3.3 3.4基因工程的应用、蛋白质工程-【帮课堂】2024-2025学年高二生物同步学与练（人教版2019选择性必修3）

第3章 基因工程 第3、4节 基因工程的应用，蛋白质工程 学习目标 1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。 2.认同基因工程的应用价值，关注基因工程的进展。 3.说出蛋白质工程崛起的缘由，概述蛋白质工程的基本原理。 4.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 学习重点：基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用，蛋白质工程的基本原理。 学习难点：乳腺生物反应器，依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 1.基因工程的应用 （1）基因工程在农牧业方面的应用包括： ，转基因抗病植物，转基因抗除草剂植物，改良植物的品质， ，改善畜产品的品质等。 （2）基因工程在医药卫生领域的应用包括：创新基因工程药物研发， ， 等。 （3）基因工程在食品工业方面的应用包括：生产 用酶，通过工业发酵批量生产 ，改良食品原料品质，高效生产 等。 2.蛋白质工程的崛起：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过 ，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 3.蛋白质工程崛起的缘由：基因工程原则上只能生产 的蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合 的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 4.蛋白质工程的基本原理：从 的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的 序列，找到相对应的 序列（基因），再通过基因工程技术将改造后的基因导入 ，最终表达出具有特定功能的蛋白质。 5.蛋白质工程的关键步骤 （1）蛋白质结构分析：运用 、核磁共振等技术解析蛋白质的三维结构，了解蛋白质的 、氨基酸残基之间的相互作用以及 等信息，为后续的设计改造提供依据。 （2）分子设计：根据蛋白质 的关系，采用 、 等方法对蛋白质的氨基酸序列进行改造，设计出具有新功能或改良功能的蛋白质分子。 （3）基因合成与改造：根据设计好的氨基酸序列，利用 或 等技术合成相应的基因，或者对现有的基因进行 、 、插入等改造，以获得编码目标蛋白质的基因。 （4）表达与检测：将改造后的基因导入合适的 （如大肠杆菌、酵母菌等）进行表达，通过生物化学、 等方法对表达产物进行分离、纯化和功能检测，验证设计的蛋白质是否具有预期的功能。 6.蛋白质工程的基本思路： 的功能→设计 的结构→推测预期蛋白质应有的 序列→找到并改变相对应的 序列（基因）或合成新的基因→获取所需要的蛋白质 7.蛋白质工程的应用 （1）开发 ：设计和生产具有更高活性、更低副作用的药物，如改造胰岛素，使其更接近人体自然分泌的胰岛素，提高治疗糖尿病的效果；开发新型抗体药物，用于癌症、自身免疫性疾病等的治疗。 （2） 研发：通过蛋白质工程技术改造病毒或细菌的抗原蛋白，提高疫苗的免疫原性和安全性，增强疫苗的预防效果。 （3） 工程：改造工业用酶的特性，使其具有更高的催化效率、稳定性和底物特异性。例如，改造纤维素酶，使其能够在更温和的条件下高效降解纤维素，降低生物燃料的生产成本。 （4） ：通过改造植物体内的蛋白质，提高作物的营养价值、抗逆性和产量。如改良种子贮藏蛋白的氨基酸组成，提高作物蛋白质的营养价值；增强植物抗病虫害相关蛋白的活性，提高作物的抗病虫能力。 1.若要获得抗盐能力更强的抗盐基因，可以对基因H进行改造，最终得到相应的蛋白质，该过程可以通过蛋白质工程完成，该过程的基本思路是。 2.通过对Bt蛋白质三维结构图及氨基酸序列进行分析，发现若将该蛋白质结构中一段由14个氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt蛋白质能使棉铃虫具有更高的致死率。若要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt蛋白质进行改造，以提高其致死率，写出其实验设计思路。 3,。我国科学家用4种小分子化合物诱导小鼠的成纤维细胞转变成了iPS细胞，这种诱导方法与转入相关基因诱导产生iPS细胞相比，其优点是。 4.乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白。相比乳腺反应器，膀胱反应器的优点是。 5.人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是。 1.蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（    ） A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则 B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体 C．生产的蛋白质能在自然界中找到 D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 2.CD163蛋白是PRRSV病毒感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程，将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起（如下图），使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去（    ）    A．CD163基因中编码起始密码子的序列 B．CD163基因中编码终止密码子的序列 C．RFP基因中编码起始密码子的序列 D．RFP基因中编码终止密码子的序列 3.盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H2O2的跨膜转运，如图所示。下列叙述错误的是（    ）    A．细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的 B．PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排，从而减轻其对细胞的毒害 C．敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力 D．从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径 4.科研人员从某热泉的细菌中发现一种α-淀粉酶（AmyS1）,利用蛋白质工程对其进行改造，获得了具有更高热稳定性和催化效率的重组耐高温α-淀粉酶（AmyS2）。获取AmyS2基因后，构建基因表达载体的过程如图所示。该过程中，将目的基因与原始质粒A构建成质粒B,将质粒B与信号肽（一段能够引导目标蛋白质分泌到细胞外的肽链）基因构建成质粒C。下列分析错误的是（ ） A. 对淀粉酶结构进行改造最终要通过改造或合成基因来完成 B. 生产AmyS2是从预期AmyS2功能出发设计其氨基酸序列 C. 可以从导入质粒C的工程菌的培养液中提取获得AmyS2 D. 构建质粒B和C,选择的限制酶分别是NdeI和EcoRI、BamHI和Eco52 I 5.科研人员利用不同算法，可依据蛋白质结构预测其功能。下列有关说法错误的是（ ） A. 将未知蛋白质与已知蛋白质的氨基酸序列进行对比分析可以预测蛋白质的功能 B. 通过三维结构对比可以判断两个蛋白质是否有相似的功能 C. 核苷酸序列发生突变，其编码的蛋白质功能就会发生改变 D. 可根据蛋白质结构相似程度判断物种间亲缘关系的远近 探究一 如何提高玉米中赖氨酸的含量 1.玉米中赖氨酸含量比较低。 （1）玉米中赖氨酸含量低的原因是什么？ （2）写出提高玉米中赖氨酸含量的方法。 探究二 蛋白质工程的基本思路的应用 2.某多肽链的一段氨基酸序列是……—丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸—……。 （1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。 （2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因? 探究三 速效胰岛素类似物的研发 3.天然胰岛素制剂容易形成二聚体或 六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一 个逐渐解离为单体的过程，这在一定程度 上延缓了疗效。科学家希望对胰岛素进行改造，从而降低它的聚合作用。 （1）改造胰岛素的原理是什么？ （2）胰岛素改造的成果。 探究四 人鼠抗体的嫁接 4.小鼠单克隆抗体会使 人产生免疫反应，从而导致 它的治疗效果大大降低。鼠抗体和人抗体的结构如下图所示。 尝试写出抗体诱发免疫反应的强度降低的思路，并画出图解。 · 基础过关练 利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　) A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体 B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代 C.通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞 D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶 2.植物生物反应器主要以整株植物、植物组织或植物悬浮细胞为加工场所，生产药物蛋白。叶绿体遗传转化体系是近年发展起来的一种新的植物生物反应器。叶绿体转化是以同源重组原理将外源目的基因整合到目标叶绿体基因组中的一种方式，是一种高表达、安全性极高的遗传转化方法。下列相关叙述错误的是(　　) A.植物生物反应器涉及的现代生物学技术是基因工程和植物细胞工程 B.构建的基因表达载体中含有叶绿体特异启动子，使得目的基因只能在叶绿体中表达 C.植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散 D.把目的基因导入叶绿体DNA中，将来产生的配子一定含有此目的基因 3.纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的相应氨基酸替换后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法，正确的是(　　) A.改造后的纤维素酶的较高热稳定性不可遗传 B.对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础 C.改造纤维素酶无需构建基因表达载体 D.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的 4.下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是(　　) A.a、b过程分别是转录、翻译 B.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 5.基因工程中常采用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞。某科研小组欲将某抗虫基因导入某植物，下列分析错误的是（ ） A. 应该将抗虫基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA片段内 B. 可以用农杆菌侵染水稻、玉米等单子叶植物 C. 目的基因与Ti质粒的结合未涉及碱基互补配对原则 D. 转基因是否成功，最简便的方法是观察该植物有没有抗虫性状 6.蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（    ） A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则 B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体 C．生产的蛋白质能在自然界中找到 D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 7.我国的科研团队首次发现了高粱细胞中AT1基因编码的AT1蛋白可以调节作物的耐碱性表型，对于提高作物在盐碱地的存活率具有重要意义。在盐碱地种植的作物会受胁迫产生过量的有害物质H2O2．图中的PIP2s为某种水通道蛋白，其磷酸化水平影响H2O2的跨膜运输，其机理如图所示。下列叙述错误的是（　　）    A．盐碱环境可引起大多数作物胞内液渗透压上升，吸水能力增强 B．PIP2s失活的植物细胞在高渗溶液中仍可以发生质壁分离 C．敲除AT1基因将导致PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排 D．可以将耐碱基因的成果应用到大豆、油菜等更多的作物提高其抗逆性 8.下列关于发酵工程的应用，叙述不正确的是（　　） A．在弱碱性条件下会积累谷氨酸 B．在青贮饲料中添加乳酸菌，可提高饲料的品质，动物食用后还能提高免疫力 C．可以将乙型肝炎病毒的抗体基因转入酵母菌，通过发酵工程制备乙型肝炎疫苗 D．苏云金杆菌不仅能防治棉铃虫，还能防治多种农林害虫 9.“筛选”是生物技术与工程中常用的技术手段。下列相关叙述正确的是（　　） A．诱导植物原生质体融合时，通过染色体数目即可筛选异种融合细胞 B．制备单克隆抗体时，可利用选择培养基筛选出能产所需抗体的杂交瘤细胞 C．培育耐盐植株时，必须在获得试管苗后才可用盐水浇灌进行筛选 D．制备工程菌时，可通过标记基因对成功转化的受体细胞进行筛选 10.新冠病毒是一种RNA病毒，疫苗是控制其肆虐的最有效手段。我国科学家研发出的腺病毒载体重组新冠病毒疫苗（重组疫苗）是一种基因工程疫苗，其基本制备步骤是：将新冠病毒刺突蛋白（S）对应的相关序列连接到位于载体上的腺病毒基因组DNA中，重组载体经扩增后转入特定动物细胞，进而获得重组腺病毒并制成疫苗。关于该基因工程疫苗，下列叙述正确的是（　　） A．为构建重组载体，可获取病毒遗传物质，再用限制酶将目的基因切下后进行连接 B．为提供针对新冠病毒的长期保护，需两次或更多次数地接种该重组疫苗 C．重组疫苗可指导合成新冠病毒增殖所需的多种蛋白质，以发挥更好的免疫效果 D．为保证安全性，制备重组疫苗时需删除腺病毒的某些增殖相关的基因 · 能力提升练 11.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转入优质油菜中，培育出转基因抗虫油菜品种，该品种在生长过程中能产生抗虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能提高油菜产量，减少农药使用量，保护农业生态环境。根据以上信息，分析下列叙述正确的是(　　) A.Bt基因的本质是蛋白质 B.Bt基因中有菜青虫的遗传物质 C.转基因抗虫油菜能产生抗虫蛋白是由于其具有Bt基因 D.转基因抗虫油菜产生的抗虫蛋白是无机物 12.几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化其水解。将几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力。下列有关叙述错误的是(　　) A.将几丁质酶基因插入Ti质粒的T­DNA上构建表达载体 B.可通过显微注射法将农杆菌导入菊花受体细胞 C.可用PCR等技术检测目的基因是否成功导入 D.可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度 13.不对称PCR是利用不等量的一对引物来产生大量单链DNA（ssDNA）的方法。加入的一对引物中含量较少的被称为限制性引物，含量较多的被称为非限制性引物。PCR的最初的若干次循环中，其扩增产物主要是双链DNA（dsDNA），但当限制性引物消耗完后，就会产生大量的ssDNA。不对称PCR的简单过程如图所示。假设模板DNA分子初始数量为a个，6次循环后开始扩增产生ssDNA。下列叙述错误的是（ ） A. 限制性引物和非限制性引物均需要依据模板DNA的碱基序列来设计 B. 据图可知，最后大量获得的ssDNA与图中甲链的碱基序列相同 C. 上述过程中子链分别沿限制性引物的5′端、非限制性引物的3'端延伸 D. 该不对称PCR过程中需要（26-1）a个限制性引物 14.紫外线引发的DNA损伤，可通过“核苷酸切除修复（NER）”方式修复，机制如图所示。着色性干皮症（XP）患者的NER酶系统存在缺陷，受阳光照射后，皮肤出现炎症等症状。患者幼年发病，20岁后开始发展成皮肤癌。下列叙述错误的是（　　）    A．修复过程需要限制酶和DNA聚合酶 B．填补缺口时，新链合成以5’到3’的方向进行 C．DNA有害损伤发生后，在细胞增殖后进行修复，对细胞最有利 D．随年龄增长，XP患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释 15.盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H2O2的跨膜转运，如图所示。下列叙述错误的是（    ）    A．细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的 B．PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排，从而减轻其对细胞的毒害 C．敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力 D．从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径 16.某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因（GFP）整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3-GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。   下列叙述正确的是（　　） A．Gata3基因的启动子无法控制GFP基因的表达 B．翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白 C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3-GFP基因纯合子 D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子 17.某同学拟用限制酶（酶1、酶2、酶3和酶4）、DNA连接酶为工具，将目的基因（两端含相应限制酶的识别序列和切割位点）和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。                   下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是（    ） A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E. coli DNA连接酶连接 B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接 C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E. coli DNA连接酶连接 18．猪—猴嵌合体是指将猴子的胚胎干细胞注射到猪的胚胎中，产生的猪猴混合体。研究人员使用了食蟹猴的胚胎干细胞，通过荧光蛋白追踪其在猪体内的分布。他们发现，嵌合体仔猪的心脏、肝脏、脾脏、肺和皮肤等器官中均有部分细胞来自猴子，但比例较低，在千分之一到万分之一之间。下列相关叙述正确的是（　　） A．注入猪囊胚的食蟹猴胚胎干细胞只能增殖分化成仔猪的某个器官 B．从猪卵巢内分离出的卵母细胞可直接与获能的猪精子完成受精作用 C．培育猪—猴嵌合体仔猪必须用到基因工程、细胞工程和胚胎工程 D．推测该仔猪的多个器官可能被免疫系统攻击而受损，进而寿命较短 19．科学家创造了“基因敲除”的方式：用外源基因整合到小鼠胚胎干细胞的DNA同源序列中，使某一个基因被取代或破坏而失活，形成杂合体细胞。然后将“修饰”后的胚胎干细胞植入小鼠的早期胚胎，生成嵌合体小鼠。科学家已经利用上述技术成功地把人类囊肿性纤维化病的致病基因移植到小鼠身上，培育出了患囊肿性纤维化病的小鼠。下列有关叙述错误的是 A．这种嵌合体小鼠长大后体内存在外源基因，而且可能会遗传给后代 B．在基因敲除中需要用到限制性核酸内切酶、DNA连接酶等 C．通过“基因敲除”方式导致的变异类型属于基因突变 D．基因敲除技术有利于人类对某些遗传因素引发的疾病进行研究 20．在胰岛B细胞中，当胰岛素原向胰岛素转变的过程中，furin酶可以识别并切除胰岛素原分子中特定的氨基酸序列，从而完成胰岛素的加工，产生具有生物活性的胰岛素。某些糖尿病患者体内合成的胰岛素原结构异常，不能正常完成上述过程。基因治疗该类患者的方法之一是：将胰岛素基因导入胰岛B细胞以外的细胞，同时导入一些调节因子刺激该细胞再生，使之成为能分泌具生物活性胰岛素的新B细胞。欲使胰岛素基因的表达产物在新的B细胞中能被加工，产生生物活性，正确的操作是 A．导入胰岛素基因时，同时导入furin酶基因 B．导入胰岛素基因后，加入furin酶 C．使胰岛素基因的表达产物中含furin酶切位点 D．改造furin酶基因，使其丧失识别和切除功能 思维拓展练 21.青蒿素是有效的抗疟药物，但野生黄花蒿青蒿素产量低，为缓解青蒿素供应不足的状况，科学家将tms基因和tmr基因导入黄花蒿的愈伤组织从而获得了黄花蒿的冠瘿组织，实验过程用到的部分结构如下图。请据图回答问题： (1)在构建重组Ti质粒的过程中常使用两种能产生不同黏性末端的限制性内切核酸酶对目的基因和Ti质粒分别进行切割，这样做的好处有_________________ ___________________________________________________________________。 (2)将目的基因导入黄花蒿愈伤组织前，先将目的基因导入农杆菌，农杆菌的作用是_______________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (3)为了准确鉴别受体细胞中是否含有目的基因并将含有目的基因的细胞筛选出来，所选的Ti质粒至少应包含________种抗生素抗性基因，以便筛选和鉴别。 (4)与愈伤组织相比，冠瘿组织的生长速度更快，原因可能是__________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (5)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是___________________________________________________ __________________________________________________________________。 22.乙肝病毒表面有T1蛋白和T2蛋白，免疫接种实验表明这两种蛋白质都可引起实验动物的免疫反应。科研人员用农杆菌转化法培育出转基因番茄，用于生产可口服的乙肝病毒疫苗，为预防乙肝开辟了一条新途径。回答下列问题： (1)T1蛋白和T2蛋白进入实验动物的肠道后，会被实验动物小肠黏膜上的一种M细胞当作________处理，进而引发一系列的免疫反应，最终产生相应的________，使实验动物获得了对乙肝病毒的免疫能力。 (2)构建基因表达载体是基因工程的核心，其目的是______________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 构建表达载体时，需要选择果实特异性启动子，其目的是___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)用转基因番茄生产可口服的乙肝病毒疫苗(含T1蛋白)，若要检测目的基因是否翻译出T1蛋白，可用的检测物质是________________(填“T1蛋白的基因”或“T1蛋白的抗体”)，该检测方法称为_______________________________________。 (4)获得转基因番茄植株后，已确定该植株所结番茄中含有T2蛋白，此后还要对T2蛋白的功能进行个体水平的鉴定，方法是____________________________。 23.在盐碱地种植的作物会受胁迫产生过量的有害物质H2O2，PIP2s为某种水通道蛋白，其磷酸化水平影响H2O2的跨膜运输。我国的科研团队首次发现了植物细胞中AT1基因编码的AT1蛋白可以调节作物的耐碱性表型，其机理如图一所示。图二表示通过“PCR替换个别核苷酸获得突变基因”的定点突变技术，且个别核苷酸差异不影响引物与模板链的结合。回答下列问题： （1）盐碱环境可引起大多数作物细胞内液渗透压_______，吸水能力_______。图一中植物细胞中AT1基因编码的AT1蛋白可以调节作物的耐碱性表型，其机理为______。 （2）通过PCR替换个别核苷酸诱导AT1基因突变时，引物_______中含有特定的突变，为防止引物相互杂交，需要设计两个反应体系，分别加入引物对_____、______用于合成PCR产物1和PCR产物2；然后将PCR产物1和2加入无引物的PCR反应体系得到含有点突变的目的基因。再用引物对________扩增目的基因，得到大量的点突变目的基因。 （3）为了使扩增的目的基因两侧能被某种限制酶酶切形成黏性末端，对引物1和引物4的要求是_____。 （4）若将点突变目基因导入棉花细胞，我国科学家自己独创的方法是______。要检测是否成功表达，可以从转基因生物个体中提取蛋白质，用相应的抗体进行_______杂交。 24.基因递送是植物遗传改良的重要技术之一，我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统（切—浸—生芽Cut-Dip-Budding，简称CDB法）。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。    回答下列问题。 (1)图1中，从外植体转变成愈伤组织的过程属于 ；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和 ，该过程还需要光照，其作用是 。 (2)图1中的愈伤组织，若不经过共培养环节，直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的 。图1中，含有外源基因的转化植株A若用于生产种子，其包装需标注 。 (3)图1与图2中，农杆菌侵染植物细胞时，可将外源基因递送到植物细胞中的原因是 。 (4)已知某酶（PDS）缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体（含有绿色荧光蛋白标记基因），利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B．据此分析，从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是 ，图2中，鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是 ，依据是 。 (5)与常规转化法相比，采用CDB法进行基因递送的优点是 （答出2点即可）。 25.赖氨酸是人体不能合成的必需氨基酸，而人类主要食物中的赖氨酸含量很低，利用生物技术可提高食物中赖氨酸含量。回答下列问题： (1)植物细胞合成的赖氨酸达到一定浓度时，能抑制合成过程中两种关键酶的活性，导致赖氨酸含量维持在一定浓度水平，这种调节方式属于 。根据这种调节方式，在培养基中添加 ，用于筛选经人工诱变的植物悬浮细胞，可得到抗赖氨酸类似物的细胞突变体，通过培养获得再生植株。 (2)随着转基因技术与动物细胞工程结合和发展，2011年我国首次利用转基因和体细胞核移植技术成功培育了高产赖氨酸转基因克隆奶牛。其基本流程为： ①构建乳腺专一表达载体。随着测序技术的发展，为获取富含赖氨酸的酪蛋白基因（目的基因），可通过检索 获取其编码序列，用化学合成法制备得到。再将获得的目的基因与含有乳腺特异性启动子的相应载体连接，构建出乳腺专一表达载体。 ②表达载体转入牛胚胎成纤维细胞（BEF）。将表达载体包裹到磷脂等构成的脂质体内，与BEF膜发生 ，表达载体最终进入细胞核，发生转化。 ③核移植。将转基因的BEF作为核供体细胞，从牛卵巢获取卵母细胞，经体外培养及去核后作为 。将两种细胞进行电融合，电融合的作用除了促进细胞融合，同时起到了 重组细胞发育的作用。 ④重组细胞的体外培养及胚胎移植。重组细胞体外培养至 ，植入代孕母牛子宫角，直至小牛出生。 ⑤检测。DNA水平检测：利用PCR技术，以非转基因牛耳组织细胞作为阴性对照，以 为阳性对照，检测到转基因牛耳组织细胞中存在目的基因。RNA水平检测：从非转基因牛乳汁中的脱落细胞、转基因牛乳汁中的脱落细胞和转基因牛耳组织细胞，提取总RNA，对总RNA进行 处理，以去除DNA污染，再经逆转录形成cDNA，并以此为 ，利用特定引物扩增目的基因片段。结果显示目的基因在转基因牛乳汁中的脱落细胞内表达，而不在牛耳组织细胞内表达，原因是什么？ 。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3章 基因工程 第3、4节 基因工程的应用，蛋白质工程 学习目标 1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。 2.认同基因工程的应用价值，关注基因工程的进展。 3.说出蛋白质工程崛起的缘由，概述蛋白质工程的基本原理。 4.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 学习重点：基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用，蛋白质工程的基本原理。 学习难点：乳腺生物反应器，依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 1.基因工程的应用 （1）基因工程在农牧业方面的应用包括： ，转基因抗病植物，转基因抗除草剂植物，改良植物的品质， ，改善畜产品的品质等。 （2）基因工程在医药卫生领域的应用包括：创新基因工程药物研发， ， 等。 （3）基因工程在食品工业方面的应用包括：生产 用酶，通过工业发酵批量生产 ，改良食品原料品质，高效生产 等。 2.蛋白质工程的崛起：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过 ，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 3.蛋白质工程崛起的缘由：基因工程原则上只能生产 的蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合 的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 4.蛋白质工程的基本原理：从 的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的 序列，找到相对应的 序列（基因），再通过基因工程技术将改造后的基因导入 ，最终表达出具有特定功能的蛋白质。 5.蛋白质工程的关键步骤 （1）蛋白质结构分析：运用 、核磁共振等技术解析蛋白质的三维结构，了解蛋白质的 、氨基酸残基之间的相互作用以及 等信息，为后续的设计改造提供依据。 （2）分子设计：根据蛋白质 的关系，采用 、 等方法对蛋白质的氨基酸序列进行改造，设计出具有新功能或改良功能的蛋白质分子。 （3）基因合成与改造：根据设计好的氨基酸序列，利用 或 等技术合成相应的基因，或者对现有的基因进行 、 、插入等改造，以获得编码目标蛋白质的基因。 （4）表达与检测：将改造后的基因导入合适的 （如大肠杆菌、酵母菌等）进行表达，通过生物化学、 等方法对表达产物进行分离、纯化和功能检测，验证设计的蛋白质是否具有预期的功能。 6.蛋白质工程的基本思路： 的功能→设计 的结构→推测预期蛋白质应有的 序列→找到并改变相对应的 序列（基因）或合成新的基因→获取所需要的蛋白质 7.蛋白质工程的应用 （1）开发 ：设计和生产具有更高活性、更低副作用的药物，如改造胰岛素，使其更接近人体自然分泌的胰岛素，提高治疗糖尿病的效果；开发新型抗体药物，用于癌症、自身免疫性疾病等的治疗。 （2） 研发：通过蛋白质工程技术改造病毒或细菌的抗原蛋白，提高疫苗的免疫原性和安全性，增强疫苗的预防效果。 （3） 工程：改造工业用酶的特性，使其具有更高的催化效率、稳定性和底物特异性。例如，改造纤维素酶，使其能够在更温和的条件下高效降解纤维素，降低生物燃料的生产成本。 （4） ：通过改造植物体内的蛋白质，提高作物的营养价值、抗逆性和产量。如改良种子贮藏蛋白的氨基酸组成，提高作物蛋白质的营养价值；增强植物抗病虫害相关蛋白的活性，提高作物的抗病虫能力。 【答案】1.（1）转基因抗虫植物 提高动物的生长速率 （2）基因诊断与基因治疗 乳腺反应器 （3）食品工业 凝乳酶 食品添加剂 2.改造或合成基因 3.自然界中已存在 特定物种生存 4.预期 氨基酸 脱氧核苷酸 受体细胞 5. （1）X 射线晶体学 空间构象 活性位点 （2）结构与功能 定点突变 基因拼接 （3）化学合成 PCR 定点突变 缺失 （4）受体细胞 免疫学 6.预期蛋白质 预期蛋白质 氨基酸 脱氧核苷酸 7.（1）新型药物 （2）疫苗 （3）酶 （4）改良作物品质 1.若要获得抗盐能力更强的抗盐基因，可以对基因H进行改造，最终得到相应的蛋白质，该过程可以通过蛋白质工程完成，该过程的基本思路是。 ①预期耐盐蛋白质的功能；②设计耐盐蛋白质的结构；③推测应有的氨基酸序列；④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因→获得耐盐能力更强的蛋白质)序列。 2.通过对Bt蛋白质三维结构图及氨基酸序列进行分析，发现若将该蛋白质结构中一段由14个氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt蛋白质能使棉铃虫具有更高的致死率。若要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt蛋白质进行改造，以提高其致死率，写出其实验设计思路。 参照密码子表，找到合成该14个氨基酸的碱基序列所在的基因位置，将这些碱基序列进行缺失处理。 3,。我国科学家用4种小分子化合物诱导小鼠的成纤维细胞转变成了iPS细胞，这种诱导方法与转入相关基因诱导产生iPS细胞相比，其优点是。 避免了转入相关因子诱导iPS细胞可能带来的致癌风险。 4.乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白。相比乳腺反应器，膀胱反应器的优点是。不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效。 5.人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是。 真核细胞的基因结构不同于原核细胞，其转录出的mRNA需加工后才能作为翻译的模板，细菌中不存在此机制 1.蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（    ） A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则 B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体 C．生产的蛋白质能在自然界中找到 D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 【解析】D 蛋白质工程最终也是基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，B错误；生产的蛋白质在自然界中找不到，因此才采用蛋白质工程进行合成，C错误；蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，D正确。 2.CD163蛋白是PRRSV病毒感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程，将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起（如下图），使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去（    ）    A．CD163基因中编码起始密码子的序列 B．CD163基因中编码终止密码子的序列 C．RFP基因中编码起始密码子的序列 D．RFP基因中编码终止密码子的序列 【解析】B 为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程，则拼接在一起的红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因都得转录和翻译，使其表达成一条多肽，因此拼接在一起的CD163基因转录形成的mRNA中不能出现终止密码子，否则红色荧光蛋白RFP基因转录形成的mRNA不能进行翻译，无法合成红色荧光蛋白，因此该拼接过程的关键步骤是除去CD163基因中编码终止密码子的序列，B符合题意，ACD不符合题意。 3.盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H2O2的跨膜转运，如图所示。下列叙述错误的是（    ）    A．细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的 B．PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排，从而减轻其对细胞的毒害 C．敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力 D．从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径 【解析】B 由题图右侧的信息可知，AT1蛋白缺陷，可以促进PIP2s蛋白的磷酸化，进而促进H2O2排出膜外，A正确；据题图左侧的信息可知，AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化，减少了H2O2从细胞内输出到细胞外的量，导致抗氧化胁迫能力弱，不能减轻其对细胞的毒害，B错误；结合对A选项的分析可推测，敲除AT1基因或降低其表达，可提高禾本科农作物抗氧化胁迫的能力，进而提高其成活率，C正确；从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因，可通过基因工程技术改良农作物抗逆性，D正确。 4.科研人员从某热泉的细菌中发现一种α-淀粉酶（AmyS1）,利用蛋白质工程对其进行改造，获得了具有更高热稳定性和催化效率的重组耐高温α-淀粉酶（AmyS2）。获取AmyS2基因后，构建基因表达载体的过程如图所示。该过程中，将目的基因与原始质粒A构建成质粒B,将质粒B与信号肽（一段能够引导目标蛋白质分泌到细胞外的肽链）基因构建成质粒C。下列分析错误的是（ ） A. 对淀粉酶结构进行改造最终要通过改造或合成基因来完成 B. 生产AmyS2是从预期AmyS2功能出发设计其氨基酸序列 C. 可以从导入质粒C的工程菌的培养液中提取获得AmyS2 D. 构建质粒B和C,选择的限制酶分别是NdeI和EcoRI、BamHI和Eco52 I 【解析】D 对蛋白质结构进行改造最终要通过改造或合成基因来完成，A正确；α—淀粉酶（AmyS1）的化学本质是蛋白质，蛋白质工程的基本思路是：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→找到并改变相对应的脱氧核糖核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质，正确；将质粒B与信号肽（一段能够引导目标蛋白质分泌到细胞外的肽链）基因构建成质粒C，可以从导入质粒C的工程菌的培养液中提取获得AmyS2，C正确；若用BamH I酶进行切割，会导致目的基因结构破坏，因此选择Nde I和EcoR I，既不会破坏目的基因，也能防止目的基因片段反向连接与质粒自身环化等问题；根据质粒C的结构以及信号肽基因上的酶切位点可知，将质粒B与信号肽基因构建成质粒C，应选择的限制酶是Mlu I和Eco 52Ⅰ，D错误。 5.科研人员利用不同算法，可依据蛋白质结构预测其功能。下列有关说法错误的是（ ） A. 将未知蛋白质与已知蛋白质的氨基酸序列进行对比分析可以预测蛋白质的功能 B. 通过三维结构对比可以判断两个蛋白质是否有相似的功能 C. 核苷酸序列发生突变，其编码的蛋白质功能就会发生改变 D. 可根据蛋白质结构相似程度判断物种间亲缘关系的远近 【解析】C 蛋白质的功能主要由其三维结构决定，而其三维结构与氨基酸序列有关。所以将未知蛋白质与已知蛋白质的氨基酸序列进行对比分析可以预测蛋白质的功能，A正确；蛋白质的功能主要由其三维结构决定，所以通过三维结构对比可以判断两个蛋白质是否有相似的功能，B正确；核苷酸序列发生突变，由于密码子具有简并性，其编码的蛋白质功能不一定发生改变，C错误；蛋白质结构相似程度越高，生物之间的相似性越大，亲缘关系越近，因此可根据蛋白质结构相似程度判断物种间亲缘关系的远近，D正确。 探究一 如何提高玉米中赖氨酸的含量 1.玉米中赖氨酸含量比较低。 （1）玉米中赖氨酸含量低的原因是什么？ （2）写出提高玉米中赖氨酸含量的方法。 （1）赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合 成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。赖氨酸达到一定浓度就 会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。 （2）将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸 合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子 中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 探究二 蛋白质工程的基本思路的应用 2.某多肽链的一段氨基酸序列是……—丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸—……。 （1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。 （2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因? （1）每种氨基酸都有对应的密码子，只要查一下密码子表，就可以将题中的氨基酸序列 的编码序列查出来。但是由于题中的氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编 码的，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出32种，可以让学生根 据学过的排列组合的知识自己排列一下。首先应该根据密码子推出mRNA 序列为 GCU (或C, 或A, 或G)UGGAAA (或GGAA (或G)UUU (或C), 再根据碱基互补配对 原则推出脱氧核苷酸序列为CGA (或G, 或T或C)ACTT (或C)CTT (或C)AAA (或G)。 （2）确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 探究三 速效胰岛素类似物的研发 3.天然胰岛素制剂容易形成二聚体或 六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一 个逐渐解离为单体的过程，这在一定程度 上延缓了疗效。科学家希望对胰岛素进行改造，从而降低它的聚合作用。 （1）改造胰岛素的原理是什么？ （2）胰岛素改造的成果。 （1）研究人员解析人胰岛素晶体结构发 现，人胰岛素由A链和B链构成，其中B链 的第20~29位氨基酸是胰岛素分子相互作 用形成多聚体的关键区域，改变这个区域 氨基酸的组成就有可能降低胰岛素分子间 的作用力。 （2）科学家已通过改造胰岛素基因实现 了对相应氨基酸序列的改造，使B28位脯 氨酸替换为天门冬氨酸或 者将它与B29 位 的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛 素的聚合，由此研发出的速效胰岛素类似 物产品已经在临床上广泛应用。 探究四 人鼠抗体的嫁接 4.小鼠单克隆抗体会使 人产生免疫反应，从而导致 它的治疗效果大大降低。鼠抗体和人抗体的结构如下图所示。 尝试写出抗体诱发免疫反应的强度降低的思路，并画出图解。 将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接” 到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。如下图。 · 基础过关练 利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　) A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体 B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代 C.通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞 D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶 【解析】C　要得到转基因山羊乳腺生物反应器，在构建基因表达载体时需要乳腺中特异表达的基因的启动子，使目的基因只在乳腺细胞中表达，A正确；通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊受精卵，C错误；山羊乳腺细胞含有内质网和高尔基体，可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶，D正确。 2.植物生物反应器主要以整株植物、植物组织或植物悬浮细胞为加工场所，生产药物蛋白。叶绿体遗传转化体系是近年发展起来的一种新的植物生物反应器。叶绿体转化是以同源重组原理将外源目的基因整合到目标叶绿体基因组中的一种方式，是一种高表达、安全性极高的遗传转化方法。下列相关叙述错误的是(　　) A.植物生物反应器涉及的现代生物学技术是基因工程和植物细胞工程 B.构建的基因表达载体中含有叶绿体特异启动子，使得目的基因只能在叶绿体中表达 C.植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散 D.把目的基因导入叶绿体DNA中，将来产生的配子一定含有此目的基因 【解析】D　植物生物反应器首先需要用基因工程技术将目的基因导入植物细胞，其次需要采用植物细胞工程技术将转基因植物细胞培育成转基因植株或转基因植物组织或转基因植物悬浮细胞，因此涉及基因工程和细胞工程技术，A正确；要使目的基因只能在叶绿体中表达，则构建的基因表达载体中要含有叶绿体特异性启动子，B正确；由于受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，因此植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散，C正确；把目的基因导入叶绿体DNA中，叶绿体DNA存在于细胞质中，在配子产生过程中并不遵循遗传定律，所以将来产生的配子中不一定含有此目的基因，D错误。 3.纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的相应氨基酸替换后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法，正确的是(　　) A.改造后的纤维素酶的较高热稳定性不可遗传 B.对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础 C.改造纤维素酶无需构建基因表达载体 D.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的 【解析】B　由于蛋白质工程是进行了基因改造，所以改造后的纤维素酶的较高热稳定性是可遗传的，A错误；对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础，B正确；改造纤维素酶同样需构建基因表达载体，C错误；对纤维素酶的改造是通过改造控制合成纤维素酶的基因来实现的，D错误。 4.下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是(　　) A.a、b过程分别是转录、翻译 B.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 【解析】C　a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因改造或基因合成，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需求，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B正确；蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，C错误；蛋白质工程中，可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因，D正确。 5.基因工程中常采用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞。某科研小组欲将某抗虫基因导入某植物，下列分析错误的是（ ） A. 应该将抗虫基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA片段内 B. 可以用农杆菌侵染水稻、玉米等单子叶植物 C. 目的基因与Ti质粒的结合未涉及碱基互补配对原则 D. 转基因是否成功，最简便的方法是观察该植物有没有抗虫性状 【解析】C 农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，因此应该将抗虫基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA片段内，A正确；若在单子叶植物的伤口处涂抹酚类化合物，则可以用农杆菌侵染水稻、玉米等单子叶植物，B正确；目的基因的黏性末端与质粒的黏性末端依赖碱基互补配对原则连接在一起，C错误；转基因是否成功，最简便的方法是从个体水平上观察该植物有没有抗虫性状，D正确。 6.蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（    ） A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则 B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体 C．生产的蛋白质能在自然界中找到 D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 【解析】D 蛋白质工程最终也是基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，B错误；生产的蛋白质在自然界中找不到，因此才采用蛋白质工程进行合成，C错误；蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，D正确。 7.我国的科研团队首次发现了高粱细胞中AT1基因编码的AT1蛋白可以调节作物的耐碱性表型，对于提高作物在盐碱地的存活率具有重要意义。在盐碱地种植的作物会受胁迫产生过量的有害物质H2O2．图中的PIP2s为某种水通道蛋白，其磷酸化水平影响H2O2的跨膜运输，其机理如图所示。下列叙述错误的是（　　）    A．盐碱环境可引起大多数作物胞内液渗透压上升，吸水能力增强 B．PIP2s失活的植物细胞在高渗溶液中仍可以发生质壁分离 C．敲除AT1基因将导致PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排 D．可以将耐碱基因的成果应用到大豆、油菜等更多的作物提高其抗逆性 【解析】C 盐碱环境可引起大多数作物细胞失水，细胞内渗透压上升，吸水能力增强，A正确；PIP2s是水通道蛋白一种，PIP2s失活水分子依然可以通过其他水通道蛋白或者自由扩散进出细胞，因此在高渗溶液仍可以发生质壁分离，B正确；AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化，敲除AT1基因将解除其对PIP2s蛋白磷酸化的抑制，促进H2O2外排，C错误；可以通过基因工程将耐碱基因的成果应用到大豆、油菜等更多的作物提高其抗逆性，D正确。 8.下列关于发酵工程的应用，叙述不正确的是（　　） A．在弱碱性条件下会积累谷氨酸 B．在青贮饲料中添加乳酸菌，可提高饲料的品质，动物食用后还能提高免疫力 C．可以将乙型肝炎病毒的抗体基因转入酵母菌，通过发酵工程制备乙型肝炎疫苗 D．苏云金杆菌不仅能防治棉铃虫，还能防治多种农林害虫 【解析】C 谷氨酸的发酵生产在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺，A正确；在青贮饲料中添加乳酸菌，通过乳酸菌的发酵，可以提高饲料品质，使饲料保鲜，同时提高动物免疫力，B正确；可以将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，通过发酵工程制备乙型肝炎疫苗，C错误；通过发酵工程生产的苏云金杆菌可制成微生物农药，用来防治多种农林虫害，这属于生物防治的实例，D正确。 9.“筛选”是生物技术与工程中常用的技术手段。下列相关叙述正确的是（　　） A．诱导植物原生质体融合时，通过染色体数目即可筛选异种融合细胞 B．制备单克隆抗体时，可利用选择培养基筛选出能产所需抗体的杂交瘤细胞 C．培育耐盐植株时，必须在获得试管苗后才可用盐水浇灌进行筛选 D．制备工程菌时，可通过标记基因对成功转化的受体细胞进行筛选 【解析】D 诱导植物原生质体融合时，通过染色体数目不能筛选异种融合细胞，因为融合的异种融合细胞和融合的同种融合细胞染色体数目可能相同，A错误；制备单克隆抗体时，可利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，用抗原筛选能产生所需抗体的杂交瘤细胞，B错误；培育耐盐植株时，可以用含一定浓度钠盐的培养基培养愈伤组织，C错误；标记基因可便于目的基因的鉴定和筛选，制备工程菌时，可通过标记基因对成功转化的受体细胞进行筛选，D正确。 10.新冠病毒是一种RNA病毒，疫苗是控制其肆虐的最有效手段。我国科学家研发出的腺病毒载体重组新冠病毒疫苗（重组疫苗）是一种基因工程疫苗，其基本制备步骤是：将新冠病毒刺突蛋白（S）对应的相关序列连接到位于载体上的腺病毒基因组DNA中，重组载体经扩增后转入特定动物细胞，进而获得重组腺病毒并制成疫苗。关于该基因工程疫苗，下列叙述正确的是（　　） A．为构建重组载体，可获取病毒遗传物质，再用限制酶将目的基因切下后进行连接 B．为提供针对新冠病毒的长期保护，需两次或更多次数地接种该重组疫苗 C．重组疫苗可指导合成新冠病毒增殖所需的多种蛋白质，以发挥更好的免疫效果 D．为保证安全性，制备重组疫苗时需删除腺病毒的某些增殖相关的基因 【解析】D 新冠病毒是一种RNA病毒，构建重组载体时，需要将新冠病毒刺突蛋白（S）对应的相关序列逆转录形成DNA，再与载体进行拼接，A错误；该重组疫苗进入细胞后，可通过转录翻译形成数量较多的新冠病毒刺突蛋白（S），且该重组疫苗会整合到宿主细胞的基因组中，随着宿主细胞的增殖而复制，因此不需要两次或更多次数地接种该重组疫苗，B错误；根据题意可知，重组疫苗可指导合成新冠病毒刺突蛋白（S），即只能合成一种蛋白，C错误；为保证安全性，制备重组疫苗时删除了腺病毒的某些基因，使其在人体中无法增殖，但重组疫苗仍然可以诱发人体产生针对新冠病毒的特异性免疫应答，D正确。 · 能力提升练 11.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转入优质油菜中，培育出转基因抗虫油菜品种，该品种在生长过程中能产生抗虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能提高油菜产量，减少农药使用量，保护农业生态环境。根据以上信息，分析下列叙述正确的是(　　) A.Bt基因的本质是蛋白质 B.Bt基因中有菜青虫的遗传物质 C.转基因抗虫油菜能产生抗虫蛋白是由于其具有Bt基因 D.转基因抗虫油菜产生的抗虫蛋白是无机物 【解析】C　Bt基因的本质是有遗传效应的DNA片段，A错误；Bt基因不是来源于菜青虫，不含菜青虫的遗传物质，B错误；基因控制生物的性状，将抗菜青虫的Bt基因转移到油菜中，培育出转基因抗虫油菜，该品种能产生抗虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，表明转基因抗虫油菜能产生抗虫蛋白是由于其具有Bt基因，C正确；转基因抗虫油菜产生的抗虫蛋白是一种蛋白质，属于有机物，D错误。 12.几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化其水解。将几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力。下列有关叙述错误的是(　　) A.将几丁质酶基因插入Ti质粒的T­DNA上构建表达载体 B.可通过显微注射法将农杆菌导入菊花受体细胞 C.可用PCR等技术检测目的基因是否成功导入 D.可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度 【解析】B　Ti质粒的T­DNA可以转移到受体细胞中，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，根据这一特点，构建表达载体时，应该将目的基因即几丁质酶基因插入到Ti质粒的T－DNA上，A正确；可通过农杆菌转化法将农杆菌导入菊花受体细胞，显微注射法是用于将目的基因导入动物细胞的方法，B错误；根据题干信息“几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力”，故可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度，D正确。 13.不对称PCR是利用不等量的一对引物来产生大量单链DNA（ssDNA）的方法。加入的一对引物中含量较少的被称为限制性引物，含量较多的被称为非限制性引物。PCR的最初的若干次循环中，其扩增产物主要是双链DNA（dsDNA），但当限制性引物消耗完后，就会产生大量的ssDNA。不对称PCR的简单过程如图所示。假设模板DNA分子初始数量为a个，6次循环后开始扩增产生ssDNA。下列叙述错误的是（ ） A. 限制性引物和非限制性引物均需要依据模板DNA的碱基序列来设计 B. 据图可知，最后大量获得的ssDNA与图中甲链的碱基序列相同 C. 上述过程中子链分别沿限制性引物的5′端、非限制性引物的3'端延伸 D. 该不对称PCR过程中需要（26-1）a个限制性引物 【解析】C PCR扩增时需要已知目的基因两侧的碱基序列来设计引物，因此限制性引物和非限制性引物均需要依据模板DNA的碱基序列来设计，A正确；当限制性引物的浓度降低，甚至基本耗尽，双链 DNA 的合成速率显著下降，此时非限制性引物将继续引导单链 DNA 的合成，非限制性引物是与乙链结合，故反应的最后阶段只产生初始 DNA 中一条链的拷贝（非限制性引物引导合成的单链），最后大量获得的ssDNA与图中甲链的碱基序列一致，B正确；扩增时耐高温DNA聚合酶将4种脱氧核苷酸连接至引物的3'端，C错误；PCR扩增时引物是新子链的一部分，假设模板DNA分子初始数量为a个，6次循环后产生26个DNA分子，因此该不对称PCR过程中需要（26-1）a个限制性引物，D正确。 14.紫外线引发的DNA损伤，可通过“核苷酸切除修复（NER）”方式修复，机制如图所示。着色性干皮症（XP）患者的NER酶系统存在缺陷，受阳光照射后，皮肤出现炎症等症状。患者幼年发病，20岁后开始发展成皮肤癌。下列叙述错误的是（　　）    A．修复过程需要限制酶和DNA聚合酶 B．填补缺口时，新链合成以5’到3’的方向进行 C．DNA有害损伤发生后，在细胞增殖后进行修复，对细胞最有利 D．随年龄增长，XP患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释 【解析】C 由图可知，修复过程中需要将损伤部位的序列切断，因此需要限制酶的参与；同时修复过程中，单个的脱氧核苷酸需要依次连接，要借助DNA聚合酶，A正确；填补缺口时，新链即子链的延伸方向为5’到3’的方向进行，B正确；DNA有害损伤发生后，在细胞增殖中进行修复，保证DNA复制的正确进行，对细胞最有利，C错误；癌症的发生是多个基因累积突变的结果，随年龄增长，XP患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释，D正确。 15.盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H2O2的跨膜转运，如图所示。下列叙述错误的是（    ）    A．细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的 B．PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排，从而减轻其对细胞的毒害 C．敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力 D．从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径 【解析】B 由题图右侧的信息可知，AT1蛋白缺陷，可以促进PIP2s蛋白的磷酸化，进而促进H2O2排出膜外，A正确；据题图左侧的信息可知，AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化，减少了H2O2从细胞内输出到细胞外的量，导致抗氧化胁迫能力弱，不能减轻其对细胞的毒害，B错误；结合对A选项的分析可推测，敲除AT1基因或降低其表达，可提高禾本科农作物抗氧化胁迫的能力，进而提高其成活率，C正确；从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因，可通过基因工程技术改良农作物抗逆性，D正确。 16.某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因（GFP）整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3-GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。   下列叙述正确的是（　　） A．Gata3基因的启动子无法控制GFP基因的表达 B．翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白 C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3-GFP基因纯合子 D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子 【解析】B 分析图中可知，启动子在左侧，GFP基因整合Gata3基因的右侧，启动子启动转录后，可以使GEP基因转录，Gata3基因的启动子能控制GFP基因的表达，A错误；因启动子在左侧，转录的方向向右，合成的mRNA从左向右为5′→3′，刚好是翻译的方向，所以翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正确；整合GFP基因后，核酸片段变长，2号个体只有大片段，所以是Gata3-GFP基因纯合子，4号个体只有小片段，是野生型，C错误；用引物1和引物3进行PCR扩增，扩增出的片段大小差异较小，无法较好的区分片段，D错误。 17.某同学拟用限制酶（酶1、酶2、酶3和酶4）、DNA连接酶为工具，将目的基因（两端含相应限制酶的识别序列和切割位点）和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。                   下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是（    ） A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E. coli DNA连接酶连接 B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接 C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E. coli DNA连接酶连接 【解析】C 酶3切割后得到的是平末端，应该用T4 DNA连接酶连接，A错误；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B错误；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4 DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C正确；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D错误。 18．猪—猴嵌合体是指将猴子的胚胎干细胞注射到猪的胚胎中，产生的猪猴混合体。研究人员使用了食蟹猴的胚胎干细胞，通过荧光蛋白追踪其在猪体内的分布。他们发现，嵌合体仔猪的心脏、肝脏、脾脏、肺和皮肤等器官中均有部分细胞来自猴子，但比例较低，在千分之一到万分之一之间。下列相关叙述正确的是（　　） A．注入猪囊胚的食蟹猴胚胎干细胞只能增殖分化成仔猪的某个器官 B．从猪卵巢内分离出的卵母细胞可直接与获能的猪精子完成受精作用 C．培育猪—猴嵌合体仔猪必须用到基因工程、细胞工程和胚胎工程 D．推测该仔猪的多个器官可能被免疫系统攻击而受损，进而寿命较短 【解析】D 猴源细胞主要分布在嵌合体猪的心脏、肝脏、脾脏、肺和皮肤等器官中，说明注入猪囊胚的食蟹猴胚胎干细胞参与仔猪的多种器官的形成，A错误；从猪卵巢内分离出的卵母细胞需继续培养至减数分裂Ⅱ，才能与获能的精子完成受精作用，B错误；猪—猴嵌合体是指将猴子的胚胎干细胞注射到猪的胚胎中，产生的猪猴混合体。故培育猪—猴嵌合体仔猪必须用到细胞工程和胚胎工程，但未用到基因工程，C错误；猴源细胞携带的抗原会被猪的免疫系统所识别，猴源细胞参与形成的器官可能被猪的免疫系统攻击而受损，因此该仔猪的寿命可能较短，D正确。 19．科学家创造了“基因敲除”的方式：用外源基因整合到小鼠胚胎干细胞的DNA同源序列中，使某一个基因被取代或破坏而失活，形成杂合体细胞。然后将“修饰”后的胚胎干细胞植入小鼠的早期胚胎，生成嵌合体小鼠。科学家已经利用上述技术成功地把人类囊肿性纤维化病的致病基因移植到小鼠身上，培育出了患囊肿性纤维化病的小鼠。下列有关叙述错误的是 A．这种嵌合体小鼠长大后体内存在外源基因，而且可能会遗传给后代 B．在基因敲除中需要用到限制性核酸内切酶、DNA连接酶等 C．通过“基因敲除”方式导致的变异类型属于基因突变 D．基因敲除技术有利于人类对某些遗传因素引发的疾病进行研究 【解析】C 这种嵌合体小鼠长大后，体内存在人类囊肿性纤维化病的致病基因，属于杂合体，可能会遗传给后代， A正确；根据题干信息“用外源基因整合到小鼠胚胎干细胞的DNA同源序列中”，则需要限制酶和DNA连接酶， B正确；依题干信息可知，“基因敲除”实质上是用外源基因取代或破坏DNA同源序列中的某一个基因，导致其失活，属于基因重组，C错误；“基因敲除”技术成功的培育出了患囊肿性纤维化病的小鼠，可作为实验材料利于人类对遗传病进行研究，D正确。 20．在胰岛B细胞中，当胰岛素原向胰岛素转变的过程中，furin酶可以识别并切除胰岛素原分子中特定的氨基酸序列，从而完成胰岛素的加工，产生具有生物活性的胰岛素。某些糖尿病患者体内合成的胰岛素原结构异常，不能正常完成上述过程。基因治疗该类患者的方法之一是：将胰岛素基因导入胰岛B细胞以外的细胞，同时导入一些调节因子刺激该细胞再生，使之成为能分泌具生物活性胰岛素的新B细胞。欲使胰岛素基因的表达产物在新的B细胞中能被加工，产生生物活性，正确的操作是 A．导入胰岛素基因时，同时导入furin酶基因 B．导入胰岛素基因后，加入furin酶 C．使胰岛素基因的表达产物中含furin酶切位点 D．改造furin酶基因，使其丧失识别和切除功能 【解析】C 真核基因由非编码区和编码区两部分组成，编码区中又分为外显子和内含子。在非编码区有RNA聚合酶的识别位点，是转录的起点。转录生成的mRNA包含了外显子和内含子的遗传信息。根据题干信息，翻译产生的胰岛素原需经过furin加工切除特定氨基酸序列后，才能变为具有生物活性的胰岛素。某些糖尿病患者是因为胰岛素原结构异常，缺乏酶切点不能被修饰，而不是缺乏furin酶。所以，治疗该类患者重要的是使胰岛素基因的表达产物中含furin酶切位点。综上分析可知，C正确。 思维拓展练 21.青蒿素是有效的抗疟药物，但野生黄花蒿青蒿素产量低，为缓解青蒿素供应不足的状况，科学家将tms基因和tmr基因导入黄花蒿的愈伤组织从而获得了黄花蒿的冠瘿组织，实验过程用到的部分结构如下图。请据图回答问题： (1)在构建重组Ti质粒的过程中常使用两种能产生不同黏性末端的限制性内切核酸酶对目的基因和Ti质粒分别进行切割，这样做的好处有_________________ ___________________________________________________________________。 (2)将目的基因导入黄花蒿愈伤组织前，先将目的基因导入农杆菌，农杆菌的作用是_______________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (3)为了准确鉴别受体细胞中是否含有目的基因并将含有目的基因的细胞筛选出来，所选的Ti质粒至少应包含________种抗生素抗性基因，以便筛选和鉴别。 (4)与愈伤组织相比，冠瘿组织的生长速度更快，原因可能是__________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (5)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是___________________________________________________ __________________________________________________________________。 【解析】(1)在构建重组Ti质粒的过程中常使用两种能产生不同黏性末端的限制性内切核酸酶对目的基因和Ti质粒分别进行切割，可以避免目的基因和Ti质粒的自身连接成环和反向连接(可使目的基因定向插入Ti质粒)。 (2)将目的基因导入植物细胞时，常用农杆菌转化法，是因为农杆菌可感染植物并将目的基因转移到受体细胞中。 (3)图中插入了2个目的基因，为了准确鉴别受体细胞中是否含有目的基因，并将含有目的基因的细胞筛选出来，所选的Ti质粒至少应包含2种抗生素抗性基因，以便筛选和鉴别。 (4)据Ti质粒图示可知，Ti质粒中的tms基因和tmr基因编码产物控制合成了生长素和细胞分裂素，促进了冠瘿组织的生长，因此与愈伤组织相比，冠瘿组织的生长速度更快。 (5)肺炎链球菌转化实验中，S型菌的DNA进入R型菌中并能表达，说明DNA可以在同种生物不同个体之间转移，为基因工程理论的建立提供了启示。 【答案】　(1)可以避免目的基因和Ti质粒的自身连接成环和反向连接(可使目的基因定向插入Ti质粒)　(2)农杆菌可感染植物并将目的基因转移到受体细胞中　(3)2　(4)tms基因和tmr基因编码产物控制合成了生长素和细胞分裂素，促进了冠瘿组织的生长　(5)DNA可以在同种生物不同个体之间转移 22.乙肝病毒表面有T1蛋白和T2蛋白，免疫接种实验表明这两种蛋白质都可引起实验动物的免疫反应。科研人员用农杆菌转化法培育出转基因番茄，用于生产可口服的乙肝病毒疫苗，为预防乙肝开辟了一条新途径。回答下列问题： (1)T1蛋白和T2蛋白进入实验动物的肠道后，会被实验动物小肠黏膜上的一种M细胞当作________处理，进而引发一系列的免疫反应，最终产生相应的________，使实验动物获得了对乙肝病毒的免疫能力。 (2)构建基因表达载体是基因工程的核心，其目的是______________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 构建表达载体时，需要选择果实特异性启动子，其目的是___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)用转基因番茄生产可口服的乙肝病毒疫苗(含T1蛋白)，若要检测目的基因是否翻译出T1蛋白，可用的检测物质是________________(填“T1蛋白的基因”或“T1蛋白的抗体”)，该检测方法称为_______________________________________。 (4)获得转基因番茄植株后，已确定该植株所结番茄中含有T2蛋白，此后还要对T2蛋白的功能进行个体水平的鉴定，方法是____________________________。 【解析】(1)T1蛋白和T2蛋白是乙肝病毒表面的蛋白质，进入实验动物的肠道后，会被当作抗原处理，进而引发一系列的免疫反应，最终产生相应的记忆细胞和抗体。 (2)构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。要想使目的基因在番茄果实细胞中特异性表达，在构建表达载体时，需要选择果实特异性启动子。 (3)用转基因番茄生产可口服的乙肝病毒疫苗(含T1蛋白)，若要检测目的基因是否翻译出T1蛋白，可用T1蛋白的抗体进行抗原—抗体杂交。 (4)乙肝病毒表面有T1蛋白和T2蛋白，免疫接种实验表明这两种蛋白质都可引起实验动物的免疫反应。在已确定该转基因番茄植株所结番茄中含有T2蛋白的前提下，进行个体水平的鉴定方法是用转基因番茄植株生产的T2蛋白对实验动物进行免疫接种实验(或用转基因番茄植株的果实对实验动物进行口服免疫)。 【答案】　(1)抗原　抗体和记忆细胞　(2)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用　使目的基因在番茄果实细胞中特异性表达　(3)T1蛋白的抗体　抗原—抗体杂交　(4)用转基因番茄植株生产的T2蛋白对实验动物进行免疫接种实验(或用转基因番茄植株的果实对实验动物进行口服免疫) 23.在盐碱地种植的作物会受胁迫产生过量的有害物质H2O2，PIP2s为某种水通道蛋白，其磷酸化水平影响H2O2的跨膜运输。我国的科研团队首次发现了植物细胞中AT1基因编码的AT1蛋白可以调节作物的耐碱性表型，其机理如图一所示。图二表示通过“PCR替换个别核苷酸获得突变基因”的定点突变技术，且个别核苷酸差异不影响引物与模板链的结合。回答下列问题： （1）盐碱环境可引起大多数作物细胞内液渗透压_______，吸水能力_______。图一中植物细胞中AT1基因编码的AT1蛋白可以调节作物的耐碱性表型，其机理为______。 （2）通过PCR替换个别核苷酸诱导AT1基因突变时，引物_______中含有特定的突变，为防止引物相互杂交，需要设计两个反应体系，分别加入引物对_____、______用于合成PCR产物1和PCR产物2；然后将PCR产物1和2加入无引物的PCR反应体系得到含有点突变的目的基因。再用引物对________扩增目的基因，得到大量的点突变目的基因。 （3）为了使扩增的目的基因两侧能被某种限制酶酶切形成黏性末端，对引物1和引物4的要求是_____。 （4）若将点突变目基因导入棉花细胞，我国科学家自己独创的方法是______。要检测是否成功表达，可以从转基因生物个体中提取蛋白质，用相应的抗体进行_______杂交。 【解析】（1）盐碱环境可引起大多数作物细胞内液渗透压上升，吸水能力增强，图一中植物细胞中PIP2s是水通道蛋白的一种，AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化，抑制H2O2外排，导致细胞抗氧化胁迫减弱，最终死亡。 （2）据图二可知，引物2和引物3中含有特定的突变，由PCR产物1和PCR产物2的位置分析可知，为了防止引物相互杂交，需要设计两个反应体系，分别加入引物对为1和2、3和4，要扩增发生突变的目的基因，需要用能与目的基因两侧发生碱基互补配对的引物，即引物1和4。 （3）因为目的基因两侧没有某种限制酶的酶切位点，所以为了使扩增的目的基因两侧能被某种限制酶酶切形成黏性末端，应该在引物1和4均带上该限制酶识别序列。 （4）若将目的基因导入棉花细胞的方法很多，其中花粉管通道法是我国科学家自己独创的。要检测目的基因是否成功表达，即检测相关蛋白质是否合成，需要从转基因生物个体中提取蛋白质，可通过抗原-抗体杂交方法检测目的基因是否表达成功。 【答案】（1） ①. 上升 ②. 增强 ③. PIP2s是一种水通道蛋白，AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化，抑制H2O2外排 （2） ①. 2和3 ②. 1和2 ③. 3和4 ④. 1和4物种多样性减少，群落优势度增大 （3）均带有该限制酶识别序列 （4） ①. 花粉管通道法 ②. 抗原—抗体 24.基因递送是植物遗传改良的重要技术之一，我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统（切—浸—生芽Cut-Dip-Budding，简称CDB法）。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。    回答下列问题。 (1)图1中，从外植体转变成愈伤组织的过程属于 ；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和 ，该过程还需要光照，其作用是 。 (2)图1中的愈伤组织，若不经过共培养环节，直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的 。图1中，含有外源基因的转化植株A若用于生产种子，其包装需标注 。 (3)图1与图2中，农杆菌侵染植物细胞时，可将外源基因递送到植物细胞中的原因是 。 (4)已知某酶（PDS）缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体（含有绿色荧光蛋白标记基因），利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B．据此分析，从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是 ，图2中，鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是 ，依据是 。 (5)与常规转化法相比，采用CDB法进行基因递送的优点是 （答出2点即可）。 【解析】（1）图1中，从外植体转变成愈伤组织的过程属于脱分化过程，该过程的本质是使细胞失去原来特定的结构和功能；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和细胞分裂素，这两种激素的比值能调控愈伤组织的分化方向，该过程还需要光照，因为叶绿素的形成需要光；且叶绿体利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。 （2）图1中的愈伤组织，若不经过共培养环节，直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的遗传特性。图1中，含有外源基因的转化植株A若用于生产种子，其包装需标注转基因种子，即进行转基因标识。 （3）图1与图2中，农杆菌侵染植物细胞时，利用了农杆菌含有的Ti质粒的作用，Ti质粒中的T-DNA能将外源基因递送到植物细胞中，并与植物细胞的染色体DNA整合到一起。 （4）已知某酶（PDS）缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体（含有绿色荧光蛋白标记基因），利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B，该过程中通过荧光检测选择带有绿色荧光标记的毛状根即为阳性毛状根段，图2中，鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是观察幼苗是否表现出白化特征，因为PDS缺失会导致植株白化，而白化苗的出现意味着通过基因编辑技术成功实现PDS基因的敲除。 （5）与常规转化法相比，采用CDB法进行基因递送的优点主要表现在操作方法简单，不需要借助植物组织培养技术进行操作，且培养周期较短。 【答案】(1)脱分化 细胞分裂素 诱导叶绿素的形成；满足叶绿体利用光能制造有机物的需要 (2)遗传特性 转基因标识 (3)Ti质粒中的T-DNA能将外源基因递送到植物细胞中，并与植物细胞的染色体DNA整合到一起 (4)荧光检测选择带有绿色荧光标记的毛状根 观察幼苗是否表现出白化特征 PDS缺失会导致植株白化，白化苗的出现意味着通过基因编辑技术成功实现PDS基因的敲除 (5)操作方法简单，不需要借助植物组织培养技术进行操作，且培养周期较短。 25.赖氨酸是人体不能合成的必需氨基酸，而人类主要食物中的赖氨酸含量很低，利用生物技术可提高食物中赖氨酸含量。回答下列问题： (1)植物细胞合成的赖氨酸达到一定浓度时，能抑制合成过程中两种关键酶的活性，导致赖氨酸含量维持在一定浓度水平，这种调节方式属于 。根据这种调节方式，在培养基中添加 ，用于筛选经人工诱变的植物悬浮细胞，可得到抗赖氨酸类似物的细胞突变体，通过培养获得再生植株。 (2)随着转基因技术与动物细胞工程结合和发展，2011年我国首次利用转基因和体细胞核移植技术成功培育了高产赖氨酸转基因克隆奶牛。其基本流程为： ①构建乳腺专一表达载体。随着测序技术的发展，为获取富含赖氨酸的酪蛋白基因（目的基因），可通过检索 获取其编码序列，用化学合成法制备得到。再将获得的目的基因与含有乳腺特异性启动子的相应载体连接，构建出乳腺专一表达载体。 ②表达载体转入牛胚胎成纤维细胞（BEF）。将表达载体包裹到磷脂等构成的脂质体内，与BEF膜发生 ，表达载体最终进入细胞核，发生转化。 ③核移植。将转基因的BEF作为核供体细胞，从牛卵巢获取卵母细胞，经体外培养及去核后作为 。将两种细胞进行电融合，电融合的作用除了促进细胞融合，同时起到了 重组细胞发育的作用。 ④重组细胞的体外培养及胚胎移植。重组细胞体外培养至 ，植入代孕母牛子宫角，直至小牛出生。 ⑤检测。DNA水平检测：利用PCR技术，以非转基因牛耳组织细胞作为阴性对照，以 为阳性对照，检测到转基因牛耳组织细胞中存在目的基因。RNA水平检测：从非转基因牛乳汁中的脱落细胞、转基因牛乳汁中的脱落细胞和转基因牛耳组织细胞，提取总RNA，对总RNA进行 处理，以去除DNA污染，再经逆转录形成cDNA，并以此为 ，利用特定引物扩增目的基因片段。结果显示目的基因在转基因牛乳汁中的脱落细胞内表达，而不在牛耳组织细胞内表达，原因是什么？ 。 【解析】（1）负反馈调节是指在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，并且使系统工作的效果减弱或受到限制，有助于系统保持稳定。植物细胞合成的赖氨酸达到一定浓度时，能抑制合成过程中两种关键酶的活性，导致赖氨酸含量维持在一定浓度水平，这种调节方式属于负反馈调节。如果想得到抗赖氨酸类似物的细胞突变体可在培养基中添加过量赖氨酸类似物。 （2）①从基因数据库获取获取目的基因编码序列，用化学合成法制备可得到目的基因。 ②表达载体包裹到磷脂等构成的脂质体内，根据细胞膜成分，其与BEF膜发生融合。 ③去核的卵母细胞作为受体细胞，其处于减数第二次分裂中期，因为卵母细胞中含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。电融合的作用除了促进细胞融合，同时起到了激活重组细胞发育的作用。 ④胚胎发育到适宜阶段可取出向受体移植。牛、羊一般要培养到桑椹胚或囊胚阶段；植入代孕母牛子宫角，直至小牛出生。 ⑤阳性对照：按照当前实验方案一定能得到正面预期结果的对照实验。阳性对照是已知的对测量结果有影响的因素，目的是确定实验程序无误。阴性对照和阳性对照相反，按照当前的实验方案一定不能得到正面预期结果的对照实验。排除未知变量对实验产生的不利影响。本实验以非转基因牛耳组织细胞作为阴性对照，为了检测到转基因牛耳组织细胞中存在目的基因。应该以含有目的基因的牛耳组织细胞为阳性对照。为了除去DNA污染，可以使用DNA酶使其水解。经逆转录形成cDNA，并以此为PCR的模板进行扩增。目的基因在转基因牛乳汁中的脱落细胞内表达，而不在牛耳组织细胞内表达，原因是构建的表达载体只含有乳腺特异性启动子，只能在乳腺细胞中启动转录，而在牛耳细胞中不能表达。 【答案】(1) 负反馈调节 过量赖氨酸类似物 (2) 基因数据库 融合 核受体细胞 激活 早期囊胚 转基因BEF DNA酶 PCR的模板 构建的表达载体只含有乳腺特异性启动子，只能在乳腺细胞中启动转录，而在牛耳细胞中不能表达。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北 1 / 24 学科网（北京）股份有限公司 $$