第10单元 第56讲 基因工程的应用与蛋白质工程（教师用书Word）-【正禾一本通】2026年新高考生物高三一轮总复习高效讲义（人教版 单选）

该高中生物学讲义紧扣基因工程应用（农牧业、医药卫生等）与蛋白质工程原理及应用高考核心考点，依课标要求构建知识体系，通过正误辨析夯实基础，思考题深化理解，真题训练提升能力，形成“考点梳理-方法指导-实战演练”的系统复习路径。 讲义以核心素养为引领，如通过转基因抗虫棉抗性机制分析培养探究实践能力，结合蛋白质工程改造实例强化结构与功能观（生命观念），设置模拟题到高考题分层训练，助力学生高效突破难点，为教师把控复习节奏提供清晰指引。

第56讲　基因工程的应用与蛋白质工程 【课标要求】1.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生领域等方面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。 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 3.基因工程在食品工业方面的应用 【正误辨析】　//////////////////////////// (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。(×) 提示：转基因抗玉米螟玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害虫。 (2)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。(√) (3)用基因工程方法从大肠杆菌和酵母菌细胞内获得的干扰素结构和功能完全相同。(×) 提示：大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体，无法对干扰素进行加工，而酵母菌细胞可以对干扰素进行加工。 (4)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(×) 提示：大肠杆菌细胞中没有内质网、高尔基体等细胞器，获得人的干扰素后要经过进一步的加工和修饰才具有生物活性。 1.基因工程用于提高植物抗逆能力，请思考回答下列转基因抗虫棉的相关问题： (1)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？ 提示：不能。抗虫基因具有专一性。　 (2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？ 提示：减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。 (3)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？ 提示：会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。 2.为提高动物的生长速度，需要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：应该选择的受体细胞是受精卵。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.生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求？为什么？ 提示：必须把目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起。因为只有连接了乳腺蛋白基因的启动子，才能保证相应的目的基因在雌性动物泌乳期的乳腺细胞内表达。 [深化理解]　乳腺生物反应器 (1)操作过程 (2)比较乳腺生物反应器与膀胱生物反应器 ①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，二者的优点：产量高、质量好、成本低、易提取，且不会对动物造成伤害。 ②乳腺生物反应器需是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产药用蛋白。 1.(2025·山东东营模拟)如图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制备“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。下列说法正确的是(　　) A.“结合”过程需使用限制酶、Taq DNA聚合酶以及DNA连接酶 B.细菌B接种在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌 C.细菌B涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的是只有导入了重组质粒的细菌 D.生长激素基因导入了细菌B，说明“工程菌”制备成功 解析：选B。“结合”过程即基因表达载体的构建过程，需使用限制酶、DNA连接酶，A错误；由于将人的生长激素基因导入质粒时破坏了四环素抗性基因的完整性，导入了重组质粒的细菌没有对四环素的抗性，在含有四环素的培养基上不能存活，能存活的是导入质粒A的细菌，B正确；导入重组质粒的细菌和导入质粒A的细菌，均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，C错误；生长激素基因导入了细菌B，并完成表达才能说明“工程菌”制备成功，D错误。 2.(2025·江西南昌模拟)红细胞生成素(EPO)是人体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。下列有关叙述错误的是(　　) A.构建表达载体时需将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存在和表达 C.可用显微注射技术将含有EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中 D.用PCR扩增人EPO基因，只需要知道两端的EPO基因核苷酸序列 解析：选B。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。结合题干“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”可知，该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达，到合适时期收集羊的乳汁进行相关产物的检测与鉴定。但是，培育转基因羊时，EPO基因是被导入至受精卵中，因此，不只羊的乳腺细胞中存在EPO基因，B错误。将目的基因导入动物受精卵最常用的方法是利用显微注射法将目的基因注入动物的受精卵中，整个受精卵发育成为具有新性状的动物，C正确。用PCR扩增目的基因时，前提是需要一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。如果要用PCR扩增人EPO基因，则需要知道两端的EPO基因核苷酸序列，以便扩增完整的EPO基因，D正确。 考点二　蛋白质工程的原理和应用 1.蛋白质工程的概念 2.蛋白质工程与基因工程的异同 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 目的基因的筛选与获取→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 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 3.蛋白质工程的应用 (1)在医药方面 ①利用蛋白质工程研发药物。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下，可以延长保存时间。 (2)在工业方面 ①蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能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，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。 【正误辨析】　//////////////////////////// (1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。(×) 提示：蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸。 (2)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改造分子的结构。(×) 提示：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。 (3)蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。(√) (1)写出流程图中字母代表的含义： A.预期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；D.转录；E.翻译。 (2)图示字母中属于中心法则的过程有D、E，属于蛋白质工程的过程有A、B、C、D、E。 (3)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：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，而被改造的蛋白质无法遗传。 (4)通过对Bt抗虫蛋白三维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。 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。 1.(2025·安徽合肥模拟)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浓度分别提高5倍和2倍。下列有关分析错误的是(　　) A.玉米中赖氨酸含量比较低与负反馈调节密切相关 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：选C。由题可知，赖氨酸与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正确；题干中“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”的操作为蛋白质工程，蛋白质工程的实质是改造相应基因，B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错误，D正确。 2.下图表示蛋白质工程流程。下列有关叙述错误的是(　　) A.蛋白质工程是直接对DNA进行加工修饰 B.蛋白质工程是通过改造或合成基因等方法，对现有蛋白质进行改造 C.①②过程都从模板的5′端开始 D.蛋白质工程是从④开始的 解析：选C。蛋白质工程技术中的操作对象是基因，A正确。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，B正确。图中①表示转录过程，转录的模板是DNA的模板链，形成的mRNA与模板DNA方向相反；②表示翻译过程，翻译的模板是转录形成的mRNA，所以两个过程方向相反，C错误。蛋白质工程是从④开始的，D正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　　【高考真题·感悟试做】　　　　　　　　　　　　　　　　　 考向一　基因工程的应用 1.(2024·江西高考)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 解析：选D。PCR是在体外对DNA大量扩增的技术，而不是从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB，A错误；题意显示，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，B错误；E.coli A中没有L­谷氨酸脱羧酶(GadB)，因而不能降解L­谷氨酸，而E.coli B中含有该酶的基因，因而能高效降解L­谷氨酸，高效生产γ­氨基丁酸，C错误；图中质粒下方括号内备注含多克隆位点，表明质粒上含有多种限制酶的识别序列，除了NcoⅠ和KpnⅠ外还有其他的限制酶可选，此外，PCR产物也未必非要用这两种酶，而是可以用同尾酶替代，D正确。 2.(2024·河北高考)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病，我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚乳特异表达，制备获得r2HN疫苗，并对其免疫效果进行了检测。回答下列问题： (1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP应为______________________的启动子。Nos为终止子，其作用为______________________________________________________________________。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此，可选择限制酶________和________对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。 (2)利用________________法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测________________，通过______________技术检测是否翻译出r2HN蛋白。 (3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自交一代后，r2HN纯合体植株的占比为________。选择纯合体进行后续研究的原因是________________________________________________________________________。 (4)制备r2HN疫苗后，为研究其免疫效果，对实验组鸡进行接种，对照组注射疫苗溶剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平，结果如图2所示。据此分析，获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的________免疫和________免疫。 (5)利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点是__________________________。(答出两点即可) 解析：(1)若使r2HN仅在水稻胚乳中表达，则GtP应为在胚乳中特异性表达的基因的启动子。终止子是基因下游的一端有特殊序列结构的DNA片段，使转录在所需要的地方停下来。r2HN应插入启动子GtP和终止子Nos之间，由于GtP中有限制酶KpnⅠ的识别序列，而SacⅠ的一个识别序列位于终止子之后，因此不能选择这两种限制酶切割，应选择Hind Ⅲ和EcoRⅠ对r2HN和载体进行切割。(2)通常采用农杆菌转化法将目的基因导入水稻的愈伤组织。检测r2HN是否表达，可以采用PCR技术检测该基因是否转录出mRNA，通过抗原—抗体杂交技术检测是否翻译出相关蛋白。(3)设r2HN为基因N，则单一位点插入目的基因的植株的基因型为Nn，其自交后代的基因型及比例为NN∶Nn∶nn＝1∶2∶1，r2HN纯合体植株的比例为1/4。纯合体自交后代不会发生性状分离，因此选择纯合体进行后续研究。(4)抗体参与体液免疫，CD8＋T细胞为细胞毒性T细胞，参与细胞免疫。分析图形，实验组的抗体水平及CD8＋T细胞水平的相对值都高于对照组，说明获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。(5)水稻属于常见的农作物，易于种植，其作为生物反应器容易获得疫苗；水稻的产量高，作为生物反应器容易从胚乳中大量获得疫苗。 答案：(1)在胚乳中特异性表达的基因　使转录在所需要的地方停下来　HindⅢ　EcoRⅠ　(2)农杆菌转化　是否转录出mRNA　抗原—抗体杂交　(3)1/4　纯合体自交后代不发生性状分离　(4)体液　细胞　(5)水稻易于种植，容易获得疫苗；水稻的产量较高，能够获得大量的疫苗(合理即可) 考向二　蛋白质工程的原理和应用 3.(2024·天津高考)胰岛素的研发走过了：动物提取—化学合成—重组胰岛素生产—胰岛素类似物生产等历程。有关叙述错误的是(　　) A.动物体内胰岛素由胰岛B细胞合成并胞吐出细胞 B.氨基酸是化学合成胰岛素的原料 C.用大肠杆菌和乳腺生物反应器生产胰岛素需相同的启动子 D.利用蛋白质工程可生产速效胰岛素等胰岛素类似物 解析：选C。胰岛素在动物体内由胰岛B细胞合成后，经过胞吐作用释放出细胞，A正确；胰岛素属于蛋白质激素，所以化学合成胰岛素的原料是氨基酸，B正确；用大肠杆菌和乳腺生物反应器生产胰岛素不需要使用相同的启动子，因为两者属于不同的表达系统，大肠杆菌是原核生物表达系统，而乳腺生物反应器属于真核生物表达系统，启动子要求不同，C错误；利用蛋白质工程技术可以对胰岛素进行改造，生成具有不同作用特性的胰岛素类似物，包括速效胰岛素，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $