课时微练43 基因工程的应用和蛋白质工程-（教师用书）【赢在微点·顶层设计】2027年高中生物学高考一轮总复习（多选版）

课时微练(四十三)　基因工程的应用和蛋白质工程 　 一、选择题:本题共6小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的 1.下列有关基因工程的成果及应用的说法,错误的是(A) A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒 B.基因工程可提高动物的生长速率是由于外源生长激素基因的表达 C.外源基因在乳腺细胞中表达可让哺乳动物批量生产药物 D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、品质优良和具有抗逆性的农作物 解析　用基因工程方法培育的抗虫植物能抵抗某种害虫,不能抗病毒,A项错误;利用基因工程将外源生长激素基因导入动物细胞内,使该细胞合成、分泌生长激素,即该基因在动物体内表达,可提高动物的生长速率,B项正确;利用乳腺生物反应器生产人胰岛素,转基因生物进入泌乳期后,外源基因在乳腺细胞中可以表达产生相应的基因产物,使哺乳动物本身变为“批量生产药物的工厂”,C项正确;基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物,满足人类的生产生活需要,D项正确。 2.(2025·永州模拟)葡萄糖异构酶在工业上应用广泛,科学家将其第138位甘氨酸替换为脯氨酸后,其最适温度提高了10 ℃左右。下列相关叙述正确的是(B) A.蛋白质功能是由氨基酸的种类和数量决定 B.改造蛋白质结构可通过改造基因结构实现 C.蛋白质工程不可以定向改变蛋白质的结构 D.酶最适温度提高是因为脯氨酸比甘氨酸更耐热 解析　蛋白质的功能是由蛋白质的结构决定的,从根本上来说,是由基因决定的,A项错误;改造蛋白质结构可通过改造编码蛋白质的基因结构实现,B项正确;蛋白质工程可以获得特定功能的蛋白质,因此可以定向改变蛋白质的结构,C项错误;酶最适温度提高是因为酶的空间结构发生改变,D项错误。 3.胰岛素用于治疗糖尿病,但胰岛素注射后易在皮下堆积,需较长时间才能进入血液,进入血液后又易被分解,因此治疗效果受到影响。如图是新的速效胰岛素的生产过程,下列有关叙述正确的是(D) A.新的胰岛素的产生是依据基因工程原理完成的 B.新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则 C.新的胰岛素产生过程中最困难的一步是由胰岛素分子结构推测氨基酸序列 D.若用大肠杆菌生产新的胰岛素,常用Ca2+处理大肠杆菌 解析　新的胰岛素的产生是依据蛋白质工程原理完成的,A项错误;新的胰岛素生产过程中涉及转录、翻译的过程,其涉及中心法则,B项错误;新的胰岛素产生过程中最困难的一步是设计新的胰岛素分子的空间结构,C项错误;把目的基因导入大肠杆菌,常用Ca2+处理大肠杆菌,D项正确。 4.(2025·沈阳模拟)囊性纤维病的诊断阵列是表面结合有单链DNA探针的特殊滤纸(其中“0”处放置正常基因的探针,“1~10”处放置不同突变基因的探针),将#1~#3待测个体DNA用有色分子标记,然后将诊断阵列浸泡在溶解有单链标记DNA的溶液中,检测结果如图所示。下列叙述正确的是(D) A.诊断阵列可应用于产前诊断中染色体筛查 B.若#2与#3婚配,则后代携带突变基因的概率为3/4 C.将标记的待测双链DNA分子直接与诊断阵列混合后即可完成诊断 D.诊断阵列上放置不同病毒的基因探针可诊断人体感染病毒的类型 解析　囊性纤维病是一种常染色体隐性遗传病,若正常基因用“A”表示,则题图中“1~10”对应的致病基因可表示为“a1~a10”,根据DNA探针的使用原理,分析题图可知:#1的基因型是AA,#2的基因型是Aa4,#3的基因型是a2a5。诊断阵列上放置的是基因探针,故不能用于染色体的筛查,A项错误;#2与#3婚配(Aa4×a2a5),则后代携带突变基因的概率为100%,B项错误;DNA分子杂交的原理是利用碱基互补配对原则,与单链DNA探针特异性的结合,所以要先将待测双链DNA分子加热,形成单链DNA分子,C项错误;若诊断阵列上放置不同病毒的基因探针,根据碱基互补配对原则,也可诊断人体感染病毒的类型,D项正确。 5.(2025·重庆联考)苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性,但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题,制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变,将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后,Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍;将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后,Cry蛋白对舞毒蛾的毒性提高了7倍。下列相关叙述错误的是(D) A.对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的 B.与基因工程相比,蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体 C.蛋白质工程难度较大,主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂 D.如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换,Cry蛋白对舞毒蛾的毒性将增加21倍 解析　蛋白质的改造需要从根本上改造基因,因此对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的,A项正确;需要将改造的基因导入受体细胞并表达相关产物,就需要构建基因表达载体,因此与基因工程相比,蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体,B项正确;蛋白质的功能多样性,主要取决于蛋白质中氨基酸种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构,因此蛋白质工程难度较大,主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂,C项正确;如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换,Cry蛋白可能会失去原有的功能,D项错误。 6.(2025·连云港模拟)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。科学家培育出一种转基因山羊,其膀胱上皮细胞可以合成人的血清白蛋白并分泌到尿液中。下列叙述正确的是(D) A.可从人体成熟的红细胞中获取血清白蛋白基因 B.应选用膀胱上皮细胞作为目的基因的受体细胞 C.人的血清白蛋白基因只存在于转基因山羊的膀胱上皮细胞中 D.转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中有利于该蛋白的收集 解析　人体成熟的红细胞细胞核退化消失,细胞中无DNA,无基因,A项错误;应选用受精卵作为目的基因的受体细胞,以培育得到转基因山羊,B项错误;由于体细胞都由有丝分裂而来,遗传物质没有改变,因此转基因山羊所有体细胞均含有人血清白蛋白基因(红细胞在成熟前也有),C项错误;转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中,只要收集尿液即可收集该蛋白质,D项正确。 二、选择题:本题共4小题,在每小题给出的四个选项中,有两个或两个以上选项符合题目要求 7.(2025·南京模拟)嵌合抗原受体T细胞(CAR⁃T)是癌症治疗的研究热点。其原理是将CAR基因导入T细胞获得CAR⁃T,进而表达出特异性更强的癌细胞抗原受体蛋白(CAR)。相比自然状态下的细胞毒性T细胞,CAR⁃T对肿瘤细胞的杀伤性、靶向性更强。治疗流程如图所示。下列叙述错误的是 (ABC) A.步骤②属于生物工程中的细胞工程 B.CAR⁃T细胞的CAR能特异性识别并杀伤癌细胞 C.步骤④可选用动物病毒或噬菌体作为载体 D.步骤⑤需定期更换培养液以补充营养物质并清除代谢废物 解析　分析题意,步骤②是根据靶抗原设计CAR结构,是从蛋白质的预期结构开始,属于蛋白质工程,A项错误;CAR是CAR⁃T细胞表面的嵌合抗原受体,受体只有识别作用,没有杀伤癌细胞的功能,B项错误;基因工程中常见的载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等,噬菌体载体是依据噬菌体侵染大肠杆菌的原理,将目的基因片段整合到噬菌体基因组中,因此将CAR基因导入T细胞不能用噬菌体作为载体,C项错误;动物细胞培养时,为补充营养物质并清除代谢废物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害,需定期更换培养液,D项正确。 8.(2025·邯郸模拟)AK、DHDPS是玉米中合成赖氨酸的两种关键酶,赖氨酸达到一定浓度就会与两种酶结合抑制它们的活性,如图所示,因此玉米中赖氨酸含量比较低。将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸,DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸,该变化影响了其与赖氨酸的结合,使玉米叶片和种子内游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列有关分析错误的是 (AC) A.玉米中赖氨酸含量比较低与正反馈调节密切相关 B.要替换AK、DHDPS中的氨基酸需要通过改造相应基因来实现 C.改造后的AK和DHDPS与底物结合能力加强,导致玉米合成赖氨酸的能力增强 D.改造后的AK和DHDPS空间结构改变,与赖氨酸结合的能力降低 解析　由题可知,赖氨酸达到一定浓度与AK、DHDPS结合,抑制它们的活性,从而使反应速率下降,属于负反馈调节,A项错误;根据题意“将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸,DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸”,可知上述操作为蛋白质工程,蛋白质工程的实质是通过改造相应基因来实现的,B项正确;将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸,DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸,会导致改造后的AK和DHDPS的空间结构改变,与赖氨酸结合的能力降低,但改造后的AK和DHDPS的活性基本不变,C项错误,D项正确。 9.(2025·南昌模拟)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。科研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。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。下列叙述正确的是 (BCD) 甲 乙 A.水蛭蛋白经两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与其肽含量有关 B.酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露 C.要获得水蛭素的基因,可以从水蛭细胞中提取mRNA,经逆转录获得目的基因 D.上述实验的目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构 解析　两种酶水解水蛭蛋白后,肽含量的两条曲线比较接近,说明抗凝血的活性与肽的含量关联不大,A项错误;酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性先上升后相对稳定,由此推测酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露,B项正确;为了获得水蛭素基因,可从细胞中提取水蛭素基因转录的mRNA,经逆转录获取目的基因,C项正确;题述实验的目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构,D项正确。 10.单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。有一对夫妇均为镰状细胞贫血致病基因的携带者,为了能生下健康的孩子,每次妊娠早期都进行产前诊断。如图为这对夫妇和孩子核酸分子杂交诊断的结果示意图。下列相关叙述正确的是 (ACD) A.与图中正常基因模板链杂交的探针碱基对应序列为5'—AACTCGT—3' B.根据凝胶电泳带谱分析,基因纯合的是Ⅱ2 C.该地区镰状细胞贫血患病率为1/10 000,若Ⅱ3与另一正常女子婚配,则生出患病孩子的概率为1/202 D.若将正常的血红蛋白基因成功导入患者的骨髓造血干细胞中,可用于治疗该病 解析　据题图可知,正常基因模板链的核酸序列为5'—ACGAGTT—3',按照碱基互补配对的原则,则与题图中正常基因模板链杂交的探针碱基对应序列为5'—AACTCGT—3',A项正确;题图中夫妇的基因型均为Bb,根据凝胶电泳带谱分析,基因纯合的是Ⅱ2(bb)和Ⅱ1(BB),B项错误;该地区镰状细胞贫血患病率为1/10 000,说明该地区人群中b的基因频率为1/100,则B的基因频率为99/100,则正常人群中携带者的概率为2×1/100×99/100÷(1-1/10 000)=2/101,分析题图可知,Ⅱ3的基因型为Bb,若其与正常女子Bb或BB婚配,则生出患病孩子的概率为2/101×1/4=1/202,C项正确;镰状细胞贫血是由基因突变导致的,属于遗传病,将正常血红蛋白的基因导入患者的骨髓造血干细胞中,可产生正常的红细胞,进而可达到治疗目的,D项正确。 三、非选择题 11.(2022·广东卷,T22)“绿水逶迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。 回答下列问题: (1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对引物,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。 (2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是便于筛选含有目的基因的受体细胞,终止子的作用是使转录在所需要的地方停下来。 (3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是酶蛋白的大量合成消耗了大量物质和能量,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。 (4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了废弃物的资源化,体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于减少了碳排放,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。 解析　(1)利用PCR技术扩增目的基因的前提是已知目的基因两端的核苷酸序列,根据这一序列设计并合成一对引物。 (2)抗生素抗性基因作为标记基因,作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来。终止子相当于一盏红色信号灯,位于基因的下游,可使转录在所需要的地方停下来。(3)酶蛋白的大量合成消耗大量的物质和能量,导致重组梭菌用于自身生长、繁殖的物质和能量减少,菌体生长迟缓。(4)该技术使一个系统产出的污染物,能够成为本系统或另一个系统的生产原料,从而实现了废弃物的资源化。从“碳中和”的角度看,该技术减少了碳排放。 12.(科学探究)(2023·海南卷,T20)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)。如图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。 植株A→外植体→愈伤组织→愈伤组织与含重组载体的农杆菌共培养幼苗→转化植株A 图1 植株B植株上半部分浸入含重组载体的农杆菌菌液植株长出毛状根阳性毛状根段幼苗→转化植株B 图2 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脱分化;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,该过程还需要光照,其作用是诱导叶绿素的形成,使幼苗能够进行光合作用。 (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。 (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农杆菌细胞内含Ti质粒,当它侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T⁃DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。 (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检测毛状根段是否有绿色荧光,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(或根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增),依据是PDS基因缺失会导致植株白化,白化苗的出现意味着通过基因编缉技术成功实现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是生长迅速、易于培养(答出2点即可)。 解析　(1)外植体经过脱分化形成愈伤组织,愈伤组织经过再分化形成幼苗,再分化培养基需要有一定比例的生长素和细胞分裂素。叶绿素的形成需要光,故再分化过程中需要适宜的光照以诱导叶绿素的形成。(2)题图1中,若不经过愈伤组织与含重组载体的农杆菌共培养环节,直接诱导培养植株,则获得的植株遗传物质全部来自植株A,这种无性繁殖的方式可以保持植株A的遗传特性。为遵守我国对农业转基因生物实行的标识制度,需对含有外源基因的转化植株A生产的种子的包装标注“转基因种子”。(3)见答案。(4)用含有重组载体的农杆菌菌液处理植株B后长出的毛状根中若含有基因编辑载体(阳性毛状根),则该基因编辑载体中的绿色荧光蛋白基因可以在毛状根中表达,故可通过观察其是否含有绿色荧光筛选阳性毛状根。若导入幼苗中的基因编辑载体成功发挥作用,则PDS基因被敲除,靶基因测序就会出现序列缺失,或用另一种方法,根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增,不会出现扩增条带。(5)对比题图1与题图2可知,与常规转化法相比,用CDB法进行基因递送的优点是生长迅速、易于培养。 学科网（北京）股份有限公司 $$