第10单元 第52讲 基因工程的应用与蛋白质工程、生物技术的安全性与伦理问题(Word教参)-【精讲精练】2026年高考生物一轮复习（人教版 多选）

第52讲　基因工程的应用与蛋白质工程、 生物技术的安全性与伦理问题 [课标要求]　1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。3.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。4.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。5.中国禁止生殖性克隆人。6.世界范围内应全面禁止生物武器。 考点一　基因工程的应用与蛋白质工程 1．基因工程的应用 2．蛋白质工程的原理和应用 (1)蛋白质工程的概念 (2)蛋白质工程的基本原理 (3)蛋白质工程的应用 ①医药工业方面：研发药物，如延长干扰素的保存时间；降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度。 ②其他工业方面：改进酶的性能或开发新的工业用酶。 ③农业方面：通过改造某些参与调控光合作用的酶，增加粮食产量；改造微生物蛋白质的结构，设计优良微生物农药，防治病虫害。 1．外源生长素基因的表达可以使转基因动物长得更快。(√) 2．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛应用。(√) 3．用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。(√) 1．(选择性必修3P90“正文”)某些转基因药物只在雌性动物的乳腺细胞表达，为什么？ 提示　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，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中选择性表达。 2．(选择性必修3 P89“正文”)为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是什么？并说明理由。 提示　受精卵。受精卵体积较大，操作较容易，营养物质含量丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源生长激素基因，全能性较高。 3．(选择性必修3 P94“正文”)对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？ 提示　应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因有：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。 1．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物受精卵 微生物细胞 目的基因 导入方式 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，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 2.蛋白质工程与基因工程的区别和联系 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→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 筛选与获取目的基因→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 实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 可生产自然界中不存在的蛋白质 只能生产自然界中已存在的蛋白质 联系 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 考向一　基因工程的应用 1．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　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；通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代，B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。 答案　C 2．(2024·安徽卷)丁二醇广泛应用于化妆品和食品等领域。兴趣小组在已改造的大肠杆菌中引入合成丁二醇的关键基因X，以提高丁二醇的产量。回答下列问题。 (1)扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶，原因是____________________ ______________________________________________________________________________。 (2)使用BamH Ⅰ和SalⅠ限制酶处理质粒和X基因，连接后转化大肠杆菌，并涂布在无抗生素平板上(如图)。在此基础上，进一步筛选含目的基因菌株的实验思路是____________ ______________________________________________________________________________。 (3)研究表明，碳源和氮源的种类、浓度及其比例会影响微生物生长和发酵产物积累。如果培养基中碳源相对过多，容易使其氧化不彻底，形成较多的__________________，引起发酵液pH值下降。兴趣小组通过单因子实验确定了木薯淀粉和酵母粉的最适浓度分别为100 g·L－1和15 g·L－1。在此基础上，设置不同浓度的木薯淀粉(90 g·L－1、100 g·L－1、110 g·L－1)和酵母粉(12 g·L－1、15 g·L－1、18 g·L－1)筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，以获得较高发酵产量，理论上应设置________(填数字)组实验(重复组不计算在内)。 (4)大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高，其原因是________________ ______________________________________________________________________________。 (5)发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经________________，最终获得发酵产品。 解析　(1)在PCR反应中，变性的温度需要90 ℃以上，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而Taq DNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性，因此扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶。(2)据图可知，使用BamHⅠ和SalⅠ限制酶处理质粒和X基因，四环素抗性基因被破坏，氯霉素抗性基因保留，因此能在氯霉素培养基上生存，不能在四环素培养基上生存的大肠杆菌即是含目的基因菌株，因此实验思路为：在平板中添加氯霉素，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中，在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成。(3)碳源是微生物生长所需的主要能量来源，而氮源则是构成细胞物质和合成蛋白质、核酸等生物大分子的基本原料。当培养基中碳源相对过多时，微生物可能会优先利用碳源进行能量代谢，而氮源的消耗相对较慢。这会导致碳源氧化不完全，形成较多的乳酸或有机酸。这些乳酸或有机酸会在溶液中解离，使发酵液的pH值下降。因为要筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，木薯淀粉浓度有3种，酵母粉浓度也有3种，因此理论上应设置3×3＝9组实验。(4)大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量能量，绝大多数以热能形式释放，因此大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高。(5)发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分离、提纯等方面，因此发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经提取、分离、纯化，最终获得发酵产品。 答案　(1)在PCR反应中，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而Taq DNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性 (2)在平板中添加氯霉素，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中，在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成 (3)乳酸或有机酸　9 (4)大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量热量 (5)提取、分离、纯化 考向二　蛋白质工程及其应用 3．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　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，通过基因改造或合成基因，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。 答案　C 考点二　生物技术的安全性与伦理问题 一、转基因产品的安全性 1．转基因成果 2．对转基因产品安全性的争论 3．理性看待转基因技术 (1)理性看待转基因技术 ①清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。 ②看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响。 ③靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。 (2)我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的，就是研究上要大胆，坚持自主创新；推广上要慎重，做到确保安全；管理上要严格，坚持依法监管。 二、关注生殖性克隆人 三、禁止生物武器 1．生殖性克隆人破坏了人类基因多样性的天然属性，不利于人类的生存和进化。(√) 2．利用体外受精、体细胞核移植等技术获得的人的囊胚可以植入人或任何动物的生殖系统。(×) 3．生物武器相对容易获得，也便于携带和施放，但不会引起公众恐慌。(×) 4．做好现代口岸核生化有害因子(核放射物质、生化战剂、化学毒剂等)的防控工作，可以有力保障国门生物安全。(√) 1．(选择性必修3 P103“正文”)材料：转入生长激素基因的鱼生长速度快，饵料转化率高。但鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼存在生态安全性问题，我国科学家只将三倍体的转基因鱼投入自然系统。 请根据材料思考回答下列问题。 (1)转基因鱼成功的物质基础是什么？ 提示　各种细胞生物都以DNA分子作为遗传物质。 (2)试从保障生态安全性方面分析只投放三倍体鱼的原因。 提示　三倍体鱼不能繁殖，可以人工控制养殖数量和范围，避免发生杂交、竞争，引起生态危机。 2．(选择性必修3 P106“正文”)(1)生殖性克隆的原理是什么？ 提示　动物细胞的细胞核具有全能性。 (2)生殖性克隆与治疗性克隆最主要的区别是什么？ 提示　克隆的目的不同，生殖性克隆的目的是用于生育，产生新个体；治疗性克隆的目的是治疗人类疾病。 3．(选择性必修3 P112“正文”)对待生物武器的态度与转基因产品安全性的态度有何不同？ 提示　对待生物武器的态度是在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。对待转基因产品安全性的态度是趋利避害，而不能因噎废食。 考向一　转基因产品的安全性 1．转基因产品是指利用基因工程技术获得的生物制品，其安全性问题一直是大众关注和争论的热点。下列叙述错误的是(　　) A．通过转基因育种可增加或消除原有生物品种的某些性状 B．转基因食品风险评估时还需考虑标记基因的安全性问题 C．严格选择种植区域可减少转基因作物发生外源基因扩散的可能性 D．只要有证据表明某种转基因食品有害，就应全面禁止转基因技术在食品上的应用 解析　基因工程可创造出更符合人们需要的新的生物类型和产品；转基因产品是指利用基因工程技术而获得的生物制品，故通过转基因育种，按照人们的需要，可增加或消除原有生物品种的某些性状，A正确；在基因表达载体上，除了有目的基因、启动子、终止子等外，还需要标记基因，故转基因食品风险评估时还需考虑标记基因的安全性问题，B正确；转基因作物所携带的外源基因在使得作物高产的同时，也可能会向自然界扩散，从而打破自然界原有的物种平衡，严格选择种植区域可减少转基因作物发生外源基因扩散的可能性，C正确；若有证据表明某种转基因食品是有害的，可以禁止相关食品生产，但也可以利用该转基因食品进行进一步的科学研究，而不是全面禁止，D错误。 答案　D 2．对转基因生物的安全性发生争论，与科学发展水平的限制有密切关系。下面关于基因的相关知识中，不可能是争论原因的是(　　) A．对基因的结构和调控机制等的了解仍相当有限 B．所转移的基因有不少是异种生物的基因 C．外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的 D．DNA重组技术需要有精心设计的“分子工具” 解析　转基因生物是否安全关键在于基因的插入位置，而技术操作过程中所需的“分子工具”与转基因生物的安全性的关系不大。 答案　D 考向二　关注生殖性克隆人 3．(2023·浙江1月卷)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是(　　) A．试管婴儿技术应全面禁止 B．治疗性克隆不需要监控和审查 C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险 D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验 解析　试管婴儿属于有性生殖，合理范围内，试管婴儿技术是可以使用的，A错误；治疗性克隆要在严格监管下进行，B错误；生殖性克隆会引起严重的道德、伦理、社会和法律问题，C错误。 答案　D 4．下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　) A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞以治疗糖尿病属于治疗性克隆 B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆 C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖 D．治疗性克隆和生殖性克隆技术均需要用到动物细胞培养技术和核移植 解析　生殖性克隆属于无性生殖，C错误。 答案　C 考向三　禁止生物武器 5．关于生物武器的相关叙述，不正确的是(　　) A．生物武器种类包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌 B．生物武器可以直接或者通过食物、生活必需品等散布到其他地方 C．经过基因重组的生物武器可能使受害国居民感染而施放者不易感染 D．世界各国达成协议仅允许少数国家保存和使用生物武器 解析　生物武器种类包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等，A正确；生物武器可以直接或者间接通过食物、生活必需品等散布，因此生物武器是可怕的，B正确；经过基因重组的生物武器，是经过定向改造之后产生的，因此可能使受害国居民感染而施放者不易感染，C正确；为了世界和平，各国共同努力达成协议，即不允许任何国家保存和使用生物武器，D错误。 答案　D 6．(2024·丽水三模)生物武器素来令人谈虎色变，下列叙述错误的是(　　) A．生物武器不同于常规武器的是有些具有传染性 B．历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害 C．随着医学技术发展，生物武器造成的威胁不断降低 D．我国对生物武器及其技术和设备的扩散持反对态度 解析　生物武器不同于常规武器致病力强、攻击范围广，有些具有传染性，且危害难于控制，对于未知的生物武器难于防范，A正确；历史上生物武器曾对人类造成了严重的威胁与伤害，为防止生物武器的危害，要发展生物安全前瞻科技、储备生物防御技术，以保证人民的生命安全，B正确；随着医学技术发展，但生物技术也在发展，且可能会被别有用心的人用于研制生物武器，因此生物武器造成的威胁不会降低，C错误；中国在《禁止生物武器公约》中重申在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，且我国对生物武器及其技术和设备的扩散持反对态度，D正确。 答案　C 1．(2022·重庆卷)将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该胰岛素的叙述，错误的是(　　) A．进入人体后需经高尔基体加工 B．比人胰岛素多了2个肽键 C．与人胰岛素有相同的靶细胞 D．可通过基因工程方法生产 解析　胰岛素作用于细胞表面的受体，不需要经高尔基体的加工，A错误；人工长效胰岛素比人胰岛素的B链上多了两个精氨酸，氨基酸与氨基酸之间通过肽键连接，故多2个肽键，B正确；人工胰岛素和人胰岛素作用相同，都是降血糖的作用，故靶细胞相同，C正确；人工长效胰岛素是对天然蛋白质的改造，需要通过基因工程生产，D正确。 答案　A 2．(2024·吉林卷)将天然Ti质粒改造成含有Vir基因的辅助质粒(辅助T­DNA转移)和不含有Vir基因、含有T­DNA的穿梭质粒，共同转入农杆菌，可提高转化效率。细菌和棉花对密码子偏好不同，为提高翻译效率，增强棉花抗病虫害能力，进行如下操作。回答下列问题。 注：F1～F3，R1～R3表示引物；T­DNA­LB表示左边界；T­DNA­RB表示右边界；Ori表示复制原点；KanR表示卡那霉素抗性基因；HygBR表示潮霉素B抗性基因。 (1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是___________________________ ______________________________________________________________________________。 提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精，其目的是__________________________。 (2)本操作中获取目的基因的方法是________和________。 (3)穿梭质粒中p35s为启动子，其作用是________________________，驱动目的基因转录；插入两个p35s启动子，其目的可能是__________________________________________ _____________________________________________________________________________。 ______________________________________________________________________________。 (4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置，用________基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。 (5)为检测棉花植株是否导入目的基因，提取棉花植株染色体DNA作模板，进行PCR，应选用的引物是________和________。 (6)本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，理由是________(单选)。 A．通过含有双质粒的农杆菌转化棉花细胞 B．将苏云金杆菌Bt基因导入棉花细胞中表达 C．将1­1 362基因序列改变为棉花细胞偏好密码子的基因序列 D．用1­1 362合成基因序列和1 363­1 848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白 解析　(1)提取DNA时，要加入蛋白酶水解DNA酶以防止提取的DNA被DNA酶水解，同时水解其他的蛋白质以去除杂质；提取过程中加入预冷的酒精的目的是利用DNA不溶于酒精的特点来析出DNA分子。(2)根据题干信息可知，本操作中获取目的基因的方法有PCR和人工合成。(3)启动子位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的位点，可以驱动目的基因转录出mRNA。插入两个启动子有利于目的基因的稳定高效表达，提高转录的效率。(4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置分析可知，潮霉素B抗性基因位于T­DNA左右边界之间，可随着T­DNA一同转化进入受体细胞，故用HygBR基因对应的抗生素可初步筛选转化的棉花愈伤组织。(5)根据图中信息知，目的基因是人工合成的1­1 362基因序列与天然的1 363­1 848基因序列结合体，应该选择引物F1(或F3)和R2进行PCR检测棉花植株是否导入目的基因。(6)D项所述内容制造了新的蛋白质，属于蛋白质工程。 答案　(1)水解DNA酶以防止提取的DNA被DNA酶水解，同时水解其他的蛋白质以去除杂质　利用DNA不溶于酒精的特点来析出DNA分子 (2)PCR　人工合成 (3)识别和结合RNA聚合酶　保证目的基因的稳定高效表达，提高转录的效率 (4)HygBR (5)F1(或F3)　R2 (6)D 3．(2023·浙江6月卷)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)通过抑制或减弱一开始的变化，维持物质含量稳定，这种调节方式属于负反馈调节。人为添加一定浓度的赖氨酸类似物，使不抗赖氨酸类似物的细胞死亡，而抗赖氨酸类似物的细胞突变体能够存活。(2)①可通过检索生物信息数据库(或遗传序列数据库)获取目的基因的编码序列。②脂质体由磷脂等构成，脂质体可以与牛胚胎成纤维细胞的细胞膜发生融合，从而使表达载体进入细胞，最终进入细胞核，发生转化。③卵母细胞去核后作为受体细胞。经核移植的重组细胞需利用电刺激进行胚激活。④将重组细胞体外培养至早期囊胚后，可移植至代孕母牛子宫角。⑤DNA水平检测的目的是，检测转基因牛是否含有目的基因。分析可知，可以转基因牛耳组织细胞作为阳性对照。进行RNA水平检测时，需利用DNA酶(DNA水解酶)处理总RNA，以去除DNA污染。RNA经逆转录形成的cDNA可作为PCR扩增的模板，通过PCR技术可获取大量的目的基因片段。目的基因只在转基因牛乳腺细胞中表达的原因是在构建基因表达载体时，将目的基因与含有乳腺特异性启动子的相应载体连接，构建出了乳腺专一表达载体，该表达载体中的特异性启动子使目的基因仅在乳腺细胞中表达，而不会在其他细胞中表达。 答案　(1)负反馈调节　一定浓度的赖氨酸类似物 (2)①生物信息数据库/遗传序列数据库　②融合 ③受体细胞　激活　④早期囊胚　⑤转基因牛耳组织细胞　DNA酶　模板　构建的表达载体含乳腺特异性启动子，使目的基因仅在乳腺细胞中表达。 4．(2022·湖南卷)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题： (1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是______________________，物质b是________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是_______________。 (2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有_________、________________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是________。 (3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的________(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是_____________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。 解析　(1)据分析可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA半保留复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。 答案　(1)氨基酸序列（多肽链）　mRNA　密码子的简并性 (2)从基因文库中获取目的基因　通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成　DNA半保留复制 (3)种类　提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏 (4)取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。 一、选择题 1．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　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。 答案　D 2．(2024·河源调研)组织型纤溶酶原激活物(t－PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶，将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解，从而保持血管畅通。t－PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。科学家对其进行改造，增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是(　　) A．改造t－PA可通过改造基因或合成基因来实现 B．改造t－PA的过程不需要构建基因表达载体 C．需根据t－PA氨基酸序列合成出相应的基因 D．利用蛋白质工程生产的改造t－PA在自然界中不存在 解析　改造蛋白质需要改造基因或合成基因来实现，A正确；通过蛋白质工程改造t－PA的过程仍需要构建基因表达载体，B错误；根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：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)，故推测出改造t－PA应有的氨基酸序列之后，需要根据其氨基酸序列合成相应DNA，C正确；利用蛋白质工程生产的蛋白质是自然界中不存在的蛋白质，D正确。 答案　B 3．(2025·周口模拟)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述正确的是(　　) A．启动子和终止子分别驱动和终止目的基因的翻译过程 B．没有与目的基因重组的质粒也可能进入受体细胞 C．质粒上的目的基因必须整合到受体细胞的DNA上才能不被分解 D．以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同 解析　启动子和终止子分别驱动和终止目的基因的转录过程，控制翻译过程的是起始密码子和终止密码子，A错误；没有与目的基因重组的普通质粒也可能进入受体细胞，所以需要检测，B正确；若直接将目的基因片段导入受体细胞，则很容易被分解失效，故使用质粒作为载体是为了将目的基因导入受体细胞，可避免目的基因被分解，但不是绝对的，C错误；由于密码子具有简并性，因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列不一定相同，D错误。 答案　B 4．(2024·济南质检)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　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。 答案　C 5．(2025·重庆模拟)下列关于生物技术的安全性与伦理问题的叙述，错误的是(　　) A．转基因生物可能会造成“外来物种”入侵，影响生态系统的遗传多样性 B．若基因工程的目的基因来源于自然界，则不存在安全问题 C．中国政府禁止生殖性克隆人，但不反对治疗性克隆 D．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质 解析　转基因生物可能会造成前所未有的“外来物种”入侵，影响生态系统的遗传多样性，A正确；若基因工程的目的基因来源于自然界，也可能存在安全问题，B错误；中国政府禁止生殖性克隆人，但不反对治疗性克隆用于治疗疾病，C正确；在应用基因工程技术培育转基因植物时，应避免选择可能产生对人类有害的物质的目的基因，D正确。 答案　B 6．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T－DNA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　Ti质粒的T－DNA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；可用PCR等技术检测目的基因是否成功导入，C正确；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 。 答案　B 7．目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等。采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白的过程的正确顺序是(　　) ①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和确定相对应的脱氧核苷酸序列　②根据预期的蓝色荧光蛋白的功能设计其结构　③合成蓝色荧光蛋白基因　④表达出蓝色荧光蛋白 A．①②③④ B．②①③④ C．②③①④ D．④②①③ 解析　参照蛋白质工程的基本途径，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白的过程的正确顺序是②根据预期的蓝色荧光蛋白的功能设计其结构→①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和确定相对应的脱氧核苷酸序列→③合成蓝色荧光蛋白基因→④表达出蓝色荧光蛋白。 答案　B 8．(2025·烟台模拟)天然胰岛素制剂容易发生聚合，会在一定程度上延缓药效。科学家通过蛋白质工程将胰岛素B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，研发出速效胰岛素。下列说法错误的是(　　) A．设计速效胰岛素首先要从避免胰岛素形成聚合体这一预期功能开始 B．该过程通过改造胰岛素基因实现了对相应氨基酸序列的改造 C．速效胰岛素在受体细胞中合成时遵循中心法则 D．该过程若使用大肠杆菌作为受体细胞，可直接生产有生物活性的胰岛素 解析　对胰岛素进行分子设计的主要依据是胰岛素的预期功能，而后再进行预期蛋白质结构的设计，A正确；设计胰岛素的改造中，要对胰岛素基因的结构进行改造，因此，蛋白质工程又叫做第二代基因工程，B正确；速效胰岛素的化学本质是蛋白质，因此其在受体细胞中合成时遵循中心法则，C正确；该过程若使用大肠杆菌作为受体细胞，不能直接生产有生物活性的胰岛素，因为大肠杆菌是原核生物，细胞中没有内质网和高尔基体，因而不能对多肽链进行加工，D错误。 答案　D 9．(多选)下列关于生物武器的说法，正确的是(　　) A．彻底销毁生物武器是世界上大多数国家的共识 B．利用炭疽杆菌无法制成生物武器 C．中美两国发布联合声明，重申在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器 D．若有人以病毒作为生物武器，带来的危害将难以预估 解析　利用炭疽杆菌制成的生物武器，具有传染性强、致死率高、污染面广、难以防治等特点，B错误。 答案　ACD 10．(多选)(2025·烟台模拟)红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器，使其能合成EPO。下列有关叙述正确的是(　　) A．构建基因表达载体时，需将EPO基因插入乳腺蛋白基因的启动子的下游 B．一般情况下，该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达 C．用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的乳腺细胞中可合成并提取EPO D．用PCR扩增人的EPO基因，需要一段已知的EPO基因核苷酸序列 解析　启动子是一段特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，故构建基因表达载体时需将EPO基因(目的基因)插入乳腺蛋白基因的启动子的下游，A正确；采用基因工程培育的转基因羊作为乳腺生物反应器，能合成EPO，所以一般情况下，该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达，B正确；用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的受精卵(将来发育成雌性个体)中，待其发育到一定阶段，方可合成EPO，C错误；用PCR扩增人的EPO基因，前提是需要一段已知的EPO基因核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物，D正确。 答案　ABD 二、非选择题 11．为了能让绵羊作为人的抗胰蛋白酶的生物反应器，科学家将人的抗胰蛋白酶基因与绵羊乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，培育出了能够合成人的抗胰蛋白酶的转基因绵羊。回答下列问题： (1)获取人的抗胰蛋白酶基因可以采用从人体细胞中获取基因片段，这种方法的缺点是________________，如果基因________________________，也可以用DNA合成仪直接合成，获取的目的基因可以通过____________进行扩增。 (2)目的基因和启动子等组件的整合过程需要用到的工具酶是________________，启动子在基因表达过程中的作用是________________________________________，选择乳腺蛋白基因的启动子的原因是________________________________。 (3)将重组DNA导入受精卵的方法通常选用____________，受精卵在体外培养到__________阶段时再将其移植到受体母羊的子宫中进行发育。 解析　(1)从人体细胞中获取基因片段需要大量处理材料，目的性不强，具有一定的盲目性；当基因比较小、核苷酸序列已知的情况下，可以利用DNA合成仪直接合成；PCR技术可以根据DNA复制的原理，在体外大量扩增目的基因。(2)利用限制酶可对目的基因和质粒进行切割，获得相同的黏性末端后可利用DNA连接酶进行连接，形成磷酸二酯键。启动子位于基因的上游，是RNA聚合酶的识别和结合位点，驱动目的基因转录出mRNA。(3)将目的基因导入动物细胞一般利用显微注射法；受精卵培养到桑葚胚或囊胚阶段可移植进子宫，利于胚胎存活。 答案　(1)具有一定的盲目性　比较小、核苷酸序列已知　PCR技术 (2)限制酶和DNA连接酶　RNA聚合酶的识别和结合位点，驱动目的基因转录出mRNA　让基因在乳腺细胞中选择性表达 (3)显微注射法　桑葚胚或囊胚 12．(2024·福建龙岩模拟)心脏移植是挽救终末期心脏病患者生命唯一有效的手段，然而心脏移植过程中会发生缺血再灌注损伤(IRI)，可能导致心脏坏死。研究发现，IRI通过促进Caspase8蛋白等一系列凋亡蛋白的表达，导致细胞凋亡最终引起器官损伤。根据Caspase8基因合成的小干扰RNA(siRNA)可以使Caspase8基因沉默，有效抑制IRI所致的器官损伤。图甲是利用猪的心肌细胞开展siRNA作用研究的示意图，图乙是此研究可能用到的4种限制酶及其切割位点。回答下列问题： (1)图甲中步骤②构建重组质粒需要使用多种工具酶。常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。图乙中____________________________________酶切割后的DNA片段用T4 DNA连接酶连接的效率更高。DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是________。 (2)图甲中步骤③将重组质粒导入猪的心肌细胞最常用的方法是________________。siRNA对应DNA序列是在心肌细胞中表达产生siRNA，siRNA与RISC组装形成基因沉默复合物，通过________________________________________________________________，从而降低IRI引起的细胞凋亡。 (3)研究人员根据Caspase8基因的碱基序列，设计了三种序列分别导入猪的心肌细胞，通过测定靶基因Caspase8的mRNA含量来确定最优序列。测定mRNA含量时，需提取心肌细胞的总RNA，经过________过程得到cDNA，再进行PCR扩增，测定PCR产物量，结果如图丙所示。据此判断最优序列是________。 丙 (4)与直接将siRNA导入猪的心肌细胞相比，通过重组质粒将siRNA对应的DNA序列导入心肌细胞，其优点是___________________________________________________(答出1点)。 解析　(1)限制酶EcoR Ⅰ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcoR Ⅴ切割形成的是平末端，E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能连接黏性末端和平末端，另外T4 DNA连接酶连接平末端的效率更高，EcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoR Ⅴ切割后的DNA片段用T4 DNA连接酶连接的效率更高。DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成磷酸二酯键。(2)将重组质粒导入动物细胞常采用显微注射法。mRNA是翻译的模板，据图甲可知，基因沉默复合物作用于Caspase8 mRNA，抑制了基因表达的翻译过程，使Caspase8基因沉默。(3)研究人员根据Caspase8基因的碱基序列，设计了三种序列分别导入猪的心肌细胞，通过测定靶基因Caspase8的mRNA含量来确定最优序列。测定mRNA含量时，需提取心肌细胞的总RNA，经过逆转录过程得到cDNA，再进行PCR扩增，通过测定PCR产物量进而推测相关基因的表达量，图丙结果显示，序列2引起的PCR产物量最少，说明相关基因被沉默，因而可判断抑制效果最好的是序列2。(4)与直接将siRNA导入猪的心肌细胞相比，通过重组质粒将siRNA对应的DNA序列导入心肌细胞，siRNA可随重组质粒增殖而持续产生，从而使靶基因长时间沉默。 答案　(1)EcoR Ⅰ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoR Ⅴ　磷酸二酯键 (2)显微注射法　抑制Caspase8基因的翻译过程(或抑制Caspase8蛋白的合成) (3)逆转录　序列2 (4)可持续产生siRNA，使靶基因长时间沉默 学科网（北京）股份有限公司 $$