3.3 基因工程的应用+3.4蛋白质工程（分层培优训练）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

3．3基因工程的应用 3．4蛋白质工程 （概念检测+基础训练+能力提升） 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 1．科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米，种植该玉米的农田就不需要进行防虫管理了。（ × ） 2．利用转基因改良植物品质，目的基因一定是控制该性状的基因。（ × ） 3．基因工程育种比传统育种所需的时间短，并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。（ √ ） 4．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，能获得产生人干扰素的菌株。（ √ ） 5．基因工程培育的“超级细菌”是对多种抗生素均有抗性的细菌。（ × ） 6．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。（ × ） 7．基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不)遵循。（ × ） 8．为延长干扰素保存时间，需要替换氨基酸；为提高玉米中赖氨酸含量，需要在蛋白质中加入赖氨酸。（ × ） 9．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，也需要利用基因工程的基本工具，需要经历基因工程的操作流程。（ √ ） 10．根据某生物多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定该生物中这段肽链()的脱氧核苷酸序列。（ × ） 1．我国科学家将苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因转入棉花，培育出抗虫棉。当棉铃虫等害虫食用抗虫棉后，Bt毒蛋白在害虫的肠道中会被特定蛋白酶水解成小的肽段，结合于肠细胞表面特异性受体后，破坏细胞，最终造成害虫死亡。该抗虫棉培育过程运用的变异原理是（    ） A．基因突变 B．基因重组 C．染色体畸变 D．表观遗传 【答案】B 【分析】基因工程的步骤包括目的基因的获取，基因表达载体的构建，将目的基因导入受体细胞，目的基因的检测与鉴定，其中基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。 【详解】抗虫棉培育过程利用了基因工程的手段培育出来的，通过基因工程的手段可以将目的基因转移到目标生物体内，进而实现了对目标生物的定向改造，生产出符合人类需要的目标生物，该过程中实现了基因的转移并在目标生物体内进行了正常的表达，该变异类型属于基因重组，即原有基因的重新组合，即B正确。 故选B。 2．基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是（　　） A．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中乳糖含量 B．作为乳腺生物反应器的动物体内只有乳腺细胞能表达目的基因 C．将牛凝乳酶导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶 D．喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米会受到损伤 【答案】B 【详解】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。 【点睛】A、将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可降低乳汁中乳糖含量，A错误； B、作为乳腺生物反应器的动物体内所有细胞都含有目的基因，但是只有乳腺细胞才能表达目的基因，B正确； C、将牛凝乳酶基因导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶，C错误； D、抗除草剂玉米含有抗性基因，则喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米不会受到损伤，D错误； 故选B。 3．科学家将外源的抗虫基因导入棉花的某个体细胞，然后通过植物组织培养，培育出了抗虫棉。与未导入抗虫基因的棉花相比较，抗虫棉具有抗虫的特性。下列相关表述，不正确的（    ） A．大量种植转基因抗虫棉，不会影响生态系统的物种多样性 B．抗虫棉具有抗虫特性，说明抗虫基因在棉花细胞内正常表达 C．抗虫棉具有抗虫特性，说明棉花产生了可遗传变异基因重组 D．抗虫基因导入受体细胞的核DNA上才能发挥作用并稳定遗传 【答案】A 【分析】农业必然会对生态造成影响，所以，转基因农作物如果大量种植必然会对生态圈造成影响，同样的，非转基因的传统农作物的大量种植也会对生态圈造成影响。 【详解】A、转基因农作物如果大量种植必然会对生态圈造成影响，A错误； B、抗虫棉具有抗虫特性，即能合成一种或几种对某些害虫有毒杀作用物质，B正确； C、抗虫棉具有抗虫特性，即发生基因重组，基因重组属于可遗传变异，C正确； D、只有抗虫基因导入受体细胞的核DNA，才能稳定遗传，D正确。 故选A 4．天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素（DTZ）发光。研究人员采用蛋白质工程解决该问题。下列相关叙述正确的是（　　） A．通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列 B．改造后的荧光素酶在一定条件下催化 DTZ发光是将化学能转化为光能 C．蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构来改变荧光素酶的功能 D．可用PCR 方法检测突变的荧光素酶基因是否翻译成蛋白质 【答案】B 【分析】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）。 【详解】A、通过化学诱变剂可以让天然荧光素酶的基因序列进行随机突变，但化学诱变通常是不定向的，A错误； B、改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能，B正确； C、蛋白质工程的实质是通过改造基因结构来改造或制造新的蛋白质，C错误； D、PCR 方法主要用于检测DNA的存在或者染色体DNA上是否插入目的基因，检测目的基因是否翻译为蛋白质的方法为抗原﹣抗体杂交，D错误。 故选B。 5．近年来，人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，不仅攻克了长期存在的蛋白质结构预测问题，还成功设计了多种新型功能蛋白，为多个领域带来了潜在的生物活性分子。下列说法正确的是（　　） A．蛋白质工程需要改造蛋白质分子的所有氨基酸序列 B．蛋白质工程的目标是改造现有蛋白质或创造新蛋白质 C．AI在蛋白质工程中的应用说明不再需要基因工程水平的操作 D．AI设计的蛋白质功能必然超过自然界中发现的任何蛋白质 【答案】B 【分析】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，通过改造或合成基因，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。 【详解】A、由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成，A错误； B、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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，B正确； C、人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，但蛋白质工程的操作最终还必须通过改造或合成基因来完成，仍然需要基因工程水平的操作，C错误； D、AI设计的蛋白质功能不一定超过自然界中发现的蛋白质，D错误。 故选B。 6．枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的第99位天冬氨酸和第156位谷氨酸改成赖氨酸，可使其在pH=6时的活力提高10倍。下列说法正确的是（    ） A．完成氨基酸的替换需要通过直接改造蛋白质实现 B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势 C．经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可遗传 D．蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息 【答案】C 【分析】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，通过改造或合成基因，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。蛋白质工程的过程：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 【详解】A、氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现，A错误； B、蛋白质工程可以改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，即培育新品种，但不能产生新物种，B错误； C、经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶的基因发生了改变，因此经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可以遗传，C正确； D、蛋白质工程的最终目的是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，获取基因序列是中间步骤，D错误。 故选C。 7．1998年，我国科研人员用两个机理不同的抗虫基因（CryIA和Cpti）构建融合基因表达载体，导入棉花细胞培育出双价转基因抗虫棉。自主知识产权抗虫棉的推广在提高经济和环境效益的同时，也保护了中国棉花产业的安全。下列叙述错误的是（　　） A．基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间 B．该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中 C．可用DNA探针检测融合基因是否转录出mRNA D．双价抗虫棉比单价棉选择抗性棉铃虫的速率更快 【答案】D 【分析】基因工又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。 【详解】A、基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间，才能保证抗性基因的表达，A正确； B、该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中，才能使抗性基因稳定存在并表达，B正确； C、可用DNA探针检测融合基因是否转录出mRNA，遵循碱基互补配对原则，C错误； D、双价抗虫棉与单价棉相选择的机理不同，从不同方向对害虫进行选择，双价抗虫棉比单价棉选择抗性棉铃虫的速率慢，D错误。 故选D。 8．利用乳腺生物反应器生产药用蛋白是动物基因工程的重要应用，目前科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等医药产品。下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是（　　） A．受体细胞可选用受精卵或早期胚胎的桑椹胚细胞 B．获得转基因动物需利用胚胎移植技术 C．鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞一般利用DNA分子杂交法 D．转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 【答案】A 【分析】利用乳腺生物反应器生产药用蛋白，是使目的基因在乳腺细胞中特异性表达，从乳汁中分离、提纯，获得所需要的药物蛋白。 【详解】A、受精卵全能性易于表达，培育转基因动物，应选择受精卵作为受体细胞，A错误； B、目的基因导入受精卵，受精卵发育为早期胚胎，要移植入子宫继续发育，B正确； C、检测目的基因是否成功插入受体细胞染色体DNA，可利用碱基互补配对的原理，用DNA分子杂交法，C正确； D、转基因动物体细胞含有目的基因，故形成配子可能含目的基因，故D正确。 故选A。 【点睛】本题考查基因工程相关知识，意在考查考生能理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成知识的网络结构能力。 9．某生物制品公司用下图方法生产干扰素，下列说法正确的是（    ） A．干扰素基因与质粒的化学本质相同 B．能产生干扰素的酵母菌是基因工程创造的新物种 C．若要获得耐储存的干扰素，则可利用蛋白质工程直接改造蛋白质 D．干扰素是由淋巴细胞产生的，所以只有淋巴细胞中才有干扰素基因 【答案】A 【解析】1、根据题意和图示分析可知：该过程属于基因工程从淋巴细胞中获取干扰素基因，干扰素基因和细菌质粒形成重组质粒，将目的基因导入酵母菌，干扰素基因表达。基因工程又叫DNA重组技术，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。 2、干扰素是由效应T细胞分泌一种蛋白质，它能够杀死病毒，因此将它用作抗病毒的药物。 【详解】A、干扰素基因与质粒的化学本质相同，都属于DNA，A正确； B、能产生干扰素的酵母菌是通过转基因工程得到转基因真菌，与普通的酵母菌不存在生殖隔离，因此不是一个新物种，B错误； C、蛋白质工程是直接改造基因而不是直接改造蛋白质，C错误； D、干扰素是由淋巴细胞产生的，但并不是只有淋巴细胞中才有干扰素基因，在其它的体细胞都含有该基因，只是不表达而已，D错误。 故选A。 10．蛋白质工程又称第二代基因工程，人工智能（AI）算法在蛋白质工程领域的应用已经被开发，下图为蛋白质工程的流程，下列相关叙述错误的是（    ）    A．蛋白质工程是基因工程的延伸，不需要对基因进行操作，直接对蛋白质进行加工改造 B．蛋白质工程可根据人类生产和生活的需要，设计并制造出自然界不存在的新的蛋白质 C．蛋白质工程可对药用蛋白进行改造，使其更好地用于人类疾病的治疗 D．AI算法在蛋白质工程领域应用的设想中，实现难度最大的是过程④ 【答案】A 【分析】1、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。 2、蛋白质工程的过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。 【详解】A、蛋白质工程并不是直接对蛋白质进行加工修饰的，是通过基因修饰或基因合成等方法，对现有蛋白质进行改造，A错误； B、基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，蛋白质工程要改造现有的蛋白质产生自然界不存在的新蛋白质，或制造一种新的蛋白质，B正确； C、蛋白质工程可对药用蛋白如干扰素、抗体等进行改造，使其更好地用于人类疾病的治疗，C正确； D、蛋白质工程中难度最大的是根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构，即④是难度最大的过程，D正确。 故选A。 14．人的血清白蛋白在临床上需求量很大，为提高其产量，科学家通过转基因技术和克隆技术培育出能分泌含人血清白蛋白乳汁的奶牛，流程如下图所示，图中数字表示相关的实验操作步骤。据图回答下列问题： (1)为获得人血清白蛋白基因，需利用PCR的方法从提取的DNA中获取目的基因。在PCR的反应体系中需要加入引物其作用是 ，除此以外此体系中还需加入 、 、耐高温的DNA聚合酶，为激活耐高温的DNA聚合酶，还应加入 。且按以下循环顺序设置温度为90℃以上、50℃左右和 ℃左右。 (2)获得人血清白蛋白基因后，科研人员构建了基因表达载体，下图为基因表达载体的部分结构。 结合题意分析图中与人血清白蛋白基因重组的是 的启动子，与图中启动子结合的酶是 。构建重组质粒后为了确定人血清白蛋白基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物 。 (3)进行实验操作步骤①时，采用的技术是 。若用体细胞取代胚胎细胞，则经过步骤②后得到早期胚胎的成功率会降低的原因是 。 【答案】(1) 使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 四种脱氧核苷酸 缓冲液 Mg2+ 72 (2) 奶牛乳腺细胞 RNA聚合酶 F2和R1或F1和R2 (3) 显微注射法 动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难 【分析】基因工程的基本操作步骤包括：获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内然后生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 【详解】（1）PCR反应体系需要模板（人血清白蛋白基因）、引物（使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸）、原料（四种脱氧核苷酸）、缓冲液，耐高温的DNA聚合酶，还需要加入Mg2+激活耐高温的DNA聚合酶。PCR循环顺序设置温度为90℃以上变性、50℃左右复性和72℃左右延伸。 （2）科学家通过转基因技术和克隆技术培育出能分泌含人血清白蛋白乳汁的奶牛，则需要再奶牛的乳腺细胞中表达，则人血清白蛋白基因连接奶牛乳腺细胞的启动子。RNA聚合酶与启动子结合启动转录过程。为确定人血清白蛋白基因连接到质粒中且插入方向正确，进行PCR检测时，所用一对引物扩增片段应包含质粒片段和目的基因片段，应选择F2和R1或F1和R2。 （3）实验操作步骤①是转基因，可以用显微注射法进行动物细胞的转基因操作。动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，所以若用体细胞取代胚胎细胞，则经过步骤②后得到早期胚胎的成功率会降低。 16．干扰素（IFN）是一类蛋白质，它作用于靶细胞产生抗病毒作用，还具有抑制癌细胞生长和调节免疫功能等作用。用基因工程来研究和生产干扰素成为科学家努力的目标，下图为基因工程技术获取干扰素的三条途径。请回答下列问题： (1)将IFN基因导入大肠杆菌一般先用 处理大肠杆菌；培养大肠杆菌时培养基的pH需要调至 性，调节pH需要在培养基灭菌 （填“前”或“后”）进行。 (2)将IFN基因导入水稻细胞中常用的方法为 ﹔图中①用到的技术为 。 (3)利用转基因牛生产干扰素时，需要将IFN基因与 等调控组件重组在一起；若要得到更多的乳腺生物反应器可以对图中②获得的 阶段的早期胚胎进分割。 (4)干扰素在体外保存相当困难，为了生产出耐储存的干扰素，科学家可通过 工程获得这种新药，具体流程是 。 【答案】(1) Ca2+ 中性或弱碱性 前 (2) 农杆菌转化法 植物组织培养 (3) 乳腺中特异表达的基因的启动子 桑葚胚或囊胚 (4) 蛋白质 根据已知的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→改造IFN基因或合成新IFN基因→构建新IFN基因表达载体→导入受体细胞→生产耐储存干扰素 【分析】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，通过改造或合成基因来改造现有蛋白质，或者制造一种新的蛋白质，以满足人类生产生活的需求，它是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。 【详解】（1）将目的基因导入大肠杆菌等微生物之前需要先用钙离子处理，使其处于感受态；培养大肠杆菌等细菌时培养基的pH需要调至中性或弱碱性；为避免杂菌污染，调节pH需要在培养基灭菌前进行。 （2）将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法；图中①将水稻细胞培育为水稻植株用到的技术为植物组织培养技术。 （3）启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，用于驱动基因的转录，在利用转基因牛生产干扰素时，需要将IFN基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控组件重组在一起；胚胎分割时的分割对象是桑葚胚（桑椹胚）或囊胚。 （4）蛋白质工程可以制造一种新的蛋白质，以满足人类生产生活的需求，为了生产出耐储存的干扰素，科学家可通过蛋白质工程获得这种新药，具体流程是：根据已知的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→改造IFN基因或合成新IFN基因→构建新IFN基因表达载体→导入受体细胞→生产耐储存干扰素。 11．2021年，我国科学家设计了一种下图所示的人造淀粉合成代谢路线（ASAP），在高密度氢能的作用下，成功将CO2和H2转化为淀粉。ASAP由11个核心反应组成，依赖许多不同生物来源的工程重组酶。科学家表示，按照目前的技术参数，在不考虑能量输入的情况下，1立方米生物反应器的年淀粉产量，理论上相当于种植1/3公顷玉米的淀粉年产量。下列说法错误的是（    ） A．该反应器的能量输入需要人工提供高能氢和ATP B．人工合成淀粉同样需要CO2的固定和C5的再生，最终将C6合成淀粉 C．ASAP代谢路线有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响 D．大量工程重组酶的制备是该项技术走向工业化可能面临的难题 【答案】B 【分析】该反应器模光合作用，将CO2和H2转化为淀粉需要人工供酶和能量，同样需要CO2的固定，C3的还原。 【详解】A、该反应器需要高能氢以及ATP还原C3，故该反应器的能量输入需要人工提供高能氢和ATP，A正确； B、人工合成淀粉同样需要CO2的固定，但不需要C5的再生，B错误； C、由题意知，ASAP代谢路线有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响，C正确； D、该反应器需要酶，大量工程重组酶的制备是该项技术走向工业化最可能面临的难题，D正确。 故选B。 12．新冠疫苗生产的途径及原理如下图所示，相关叙述不正确的是（    ） A．重组蛋白疫苗具有抗原性但不能侵染进入宿主细胞 B．感染过腺病毒的人可能由于存在腺病毒抗体，使疫苗作用效果较差 C．注射核糖核酸疫苗后，该疫苗能直接刺激机体产生特异性免疫 D．传统疫苗生产通常采用动物细胞体外培养病毒使其增殖 【答案】C 【分析】1、免疫预防是根据特异性免疫原理，采用人工方法将抗原（疫苗、类毒素等）或抗体（免疫血清、丙种球蛋白等）制成各种制剂，接种于人体，使其获得特异性免疫能力，达到预防某些疾病。 2、初次免疫和二次免疫相比较，首次感染抗原，机体通过体液免疫产生抗体和记忆细胞，相同抗原再次入侵时，记忆细胞比普通的B细胞更快地作出反应，即很快分裂产生新的浆细胞和记忆细胞，浆细胞再产生大量抗体消灭抗原，使得二次免疫反应快而强。 【详解】A、重组蛋白疫苗具有抗原性，但由于没有核酸且选取的是部分基因片段的表达产物，所以不能侵染进入宿主细胞，A正确； B、感染过腺病毒的人可能由于存在腺病毒抗体，抗体可能会清除疫苗，导致疫苗作用效果较差，B正确； C、注射核糖核酸疫苗后，该疫苗需要先表达出蛋白质才能刺激机体产生特异性免疫，C错误； D、传统疫苗是体外培养病毒并灭活得到的，由于病毒只能寄生在活细胞内，所以需要采用动物细胞体外培养病毒使其增殖，D正确。 故选C。 13．甜菜碱是一种渗透调节物质，可提高植物耐旱能力。科研人员将球形节杆菌中的codA基因（合成某种酶催化胆碱生成甜菜碱）导入杨树细胞内，以提高其抗旱能力。已知胆碱在合成甜菜碱的过程中有副产物H2O2（具有较强氧化性）产生。下列相关叙述错误的是（    ） CNT：正常供水的野生型；CT：正常供水的转基因杨树；DNT：干旱胁迫下的野生型；DT：干旱胁迫下的转基因杨树。 A．为保证实验准确性，正常供水组和干旱胁迫组需要每天检测栽培土壤的含水量并维持其恒定在两个不同水平 B．甲图显示，野生型杨树在干旱3周时叶片中甜菜碱含量明显上升，这说明其细胞内也含一定数量的codA基因 C．据甲、乙两图分析可知，干旱3周时转基因杨树叶片内H2O2的分解速度快于野生型杨树 D．在干旱胁迫5周复水1周后，两种杨树叶片内H2O2含量进一步下降，说明叶片细胞损伤后逐步恢复 【答案】B 【分析】分析题意可知，甜菜碱可调节植物的渗透压，能提高植物耐旱能力。codA基因的表达产物能催化胆碱生成甜菜碱，但在该过程中会产生H2O2。 由图表可知，该实验的自变量有干旱处理及复水处理时间、不同种类的杨树，因变量是甜菜碱和H2O2的含量。 【详解】A、正常供水组（CNT和CT组）和干旱胁迫组（DNT和DT组）间的自变量为土壤中的水含量的不同，故需要每天保持栽培土壤中含水量的差别，A正确； B、分析甲图可知，野生型杨树在正常和干旱条件下均能合成一定含量的甜菜碱，只能说明其含类似功能的基因，但不能说明野生型杨树含有球形节杆菌中的coA基因，B错误； C、根据题图比较1周和3周时的甲、乙两图，可以看出转基因杨树合成了更多的甜菜碱，其细胞内应该积累更多的代谢副产物H2O2，但转基因杨树的细胞内H2O2含量却低于野生型，说明其分解H2O2的速度更快，从而造成H2O2的积累量反而少，C正确； D、分析结果可知，干旱3周后，杨树细胞内的H2O2含量达到最大值，继续干旱两周及复水1周后，在干旱胁迫5周复水1周后，两种杨树叶片内H2O2含量进一步下降，说明叶片细胞损伤后逐步恢复，D正确。 故选B。 15．转基因生物反应器是指利用基因工程技术手段将外源基因转化到受体中进行高效表达，从而获得具有重要应用价值的表达产物的生命系统，包括转基因动物、转基因植物和转基因微生物。如图是通过基因工程获得转基因生物或产品的流程图，请结合相关知识回答下列问题： (1)若利用图示流程构建小鼠乳腺生物反应器批量生产人抗利尿激素，应先从人体 细胞中获取 ，通过反转录获得cDNA，再PCR后获得抗利尿激素基因。一条单链cDNA在PCR仪中进行n次循环，需要消耗 个引物。PCR过程中DNA先后经历高温变性→复性→延伸过程，故反应体系中需加入 酶。构建的表达载体导入的受体细胞一般选用受精卵，原因是 。 (2)膀胱反应器有着和乳腺反应器一样的优点：收集产物蛋白比较容易，不会对动物造成伤害。此外膀胱生物反应器还具有的显著优势在于不受转基因动物的 （答2点即可）的限制，而且从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 (3)若图中的受体细胞是大肠杆菌，通常用 处理大肠杆菌，其目的是使大肠杆菌处于 的生理状态。理论上制备能分泌抗利尿激素的“工程菌株”时，酵母菌比大肠杆菌更适合作为受体细胞，从细胞结构与功能的角度分析，原因是： 。 【答案】(1) 下丘脑 总RNA 2n-1 逆转录酶和耐高温的DNA聚合 受精卵体积较大，便于操作，具有发育的全能性 (2)性别、年龄 (3) Ca2+ 能吸收周围环境中DNA分子 酵母菌是真核生物，具有内质网、高尔基体，可对蛋白质进行加工并分泌到细胞外，便于提取 【分析】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。（4）目的基因的检测与鉴定。 【详解】（1）①由于人的抗利尿激素基因在下丘脑中表达，故要批量生产人抗利尿激素，需要从下丘脑细胞中获取总RNA，经过逆转录形成cDNA；一条单链cDNA在PCR仪中进行n次循环，共产生2n-1DNA分子，共有2n条链，其中2n-1条链是新合成的，需要引物，所以需要2n-1个引物；PCR过程中DNA先后经历高温变性→复性→延伸过程，该过程中温度较高，需要耐高温的DNA聚合酶，此外还需要逆转录酶；实验目的是要获得小鼠乳腺生物反应器，由于受精卵体积较大，便于操作，具有发育的全能性，故需要将基因表达载体导入动物细胞的受精卵中。 （2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产药物，可从动物一出生就收集产物，不受动物的性别和年龄的限制。 （3）将目的基因导入大肠杆菌等微生物细胞的方法是钙离子处理法，使大肠杆菌处于能吸收周围环境中DNA分子的状态；由于酵母菌是真核生物，具有内质网、高尔基体，可对蛋白质进行加工并分泌到细胞外，便于提取，故酵母菌比大肠杆菌更适合作为受体细胞。 17．水蛭素（Hirudin）可预防和治疗血栓。研究发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可提高其抗凝血活性。如图表示改造Hirudin基因及构建基因表达载体的过程。回答下列问题： (1)图中利用PCR引物在Hirudin基因内部引入碱基对的 （填“增添”“缺失”或“替换”），需要在 （填引物）中设计特定的碱基，从而对Hirudin基因进行改造以获得改良的Hirudin蛋白，这种技术操作属于 工程。 (2)根据图中质粒pCLY11的限制酶识别和切割位点，为使质粒pCLY11与Hirudin改良基因高效连接，应选用 对pCLY11进行酶切。质粒pCLY11中neor的作用是 。 (3)若将重组质粒导入大肠杆菌细胞内，一般先用 处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。培养基中应加入新霉素，经过培养、筛选获得工程菌株，所选的工程菌菌落应呈 。 (4)若利用乳腺生物反应器生产改良的Hirudin蛋白，请写出简要操作步骤： 。 【答案】(1) 替换 引物2和引物3 蛋白质 (2) Xma I和Bgl Ⅱ 作为标记基因，便于筛选含目的基因的受体细胞 (3) Ca2+（或CaCl2） 白色 (4)将Hirudin改良基因与乳腺中特异表达基因的启动子等调控元件重组，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，培育出转基因动物，通过转基因动物分泌乳汁来生产Hirudin蛋白 【分析】蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。目的基因的获取可以从基因文库中提取，可以使用PCR进行扩增获得。对于基因比较小，核苷酸序列已知，也可以直接使用DNA合成仪用化学方法直接人工合成。 【详解】（1）从图中可以看出，利用PCR引物在Hirudin基因内部引入碱基对，改变了基因的碱基序列，属于碱基对的替换，因为引物与模板链互补配对进行扩增，要在基因内部引入特定碱基对实现替换，需要在引物2和引物3中设计特定的碱基，这种通过对基因进行改造从而获得改良蛋白质的技术操作属于蛋白质工程，它是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，然后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。 （2）Hirudin改良基因两端的黏性末端图中已经给出，观察各限制酶的识别序列可知，限制酶Xma I和Bgl Ⅱ切割产生的黏性末端能与Hirudin改良基因的黏性末端碱基互补，要想把Hirudin改良基因与质粒pCLY11（运载体）拼接起来需要得到相同的黏性末端，因此质粒pCLY11（运载体）也需要限制酶Xma I和Bgl Ⅱ切割，质粒pCLY11中neor是新霉素抗性基因，其作用是作为标记基因，便于筛选含目的基因的受体细胞，在含有新霉素的培养基中，只有含有重组质粒（含有neor）的细胞才能存活。 （3）若将重组质粒导入大肠杆菌细胞内，一般先用Ca2+（或CaCl2）处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，即感受态。由于重组质粒构建时破坏了mlacZ基因（表达产物会使细胞呈蓝色，否则细胞呈白色），所以所选的工程菌菌落应呈白色。 （4）利用乳腺生物反应器生产改良的Hirudin蛋白的简要操作步骤： ①将Hirudin改良基因与乳腺中特异表达基因的启动子等调控元件重组在一起； ②通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中； ③将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物； ④从转基因动物的乳汁中提取改良的Hirudin蛋白。 试卷第2页，共15页 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.3基因工程的应用 3.4蛋白质工程 （概念检测+基础训练+能力提升） 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 1．科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米，种植该玉米的农田就不需要进行防虫管理了。（ ） 2．利用转基因改良植物品质，目的基因一定是控制该性状的基因。（ ） 3．基因工程育种比传统育种所需的时间短，并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。（ ） 4．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，能获得产生人干扰素的菌株。（ ） 5．基因工程培育的“超级细菌”是对多种抗生素均有抗性的细菌。（ ） 6．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。（ ） 7．基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不)遵循。（ ） 8．为延长干扰素保存时间，需要替换氨基酸；为提高玉米中赖氨酸含量，需要在蛋白质中加入赖氨酸。（ ） 9．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，也需要利用基因工程的基本工具，需要经历基因工程的操作流程。（ ） 10．根据某生物多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定该生物中这段肽链()的脱氧核苷酸序列。（ ） 1．我国科学家将苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因转入棉花，培育出抗虫棉。当棉铃虫等害虫食用抗虫棉后，Bt毒蛋白在害虫的肠道中会被特定蛋白酶水解成小的肽段，结合于肠细胞表面特异性受体后，破坏细胞，最终造成害虫死亡。该抗虫棉培育过程运用的变异原理是（    ） A．基因突变 B．基因重组 C．染色体畸变 D．表观遗传 2．基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是（　　） A．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可增加乳汁中乳糖含量 B．作为乳腺生物反应器的动物体内只有乳腺细胞能表达目的基因 C．将牛凝乳酶导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶 D．喷施除草剂后，杂草被杀死而抗除草剂玉米会受到损伤 3．科学家将外源的抗虫基因导入棉花的某个体细胞，然后通过植物组织培养，培育出了抗虫棉。与未导入抗虫基因的棉花相比较，抗虫棉具有抗虫的特性。下列相关表述，不正确的（    ） A．大量种植转基因抗虫棉，不会影响生态系统的物种多样性 B．抗虫棉具有抗虫特性，说明抗虫基因在棉花细胞内正常表达 C．抗虫棉具有抗虫特性，说明棉花产生了可遗传变异基因重组 D．抗虫基因导入受体细胞的核DNA上才能发挥作用并稳定遗传 4．天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素（DTZ）发光。研究人员采用蛋白质工程解决该问题。下列相关叙述正确的是（　　） A．通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列 B．改造后的荧光素酶在一定条件下催化 DTZ发光是将化学能转化为光能 C．蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构来改变荧光素酶的功能 D．可用PCR 方法检测突变的荧光素酶基因是否翻译成蛋白质 5．近年来，人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，不仅攻克了长期存在的蛋白质结构预测问题，还成功设计了多种新型功能蛋白，为多个领域带来了潜在的生物活性分子。下列说法正确的是（　　） A．蛋白质工程需要改造蛋白质分子的所有氨基酸序列 B．蛋白质工程的目标是改造现有蛋白质或创造新蛋白质 C．AI在蛋白质工程中的应用说明不再需要基因工程水平的操作 D．AI设计的蛋白质功能必然超过自然界中发现的任何蛋白质 6．枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的第99位天冬氨酸和第156位谷氨酸改成赖氨酸，可使其在pH=6时的活力提高10倍。下列说法正确的是（    ） A．完成氨基酸的替换需要通过直接改造蛋白质实现 B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势 C．经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可遗传 D．蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息 7．1998年，我国科研人员用两个机理不同的抗虫基因（CryIA和Cpti）构建融合基因表达载体，导入棉花细胞培育出双价转基因抗虫棉。自主知识产权抗虫棉的推广在提高经济和环境效益的同时，也保护了中国棉花产业的安全。下列叙述错误的是（　　） A．基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间 B．该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中 C．可用DNA探针检测融合基因是否转录出mRNA D．双价抗虫棉比单价棉选择抗性棉铃虫的速率更快 8．利用乳腺生物反应器生产药用蛋白是动物基因工程的重要应用，目前科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等医药产品。下列有关乳腺生物反应器的叙述错误的是（　　） A．受体细胞可选用受精卵或早期胚胎的桑椹胚细胞 B．获得转基因动物需利用胚胎移植技术 C．鉴别药用蛋白基因是否导入受体细胞一般利用DNA分子杂交法 D．转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 9．某生物制品公司用下图方法生产干扰素，下列说法正确的是（    ） A．干扰素基因与质粒的化学本质相同 B．能产生干扰素的酵母菌是基因工程创造的新物种 C．若要获得耐储存的干扰素，则可利用蛋白质工程直接改造蛋白质 D．干扰素是由淋巴细胞产生的，所以只有淋巴细胞中才有干扰素基因 10．蛋白质工程又称第二代基因工程，人工智能（AI）算法在蛋白质工程领域的应用已经被开发，下图为蛋白质工程的流程，下列相关叙述错误的是（    ）    A．蛋白质工程是基因工程的延伸，不需要对基因进行操作，直接对蛋白质进行加工改造 B．蛋白质工程可根据人类生产和生活的需要，设计并制造出自然界不存在的新的蛋白质 C．蛋白质工程可对药用蛋白进行改造，使其更好地用于人类疾病的治疗 D．AI算法在蛋白质工程领域应用的设想中，实现难度最大的是过程④ 14．人的血清白蛋白在临床上需求量很大，为提高其产量，科学家通过转基因技术和克隆技术培育出能分泌含人血清白蛋白乳汁的奶牛，流程如下图所示，图中数字表示相关的实验操作步骤。据图回答下列问题： (1)为获得人血清白蛋白基因，需利用PCR的方法从提取的DNA中获取目的基因。在PCR的反应体系中需要加入引物其作用是 ，除此以外此体系中还需加入 、 、耐高温的DNA聚合酶，为激活耐高温的DNA聚合酶，还应加入 。且按以下循环顺序设置温度为90℃以上、50℃左右和 ℃左右。 (2)获得人血清白蛋白基因后，科研人员构建了基因表达载体，下图为基因表达载体的部分结构。 结合题意分析图中与人血清白蛋白基因重组的是 的启动子，与图中启动子结合的酶是 。构建重组质粒后为了确定人血清白蛋白基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物 。 (3)进行实验操作步骤①时，采用的技术是 。若用体细胞取代胚胎细胞，则经过步骤②后得到早期胚胎的成功率会降低的原因是 。 16．干扰素（IFN）是一类蛋白质，它作用于靶细胞产生抗病毒作用，还具有抑制癌细胞生长和调节免疫功能等作用。用基因工程来研究和生产干扰素成为科学家努力的目标，下图为基因工程技术获取干扰素的三条途径。请回答下列问题： (1)将IFN基因导入大肠杆菌一般先用 处理大肠杆菌；培养大肠杆菌时培养基的pH需要调至 性，调节pH需要在培养基灭菌 （填“前”或“后”）进行。 (2)将IFN基因导入水稻细胞中常用的方法为 ﹔图中①用到的技术为 。 (3)利用转基因牛生产干扰素时，需要将IFN基因与 等调控组件重组在一起；若要得到更多的乳腺生物反应器可以对图中②获得的 阶段的早期胚胎进分割。 (4)干扰素在体外保存相当困难，为了生产出耐储存的干扰素，科学家可通过 工程获得这种新药，具体流程是 。 11．2021年，我国科学家设计了一种下图所示的人造淀粉合成代谢路线（ASAP），在高密度氢能的作用下，成功将CO2和H2转化为淀粉。ASAP由11个核心反应组成，依赖许多不同生物来源的工程重组酶。科学家表示，按照目前的技术参数，在不考虑能量输入的情况下，1立方米生物反应器的年淀粉产量，理论上相当于种植1/3公顷玉米的淀粉年产量。下列说法错误的是（    ） A．该反应器的能量输入需要人工提供高能氢和ATP B．人工合成淀粉同样需要CO2的固定和C5的再生，最终将C6合成淀粉 C．ASAP代谢路线有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响 D．大量工程重组酶的制备是该项技术走向工业化可能面临的难题 12．新冠疫苗生产的途径及原理如下图所示，相关叙述不正确的是（    ） A．重组蛋白疫苗具有抗原性但不能侵染进入宿主细胞 B．感染过腺病毒的人可能由于存在腺病毒抗体，使疫苗作用效果较差 C．注射核糖核酸疫苗后，该疫苗能直接刺激机体产生特异性免疫 D．传统疫苗生产通常采用动物细胞体外培养病毒使其增殖 13．甜菜碱是一种渗透调节物质，可提高植物耐旱能力。科研人员将球形节杆菌中的codA基因（合成某种酶催化胆碱生成甜菜碱）导入杨树细胞内，以提高其抗旱能力。已知胆碱在合成甜菜碱的过程中有副产物H2O2（具有较强氧化性）产生。下列相关叙述错误的是（    ） CNT：正常供水的野生型；CT：正常供水的转基因杨树；DNT：干旱胁迫下的野生型；DT：干旱胁迫下的转基因杨树。 A．为保证实验准确性，正常供水组和干旱胁迫组需要每天检测栽培土壤的含水量并维持其恒定在两个不同水平 B．甲图显示，野生型杨树在干旱3周时叶片中甜菜碱含量明显上升，这说明其细胞内也含一定数量的codA基因 C．据甲、乙两图分析可知，干旱3周时转基因杨树叶片内H2O2的分解速度快于野生型杨树 D．在干旱胁迫5周复水1周后，两种杨树叶片内H2O2含量进一步下降，说明叶片细胞损伤后逐步恢复 15．转基因生物反应器是指利用基因工程技术手段将外源基因转化到受体中进行高效表达，从而获得具有重要应用价值的表达产物的生命系统，包括转基因动物、转基因植物和转基因微生物。如图是通过基因工程获得转基因生物或产品的流程图，请结合相关知识回答下列问题： (1)若利用图示流程构建小鼠乳腺生物反应器批量生产人抗利尿激素，应先从人体 细胞中获取 ，通过反转录获得cDNA，再PCR后获得抗利尿激素基因。一条单链cDNA在PCR仪中进行n次循环，需要消耗 个引物。PCR过程中DNA先后经历高温变性→复性→延伸过程，故反应体系中需加入 酶。构建的表达载体导入的受体细胞一般选用受精卵，原因是 。 (2)膀胱反应器有着和乳腺反应器一样的优点：收集产物蛋白比较容易，不会对动物造成伤害。此外膀胱生物反应器还具有的显著优势在于不受转基因动物的 （答2点即可）的限制，而且从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 (3)若图中的受体细胞是大肠杆菌，通常用 处理大肠杆菌，其目的是使大肠杆菌处于 的生理状态。理论上制备能分泌抗利尿激素的“工程菌株”时，酵母菌比大肠杆菌更适合作为受体细胞，从细胞结构与功能的角度分析，原因是： 。 17．水蛭素（Hirudin）可预防和治疗血栓。研究发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可提高其抗凝血活性。如图表示改造Hirudin基因及构建基因表达载体的过程。回答下列问题： (1)图中利用PCR引物在Hirudin基因内部引入碱基对的 （填“增添”“缺失”或“替换”），需要在 （填引物）中设计特定的碱基，从而对Hirudin基因进行改造以获得改良的Hirudin蛋白，这种技术操作属于 工程。 (2)根据图中质粒pCLY11的限制酶识别和切割位点，为使质粒pCLY11与Hirudin改良基因高效连接，应选用 对pCLY11进行酶切。质粒pCLY11中neor的作用是 。 (3)若将重组质粒导入大肠杆菌细胞内，一般先用 处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。培养基中应加入新霉素，经过培养、筛选获得工程菌株，所选的工程菌菌落应呈 。 (4)若利用乳腺生物反应器生产改良的Hirudin蛋白，请写出简要操作步骤： 。 试卷第2页，共15页 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$