第10单元 第7课时 基因工程的应用和蛋白质工程及生物技术的安全性与伦理问题（课件PPT）-【优化指导】2026年高考生物学一轮复习高中总复习·第1轮（人教版单选版 浙江专版）

高考总复习 生物学 第十单元 生物技术与工程 第7课时　基因工程的应用和蛋白质工程及生物技术的安全性与伦理问题 1．举例说明基因工程在农牧业、医药卫生及食品工业等方面的应用。(生命观念、社会责任) 2．举例说明依据人类需要改造或合成基因以生产目标蛋白的过程。(科学思维、社会责任) 3．关注生物技术的安全性与伦理问题，参与社会热点问题的讨论。(社会责任) 考点一　基因工程的应用 一、基因工程在农牧业方面的应用 二、基因工程在食品工业方面的应用 三、 基因工程在医药卫生领域的应用 [易错提醒] 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，其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。 　 (正确的画“√”，错误的画“×”) 1．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株。(　　　　) 2．转基因抗虫植物一定能抗病。(　　　　) 提示：植物病症由细菌、病毒等引起，转基因抗虫植物不一定抗病。 3．利用工程菌可以生产人的胰岛素等某些激素。(　　　　) × √ √ 4．基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。(　　　　) 提示：培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。 5．基因工程培育的抗虫、抗病作物可以减少环境污染，降低生产成本。(　　　　) × √ 1．(2025·四川成都模拟)为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响，科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种，变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量，结果如下表所示。下列分析错误的是(　　) A 表达量品种 AtCIPK基因相对表达量 NtLE5基因的表达量 0天 7天 甲 5.31 1.01 1.81 乙 5.52 1.05 1.83 丙 7.05 1.26 3.08 丁 0 0.98 0.95 A.丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜光照和进行干旱处理 B．基因表达量的分析过程中存在U—A碱基配对 C．除了检测基因的表达量外，还需进行个体水平的检测 D．AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物对干旱的适应性 解析：丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜的光照并浇水使其正常生长，变量处理时，实验组和对照组停止浇水，A错误；检测基因表达量时先提纯RNA，用逆转录的方法得到DNA，定时定量分析特定基因的含量，用于反映转录的情况，此过程中存在U—A碱基配对，B正确；除了检测基因的表达量，实验还需比较转基因烟草植株与普通烟草植株的生长量，用于检测转基因烟草的抗旱能力，C正确；由图中的数据可以看出，AtCIPK基因的相对表达量与抗干旱基因NtLE5的表达量呈正相关，说明AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物的抗旱能力，D正确。 2．(2025·福建宁德期末)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 C 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。 考点二　蛋白质工程的原理和应用 一、蛋白质工程 1．概念 2．流程图 二、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__的性能或开发新的________。 3．农业方面：通过改造某些____________________，增加粮食的产量；改造微生物____________，设计优良微生物农药，防治病虫害。 酶 工业用酶 参与调控光合作用的酶 蛋白质的结构 (正确的画“√”，错误的画“×”) 1．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(　　　　) 2．天然存在的蛋白质是经过长期进化形成的。(　　　　) 3．自然界天然存在的蛋白质完全符合人类生产和生活的需要。(　　　　) 提示：自然界天然存在的蛋白质不一定完全符合人类的生产和生活需要。 4．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，是涉及多学科的综合科技工程。(　　　　) × √ √ √ 5．蛋白质工程常借助计算机建立蛋白质的三维结构模型。(　　) 6．对蛋白质结构的设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。(　　　　) 7．基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。(　　　) √ √ √ 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的重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。研究人员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化学合成法和利用________扩增，该技术遵循的基本原理是______。 答案：(1)多肽链　mRNA　密码子具有简并性 (2)PCR　DNA半保留复制 解析：(1)蛋白质工程的基本途径：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，据此可知，物质a是多肽链，物质b是mRNA；由于密码子的简并性，即一种氨基酸可能有一至多个密码子决定，而密码子是mRNA上编码氨基酸的三个相邻碱基，故在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同。(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。 蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 过程 预期蛋白质功能→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)或合成新基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→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 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的类型或生物产品 结果 可生产自然界不存在的蛋白质 只能生产自然界已存在的蛋白质 项目 蛋白质工程 基因工程 联系 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。 ②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造 1．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，纤维素酶的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 B 解析：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；利用蛋白质工程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。 2．下图表示蛋白质工程的操作过程，下列相关说法不正确的是(　　) A．过程a、b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 C 解析：过程a是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，过程b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，以满足人类的生产和生活的需求，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，根据已经明确的蛋白质结构可能构建出一种全新的基因，D正确。 考点三　生物技术的安全性与伦理问题 一、转基因成果 1．基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域是__________________。 2．转基因动物方面，科学家将____________、生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜等。 对微生物的基因改造 生长激素基因 3．转基因植物方面，目前已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物。种植转基因植物面积较大的国家有美国、巴西、阿根廷、加拿大等；种植的转基因作物中____和____最多，其次是棉花和油菜。 大豆 玉米 二、转基因产品的安全性 1．引发对转基因产品安全性争论的原因 (1)原本是自然造就的生命形式被人为改造后具有了全新特征。 (2)人们所生活的国家或社会，政治制度、意识形态、宗教信仰、经济发展水平、历史背景、传统文化和伦理道德观念等的差异，决定了人们具有不同的__________。 价值观取向 2．理性看待转基因技术 (1)以完备的相关科学知识为基础，即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。 (2)应该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)要靠确凿的____和严谨的____进行思考和辩论。 证据 逻辑 三、关注生殖性克隆人 1．生殖性克隆：指通过____技术产生独立生存的新个体。 2．治疗性克隆：指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。 3．我国______________________________任何生殖性克隆人实验。 克隆 不赞成、不允许、不支持、不接受 四、禁止生物武器 1．种类：致病菌类、病毒类、生化毒剂类等。 2．中国政府的态度：在任何情况下______________________生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。 不发展、不生产、不储存 (正确的画“√”，错误的画“×”) 1．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。(　　) 2．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆。(　　) 3．种植转基因作物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性。(　　) 4．设计试管婴儿主要用于不孕不育的治疗。(　　　　) 提示：试管婴儿主要用于不孕不育的治疗。 5．转基因作为一项技术本身是中性的。(　　　　) √ × √ √ √ 考向一　基于生物技术的安全性，考查生命观念及社会责任 1．某科学家利用转雪花莲凝集素基因的土豆喂大鼠，发现大鼠的体重和器官重量减轻，于是得出转基因食品有害这一结论。生物学会组织科学家进行评审，下列不能作为质疑该科学家实验可信度的观点是(　　) A．不能确定转基因和非转基因土豆的化学成分存在差异 B．导入土豆中的目的基因可能改变了原有的碱基配对原则 C．用于饲喂的食物可能并不是大鼠的标准食物 D．没有设置饲喂非转基因土豆的大鼠作为对照组 B 解析：不能确定转基因和非转基因土豆的化学成分存在差异，因此不能说明转基因食品可能有害，A不符合题意；基因中的碱基互补配对原则是A与T配对，C与G配对，导入土豆中的目的基因不可能改变原有的碱基配对原则，B符合题意；用于饲喂的食物可能并不是大鼠的标准食物，所以会导致大鼠的体重和器官重量减轻，这不能说明转基因食品可能有害，C不符合题意；没有设置饲喂非转基因土豆的大鼠作为对照组，所以不能说明大鼠的体重和器官重量减轻是由于吃了转基因食品，不能说明转基因食品可能有害，D不符合题意。 2．(2025·浙江杭州模拟)史上首例接受了“猪心脏”移植手术的患者在术后2个月去世。尽管没能最终救回他，但也延长了患者的寿命。据悉，手术使用的“猪心脏”源于被基因改造过的实验猪。这项技术有望解决器官移植面临的器官短缺的难题。下列关于器官移植的说法，不正确的是(　　) C A．通常器官移植要面临的难题之一是由T淋巴细胞引起的免疫排斥 B．该实验猪可能通过基因敲除技术“敲除”了引起人免疫系统反应的抗原基因 C．为保证该猪任何内脏都能供人体移植，需要在原肠胚时期对猪的细胞进行改造 D．我国支持的治疗性克隆也能解决器官短缺的难题 解析：人体免疫系统中的细胞毒性T细胞会攻击移植的器官，所以通常器官移植要面临的难题之一是由T淋巴细胞引起的免疫排斥，A正确；由于移植的器官会引发人体免疫反应，通过基因敲除技术“敲除”引起人免疫系统反应的抗原基因，可以避免这个现象的发生，B正确；由于在细胞原肠胚已经发生了分化，所以应该对猪的受精卵进行改造，才能够保证该猪任何内脏都能供人体移植，C错误；治疗性克隆指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官用于治疗性移植，可以解决器官短缺的难题，D正确。 考向二　基于生物技术的伦理问题，考查社会责任 3．(2025·湖北武汉模拟)所谓“设计试管婴儿”，是指将体外受精形成的胚胎(几个细胞期)在植入母体孕育前，将一个细胞取出进行某些基因检测，当检测结果符合人们需要时，再把胚胎植入母体孕育。下列有关叙述正确的是(　　) A．“设计试管婴儿”应用了细胞核移植、早期胚胎培养、胚胎移植等技术 B．与“设计试管婴儿”相比，“试管婴儿”需要经过遗传学诊断 C．“设计试管婴儿”和“试管婴儿”都是有性生殖 D．对于“设计试管婴儿”技术，我们应该强行禁止、反对争论 C 解析：“设计试管婴儿”没有应用细胞核移植技术，A错误；“试管婴儿”技术不需要检测基因，也不需要经过遗传学诊断，B错误；“设计试管婴儿”和“试管婴儿”都需要体外受精，都是有性生殖，C正确；“设计试管婴儿”不同于为解决不孕夫妇的生育问题出现的“试管婴儿”，一般是为了救治病人，需要“试管婴儿”的骨髓、干细胞、脐带血等，这样的设计符合伦理道德，不应该强行禁止，D错误。 1．(2024·浙江1月卷)关于生物技术的安全与伦理问题在我国相关法规明令禁止的是(　　) A．试管动物的培育 B．转基因食品的生产 C．治疗性克隆的研究 D．生物武器的发展和生产 D 真题链接 感悟高考 真题链接 感悟高考 A 真题链接 感悟高考 真题链接 感悟高考 真题链接 感悟高考 真题链接 感悟高考 真题链接 感悟高考 真题链接 感悟高考 真题链接 感悟高考 (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____________。 真题链接 感悟高考 (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______。 真题链接 感悟高考 (6)本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，理由是________。 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1－1 362基因序列改变为棉花细胞偏好密码子的基因序列 D．用1－1 362合成基因序列和1 363－1 848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白 真题链接 感悟高考 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　保证目的基因稳定高效表达，提高转录的效率 (4)HygBR (5)F3　R2 (6)D 真题链接 感悟高考 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，HygBR基因位于T-­DNA左右边界之间，可随着T­-DNA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。 真题链接 感悟高考 (5)根据图中信息可知，目的基因是人工合成的1－1 362基因序列与天然的1 363－1 848基因序列的结合体，应该选择引物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。 真题链接 感悟高考 1.(选择性必修3 P90)乳腺生物反应器是指将____________与乳腺中______________________等调控元件重组在一起，通过________的方法导入哺乳动物的______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____来生产所需要的药物。 2．(选择性必修3 P93)基因工程原则上只能生产______________________。 药用蛋白基因 特异表达的基因的启动子 显微注射 受精卵 乳汁 自然界中已存在的蛋白质 题后反思 基础落实 3．(选择性必修3 P94)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过______________来完成。 4．(选择性必修3 P94)蛋白质工程的基本思路是从________________出发→设计预期的__________→推测应有的__________→找到并改变相对应的______________(基因)或____________→获得______________。 改造或合成基因 预期的蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 合成新的基因 所需要的蛋白质 题后反思 基础落实 5.(选择性必修3 P103)理性看待转基因技术，最重要的是，要靠______________________进行思考和辩论。 6．(选择性必修3 P106)生殖性克隆是指通过____________________________。治疗性克隆是指利用克隆技术产生______________________，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。 7．科学思维与长句表达专练 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__________________________________________________________________________________________________。 确凿的证据和严谨的逻辑 克隆技术产生独立生存的新个体 特定的细胞、组织和器官 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 题后反思 基础落实 请完成：课时作业（49） 温馨提示 谢谢观看！ 解析：我国政府主张全面禁止和彻底销毁生物武器等各类大规模杀伤性武器，D符合题意。 2．(2024·江西卷)γ­氨基丁酸在医药等领域有重要的应用价值。利用L­谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L­谷氨酸脱羧是高效生产γ­氨基丁酸的重要途径之一。研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L­谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coli A。构建了以L­谷氨酸钠为底物高效生产γ­氨基丁酸的菌株E.coli B。下列叙述正确的是(　　) A.上图表明，可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB B．E.coli B发酵生产γ­氨基丁酸时，L­谷氨酸钠的作用是供能 C．E.coli A和E.coli B都能高效降解γ­氨基丁酸 D．可以用其他酶替代Nco Ⅰ 和Kpn Ⅰ 构建重组质粒 解析：题意显示，研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L­谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coli A，说明可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB，A正确；已知用L­谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L­谷氨酸脱羧是高效生产γ­氨基丁酸的重要途径之一，E.coli B中能表达L­谷氨酸脱羧酶(GadB)，因此可用E.coli B发酵生产γ­氨基丁酸，该过程中L­谷氨酸钠的作用不是供能而是作为底物，B错误；E.coli A中没有L­谷氨酸脱羧酶基因(gadB)，因而不能降解L­谷氨酸钠，而E.coli B中 含有该酶的基因，因而能高效降解L­谷氨酸钠，生产γ­氨基丁酸，C错误；选择限制酶时需考虑多重条件，如确保目的基因不被限制酶破坏、切割位点应精准位于启动子和终止子之间、避免对启动子和终止子造成任何损害等，同时在设计特异性引物时，还需要在其5端设计限制酶酶切位点，以便构建重组质粒，根据题干提供的信息，无法推断出是否有其他酶能够替代Nco Ⅰ 和Kpn Ⅰ ，D错误。 3．(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。 $$