3.3 基因工程的应用-【晨读晚练】2024-2025学年高二生物知识速记与提升（人教版2019选择性必修3）

3．3 基因工程的应用 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、基因工程在农牧业方面的应用 1．意义：转基因作物的种植使施用的 化学杀虫剂 减少，减少了 环境污染 ，使作物产量增加。 2．应用：基因工程技术已被广泛用于 改良动植物品种 ， 提高作物和畜产品的产量 等。 3．植物基因工程的应用 类型 方法 成果 转基因抗虫植物 从某些生物中分离出具有 抗虫功能 的基因，将它导入作物中 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 转基因抗病植物 将来源于 某些病毒、真菌 等的抗病基因导入植物中 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 转基因抗除草剂植物 将降解或抵抗某种 除草剂 的基因导入作物 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等 改良植物的品质 将某种 必需氨基酸 含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高这种氨基酸的含量 赖氨酸含量比对照高30%的转基因玉米、呈现出自然界没有的 颜色变异 的转基因矮牵牛 (1)利用基因工程培育植物新品种的优越性 植物基因工程打破了常规育种中难以突破的 种间界限 ，实现了原核生物与植物、不同植物、动物与植物之间的 基因交流 ，从而大幅度地改良植物的 遗传特性 ，体现出基因工程巨大的优越性。 (2)利用转基因技术改良植物品质的途径 ①直接导入控制该性状的 结构蛋白 的基因； ②导入与该性状有关的某种关键酶的 基因 或者改变某种关键酶的 活性 。　　　　　　　　　　　　　 2．基因工程在畜牧业方面的应用 (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，在其体内合成大量的生长激素，可以使转基因动物生长得 更快 。例如，转生长激素基因绵羊、转生长激素基因鲤鱼等。 (2)用于改善畜产品的品质（主要是指产品的 观赏 价值和 营养 价值）：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组乳糖酶―→乳糖分解―→乳汁中的乳糖含量大大降低，其他 营养成分 不受影响，乳汁品质改善。 动物基因工程主要是为了改善畜产品的 品质 ，而不是为了产生体型 巨大的个体 。 二、基因工程在医药卫生领域的应用 1．利用微生物或动植物的细胞进行基因改造，生产药物 成果： 细胞因子 、抗体、疫苗、激素等。 2．利用哺乳动物批量生产药物 （1）构建乳腺生物反应器 ①目的基因： 药用蛋白 基因。 ②启动子： 乳腺中特异表达的基因 的启动子。 ③受体细胞： 受精卵 。 （2）成果：利用乳腺生物反应器生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α－抗胰蛋白酶等。 3．建立移植器官工厂 （1）方法：在器官供体的基因组中导入 某种调节因子 ，以抑制 抗原决定基因 的表达，或设法 除去 抗原决定基因，再结合 克隆技术 ，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 （2）优点：解决人体移植器官短缺问题；避免 免疫排斥 反应。 三、基因工程在食品加工方面的应用 1．氨基酸：利用转基因生物合成阿斯巴甜的原料 阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由 天冬氨酸 和 苯丙氨酸 形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。 2．酶：利用转基因生物获得生产奶酪需要的 凝乳 酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的 淀粉 酶；利用转基因生物生产加工烘烤食品要用到的 脂肪 酶等。 3．工业用酶：通过 构建基因工程菌 ，然后用发酵技术大量生产食品工业用酶，相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高。而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。 4．环境保护：基因工程还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理 环境污染 ，利用经过基因改造的微生物来生产 能源 等。 一、基因工程在医药卫生领域的应用 [问题探究] 1．为了生产药物，常把药用蛋白基因构建的表达载体导入大肠杆菌或酵母菌细胞中构建工程菌，选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？ 细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力大等。 2．继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？ 应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。 3．微生物或动植物的细胞生产药物 类型 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 应用 预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等 实例 我国生产的重组人 干扰素 、血小板生成素、 促红细胞生成素 和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场 4．知识拓展——干扰素 (1)干扰素的作用 干扰素是 动物或人体细胞 受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，是一种具有 干扰病毒 复制作用的糖蛋白，在临床上常作为抗病毒的特效药，如用于乙肝、丙肝的治疗。 (2)干扰素的生产过程 (3)关于大肠杆菌生产干扰素的说明 据科学家的研究资料显示，用大肠杆菌生产出来的干扰素是没有糖链的，但同样能够 抑制病毒在细胞内 的增殖，增强吞噬细胞的 吞噬作用 和对癌细胞的 杀伤作用 。由此可知，大肠杆菌可以生产干扰素，但没有证据表明大肠杆菌能生产糖蛋白。 5．哺乳动物生产药物 (1)乳腺(房)生物反应器：科学家将药用蛋白基因与乳腺中 特异表达 的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过 显微注射 的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入 泌乳期 后，可以通过 分泌乳汁 来生产所需要的药物。 (2)过程(如图所示) (3)成果：目前，科学家已在牛、山羊等动物乳腺(房)生物反应器中获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α­抗胰蛋白酶等重要的医药产品。 (4)优点：产量 高 、质量 好 、成本 低 、 易 提取。 6．建立移植器官工厂 (1)移植器官工厂的原因 (2)猪作为材料的优点 ①猪的内脏 构造 、大小、 血管分布 与人的极为相似； ②猪体内 隐藏的 、可导致 人类疾病的病毒 要 远少 于灵长类动物。 7．利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等 基因工程能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来 生产能源 等。　　　　　　　　　　　　　 8．乳腺生物反应器与工程菌生产药物比较 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌生产药物 基因结构 哺乳动物基因的结构与人类基因结构 基本相同 细菌或酵母菌 等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异 基因产物 与天然蛋白质 完全相同 细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能 不具有 生物活性 受体细胞 哺乳动物的 受精卵 微生物细胞 导入目的基因方式 显微注射法 感受态细胞法 生产条件 不需 严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需严格 灭菌 ，严格控制工程菌生长繁殖所需的 温度、pH、营养物质浓度 等外界条件 产物提取 从哺乳动物 乳汁 中提取，相对简单 从微生物细胞中提取，相对复杂 9．有关乳腺(或膀胱)生物反应器的几个提醒点 (1)乳腺生物反应器是一种转基因动物进入 泌乳期后 ，其能通过 分泌乳汁 来生产所需要的药物。 (2)作为乳腺生物反应器的转基因动物，与普通转基因动物相比：构建乳腺反应器时在其目的基因(药用蛋白基因)前需加上 乳腺中特异性表达的基因的启动子 等调控元件。 (3)只有 雌性哺乳动物 进入 泌乳期 后才能分泌乳汁，故转基因后的 受精卵 经体外培养得到的早期胚胎移入母体前，需进行 性别鉴定 ，选择 雌性动物 的早期胚胎移入母体子宫。 (4)膀胱生物反应器是外源基因在 膀胱上皮细胞 中表达的转基因动物，有着和乳腺生物反应器一样的优点： 更易收集 产物蛋白，且不对动物 造成伤害 。此外，膀胱生物反应器可从动物 一出生 就收集产物，不受动物的 性别 和是否正处于 生殖期 的限制，且从动物的 尿液 中提取产物比从乳汁中提取更简便。　　　　　　　　　　　　　 （限时：15min） 一、单选题 1．基因工程在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述，错误的是（     ） A．可利用转基因动物做器官移植供体 B．肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，可提高乳汁中乳糖含量 C．喷洒除草剂，会杀死杂草而抗除草剂玉米不受损 D．将胰岛素基因导入酵母菌中，通过发酵工程可批量生产胰岛素 【答案】B 【分析】基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源。 【详解】A、可利用转基因动物生产药物（乳腺生物反应器）、做器官移植供体，A正确； B、将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，B错误； C、喷洒除草剂，会杀死田间杂草而抗除草剂玉米不受损，C正确； D、利用基因工程将胰岛素基因导入酵母菌中，通过发酵工程可批量生产胰岛素，D正确。 故选B。 2．（2011·四川·高考真题）北极比目鱼中有抗冻基因，其编号的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越多，越强，下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是（     ） A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序 B．多个抗冻基因编码去依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白 C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选 D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达 【答案】B 【详解】A、图中①是获取目的基因的过程，获取的目的基因，可用于基因工程，但不能用于比目鱼基因组测序，A错误； B、将多个抗冻基因编码区相连形成的能表达的新基因不再是抗冻基因，所以得不到抗冻性增强的抗冻蛋白，B正确； C、②是基因表达载体的构建过程，基因表达载体通常由启动子、目的基因、终止子和标记基因构成，其中标记基因的作用是筛选重组质粒，利用农杆菌转化法只能将质粒导入受体细胞，不能对重组质粒进行筛选，C错误； D、利用DNA探针技术检测目的基因是否导入到受体细胞，利用抗原-抗体杂交技术检测目的基因是否表达出来，D错误。 故选B。 3．（2023·湖南·高考真题）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 【答案】B 【分析】分析题图：AT1蛋白通过抑制PIP2s蛋白的磷酸化而抑制细胞内的H2O2排到细胞外，从而导致植物抗氧化胁迫能力减弱，进而引起细胞死亡。AT1蛋白缺陷，可以提高PIP2s蛋白的磷酸化水平，促进细胞内的H2O2排到细胞外，从而提高植物抗氧化的胁迫能力，进而提高细胞的成活率。 【详解】A、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； B、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； C、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； D、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。 故选B。 4．下列关于生物工程相关知识的叙述有几项是正确的（     ） ①在基因工程操作中为了获得重组质粒，必须用相同的限制性内切酶，露出的黏性末端可以不同 ②只要B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞，就能产生单克隆抗体 ③若要生产转基因抗病水稻，可将目的基因先导入到大肠杆菌中，再转入水稻细胞中 ④植物体细胞杂交，能克服远源杂交不亲和的障碍，培育出的新品种是二倍体 ⑤基因治疗主要是对具有缺陷的体细胞进行全面修复 ⑥诱导细胞融合之前，需将抗原反复注射给实验小鼠，目的是获得产生单一抗体的效应B细胞 A．1项 B．2项 C．3项 D．4项 【答案】A 【分析】单克隆抗体的制备是将骨髓瘤细胞与浆细胞结合，经过选择培养基的筛选得到杂交瘤细胞并经专一抗体检测后，培养能产生特定抗体的杂交瘤细胞即可得单克隆抗体； 基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。 【详解】①为了获得重组质粒，一般使用同一种的限制性内切酶切割目的基因和运载体，从而露出相同的黏性末端，①错误； ②杂交瘤细胞使用的是已免疫的B细胞（浆细胞）与骨髓瘤细胞融合，②错误； ③要生产转基因抗病水稻，可采用农杆菌转化法，即将目的基因先导入到农杆菌中，再转入水稻细胞中，③错误； ④植物体细胞杂交，能克服远源杂交不亲和的障碍，培育出的新品种是异源多倍体，④错误； ⑤基因治疗是把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。例：将腺苷酸脱氨酶（ADA）基因导入患者的淋巴细胞，治疗复合型免疫缺陷症，⑤错误。 ⑥诱导细胞融合之前，需将抗原反复注射给实验小鼠，目的是获得产生单一抗体的效应B细胞，从而为获得能产生抗体的杂交瘤细胞做准备，⑥正确。 故选A。 【点睛】 5．多年生野生大豆(S)具有遗传多样性丰富、抗逆性强等优势，其丰富的可遗传变异为重要农艺性状的挖掘和育种提供了宝贵资源。下列叙述正确的是（     ） A．用秋水仙素处理S的花粉可获得多倍体植株 B．利用转基因技术可将S的优良基因转移到其他植物体内 C．通过射线照射S的幼苗一定能获得具有更优良性状的植株 D．用一定浓度的生长素类似物处理未授粉的S，可避免连续阴雨天气造成的减产 【答案】B 【分析】基因工程：是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 基因突变具有随机性、低频性、不定向性等特点。 【详解】A、用秋水仙素处理多年生野生大豆的种子或幼苗可得到多倍体植株，A 错误； B、不同植物的DNA具有相同的结构，利用转基因技术可将多年生野生大豆的基因转移到其他植物中，B正确； C、因基因突变具有随机性以及不定向性，通过射线进行诱变不一定能获得更优良的个体，C错误； D、大豆需要的是种子，必需要受粉才能获得种子，通过一定浓度的生长素处理不能避免大豆减产，可通过人工授粉避免连续阴雨天气造成的减产，D错误。 故选B。 6．据统计，从20世纪90年代至今，全世界包括基因制药在内的生物技术药物的销售额，以年均30%的速度增长，生物制药已成为21世纪的朝阳产业。下列有关说法错误的是（     ） A．对于基因制药，我们应该科学地认识和评估，保障公众的知情权 B．由于转基因产品的安全问题，国家应建立相应的评估及预警机制 C．利用转基因技术还可以进行基因治疗，现在技术已经完全成熟 D．科学家在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出抗凝血酶和血清白蛋白等重要药品 【答案】C 【分析】基因治疗是把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。 【详解】A、由于人们对基因药物持不同观点，所以应科学地认识和评估，保障公众的知情权，A正确； B、转基因生物的安全性包括食物安全、生物安全和环境安全问题，国家应该设立多环节、严谨的安全性评价和预警机制，B正确； C、转基因技术可以进行基因治疗，但现在技术还不成熟，C错误； D、动物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称，科学家在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出抗凝血酶和血清白蛋白等重要药品，D正确。 故选C。 7．（2012·四川·高考真题）将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新置入大肠杆菌的细胞内，通过发酵就能大量生产人生长激素。下列叙述正确的是（     ） A．发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初级代谢产物 B．大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传 C．大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤与尿嘧啶含量相等 D．生长激素基因在转录时需要解旋酶和DNA连接酶 【答案】B 【详解】A、初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等，生长激素是蛋白质是大分子，不是初级代谢产物，A错误； B、大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异类型是基因重组，是可遗传的变异，B正确； C、大肠杆菌质粒是小型环状DNA分子，所以不会出现尿嘧啶，C错误； D、DNA连接酶是连接磷酸二酯键的，在转录是不需要，生长激素基因在转录时需要RNA聚合酶，D错误。 故选B。 8．研究人员制备哺乳膀胱生物反应器。用其获得人体特殊功能蛋白W的基本过程如下图所示。下列有关叙述错误的是（     ） A．转基因动物的乳腺上皮细胞膀胱上皮细胞都能表达W基因 B．步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养 C．步骤③的代孕母体需进行同期发情处理 D．可收集膀胱生物反应器的尿液来提取W 【答案】A 【分析】分析题图：①表示将目的基因导入受体细胞；②表示早期胚胎培养；③表示胚胎移植。 【详解】A、W基因是选择性表达，只在膀胱上皮细胞中表达，A错误； B、①表示将目的基因导入受体细胞，常采用显微注射的方法将载体注入受精卵，继而对受精卵进行早期胚胎的培养（②），直到适合移植，B正确； C、步骤③的代孕性体需进行同期发情处理，这样移植胚胎容易成功着床，C正确； D、根据题意：转基因动物的膀胱上皮细胞能表达出W蛋白质，因此可收集膀胱生物反应器的尿液来提取W，D正确。 故选A。 9．为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性，可采取基因策略（包括提高杀虫基因的表达量、向棉花中转入多种杀虫基因等）。例如，早期种植的抗虫棉只转入了一种Bt毒蛋白基因，抗虫机制比较单一；现在经常将两种或两种以上Bt基因同时转入棉花。关于上述基因策略，下列叙述错误的是（    ） A．提高Bt基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度 B．转入棉花植株的两种Bt基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律 C．若两种Bt基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株，则两种基因互为等位基因 D．转入多种Bt基因能提高抗虫持久性，是因为棉铃虫基因突变频率低且不定向 【答案】C 【分析】1、自由组合定律的实质：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或自由组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。 2、基因突变是基因结构的改变，包括碱基对的增添、缺失或替换。基因突变发生的时间主要是细胞分裂的间期。基因突变的特点是低频性、普遍性、少利多害性、随机性、不定向性。 【详解】A、提高Bt基因表达量，使抗虫蛋白含量增加，可以使更多的棉铃虫被淘汰，所以可以降低棉铃虫的种群密度，A正确； B、如果两种Bt基因都转入一条染色体上，则其遗传不遵循自由组合定律，B正确； C、如果两种Bt基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株，两个基因位于一条染色体上，不是等位基因，等位基因位于一对同源染色体上，C错误； D、由于棉铃虫基因突变频率低且不定向，转入多种Bt基因可以降低棉铃虫抗Bt毒蛋白的能力，从而提高抗虫持久性，D正确； 故选C。 10．普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酵（PG）基因，PG能破坏细胞壁中的果胶（由半乳糖醛酸聚合而成），使番茄软化不耐贮藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞，培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄，作用原理如图，下列叙述不正确的是（    ） A．mRNA2能阻止PG基因的翻译过程，使细胞不能合成PG B．多聚半乳糖醛酸酶水解果胶的最终产物是半乳糖醛酸 C．将抗PG基因导入番茄细胞和PG基因突变对番茄的影响不同 D．将PG基因导入细胞质可避免基因污染 【答案】C 【分析】1、基因工程的工具：限制酶—能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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裂；DNA连接酶—连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键；运载体—常用的运载体包括质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒 2、基因工程技术的步骤：目的基因的获取—从基因文库获取、利用PCR技术扩增和人工合成；基因表达载体的构建—是核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。 【详解】A、抗PG基因与PG基因形成的mRNA相互结合，阻止了PG基因表达的翻译过程，使细胞不能合成PG，A正确； B、果胶是由半乳糖醛酸聚合而成，因此在多聚半乳糖醛酸酶的作用下，果胶分解的最终产物是半乳糖醛酸，B正确； C、将抗PG基因导入番茄细胞属于基因重组，PG基因突变属于基因突变，两者产生的结果可能相同，可能不同，C错误； D、花粉中的雄配子几乎不含质基因，所以为避免PG基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”，应将PG基因导入细胞质可避免“基因污染”，D正确。 故选C。 11．人类是乙型肝炎病毒的唯一宿主，接种乙肝疫苗是预防乙肝病毒感染的最有效方法。乙型肝炎疫苗的研制先后经历了血源性疫苗和基因工程疫苗阶段。下图为乙肝病毒基因工程疫苗的生产和使用过程，质粒中lacZ基因可使细菌利用加入培养基的物质X-gal，从而使菌落显现出蓝色，若无该基因，菌落则成白色。下列相关说法不正确的是（    ） A．过程①最好的限制酶选择方案是BamHⅠ和EcoRⅠ B．为了使重组质粒中目的基因正常表达，还需要插入启动子和终止子 C．过程②需要在培养基中加青霉素和X-gal筛选白色的大肠杆菌菌落 D．基因工程疫苗比血源性疫苗更安全，但仍可能出现病毒增殖和感染 【答案】D 【分析】1、题图过程①表示获取目的基因，构建重组质粒，②表示将重组质粒导入受体细胞并筛选，③表示转基因大肠杆菌表达乙肝病毒外壳，④表示将乙肝病毒外壳作为疫苗接种，⑤表示疫苗受试者体内出现抗体的过程。 2、基因工程技术的基本步骤： （1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。 （2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。 （3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。 （4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术。个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。 【详解】A、过程①表示获取目的基因，构建重组质粒，需要限制酶，BamHⅠ和EcoRⅠ的酶切位点在目的基因两侧，可以获得完整的目的基因，且质粒上也存在这两种酶的识别位点，A正确； B、为了使重组质粒中目的基因正常表达，需要构建基因表达载体，除了目的基因、标记基因外，还需要插入启动子和终止子，B正确； C、过程②表示将重组质粒导入受体细胞，培养基中加青霉素和X-gal可以用于筛选含有重组质粒的大肠杆菌，限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ由于破坏了质粒中lacZ基因，却保留了青霉素抗性基因，故白色的大肠杆菌菌落即为所需菌落，C正确； D、基因工程疫苗由于只利用了乙肝病毒的外壳，不含其遗传物质，所有不能完成病毒的增殖和感染，D错误。 故选D。 二、非选择题 12．（2024·天津·高考真题）金黄色葡萄球菌（简称Sa）是人体重要致病细菌、不规范使用抗生素易出现多重抗药性Sa。 (1)Sa产生抗药性可遗传变异的来源有 （至少答出2点）。 (2)推测Sa产生头孢霉素抗性与其R基因有关。为验证该推测，以图1中R基因的上、下游片段和质粒1构建质粒2，然后通过同源重组（质粒2中的上、下游片段分别与Sa基因组中R基因上、下游片段配对，并发生交换）敲除Sa的R基因。 ①根据图1信息，简述质粒2的构建过程（需包含所选引物和限制酶）： ，然后回收上、下游片段，再与SacII酶切质粒1所得大片段连接，获得质粒2。 ②用质粒2转化临床分离的具有头孢霉素抗性、对氯霉素敏感的Sa，然后涂布在含 的平板上，经培养获得含质粒2的Sa单菌落。 ③将②获得的单菌落多次传代以增加同源重组敲除R基因的几率，随后稀释涂布在含 的平板上，筛选并获得不再含有质粒2的菌落。从这些菌落分别挑取少许菌体，依次接种到含 的平板上，若无法增殖，则对应菌落中细菌的R基因疑似被敲除。 ④以③获得的菌株基因组为模板，采用不同引物组合进行PCR扩增，电泳检测结果如图2，表明R基因已被敲除的是 。 【答案】 (1)基因突变、基因重组、表观遗传等 (2)采用引物1和4进行PCR扩增（或采用引物1和3以及引物2和4分别进行PCR扩增），用SacⅡ和EcoRⅠ对PCR产物进行酶切 氯霉素（或氯霉素+头孢霉素） 脱水四环素 头孢霉素 D 【详解】（1）Sa为原核生物产生抗药性可遗传变异的来源有基因突变、基因重组、表观遗传等。 （2）①由图1可知，质粒2上依次接有SacⅡ、EcoRⅠ、SacⅡ三个酶切位点，而质粒1上只有SacⅡ酶切位点，R基因的上下游依次含有SacⅡ、EcoRⅠ、EcoRⅠ、SacⅡ酶切位点，若要构建质粒2，可以采用引物1和4进行PCR扩增可得到整个R基因，以及上下游片段（或采用引物1和3以及引物2和4分别进行PCR扩增），用SacⅡ和EcoRⅠ对PCR产物进行酶切，然后回收上、下游片段，再与SacII酶切质粒1所得大片段连接，获得质粒2。 ②用质粒2转化临床分离的具有头孢霉素抗性、对氯霉素敏感的Sa，因为重组的质粒2上含有氯霉素抗性基因，所以可以将重组后的含质粒2的菌落涂布在含氯霉素（或氯霉素+头孢霉素）的平板上，能生存下来的菌落就是，含质粒2的Sa单菌落。 ③推测Sa产生头孢霉素抗性与其R基因有关。为验证该推测需要敲除R基因，因为质粒2上含有Y可被脱水四环素又到表达的Sa致死基因，所以将②获得的单菌落多次传代以增加同源重组敲除R基因的几率，随后稀释涂布在含脱水四环素的平板上，可诱导R基因死亡，若无法增殖，则对应菌落中细菌的R基因疑似被敲除。 ④以③获得的菌株基因组为模板，采用不同引物组合进行PCR扩增，电泳检测结果如图2，表明R基因已被敲除的是D组，由图1可知，R基因两侧含有的引物为2和3，所以扩增后含有引物2或3，或者2和3的可能含有R基因，所以表明R基因已被敲除的是D组。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3．3 基因工程的应用 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、基因工程在农牧业方面的应用 1．意义：转基因作物的种植使施用的 化学杀虫剂 减少，减少了 环境污染 ，使作物产量增加。 2．应用：基因工程技术已被广泛用于 改良动植物品种 ， 提高作物和畜产品的产量 等。 3．植物基因工程的应用 类型 方法 成果 转基因抗虫植物 从某些生物中分离出具有 抗虫功能 的基因，将它导入作物中 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 转基因抗病植物 将来源于 某些病毒、真菌 等的抗病基因导入植物中 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 转基因抗除草剂植物 将降解或抵抗某种 除草剂 的基因导入作物 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等 改良植物的品质 将某种 必需氨基酸 含量多的蛋白质编码基因导入植物中，以提高这种氨基酸的含量 赖氨酸含量比对照高30%的转基因玉米、呈现出自然界没有的 颜色变异 的转基因矮牵牛 (1)利用基因工程培育植物新品种的优越性 植物基因工程打破了常规育种中难以突破的 种间界限 ，实现了原核生物与植物、不同植物、动物与植物之间的 基因交流 ，从而大幅度地改良植物的 遗传特性 ，体现出基因工程巨大的优越性。 (2)利用转基因技术改良植物品质的途径 ①直接导入控制该性状的 结构蛋白 的基因； ②导入与该性状有关的某种关键酶的 基因 或者改变某种关键酶的 活性 。　　　　　　　　　　　　　 2．基因工程在畜牧业方面的应用 (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，在其体内合成大量的生长激素，可以使转基因动物生长得 更快 。例如，转生长激素基因绵羊、转生长激素基因鲤鱼等。 (2)用于改善畜产品的品质（主要是指产品的 观赏 价值和 营养 价值）：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组乳糖酶―→乳糖分解―→乳汁中的乳糖含量大大降低，其他 营养成分 不受影响，乳汁品质改善。 动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质 ，而不是为了产生体型 巨大的个体 。 二、基因工程在医药卫生领域的应用 1．利用微生物或动植物的细胞进行基因改造，生产药物 成果： 细胞因子 、抗体、疫苗、激素等。 2．利用哺乳动物批量生产药物 （1）构建乳腺生物反应器 ①目的基因： 药用蛋白 基因。 ②启动子： 乳腺中特异表达的基因 的启动子。 ③受体细胞： 受精卵 。 （2）成果：利用乳腺生物反应器生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α－抗胰蛋白酶等。 3．建立移植器官工厂 （1）方法：在器官供体的基因组中导入 某种调节因子 ，以抑制 抗原决定基因 的表达，或设法 除去 抗原决定基因，再结合 克隆技术 ，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 （2）优点：解决人体移植器官短缺问题；避免 免疫排斥 反应。 三、基因工程在食品加工方面的应用 1．氨基酸：利用转基因生物合成阿斯巴甜的原料 阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由 天冬氨酸 和 苯丙氨酸 形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。 2．酶：利用转基因生物获得生产奶酪需要的 凝乳 酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的 淀粉 酶；利用转基因生物生产加工烘烤食品要用到的 脂肪 酶等。 3．工业用酶：通过 构建基因工程菌 ，然后用发酵技术大量生产食品工业用酶，相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高。而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。 4．环境保护：基因工程还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理 环境污染 ，利用经过基因改造的微生物来生产 能源 等。 一、基因工程在医药卫生领域的应用 [问题探究] 1．为了生产药物，常把药用蛋白基因构建的表达载体导入大肠杆菌或酵母菌细胞中构建工程菌，选用细菌或酵母菌作为受体细胞的优点有哪些？ 细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对少，生产能力 大等。 2．继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？ 应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产 。 3．微生物或动植物的细胞生产药物 类型 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 应用 预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等 实例 我国生产的重组人 干扰素 、血小板生成素、 促红细胞生成素 和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场 4．知识拓展——干扰素 (1)干扰素的作用 干扰素是 动物或人体细胞 受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，是一种具有 干扰病毒 复制作用的糖蛋白，在临床上常作为抗病毒的特效药，如用于乙肝、丙肝的治疗。 (2)干扰素的生产过程 (3)关于大肠杆菌生产干扰素的说明 据科学家的研究资料显示，用大肠杆菌生产出来的干扰素是没有糖链的，但同样能够 抑制病毒在细胞内 的增殖，增强吞噬细胞的 吞噬作用 和对癌细胞的 杀伤作用 。由此可知，大肠杆菌可以生产干扰素，但没有证据表明大肠杆菌能生产糖蛋白。 5．哺乳动物生产药物 (1)乳腺(房)生物反应器：科学家将药用蛋白基因与乳腺中 特异表达 的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过 显微注射 的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入 泌乳期 后，可以通过 分泌乳汁 来生产所需要的药物。 (2)过程(如图所示) (3)成果：目前，科学家已在牛、山羊等动物乳腺(房)生物反应器中获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α­抗胰蛋白酶等重要的医药产品。 (4)优点：产量 高 、质量 好 、成本 低 、 易 提取。 6．建立移植器官工厂 (1)移植器官工厂的原因 (2)猪作为材料的优点 ①猪的内脏 构造 、大小、 血管分布 与人的极为相似； ②猪体内 隐藏的 、可导致 人类疾病的病毒 要 远少 于灵长类动物。 7．利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等 基因工程能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来 生产能源 等。　　　　　　　　　　　　　 8．乳腺生物反应器与工程菌生产药物比较 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌生产药物 基因结构 哺乳动物基因的结构与人类基因结构 基本相同 细菌或酵母菌 等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异 基因产物 与天然蛋白质 完全相同 细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能 不具有 生物活性 受体细胞 哺乳动物的 受精卵 微生物细胞 导入目的基因方式 显微注射法 感受态细胞法 生产条件 不需 严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需严格 灭菌 ，严格控制工程菌生长繁殖所需的 温度、pH、营养物质浓度 等外界条件 产物提取 从哺乳动物 乳汁 中提取，相对简单 从微生物细胞中提取，相对复杂 9．有关乳腺(或膀胱)生物反应器的几个提醒点 (1)乳腺生物反应器是一种转基因动物进入 泌乳期后 ，其能通过 分泌乳汁 来生产所需要的药物。 (2)作为乳腺生物反应器的转基因动物，与普通转基因动物相比：构建乳腺反应器时在其目的基因(药用蛋白基因)前需加上 乳腺中特异性表达的基因的启动子 等调控元件。 (3)只有 雌性哺乳动物 进入 泌乳期 后才能分泌乳汁，故转基因后的 受精卵 经体外培养得到的早期胚胎移入母体前，需进行 性别鉴定 ，选择 雌性动物 的早期胚胎移入母体子宫。 (4)膀胱生物反应器是外源基因在 膀胱上皮细胞 中表达的转基因动物，有着和乳腺生物反应器一样的优点： 更易收集 产物蛋白，且不对动物 造成伤害 。此外，膀胱生物反应器可从动物 一出生 就收集产物，不受动物的 性别 和是否正处于 生殖期 的限制，且从动物的 尿液 中提取产物比从乳汁中提取更简便。　　　　　　　　　　　　　 （限时：15min） 一、单选题 1．基因工程在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述，错误的是（     ） A．可利用转基因动物做器官移植供体 B．肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，可提高乳汁中乳糖含量 C．喷洒除草剂，会杀死杂草而抗除草剂玉米不受损 D．将胰岛素基因导入酵母菌中，通过发酵工程可批量生产胰岛素 2．（2011·四川·高考真题）北极比目鱼中有抗冻基因，其编号的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越多，越强，下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是（     ） A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序 B．多个抗冻基因编码去依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白 C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选 D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达 3．（2023·湖南·高考真题）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．下列关于生物工程相关知识的叙述有几项是正确的（     ） ①在基因工程操作中为了获得重组质粒，必须用相同的限制性内切酶，露出的黏性末端可以不同 ②只要B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞，就能产生单克隆抗体 ③若要生产转基因抗病水稻，可将目的基因先导入到大肠杆菌中，再转入水稻细胞中 ④植物体细胞杂交，能克服远源杂交不亲和的障碍，培育出的新品种是二倍体 ⑤基因治疗主要是对具有缺陷的体细胞进行全面修复 ⑥诱导细胞融合之前，需将抗原反复注射给实验小鼠，目的是获得产生单一抗体的效应B细胞 A．1项 B．2项 C．3项 D．4项 5．多年生野生大豆(S)具有遗传多样性丰富、抗逆性强等优势，其丰富的可遗传变异为重要农艺性状的挖掘和育种提供了宝贵资源。下列叙述正确的是（     ） A．用秋水仙素处理S的花粉可获得多倍体植株 B．利用转基因技术可将S的优良基因转移到其他植物体内 C．通过射线照射S的幼苗一定能获得具有更优良性状的植株 D．用一定浓度的生长素类似物处理未授粉的S，可避免连续阴雨天气造成的减产 6．据统计，从20世纪90年代至今，全世界包括基因制药在内的生物技术药物的销售额，以年均30%的速度增长，生物制药已成为21世纪的朝阳产业。下列有关说法错误的是（     ） A．对于基因制药，我们应该科学地认识和评估，保障公众的知情权 B．由于转基因产品的安全问题，国家应建立相应的评估及预警机制 C．利用转基因技术还可以进行基因治疗，现在技术已经完全成熟 D．科学家在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出抗凝血酶和血清白蛋白等重要药品 7．（2012·四川·高考真题）将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新置入大肠杆菌的细胞内，通过发酵就能大量生产人生长激素。下列叙述正确的是（     ） A．发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初级代谢产物 B．大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传 C．大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤与尿嘧啶含量相等 D．生长激素基因在转录时需要解旋酶和DNA连接酶 8．研究人员制备哺乳膀胱生物反应器。用其获得人体特殊功能蛋白W的基本过程如下图所示。下列有关叙述错误的是（     ） A．转基因动物的乳腺上皮细胞膀胱上皮细胞都能表达W基因 B．步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养 C．步骤③的代孕母体需进行同期发情处理 D．可收集膀胱生物反应器的尿液来提取W 9．为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性，可采取基因策略（包括提高杀虫基因的表达量、向棉花中转入多种杀虫基因等）。例如，早期种植的抗虫棉只转入了一种Bt毒蛋白基因，抗虫机制比较单一；现在经常将两种或两种以上Bt基因同时转入棉花。关于上述基因策略，下列叙述错误的是（    ） A．提高Bt基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度 B．转入棉花植株的两种Bt基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律 C．若两种Bt基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株，则两种基因互为等位基因 D．转入多种Bt基因能提高抗虫持久性，是因为棉铃虫基因突变频率低且不定向 10．普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酵（PG）基因，PG能破坏细胞壁中的果胶（由半乳糖醛酸聚合而成），使番茄软化不耐贮藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞，培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄，作用原理如图，下列叙述不正确的是（    ） A．mRNA2能阻止PG基因的翻译过程，使细胞不能合成PG B．多聚半乳糖醛酸酶水解果胶的最终产物是半乳糖醛酸 C．将抗PG基因导入番茄细胞和PG基因突变对番茄的影响不同 D．将PG基因导入细胞质可避免基因污染 11．人类是乙型肝炎病毒的唯一宿主，接种乙肝疫苗是预防乙肝病毒感染的最有效方法。乙型肝炎疫苗的研制先后经历了血源性疫苗和基因工程疫苗阶段。下图为乙肝病毒基因工程疫苗的生产和使用过程，质粒中lacZ基因可使细菌利用加入培养基的物质X-gal，从而使菌落显现出蓝色，若无该基因，菌落则成白色。下列相关说法不正确的是（    ） A．过程①最好的限制酶选择方案是BamHⅠ和EcoRⅠ B．为了使重组质粒中目的基因正常表达，还需要插入启动子和终止子 C．过程②需要在培养基中加青霉素和X-gal筛选白色的大肠杆菌菌落 D．基因工程疫苗比血源性疫苗更安全，但仍可能出现病毒增殖和感染 二、非选择题 12．（2024·天津·高考真题）金黄色葡萄球菌（简称Sa）是人体重要致病细菌、不规范使用抗生素易出现多重抗药性Sa。 (1)Sa产生抗药性可遗传变异的来源有 （至少答出2点）。 (2)推测Sa产生头孢霉素抗性与其R基因有关。为验证该推测，以图1中R基因的上、下游片段和质粒1构建质粒2，然后通过同源重组（质粒2中的上、下游片段分别与Sa基因组中R基因上、下游片段配对，并发生交换）敲除Sa的R基因。 ①根据图1信息，简述质粒2的构建过程（需包含所选引物和限制酶）： ，然后回收上、下游片段，再与SacII酶切质粒1所得大片段连接，获得质粒2。 ②用质粒2转化临床分离的具有头孢霉素抗性、对氯霉素敏感的Sa，然后涂布在含 的平板上，经培养获得含质粒2的Sa单菌落。 ③将②获得的单菌落多次传代以增加同源重组敲除R基因的几率，随后稀释涂布在含 的平板上，筛选并获得不再含有质粒2的菌落。从这些菌落分别挑取少许菌体，依次接种到含 的平板上，若无法增殖，则对应菌落中细菌的R基因疑似被敲除。 ④以③获得的菌株基因组为模板，采用不同引物组合进行PCR扩增，电泳检测结果如图2，表明R基因已被敲除的是 。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$