第九单元 第54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（学生用书Word）-【高考领航】2026年高考生物大一轮复习学案

第54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、医药卫生和食品工业等方面的广泛应用改善了人类的生活品质。　2.举例说明依据人类需要对原蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白质的过程。　3.举例说出日常生活中的转基因产品。　4.探讨生物技术的安全性与伦理问题。 　　　考点一　基因工程的应用 1．基因工程在农牧业方面的应用 2．基因工程在医药卫生领域的应用 　（选择性必修3 P90正文信息）利用转基因技术获得的已整合药用蛋白基因的转基因小鼠分泌的乳汁中检测不到药用蛋白，根据中心法则分析，其可能的原因是_______________________________________。 3．基因工程在食品工业方面的应用 教材细节诊断 1．来自苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因只能应用于棉花。(　　) 2．“转基因抗虫植物”也可以用于抵抗各种植物疾病。(　　) 3．干扰素是我国批准生产的第一个基因工程药物。(　　) 4．用基因工程的方法，使得外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。(　　) 1．（2025·辽宁鞍山模拟）基因工程自20世纪70年代起得到迅猛的发展，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到广泛的应用。下列叙述错误的是(　　) A．将来源于某些病毒、真菌的抗病基因导入植物中，可培育转基因抗病植物 B．目前利用基因工程技术可以生产细胞因子、抗体和疫苗等 C．利用基因工程技术通过乳腺分泌乳汁生产药物叫作乳腺生物反应器 D．将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间大大延长 2．（2025·辽宁沈阳模拟）下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，错误的是(　　) A．人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B．猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似 C．灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D．无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因 　　　考点二　蛋白质工程的原理和应用 1．蛋白质工程的概念 2．蛋白质工程的基本思路 　（选择性必修3 P94学科交叉）蛋白质工程经常要借助计算机来建立蛋白质的　　　　　模型；要制备蛋白质晶体，然后通过　　　　　　　技术，分析晶体的结构；要用到基因的　　　　　　技术来进行碱基的替换。 3．蛋白质工程的应用 (1)在医药工业方面 ①利用蛋白质工程研发　　　　。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成　　　　　，在一定条件下，可以延长保存时间。 (2)在其他工业方面 ①蛋白质工程被广泛用于改进　　　　　或开发新的工业用酶。 ②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 (3)在农业方面 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物　　　　　　的效率，增加粮食的产量。 教材细节诊断 1．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。(　　) 2．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。(　　) 3．蛋白质工程的应用为酶制剂产业的发展提供了强大助力。(　　) 4．蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。(　　) 5．蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。(　　) 　通过对Bt抗虫蛋白空间结构图及氨基酸序列进行分析，发现该蛋白质结构中一段由14个氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt抗虫蛋白能使棉铃虫具有更高的致死率。若要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt抗虫蛋白进行改造，以提高其致死率，请写出实验设计思路。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　蛋白质工程与基因工程的区别和联系 1．（2025·河南平顶山模拟）天然人白细胞介素­2(IL­2)是一种由133个氨基酸残基组成的多肽，该多肽含有3个半胱氨酸，其中一个半胱氨酸(Cys125)残基以游离方式存在，另两个（Cys58和Cys105）缩合成活性所必需的二硫键，人们利用定位诱变技术将基因中编码Cys125的碱基TGT转换成TCT或GCA，使Cys125转换成丝氨酸或丙氨酸，不仅避免了错误配对的发生，而且产生的新IL­2的生物活性不受影响，其热稳定性也得到了明显的改善。下列相关叙述正确的是(　　) A．天然的IL­2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体 B．人工改造合成新IL­2，属于蛋白质工程 C．可通过直接改造IL­2的氨基酸成为新IL­2 从而改善其稳定性 D．利用定位诱变后的基因表达新IL­2的过程不遵循中心法则 2．（2024·九省联考江西卷）萤火虫的荧光素酶能催化ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程（又称为第二代基因工程）对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，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．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子 C．可用PCR方法检测突变的荧光素酶基因是否翻译成蛋白质 D．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 　考点三　生物技术的安全性与伦理问题 1．转基因产品的安全性 (1)转基因成果 领域 成果 微生物 方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的　　　　　　 ②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸 ③用基因工程菌生产药物 转基因 动物 方面 ①培育　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　的转基因家禽、家畜 ②培育抵抗相应病毒的动物新品种 ③建立某些人类疾病的转基因动物模型 转基因 植物 方面 培育具有　　　　　、　　　　　、　　　　　　和耐储藏等新性状的作物 (2)对转基因产品安全性的争论 　（选择性必修3 P102相关信息）我国科学家将来自玉米的　　　　　　　　　　基因与目的基因一起转入植物中，由于　　　　　　　　　基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止　　　　　　　的传播。 (3)理性看待转基因技术 ①理性看待转基因技术的前提 a．清晰地了解转基因技术的　　　　和　　　　规程。 b.看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和　　　　等因素的影响。 c．要靠　　　　的证据和　　　　的逻辑进行思考和辩论。 ②我国对转基因技术的态度 a．研究上要　　　　，坚持自主创新。 b．推广上要　　　　，做到确保安全。 c．管理上要　　　　，坚持依法监管。 ③我国相关部门制定了一系列的政策、法规并成立相关机构 a．维护了消费者对转基因产品的　　　　和　　　　　。 b．保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的　　　　　。 c．为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。 2．关注生殖性克隆人 (1)生殖性克隆人面临的伦理问题 ①生殖性克隆和治疗性克隆的比较 类型 生殖性克隆 治疗性克隆 概念 通过克隆技术产生独立生存的新个体 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 目的 　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 水平 　　　　　　 　　　　　　　　　　 联系 都属于无性生殖；产生新细胞、新组织或新个体，遗传信息相同 ②关于生殖性克隆人的争论 观点 理由 赞同 ①科学研究有　　　　　　　　　　，社会应该允许科学家研究； ②现在人们的伦理道德观念还不能接受这一切，但是　　　　　　是可以改变的 大多数 人反对 ①生殖性克隆人“　　　　　　　　”； ②在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了　　　　　　　　，是克隆技术的滥用； ③克隆技术还不成熟，面临着　　　　　　　　　　　　等问题 ③我国　　　　、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。 ④我国政府重视　　　　　　　所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。 (2)试管婴儿和设计试管婴儿的比较 类型 试管婴儿 设计试管婴儿 技术 手段 不需要进行　　　　　　　 胚胎移植前需要进行　　　　　　 实践 应用 解决　　　　　　问题 用于　　　　　　　　　　等疾病的治疗 联系 二者都是体外受精，经体外　　　　　　　　　　　，再进行　　　　　　，在生殖方式上都为　　　　　　 3.禁止生物武器 (1)生物武器的种类和特点 ①种类 ②特点 a．致病性强；传染性强；人易感。 b．较隐蔽：不易被发现；易传播（如气溶胶），发病有潜伏期，污染面积大、危害时间长。 c．易得到：制备容易，花费小。 d．传染途径多，治疗困难。 e．受自然条件影响大。 (2)《禁止生物武器公约》 ①1972年4月，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《　　　　　　　　　　　》，并于1975年3月生效。 ②1984年11月，我国也加入了这一公约。 ③1998年6月，中美两国元首重申了在任何情况下　　　　　　　　　　　　　　　生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。 ④2010年，在第65届联合国大会上，我国政府主张全面禁止和彻底销毁　　　　　　等各类大规模杀伤性武器。 教材细节诊断 1．目前，种植的转基因植物中以水稻和小麦最多，其次是转基因棉花和油菜。(　　) 2．转基因作为一项技术本身是中性的。(　　) 3．治疗性克隆是指利用克隆技术获得胚胎，并将胚胎孕育成为个体的克隆性技术。(　　) 4．对于设计试管婴儿技术，中国政府坚持“四不”原则。(　　) 考向1　转基因产品的安全性 1．（2025·辽宁沈阳模拟）下列有关转基因生物的叙述，正确的是(　　) A．转基因作物的长期、大规模种植不利于侵染力更强的害虫的出现 B．转基因生物不会对生物多样性构成威胁，也不会影响生态系统的稳定性 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 考向2　关注生殖性克隆人 2．（2023·浙江1月选考）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 3．（2025·河北秦皇岛模拟）中国首例“设计试管婴儿”的父母均为地中海贫血基因的携带者。此前，二人曾育有一女，此女患有重度地中海贫血。为了生一个健康的孩子，用孩子的脐带血帮助姐姐进行造血干细胞移植，设计了这个婴儿。下列有关叙述错误的是(　　) A．“设计试管婴儿”和“试管婴儿”均为有性生殖 B．“设计试管婴儿”往往需要对胚胎进行遗传学诊断 C．“设计试管婴儿”应用了体细胞核移植、早期胚胎培养、胚胎移植等技术 D．“设计试管婴儿”与“试管婴儿”都要进行胚胎选择，但两者选择的目的不同 考向3　禁止生物武器 4．（2025·河南新乡模拟）将生物技术运用于战争或恐怖活动，后果非常可怕。下列有关生物武器的叙述，错误的是(　　) A．生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等 B．人体对利用转基因技术制造的新型致病菌不能产生免疫反应 C．转基因微生物制成的生物武器可能具有目前人类难以预防和治疗的特点 D．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 角度1　考查基因工程的应用 1．[选择性必修3 P90～91正文（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NcoⅠ和KpnⅠ构建重组质粒 角度2　考查蛋白质工程的原理和应用 2．[选择性必修3 P95正文（2021·辽宁卷）]腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　) A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一 B．加入连接肽需要通过改造基因实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境 3．[选择性必修3 P94正文（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：__________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________。 角度3　考查生物技术的安全性与伦理问题 4．[选择性必修3 P103正文（2022·辽宁卷）]抗虫和耐除草剂玉米双抗12­5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据，采用PCR方法进行目的基因监测，反应程序如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制 B．后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分 C．延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制 D．转基因品种经检测含有目的基因后即可上市 请完成限时规范训练（五十四） 第54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 考点一 知识精细梳理 抗虫功能的基因　抗病基因　降解或抵抗　 蛋白质编码基因　花青素代谢相关的　外源生长激素 肠乳糖酶基因　乳汁　基因改造　乳腺中特异表达 显微注射　抗原决定基因　克隆　免疫排斥 细节拾遗　药用蛋白基因没有转录或翻译 牛凝乳酶的基因　基因工程菌 教材细节诊断 1．×　2.×　3.√　4.√ 命题考向突破 1．D　若将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的转基因番茄能合成更多的乙烯，使得果实成熟加快，不利于储存，D错误。 2．C　目前，人体移植器官短缺和免疫排斥是制约人体器官移植的两大难题，A正确；猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似，且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远少于灵长类动物，B正确，C错误；无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入调控基因表达的DNA序列，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器官，D正确。 考点二 知识精细梳理 蛋白质分子的结构规律　以满足人类生产和生活的需求 蛋白质功能　氨基酸序列　新的基因 细节拾遗　三维结构　X射线衍射　定点突变 药物　丝氨酸　酶的性能　光合作用 教材细节诊断 1．×　2.√　3.√　4.×　5.√ 重难情境探究 创新情境进阶 提示：参照密码子表，找到合成该14个氨基酸的碱基序列所在的基因位置，将这些碱基序列进行缺失处理。 命题考向突破 1．B　白细胞介素属于免疫活性物质，不是抗体，A错误；蛋白质工程可以生产自然界中本不存在的蛋白质，据题干信息可知，通过题中过程可以产生新的蛋白质，所以属于蛋白质工程，B正确；蛋白质工程通过对基因修饰或基因合成间接改造蛋白质的结构从而改变其稳定性，C错误；基因表达蛋白质的过程遵循中心法则，D错误。 2．D　化学诱变剂导致的基因突变具有不定向性，A错误；基因表达载体必须包含启动子和终止子，启动子和终止子分别起始和终止基因的转录，B错误；PCR方法只能用于检测目的基因是否导入受体细胞或转录出相应mRNA，检测目的基因是否翻译成蛋白质的方法为抗原—抗体杂交，C错误。 考点三 知识精细梳理 发酵周期　生长迅速　营养品质优良　抗虫　 抗病　抗除草剂　经济发展水平　安全性 细节拾遗　α­淀粉酶　α­淀粉酶　转基因花粉 原理　操作　文化　确凿　严谨　大胆　 慎重　严格　知情权　选择权　安全性　 产生独立生存的新个体　治疗疾病　个体水平 细胞或组织水平　自己内在的发展规律　人的观念 有违人类尊严　人类伦理道德　流产、死胎和畸形儿 不赞成　治疗性克隆　遗传学诊断　遗传学诊断 不孕不育　白血病、贫血症　早期胚胎发育 胚胎移植　有性生殖　致病菌类　生化毒剂类　禁止生物武器公约　不发展、不生产、不储存 生物武器 教材细节诊断 1．×　2.√　3.×　4.× 命题考向突破 1．C　转基因作物长期、大规模种植有利于侵染力更强的害虫出现，因为转基因生物能起到选择作用，A错误；转基因生物可能会对生物多样性构成威胁，也可能会影响生态系统的稳定性，B错误；有证据表明某种转基因食品有害，应该马上停止实验，并销毁该重组生物，而不应全面禁止转基因技术在食品上的应用，D错误。 2．D　试管婴儿技术可以帮助不育夫妇解决生育问题，不应全面禁止，A错误；治疗性克隆也需要监控和审查，B错误；生殖性克隆存在伦理道德方面的风险，C错误；我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，D正确。 3．C　“设计试管婴儿”没有应用体细胞核移植技术，C错误。 4．B　人体对利用转基因技术制造的新型致病菌可以产生免疫反应，B错误。 真题感悟·考教衔接 1．A　由题干信息，研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的gadB基因导入E.coli A中，说明可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB，A正确；L-谷氨酸钠是生产γ-氨基丁酸的原料，是反应的底物，不能用来供能，B错误；由题可知，E.coli B是E.coli A经基因工程改造后能高效生产γ-氨基丁酸的菌株，C错误；图中质粒上含有NcoⅠ和KpnⅠ的酶切位点，且限制酶对酶切位点的识别具有特异性，因而不可以用其他酶代替NcoⅠ和KpnⅠ 构建重组质粒，D错误。 2．D　酶具有高效性，检测N1的活性需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。 3．解析：(1)根据蛋白质工程的基本流程，a是氨基酸序列(多肽链)，b是mRNA。在生产过程中，mRNA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对应的密码子，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同。(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、通过DNA合成仪用化学方法人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术是体外扩增DNA的技术，遵循的基本原理是DNA半保留复制。(3)分析曲线图可知，酶甲、酶乙处理，水解产物中的肽含量都随着酶解时间的延长而逐渐升高，且两种酶作用下差别不大；经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先升高而后保持相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升而后有所下降，且酶甲处理后的产物的抗凝血活性最终高于酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性。据此推测两种酶处理后水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对水蛭蛋白进行酶解时的酶的种类不同，导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同。(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，可以以这三种物质作为自变量，分别检测它们的抗凝血活性，故实验设计思路为：取三支试管，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；取同一种动物(如家兔)的血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在适宜条件下静置一段时间，观察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)取三支试管，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；用注射器取同一种动物(如家兔)的血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在适宜条件下静置一段时间，观察统计三支试管中血液凝固时间 4．B　预变性是使模板DNA充分变性，A错误；后延伸是为了让引物延伸完全并让单链产物完全复性形成双链结构，可使目的基因的扩增更加充分，B正确；延伸过程需要引物参与，C错误；转基因品种不只需要检测是否含有目的基因，还要检测是否表达，还有安全性问题，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $