能同时分解多种烃类的细菌，称为超级菌
转基因作物获得了或增强了生存竞争和繁殖能力，使其在很多方面都强于亲本或野生种
自然状态下，栽培作物种内，栽培作物与其近缘野生种间，栽培作物和杂草之间都有可能发生基因漂移，即转入的基因可能会从转基因植物的体内扩散到环境中（可以通过导入线粒体叶绿体中解决）
第五章:生物技术的安全与伦理
基因工程及其延伸技术应用广泛
1.运用核酸分子杂交，PCR等技术进行基因诊断
2.向患者体内导入正常基因进行基因治疗（指向有基因缺陷的 细胞中导入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷）
3.利用转基因生物生产基因工程药物（如将药用蛋白基因与乳 腺中特异性表达基因的启动子等调控元件重组，导入受精卵）
4.转基因动物可为研究疾病机理提供模型
蛋白质工程是基因工程的延伸，通过设计和改造编码蛋白质的基因 获得特定功能的蛋白质
知识点
不同生物DNA能拼接原因
组成单位都是四种脱氧核苷酸
空间结构都是规则的双螺旋结构
理想载体特征
含有复制起点，能够独立自主复制并稳定存在
含有一种或多种限制酶的识别序列，方便外源基因插入载体
具有筛选作用的标记基因，以便通过表型鉴别含有载体细胞
除质粒外，有些动植物病毒及噬菌体也可作为载体
G/C含量高，退火温度高，提高退火温度可提高PCR特异性
设计引物要求
要考虑长度，C/G碱基对数目
要避免两个引物互补，特别是3′端
PCR技术原理:DNA半保留复制，前提:已知目的基因两端核苷酸序列（PCR筛选和扩增出目的基因的关键）
扩增缓冲液中含Mg离子
激活Taq酶/维持酶活性
促进dNTP结合
调节特异性
上样缓冲液
内含甘油可增加样品密度，确保DNA沉入加样孔
内含少许溴酚蓝作为电泳指示剂，电泳时溴酚蓝迁移速率较快，在其迁移出凝胶前关闭电泳仪电源
双酶切法优点:避免质粒与目的基因的反向拼接以及自身环化
核酸探针是带有放射性或荧光标记的具有特定（与目的基因互补的）核苷酸序列的单链DNA/RNA
乳腺作为生物反应器生产蛋白质类药物优点
乳汁可连续合成
频繁采集无危害
乳汁成分相对简单明确，便于药物提纯
膀胱生物反应器优点
不受性别年龄限制
不受泌乳期限制
基因工程赋予生物新的遗传特性
基因工程/重组DNA技术:是指有意识地把一个人们所需要的基因转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术（基因工程的核心:构建重组DNA分子）
对DNA进行剪切，连接和复制是实 现重组DNA的技术的基础
限制性内切核酸酶（限制酶）主要存在于细菌等微生物 ，能破坏外源DNA，起防御作用
限制性内切核酸酶能够识别双链DNA上特定的一小段核苷酸 序列，并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解
断开后的DNA末端
粘性末端
平末端
DNA连接酶能将DNA片段连接成一个重组DNA分子
大肠杆菌中分离的E.coliDNA连接酶仅连接粘性末端
T4噬菌体中分离的T4DNA连接酶连接粘性末端和平末端
载体:具备自主复制能力的DNA分子
质粒:独立于细菌拟核DNA之外的较小的环状DNA分子，常用载体
基因工程基本步骤:获取目的基因，构建重组DNA分子，将重组DNA分子 导入受体细胞，检测目的基因及其表达产物
非编码区对编码区具有调控作用
获取目的基因
化学合成法（已知目的基因全部序列，成本高）
建立基因文库（目的序列未知）
基因组文库（所有DNA序列）
cDNA文库（部分基因）
聚合酶链式反应（PCR技术）（进行DNA大量扩增）
PCR技术
原料:四种脱氧核苷三磷酸（dNTP）
酶:耐高温的DNA聚合酶（Taq DNA聚合酶）
模板（待扩增的DNA分子）
引物（决定扩增DNA片段的起点和终点）
PCR过程
变性:模板DNA双链在高温（90-95℃）氢键断裂
退火:温度降低（50-60℃）2个引物分别与各自 互补的DNA单链结合
延伸:（72℃）催化合成一条新的DNA互补链
电泳技术:分离，鉴定，纯化核酸和蛋白质的常用方法
电泳是指带电粒子在电场作用下，向与其携带电荷相反的电极迁移的过程
迁移速率影响因素
分子大小
分子形状
所带电荷
凝胶浓度
核酸片段长度（主要因素）
常用凝胶作为介质，凝胶空隙可起到分子筛的作用
电泳缓冲液作用:维持合适pH，使溶液具有一定导电性
每个条带包含的DNA片段长度是相同的
DNA可用荧光或放射性染料标记，或亚甲基蓝染成蓝色
含DNA条带的凝胶可用刀片切割下来，回收DNA，达到提纯目的
DNA Marker是一组已知长度和含量的标准DNA混合物，电泳中可作为参照物
载体
克隆载体:大量扩增外源DNA的载体
表达载体:使目的基因既能扩增又能表达出相应蛋白质的载体 （多了启动子终止子）
目的基因导入受体细胞
细菌
氯化钙溶液制备感受态细胞
动物
显微注射法
植物
农杆菌转化法（Ti质粒上的T-DNA 片段能整合到植物染色体DNA中）
检测目的基因
标记基因筛选
核酸分子杂交
PCR技术和琼脂糖凝胶电泳/DNA测序
检测目的基因表达
RNA-核酸分子杂交
蛋白质-抗原抗体杂交
性状-个体水平
知识点
动物细胞培养技术的原理是细胞增殖
进行动物培育一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织，器官， 原因是细胞分化程度低，增殖能力强，易于培养
胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理，可以消化组织细胞中的胶原纤维和细 胞外的其他成分，获得单细胞
血液，淋巴组织的细胞及某些肿瘤细胞呈悬浮生长状态
采集的精液需要加入特殊的稀释液，并在低温下保存，长时间保存需保存在液氮
胚胎分割必须保证将内细胞团均等分裂，获得的胚胎能直接移植给受体
对动物早期胚胎或配子处理可获得目标个体
胚胎工程主要操作对象:生殖细胞，受精卵，早期的胚胎细胞
受精作用
受精的标志:观察到两个极体或雌雄原核
受精完成的标志:是雌雄原核的融合
受精过程:精卵识别（次级卵母细胞）→精子入卵→雌雄原核形成→ 雌雄原核的染色体会和，形成新核→受精卵
精子获能:获得进入卵细胞的能力
囊胚
内细胞团
滋养层（囊胚外表的一层扁平细胞）
发育成胚胎的附属结构或胚外结构，如绒毛膜，胎盘
囊胚腔
分裂过程:受精卵（个体发育起点）→二分裂球→四分裂球→八分裂球→桑椹胚→囊胚→原肠胚
原肠胚:具有内中外三个胚层，逐渐分化形成各种器官原基（最先形成的是脑和脊髓原基-神经管）
卵细胞采集技术
手术采卵（冲洗输卵管采卵）→成熟的
非手术采卵（子宫冲卵）→未成熟的
人为注射外源促性腺激素，促进卵巢排除较正常情况下更多的成熟卵细胞的方法称为超数排卵
胚胎培养液:氨基酸，核苷酸，维生素激素，动物血清（二酸二素一血清）
胚胎发育到一定阶段，可取出向受体移植（桑椹胚或囊胚阶段）或冷冻保存
胚胎移植:是指将雌性动物的早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的，生理状态相同（孕激素处理），实质:早期胚胎在相同的生理环境条件下空间位置的转移
胚胎分割
借助显微镜技术将早期胚胎切割成几等分，再移植到代孕动物子宫中发育，产生同卵多仔
通过细胞融合可产生具有新特性的细胞
细胞融合:在一些融合因子的作用下，将两个或两个以上的细胞合并成一个细胞的技术
细胞融合范围:
基因型相同的细胞间
基因型不同的同种生物细胞间
亲缘关系非常远的不同种生物细胞
细胞融合诱导机理:在某些诱导因素的作用下，细胞膜发生一定程度的损伤，细胞膜就可以实 现相互粘连而融合在一起
细胞融合方法:
聚乙二醇（化学方法）
电脉冲诱导（物理方法）
可以促进细胞融合，还起到激活重组细胞发育的作用
激光融合（物理方法）
灭活的病毒（生物方法）
一种抗原有多种抗原决定簇，一种抗原决定簇决定一种抗体
单克隆抗体制备过程
第一次筛选（HAT选择培养基）
筛选出的杂交瘤细胞不一定需要
第二次筛选（克隆培养，抗体检验）
筛选得到分泌所需抗体的杂交瘤细胞
注入小鼠腹腔，从腹水中分离/体外培养，培养液中分离
单克隆抗体优点:纯度高，可大量制备，在应用时具有特异性强，灵敏度高的特点
通过细胞核移植克隆动物
动物细胞核移植:是指将细胞核移入一个去核的卵母细胞中，使其发育成动物个体的过程，培养出的动物称为克隆动物（应用显微技术进行）
去核常用方法
紫外线破坏（低等两栖）
显微技术/显微操作（高等哺乳）
梯度离心（植物细胞）
多莉羊克隆过程受体为卵细胞或受精卵原因
卵细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质
卵细胞体积大便于操作
卵细胞内卵黄多，营养物质丰富
克隆动物涉及哪些生物技术
动物细胞培养技术
体细胞核移植技术（最重要）
动物细胞融合技术
早期胚胎培养技术
胚胎移植技术
核移植前，细胞需进行营养限制性培养，以提高核移植成功率
细胞培养是动物细胞工程的基础
动物细胞培养:从动物体获得相关组织，分散成单个细胞后，在适宜环境下让细胞生长和增值的过程
动物细胞可在二氧化碳培养箱（5%二氧化碳→调节pH相对稳定，95%空气→保证细胞呼吸）中生长增殖，最适温度37℃，pH7.2-7.4，采用开放式培养（使细胞代谢产生的二氧化碳及时溢出培养皿）
培养动物细胞需要提供无菌无毒的条件，可在培养基中加入抗生素抑制细菌真菌生长，血清等成分过滤除菌，定期更换培养液以防止细胞代谢产生有毒物质危害细胞
合成培养基中添加一定比例的动物血清或其他天然成分（补充合成培养基中动物细胞生长需要的未知营养物质）
动物细胞培养
原代培养
传代培养
将组织分散为单个细胞原因:1.从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖；2.使细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换
体外培养的动物细胞往往具有贴壁生长和接触抑制的特点
传代培养收集细胞
悬浮生长类
直接用离心法收集
贴壁生长类
胰蛋白酶处理分散成单细胞后离心
原代培养物经首次传代成功即成细胞系
连续细胞系/无限细胞系
恶性细胞系
良性无限细胞系（保留接触抑制，不致癌）
有限细胞系
通过一定的选择或纯化方法，从原代培养物或细胞中获得的具有特殊性质的细胞称为细胞株
连续细胞株
有限细胞株
细胞株是细胞系经过进一步的克隆培养得到的
把一个单细胞从群体中分离出来单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体的技术，称为细胞克隆/克隆培养 （产物为基因型一致，遗传性状统一的纯系）
第四章:基因工程
第三章:动物细胞工程
选择性必修三 生物技术与工程
知识点
诱导原生质体融合方法
电刺激
离心
振荡
聚乙二醇
通过添加PRG使原生质体融合后，加入过量的培养基进行稀释 目的:降低PEG浓度，使其失去诱导融合作用
杂菌滋生影响
杂菌与培养物争夺营养
杂菌分泌有害物质影响植物组织生长
培养基加糖类作用:作为能源物质；维持培养基的渗透压
最广泛的植物培养基:MS培养基
植物细胞工程的基础是:植物组织培养
植物组织培养的理论基础:植物细胞具有全能性
愈伤组织在液体培养基中悬浮振荡培养
实验中用6-BA和NAA原因:为人工合成的类似物，植物体内无相 关分解酶，作用时间长，效果明显
易错点
棉花根尖细胞经诱导形成的幼苗能体现细胞全能性（√）
在脱分化过程中，组织细胞全能性不断增强（√）
再分化的实质是基因的选择性表达（√）
菊花的组织培养需要经过脱分化再分化过程（×）（不经愈伤组织阶段）
利用组织培养形成的脱毒苗具有抗病毒的能力（×）
愈伤组织是经过脱分化形成的具有一定形态和功能细胞团（×）
体细胞杂交获得新的植物体
成功培养原生质体是植物体细胞杂交技术的基础
原生质体优点
没有细胞壁阻碍，植物细胞之间得以融合
原生质体更易被转入外源基因，是植物基因工程的理想受体
与完整细胞一样具有全能性，仍可产生细胞壁
获得原生质体方法
较高渗透压下，用纤维素酶和果胶酶混合液处理 较高渗透压→使细胞处于微弱的质壁分离状态， 有利于完整原生质体释放，防止原生质体被破坏
原生质体活力检测方法
胞质环流法
染色法
渗透吸水或失水
荧光标记法
氧摄入量评价法
分离原生质体数量和质量相关因素
材料的种类和生理状态
酶的种类，酶解时间和温度，酶液浓度
分离与纯化的方法
再生出细胞壁是诱导成功的标志，细胞壁再生后要逐渐降低渗透压
杂种植物需要鉴定和选育原因:两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达
植物体细胞杂交技术意义:克服远缘杂交的不亲和性，获得新品种
愈伤组织:无组织结构， 松散的薄壁细胞团
植物细胞培养获得完整植株
植物组织培养:在无菌和人工控制条件下，将离体的植物体器官，组织或细胞等培养在人工配制的培养基中，使其生成完整植株或使其细胞增殖并产生细胞代谢产物
用于培养的植物的离体组织，器官等称为外植体（具有分生组织/生长点）→可直接诱导发芽
根据外植体不同，植物组织培养可分为
器官培养
组织培养
细胞培养
原生质体培养
植物细胞的全能性:植物体的每个生活细胞（不含细胞核的细胞除外）都具有该植物所包含的全部遗传信息，因而具有发育成完整植株的潜能
植物全能性的表达方式
脱分化
离体状态下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能 重新获得分裂能力（涉及有丝分裂，不需要光照）
再分化
愈伤组织在一定条件下，可重新分化为各种类型的细胞， 进而形成芽或根等，再生出新的植株
愈伤组织再分化形成完整植株途径
器官发生途径
先形成芽再形成根
体细胞胚发生途径
形成类似种子胚的结构胚状体，再发育成完整植株
若以植株的茎尖或带芽的茎段培养时，腋芽或顶芽可不经愈伤组织阶段
外植体表面消毒
一定浓度次氯酸钠，氯化汞和酒精多种药剂配合使用
生长素类和细胞分裂素类物质的浓度和配比在脱分化和再分化中起关键作用（比值大有利于根形成，比值小有利于芽形成）
植物组织培养
初代培养
继代培养
植物脱毒
取一定大小的茎尖进行培养，再生植株可能不带病毒 （原因:1.生长点附近病毒浓度低甚至无病毒 2.茎尖分化程度低，易形成愈伤组织）
人工种子
人工种皮
具有透气，透水，和易降解等特点
体细胞胚
人工胚乳
胚乳提供营养成分和植物激素
活动 （菊花组织培养及幼苗移栽）
外植体消毒先在洗涤灵稀释液浸泡，再75%酒精中消毒，最后无菌水冲洗
在无菌纸上分割试管苗成单株
炼苗→提高试管苗对外部环境的适应能力
育苗盘中放蛭石和珍珠岩（松软透气保水性好）
试管苗去掉褐化部分，在清水中洗掉琼脂→防止滋生杂菌
第二章:植物细胞工程
知识点
生产上常用巴氏消毒法对牛奶进行消毒 优点:达到消毒目的的同时，营养物质损失较少
检查培养基灭菌是否合格方法:将未接种的平板放入恒温箱培养，观察是否有菌落
倒平板过程要在超净工作台上并在酒精灯火焰旁进行
血细胞技术板有两个技术室，每个大方格容积0.1mm³
显微镜计数法统计的菌数往往比活菌实际数目多 原因:不能区分死菌和活菌
计数时一个小方格内酵母菌过多 措施:稀释一定倍数后再取样
培养基制备过程:计算称量融化定容调pH分装灭菌
灭菌和无菌操作可以排除非目标微生物的干扰
高压蒸汽灭菌锅使用时，温度和压力达到设定值后开始计时
固体培养基生长速度慢原因:细胞与固体培养基的接触面积小 细胞与环境间物质交换速度相对较慢
泡菜中起作用的微生物主要是:植物乳杆菌，短乳杆菌，明串珠菌
洗净的葡萄用高锰酸钾浸泡:去除杂菌
干酵母加入发酵瓶前要活化:加快酵母繁殖
酒精发酵后期产生气泡速率变慢:营养物质减少酒精浓度过高，酵母菌活性减弱
青霉菌异养需氧型，孢子生殖
易错点
果醋发酵阶段应封闭充气孔，防止杂菌进入（X）
酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动（X）
制作果酒，果醋，泡菜过程中pH均下降（√）
利用自然菌种发酵果酒时，将装有葡萄汁的发酵瓶进行高压灭菌（X）
酵母菌发酵制葡萄酒过程中酵母菌处于碱性状态（X）
配置培养基时必须用无菌水（×）（蒸馏水）
涂布器灼烧后立即涂布（×）（冷却）
取样时滴管从静置的培养液底部吸取，数据会偏大（√）（要摇匀）
培养基中必须添加碳源（×）
酒精发酵一般温度控制在30-35℃（×）（25℃左右）
实验过程中关闭紫外灯，但始终开着过滤风（√）
发酵工程为人类提供生物产品
菌种:用于发酵，研究的微生物（不是分类学上的基本单位）
菌株:一种微生物每一个来源不同的纯培养物
发酵食品不同风味的多种因素
原料
水质
菌种
微生物种类
代谢特点
种间关系
发酵条件
温度
pH
氧气
发酵时间
活动 （制果酒果醋）
酵母菌（异养兼性厌氧型）酸性；醋酸菌（异养需氧型）酸性
弯折吸管→排除二氧化碳，防止菌进入
凡士林密封吸管→防止氧气进入
吸管插入水中→防止氧气进入；观察气泡产生速率，检测发酵过程
所放葡萄体积不超过瓶子体积一半→给酵母菌繁殖提供氧气； 防止发酵过程产生的二氧化碳使发酵液溢出
为提高酒精产量，可加适量白糖
制醋酸时在瓶壁戳洞以通入氧气，并提高温度（30-35℃）
活动 （制泡菜）
蔬菜切小块→加快发酵进程，开水清洗坛子→杀死杂菌
盐水→抑制细菌生长；使蔬菜脱水
白酒→抑制杂菌生长
盐水没过蔬菜（防止蔬菜表面好氧型微生物生长，导致蔬菜腐烂） 基本装满泡菜坛（创造无氧环境）
盖上泡菜坛盖，用水封住坛口，坛内防止外界空气进入，坛内少量气体 可排出，制造无氧环境
开水短时间处理可缩短腌制时间
加陈泡菜汁可缩短腌制时间（有较多发酵菌）
分离或提纯发酵产物
产品为菌体本身
过滤/沉淀
产品为代谢产物
真空发酵（减压，是易挥发产物分离）如:酒精
吸附发酵（加吸附剂）如:加离子交换树脂吸附乳酸
萃取发酵（形成不相容两相系统）如:双水相萃取α-淀粉酶
由一个细胞分裂形成的，肉眼 可见的，有一定形态结构的子 细胞集团——单菌落
分离和纯化获得纯净目标微生物
接种方法
平板划线法（操作简单） 原理:聚集的菌种随划线次数 增加而减少，划线尾部得到 单细胞形成单菌落
连续平行划线
扇形划线
多次连续平行划线
划线首位不相连
划线前后灭菌 接种结束灼烧
划线后培养皿倒置
只蘸一次菌液
稀释涂布平板法（更易获得 单菌落，可进行微生物计数）
活菌数统计值<实际值→一个菌落可能由多个细胞形成
活动 （接种培养分离酵母菌）
灼烧灭菌为避免灭菌后接种环高温烫死菌种，应在挑取菌种前将接种环贴在培养容器内壁降温
用无菌水稀释酵母菌菌液
获得单菌落后接种至斜面保存（先在适宜条件下繁殖，再放到4℃环境保存）
计数 （只计活菌可染色）
先将盖玻片盖在计数板上，用吸管（胶头滴管)在中央盖玻片边缘滴加摇匀的酵母菌悬液 避免菌液滴到盖玻片→计数结果偏大 注意防止产生气泡→计数结果偏小
25个中方格→五点取样
计上不加下，计左不计
分解尿素的微生物的分离和计数
加酚红指示剂，只有尿素（G6玻璃砂漏斗过滤除菌)作为氮源
圆形红色区域的直径与菌落直径比值大表明利用尿素的能力强
LB固体培养基（细菌通用培养基）做对照
用琼脂糖而不用琼脂（琼脂是未纯化混合物，含氮）
尿素培养基很多菌落颜色未改变→固氮菌或直接利用尿素作为氮源的微生物生长
先灭菌在倒平板，冷凝后平板倒置
微生物的培养需要适宜条件
培养基成分:水，无机盐，碳源，氮源，生长因子（维生素，氨基酸，嘌呤，嘧啶）
细菌培养基:蛋白胨和酵母提取物，环境中性偏碱
霉菌培养基:可溶性淀粉和无机物/添加蔗糖的豆芽汁，环境中性偏酸
培养基分类:
物理特性
液体培养基（快速增殖，扩大培养）
固体培养基
平板（分离，鉴定，活菌计数）
斜面（菌种保存）
化学成分
合成培养基（化学成分完全清楚）
天然培养基（成分不清楚不恒定）
功能分类
选择培养基（添加或减去某种化学成分，使只有特定微生物能生长）
鉴别培养基
灭菌和无菌操作技术 （排除目标微生物的干扰）
加热→蛋白质变性；紫外线→蛋白质和核酸变性
灭菌方法
干热灭菌（干热灭菌箱）
湿热灭菌（高压灭菌锅→数据由芽孢耐热性确定）
灼烧灭菌
过滤除菌（G6玻璃砂漏斗）
接种工具:涂布器（浸泡于75%酒精，接种前酒精灯灼烧)。 接种环（明火灼烧使微生物碳化）
活动 （配置培养基）
试管中液体量约为试管长度1/4
用普通棉花制棉塞（脱脂棉吸水易污染）
第一章:发酵工程