第4章 第2节 基因工程及其延伸技术应用广泛-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程配套课件PPT（浙科版）

该高中生物学课件聚焦基因工程应用及蛋白质工程原理，通过任务驱动案例（如异种器官移植）导入，串联基因诊断、治疗、农牧业改良等应用与蛋白质工程操作步骤，构建从基础到延伸技术的学习支架。 其亮点是以“四层”学习设计整合必备知识与关键能力，通过对比表格（如乳腺生物反应器与工程菌）、实验设计（转基因水稻检验）培养科学思维与探究实践，助力学生深化理解，教师可高效落实核心素养。

第二节　基因工程及其延伸技术 应用广泛 |学|习|目|标| 1.举例说明基因工程的应用。 2.概述蛋白质工程的原理。 [四层]学习内容1 落实必备知识 [四层]学习内容2 融通关键能力 课时跟踪检测 目录 [四层]学习内容3·4 浸润学科素养和核心价值 [四层]学习内容1 落实必备知识 一、基因工程技术的应用 1.用于基因诊断、基因治疗、生产药物、研究疾病 (1)运用核酸分子杂交、PCR等技术进行基因诊断 ①核酸分子杂交和PCR技术常用来检测患者自身携带的_______基因。 ②灵敏度极高的PCR技术常用于诊断患者是否_______________。 主干知识梳理 缺陷 感染某种病原体 (2)向患者体内导入正常基因进行基因治疗 ①基因治疗：向有___________的细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。 ②基因治疗的载体：常以_______________为载体，如腺病毒和逆转录病毒。 基因缺陷 修饰过的病毒 (3)利用转基因生物生产基因工程药物 ①乳腺生物反应器的优点：乳汁可以连续合成；频繁采集不会对动物产生危害；乳汁成分相对简单、明确，便于药物的提纯。 ②转基因微生物作为理想的合成蛋白质的分子工厂的优点：微生物遗传物质简单、操作方便，可以在价格低廉的培养基中快速生长。 (4)转基因动物可为研究疾病机理提供模型。 2.用于法医鉴定，保护受害者权益 (1)血型或抗原-抗体杂交技术鉴定：需要大量、新鲜的样品，并且结果的特异性不强。 (2)DNA指纹鉴定：经过__________________剪切、电泳、与标记的探针进行______________，得到特异性图谱。 限制性内切核酸酶 核酸分子杂交 3.培育具有优良性状的农牧业品种 (1)通过基因工程，很多农作物在抗虫、抗病、抗逆和产品的品质等方面不断被改良。 (2)获得生长快、体型大、性状优良的转基因动物一直是研究的热点。 4.用于保护生态环境 (1)利用转基因工程菌摄取环境中的铜、铅等重金属，并在体内转化为硫酸铜、硫酸铅等易于提取的化合物。 (2)利用转基因工程菌降解氯化烃和其他有毒的化合物，处理石油泄漏污染问题。 二、蛋白质工程 概念 通过设计和改造编码蛋白质的______，从而改变_________序列，最终获得特定功能的蛋白质的技术 操作 步骤 (1)建立_________功能与结构的联系 (2)依据所需蛋白质的功能，设计改造天然蛋白质的_____________ (3)推测出其_________的序列 (4)根据“中心法则”逆推出基因的_________序列 (5)利用基因工程技术改变DNA上特定位点的_______序列 (6)将改造了的______导入受体细胞后进行表达 目的 通过设计和改造编码_________的基因获得特定功能的蛋白质 基因 氨基酸 蛋白质 空间结构 氨基酸 核苷酸 核苷酸 基因 蛋白质 三、基因数据库 1.2003年_____________计划测序完成，基因测序技术不断发展。 2.测序技术的发展使得人类获得了海量的生物数据。 3.在测序技术的推动下和生物信息技术的支持下，基因工程迈入了_________时代。 人类基因组 大数据 [预习效果自评] 1.判断下列说法的正误 (1)基因诊断的基本原理是DNA分子杂交。 ( ) (2)基因治疗中向有基因缺陷的细胞中引入正常功能的基因时，常以天然病毒为载体，如腺病毒和逆转录病毒。 ( ) 提示：基因治疗中向有基因缺陷的细胞中引入正常功能的基因时，常以修饰过的病毒为载体，如腺病毒和逆转录病毒。 √ × (3)将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫氢化酶的基因转入羊的乳腺细胞中，获得的转基因羊能够利用胃中的硫化氢合成半胱氨酸，提高羊毛产量。 ( ) 提示：将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫氢化酶的基因转入羊的受精卵中，获得的转基因羊能够利用胃中的硫化氢合成半胱氨酸，提高羊毛产量。 × (4)利用转基因技术培育的动物，目的基因只存在于特定的细胞中。 ( ) 提示：培育转基因动物，受体细胞一般为受精卵，目的基因一般存在于转基因动物的各个细胞中。 (5)蛋白质工程是指通过直接改造现有蛋白质而产生出符合人类需求的新的蛋白质的工程技术。 ( ) 提示：蛋白质工程直接改造的是基因，而非蛋白质。 × × 2.蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题： (1)写出流程图中字母代表的含义： A.____________ ；B.______________ ；C.____________ ；D.______ ；E._______ 。  预期功能 氨基酸序列 改造或合成 转录 翻译 (2)上图字母中属于中心法则的过程有________，属于蛋白质工程的过程有___________。  D、E A、B、C (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。主要原因是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。 (4)蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗?分别体现在哪些方面? 提示：不同。体现：①操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。②得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。 3.思考题：继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异性表达?它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点? 提示：应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异性表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须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。 [精要内容把握] 一、知识体系建一建 二、核心语句背一背 1.基因治疗是指向有基因缺陷的细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。 2.蛋白质工程是通过设计和改造编码蛋白质的基因获得特定功能的蛋白质。 3.蛋白质工程的基本思路：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。 [四层]学习内容2 融通关键能力 任务驱动 提能点(一)　基因工程技术的应用 材料一　全世界每年约有数百万人需要接受器官移植，但器官捐献的数量远低于需求。要解决器官移植的缺口，第一个途径是自愿捐献，第二个途径是人造器官，第三个途径就是异种器官移植。 材料二　异种器官移植存在排斥反应等问题。猪的器官因大小和功能与人类相似，被认为是有可能成为能移植到人身上的异体器官。但20世纪90年代，研究者发现猪的器官在人体内会被免疫排斥；而且猪的基因组里含有内源性逆转录病毒的序列对人体也有潜在的健康风险。 基因敲除是自20世纪80年代末以来发展起来的一种新型分子生物学技术，是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的技术。科学家用新一代基因技术打靶方法，根除了猪细胞里面所有的内源性病毒活性，诞生出世界首批对器官移植而言“无毒”的小猪。 (1)“内源性逆转录病毒的序列对人体也有潜在的健康风险”，这种潜在的健康风险主要指什么? 提示：主要指嵌在细胞内基因组中的病毒，在猪身体里不会有毒性，但当猪的细胞与人的细胞接触时，病毒就会从猪的基因组“跳”到人的基因组中，可能导致人体受到损害。 (2)“无毒”小猪的诞生相比较普通猪在器官移植上具有什么优点? 提示：可大大缓解人体器官移植所面临的供源不足问题，从根本上解决猪器官用于人体移植的异种病毒传播风险。 (3)基因技术打靶方法，也称基因敲除，请你提出一种利用基因敲除去除内源性逆转录病毒的原理或技术方法。 提示：①利用基因重组进行基因敲除；②利用随机插入基因进行基因敲除；③利用RNAi(RNA干扰)引起的基因敲除。 (4)利用基因敲除去除内源性逆转录病毒后，进行异种器官移植不意味着一定安全，试进行分析。 提示：还需要解决因异种器官移植所产生的免疫排斥反应。 生成认知 一、动、植物基因工程的应用 1.动物基因工程 应用 外源基因类型及举例 成果举例 提高生长速度的转基因动物 外源生长激素基因 转基因绵羊、转基因鲤鱼 改善畜产品品质的转基因动物 乳糖酶基因 乳汁中含乳糖较少的转基因牛 续表 生产药物的转基因动物 药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子 乳腺生物反应器 作器官移植供体的转基因动物 外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因 无免疫排斥的转基因猪 2.植物基因工程 应用 外源基因类型及举例 成果举例 抗虫转基因植物 抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因 抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米 抗病转基因植物 ①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因 ②抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因 抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒 续表 抗逆转基因植物 抗逆基因：调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因 抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米 改良品质的转基因植物 优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因 高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛 二、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细胞株系 受体基因结构与人类基因结构差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异 续表 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 生产设备 畜牧业生产、提取设备 发酵生产、提取设备 [例1]　(2025·宁波高二期中)下列关于乳腺生物反应器生产药物的叙述，错误的是 (　　) A.构建乳腺生物反应器过程需要乳腺蛋白基因的启动子 B.构建乳腺生物反应器过程用到显微注射法 C.可将具有目的基因的重组DNA分子导入奶牛乳腺细胞中 D.乳腺生物反应器具有成本低、产量高、易提取等优点 [解析]　利用乳腺生物反应器生产药物时，构建的重组DNA分子应导入受精卵细胞中，C错误。 √ [例2]　腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是：取出患者的淋巴细胞，进行体外培养时转入正常ADA基因，再将这些淋巴细胞注射入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述不正确的是 (　　) A.正常ADA基因替换了患者的缺陷基因 B.正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能 C.淋巴细胞需在体外扩增后再注射入患者体内 D.腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病 √ [解析]　正常ADA基因导入有缺陷的细胞后，使其表达产物发挥功能从而达到治疗疾病的目的，而不是替换了患者的缺陷基因，A错误；正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能，B正确；淋巴细胞需在体外培养至一定数量时再注入患者体内，保证体内有足量的携带正常基因的淋巴细胞，C正确；ADA基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病，D正确。 1.下列有关利用乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是 (　　) A.前者在乳汁中提取药物，后者可在细胞中提取 B.两者都是基因工程在医药卫生领域的应用 C.前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般不能加工成熟 D.动物和微生物的基因结构与人体的基因结构均相同 跟踪训练 √ 解析：根据所学相关知识分析可知，前者在动物乳汁中提取药物，后者在微生物细胞或其培养液中提取，A正确；前者是转基因动物的应用，后者是转基因微生物的应用，两者都是基因工程在医药卫生领域的应用，B正确；前者细胞内有内质网、高尔基体，合成的蛋白质可经内质网、高尔基体加工成熟，后者一般用原核生物作载体，细胞内没有内质网、高尔基体，合成的蛋白质不能加工成熟，C正确；动物和人均为真核生物，基因编码区有内含子和外显子之分，而微生物中的原核生物，基因编码区没有内含子和外显子之分，基因结构与真核生物的不完全相同，D错误。 2.(2025·浙江五校联考)人类某单基因遗传病的致病基因a位于常染色体上，该基因和正常基因A中的某一特定序列经限制酶BclⅠ切割后，会产生大小不同的片段(bp表示碱基对)如图1所示，据此可进行基因诊断。图2为某家庭该病的遗传系谱图(Ⅱ1为患者，其他正常)。下列相关叙述错误的是 (　　) A.基因a中的BclⅠ酶切位点比A基因中的少 B.Ⅱ1的基因诊断中只出现142 bp片段 C.Ⅱ2的基因诊断中只出现99 bp和43 bp片段 D.Ⅰ1与Ⅱ3基因诊断中片段完全相同的概率是2/3 √ 解析：由图1可知，基因A中的特定序列经限制酶BclⅠ切割后产生两种片段，二者长度之和等于a基因经限制酶BclⅠ切割后产生的片段的长度，故基因a中的BclⅠ酶切位点比A基因中的少，A正确。Ⅱ1的基因型为aa，用BclⅠ切割后只能产生142 bp的片段，故Ⅱ1的基因诊断中只出现142 bp片段，B正确。Ⅱ2的基因型可能为AA或Aa，若为AA，则其基因诊断中只出现99 bp和43 bp片段；若为Aa，则其基因诊断中可出现142 bp、99 bp和43 bp片段，C错误。Ⅰ1的基因型为Aa，Ⅱ3的基因型为1/3AA或2/3Aa，Ⅰ1与Ⅱ3基因诊断中片段完全相同的概率是2/3，D正确。 3.ω-3多不饱和脂肪酸(LCPUFA)有预防心血管疾病的作用，但大多数动物体内不能合成。科研人员利用转染技术(将外源DNA转入受体细胞的技术)将LCPUFA合成酶基因(fat-1基因，含1 229 bp)导入小鼠受精卵，培育出转基因小鼠，基本流程如下图甲所示。图乙表示提取不同实验组别小鼠受精卵DNA后，利用fat-1基因的引物进行PCR扩增后电泳的结果。下列说法错误的是 (　　) A.采用农杆菌转化法可确保图甲中转染的效果 B.PCR扩增3轮后，只含一种引物的DNA分子的比例为1/4 C.由图乙可知，只有2组转染成功 D.若fat-1基因单点插入，则转基因小鼠相互交配产生的大多数后代体内能合成LCPUFA √ 解析：农杆菌转化法适用于植物细胞，对于动物细胞受精卵而言应采用显微注射法，A错误；PCR扩增3轮后，共得到8个DNA分子，只有最原始的1个DNA分子的两条链不含引物，导致含有这两条链的2个DNA分子只含有其中一种引物，其余6个DNA分子均含有2种引物，故PCR扩增3轮后，只含一种引物的DNA分子的比例为1/4，B正确；据图乙可知，仅2组出现条带，且条带介于1 000~2 000 bp，说明只有2组转染成功，C正确；若fat-1基因单点插入，相应的基因型表示为FO(F表示插入fat-1基因)，则转基因小鼠相互交配后代基因型为1FF、2FO、1OO，即产生的大多数后代体内能合成LCPUFA，D正确。 4.(2025·邢台二模)研究发现，GsERF6基因可以提高水稻的耐盐性。图1是某研究小组利用PCR技术扩增GsERF6基因的过程， 图2是该研究小组通过基因工程的方法获得GsERF6基因超表达水稻新品种的过程。请据图分析回答下列有关问题： (1)图1中步骤1和步骤2分别是PCR循环程序中的____________，这两个步骤的温度都相对较高，可能与____________________中碱基C和G的含量较高有关；循环n次能获得等长目的基因________个。  变性、复性 模板DNA和两种引物 2n-2n 解析：图1中步骤1和步骤2分别是PCR循环程序中的变性、复性，这两个步骤的温度都相对较高，可能与模板DNA和两种引物中碱基C和G的含量较高有关，因为碱基C和G之间可以形成三个氢键。由图1可知，第三次循环可以得到两个等长目的基因，因此循环n次能获得等长目的基因2n-2n个。 (2)图2中A为构建的GsERF6基因超表达载体的部分序列(图中 和 分别为T-DNA的左、右边界，NeoR为新霉素抗性基因， 为终止子)，35S的作用是___________________________________________。  RNA聚合酶结合位点，驱动基因转录出mRNA 解析：图2中A为构建的GsERF6基因超表达载体的部分序列，由于A中应存在终止子、目的基因、标记基因、启动子，结合题意可知，35S是启动子，作用是RNA聚合酶结合位点，驱动基因转录出mRNA。 (3)超表达载体中T-DNA的作用是____________________________ ____________________________________，将重组GsERF6基因超表达载体导入农杆菌，①过程利用含________的培养基筛选出重组的农杆菌。  将目的基因转移到受体细胞， 并将其整合到受体细胞的染色体DNA上 新霉素 解析：T-DNA又叫可转移的DNA，因此T-DNA的作用是将目的基因转移到受体细胞，并将其整合到受体细胞的染色体DNA上。将重组GsERF6基因超表达载体导入农杆菌，①过程利用含新霉素的培养基筛选出重组的农杆菌。 (4)愈伤组织到幼苗的过程需要加入的激素有____________________，另外该过程还需要光照，光照的作用是______________________________________________________ (写出两个)。  生长素和细胞分裂素 诱导叶绿素的形成、满足叶绿体利用光能制造有机物的需要 解析：愈伤组织到幼苗的过程需要加入的激素有生长素和细胞分裂素，另外该过程还需要光照，光照的作用是诱导叶绿素的形成、满足叶绿体利用光能制造有机物的需要。 (5)请你设计实验检验此转基因水稻新品种是否培育成功：__________________________________________________________________________(写出实验设计思路)。  解析：检验此转基因水稻新品种是否培育成功可以将此转基因水稻和普通水稻分别种在高盐稻田中，观察和对比这两种水稻的长势。 将此转基因水稻和普通水稻分别种在高盐稻田中，观察和对比这两 种水稻的长势 　如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题： 任务驱动 提能点(二)　蛋白质工程 (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，主要依据是__________________。 (2)通过人工合成DNA形成的新基因应与______结合后转移到___________________中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_____________________和发酵工程。 (4)根据图解，从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是根据新的胰岛素模型中________的序列，推测出其基因中的________________，然后利用____________来合成新的胰岛素基因。 蛋白质的预期功能 载体 大肠杆菌等受体细胞 蛋白质工程、基因工程 氨基酸 脱氧核苷酸序列 DNA合成仪 生成认知 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 起点 预期蛋白质功能 目的基因 过程 预期蛋白质功能→设计改造天然蛋白质的空间结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相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 获取目的基因→构建重组DNA分子→目的基因导入受体细胞→检测目的基因及其表达产物 实质 通过改造或合成相应的基因达到对蛋白质改造或生产的目的 基因重组 续表 区别 结果 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 应用及现状 ①主要集中在对现有蛋白质进行改造，如干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等 ②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 ①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化 ②基因治疗仅处于初期的临床试验阶段 联系 ①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质 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 [典例]　已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题： (1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的____________________进行改造。  [解析]　(1)根据题意可知，对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质功能的目的。 氨基酸序列(或结构) (2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰___基因或合成___基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________________________的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：________________________________________ _______________________。  [解析] 以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制，及遗传信息在不同分子之间的流动，即：DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质。 P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质 (或转录、逆转录、翻译) (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过______________________________和________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_______进行鉴定。  [解析] 蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计改造天然蛋白质的空间结构和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，并获取基因。经表达的蛋白质，要对其生物功能进行鉴定。 设计改造天然蛋白质的空间结构 推测氨基酸序列 功能 [方法规律] “三看法”判断基因工程和蛋白质工程 (1)一看对基因的操作方法 如果仅将基因用限制性内切核酸酶从DNA片段中剪切下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基的替换或插入或缺失，则属于蛋白质工程。 (2)二看目的基因的合成方式 基因工程和蛋白质工程中都可以通过逆转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，mRNA或氨基酸序列是根据预期的蛋白质功能人工设计的，则为蛋白质工程。 (3)三看合成的蛋白质种类 如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。 跟踪训练 1.如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述错误的是 (　　) A.图中①代表转录，②代表翻译，④代表分子设计， ⑤代表DNA合成 B.代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤，代表中心法则内容的是①② C.蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计 D.从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是相反的 √ 解析：由题图分析可知，①代表转录，②代表翻译，④代表分子设计，⑤代表 DNA合成，A正确；代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤，代表中心法则内容的是①②，B正确；蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，通过基因合成或修饰实现，C错误；蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测氨基酸序列，进而推测出脱氧核苷酸序列，因此蛋白质工程的基本途径与中心法则是相反的，D正确。 2.(2025·宁波效实中学月考)中华鲟是一种濒危野生动物，研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。下列有关说法错误的是 (　　) A.蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构 B.改造蛋白质可通过改变基因结构实现 C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种 D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质 √ 解析：蛋白质工程可以通过改造基因来定向改变蛋白质分子的结构，A、B正确；改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。 [四层]学习内容3·4 浸润学科素养和核心价值 科学思维——归纳比较转基因动、植物培育过程 必备知识 项目 转基因动物 转基因植物 原理 动物细胞培养 植物细胞全能性 变异来源 基因突变、染色体畸变、基因重组 基因突变、染色体畸变、基因重组 一般方法 显微注射法 农杆菌转化法 续表 受体细胞 一般为受精卵 一般为体细胞 遗传物质来源 3个亲本(外源基因、受精卵) 2个亲本(外源基因和体细胞) 涉及技术 转基因技术、细胞培养、胚胎体外培养、胚胎移植等 转基因技术、植物组织培养 续表 培育流程 转基因动物 转基因植物 共性 都是基因工程的产物，都有外源基因的导入 A.若需对②过程中的囊胚进行胚胎分割可以使用酶解法 B.③过程的技术基础是植物体细胞的全能性 C.①过程将目的基因导入受体细胞A、B常使用的方法不同 D.将目的基因导入受体细胞B时常使用大肠杆菌作为工具去侵染植物细胞 素养评价 1.如图表示转基因动、植物的培育过程。据图分析下列有关叙述正确的是 (　　) √ 解析：若需对②过程中的囊胚进行胚胎分割，需将内细胞团均等分割，不能使用酶解法，A错误；③过程若将种子培育成抗虫棉，则没有涉及植物组织培养，没有体现植物体细胞的全能性，B错误；将目的基因导入动物细胞时，常使用显微注射法，导入植物细胞时常使用农杆菌转化法，C正确；一般采用农杆菌作为工具去侵染植物细胞，D错误。 2.(2023·浙江6月选考)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。  负反馈调节 一定浓度的赖氨酸类似物 解析：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)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。  生物信息数据库(或基因 数据库) 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_________。将两种细胞进行电脉冲融合，电脉冲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。  融合 受体细胞 激活 囊胚或桑葚胚 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? ___________________________________________ _______________________ 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。 解析：①可通过检索生物信息数据库(或基因数据库)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脉冲进行胚激活。④将重组细胞体外培养至囊胚或桑葚胚后，可移植至代孕母牛子宫角。⑤DNA水平检测的目的是，检测转基因牛中是否含有目的基因。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。 一、选择题 1.B　2.D　3.D 二、简答题 1.提示：合成与MD基因CAG重复序列两侧序列(上游的和下游的)互补的引物，通过PCR扩增重复区。一条引物与模板链的上游序列互补，另一条引物与编码链的下游序列互补。扩增后，CAG重复区的大小可以通过凝胶电泳获知。在凝胶电泳加入已知大小的重复序列作为参照即能检测出CAG重复序列的长度。如果存在CAG拷贝多于50个，那么胎儿细胞基因组DNA中就含有突变MD等位基因。 课后思考与练习参考答案(教材P130) 2.提示：张氏夫妻是婴儿丙生物学上的父母，王氏夫妻是婴儿甲生物学上的父母，李氏夫妻是婴儿乙生物学上的父母。 名师推荐：课题活动(三)　关注科技前沿：揭秘欣欣向荣的基因工程 紧扣新高考生物学“重实践、强应用”的脉搏，一帆融媒图书特邀名师匠心打造系列“主题式探究课题活动”。本活动深度践行新课标理念，以“鲜活课题”为引领，“有机串联核心知识”，“浸润学科核心素养”。设计突出“动手实践”与“创新思维”培养，模拟真实科研情境，引导学生亲历探究全过程。告别纸上谈兵，助力学生“融会贯通知识、锤炼关键能力”，有效应对高考命题新趋势，是提升生物学科综合竞争力的生动实践课堂。 本资源属自主选择有偿使用栏目，敬请进入微信小程序“一帆书匠馆”在线学习。 课时跟踪检测 一、选择题 1.(2025·浙江七彩阳光联盟月考)蛋白质工程是当前新兴的分子生物学技术，它是通过改造或合成基因，来改造现有的蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类生产、生活的需求。蛋白质工程技术不会改变组成蛋白质的氨基酸的(　　) A.种类　　　　　　　　 B.数目 C.排列顺序 D.连接方式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析：蛋白质工程可能会改变组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序，但是不会改变氨基酸的连接方式，氨基酸之间都是通过脱水缩合方式形成肽键连接的。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2.下列关于基因工程的叙述，正确的是 (　　) A.目的基因的核苷酸序列都是已知的 B.接受外源基因的转基因植物会成为一个新物种 C.可从人肝脏细胞中提取胰岛素的mRNA，逆转录获得人胰岛素基因 D.通过基因工程制备转基因植物，可选叶肉细胞作为基因工程的受体 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：目的基因的核苷酸序列不一定是已知的，A错误；接受外源基因的转基因植物与正常植株不一定形成生殖隔离，则不一定是新物种，B错误；由于基因的选择性表达，人肝脏细胞中胰岛素基因不表达，因此没有胰岛素的mRNA，C错误；植物细胞具有全能性，所以可以选择叶肉细胞作为基因工程的受体细胞，D正确。 3.(2025·广东高考)Solexa测序是一种将PCR与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该PCR过程中，DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的 (　　) A.1'-碱基 B.2'-氢 C.3'-羟基 D.5'-磷酸基团 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：已知DNA聚合酶催化延伸子链方向只能从5'→3'，原因是脱氧核苷酸的3'碳有羟基，可以结合下一个脱氧核苷酸的5'碳的磷酸基团，故为了DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的3'-羟基，使其不能结合下一个脱氧核苷酸的5'-磷酸基团，C正确。 4.蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是 (　　) A.分析蛋白质的三维结构 B.研究蛋白质的氨基酸组成 C.获取编码蛋白质的基因序列信息 D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 √ 解析：蛋白质工程的最终目的是改造现有的蛋白质，或者制造一种全新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 5.利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素。下列相关叙述正确的是 (　　) A.大肠杆菌没有内质网、高尔基体等细胞器，因此无法合成蛋白质 B.人和大肠杆菌在合成胰岛素时，转录和翻译的场所是相同的 C.通过PCR扩增法从人的基因组得到胰岛素基因，可直接导入大肠杆菌进行表达 D.T4 DNA连接酶能把两个黏性末端经碱基互补配对后留下的缝隙“缝合” √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：蛋白质的合成场所是核糖体，大肠杆菌有核糖体，因此能合成蛋白质，A错误；人体胰岛细胞在合成胰岛素时，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质的核糖体上进行，而大肠杆菌在合成胰岛素时，转录和翻译都在细胞质中进行，B错误；由于原核细胞基因和真核细胞基因的编码区存在差异，原核细胞不能对转录形成的mRNA进行剪接，因此通过PCR扩增法从人的基因组得到胰岛素基因，不可直接导入大肠杆菌进行表达，C错误；T4 DNA连接酶既能连接黏性末端，也能连接平末端，因此其能把两个黏性末端经碱基互补配对后留下的缝隙“缝合”，D正确。 6.采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，可以培育出转基因羊。但人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列叙述正确的是 (　　) A.如果人凝血因子基因的核苷酸序列已知，可用PCR方法克隆该目的基因 B.该项技术生产的人凝血因子蛋白可用于治疗脑血栓造成的脑缺血 C.在该转基因羊体内，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中 D.人凝血因子基因的转录需要DNA解旋酶打开DNA双链，为mRNA的合成提供模板 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：如果人凝血因子基因的核苷酸序列或部分核苷酸序列已知，可用PCR方法克隆该目的基因，A正确；脑血栓是由于血液凝固造成，人凝血因子蛋白不能用于治疗脑血栓造成的脑缺血，B错误；在转基因羊中，人凝血因子基因存在于所有的体细胞中，但只在该羊的乳腺细胞中表达，在其他体细胞中未表达，C错误；人凝血因子基因的转录需要RNA聚合酶打开DNA双链，为mRNA 的合成提供模板，D错误。 7.天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐解离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗效。科学家利用蛋白质工程将胰岛素中B28位脯氨酸替换成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。下列叙述正确的是 (　　) A.在蛋白质工程改造胰岛素过程中，需要遵循碱基互补配对原则 B.通过基因工程和蛋白质工程生产的胰岛素的氨基酸序列相同 C.对胰岛素进行改造通过直接改造胰岛素的分子结构来实现 D.对胰岛素进行分子设计必须从预期胰岛素的结构特点入手 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：在蛋白质工程改造胰岛素过程中，需要遵循碱基互补配对原则，A正确；由题意可知，改造后胰岛素中B28位脯氨酸替换成天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，故通过基因工程和蛋白质工程生产的胰岛素的氨基酸序列不完全相同，B错误；对胰岛素进行改造通过直接改造胰岛素基因来实现，C错误；对胰岛素进行分子设计的主要依据是胰岛素的预期功能，D错误。 A.①②的操作中使用了限制酶和DNA聚合酶 B.应用DNA探针技术，可检测④细胞中目的基因是否完成表达 C.一般情况下⑤只要表现出抗虫性状，就表明植株发生了可遗传变异 D.③→④过程利用了膜的结构特性，光学显微镜下观察③细胞的Ti质粒是筛选标志之一 8.如图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。下列相关叙述正确的是 (　　) √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：①②的操作表示利用表达载体构建重组DNA分子，该过程中使用了限制酶和DNA连接酶，A错误；检测细胞中目的基因是否表达需要利用抗原-抗体杂交技术，B错误；一般情况下⑤只要表现出抗虫性状，就表明植株发生了可遗传变异，C正确；光学显微镜下无法观察到质粒，D错误。 9.乳腺生物反应器产生重组人血小板生成素(rhTPO)的相关过程如图所示。下列叙述错误的是 (　　) 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 A.可用HindⅢ和SmaⅠ双酶切法对载体和目的基因切割，且不会破坏抗卡那霉素基因 B.不能将rhTPO基因通过显微注射法直接导入受精卵的原因可能是rhTPO基因在受精卵中不能自主复制 C.受精卵在前三次分裂过程中细胞的体积在不断变小，有机物种类不断增多 D.乳腺作为生物反应器的优点有乳汁成分简单便于提纯、频繁采集不会对动物产生危害等 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：SmaⅠ会破坏目的基因和抗卡那霉素基因，HindⅢ会破坏抗四环素基因，因此使用双酶切法时不可选择HindⅢ和SmaⅠ，A错误；图中通过构建基因表达载体将rhTPO基因导入受精卵，而不是用显微注射法直接导入，可能是rhTPO基因在受精卵中不能自主复制，B正确；受精卵在前三次分裂过程中(卵裂期)单个细胞的体积不断减小，有机物种类增加，C正确；乳腺作为生物反应器的优点有：乳汁成分简单、便于提纯、频繁采集不会对动物产生危害等，D正确。 二、非选择题 10.腺病毒疫苗研发的大体思路是：破坏腺病毒在细胞中增殖的功能，同时重组一种目的基因，回答下列问题。 (1)腺病毒的遗传物质是_______，上述疫苗在基因工程中作为______。  1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：题干描述的疫苗为改造后的腺病毒，在基因工程中作为载体。根据题意可知，目的基因为DNA片段，所以作为载体的腺病毒的遗传物质是DNA。 DNA 载体 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 (2)目的基因要用到______技术进行扩增，反应过程中用到的原料具体有4种，分别是_____________________________，扩增过程需要___种引物。  PCR dCTP、dATP、dGTP、dTTP 2 解析：利用PCR技术可以对目的基因进行扩增，PCR技术进行的条件：模板DNA、四种脱氧核苷三磷酸、一对引物、Taq DNA聚合酶；反应过程中用到的原料具体有4种，分别是dCTP、dATP、dGTP、dTTP，扩增过程需要2种引物。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 (3)在构建基因表达载体时，插入基因的上游与下游分别需要______________________________。  解析：在构建基因表达载体时，一个完整的基因表达载体包括：启动子、目的基因、标记基因、终止子，故插入基因的上游与下游分别需要启动子、终止子。 启动子、终止子(顺序不可颠倒) 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 (4)检测目的基因是否成功插入到染色体DNA上，检测方法是采用核酸分子杂交技术，该过程所用的探针为___________________________________________。  解析：目的基因的检测常采用核酸分子杂交技术，该过程所用的探针为放射性同位素标记的含有目的基因的DNA片段。 放射性同位素标记的含有目的基因的DNA片段 11.(2024·浙江1月选考)锌转运蛋白在某种植物根部细胞特异性表达并定位于细胞质膜，具有吸收和转运环境中Zn2+的功能。为研究该植物2种锌转运蛋白M和N与吸收Zn2+相关的生物学功能，在克隆M、N基因基础上，转化锌吸收缺陷型酵母，进行细胞学鉴定。回答下列问题： 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 (1)锌转运蛋白基因M、N克隆。以该植物_____为材料提取并纯化mRNA，逆转录合成cDNA。根据序列信息设计引物进行PCR扩增，PCR每个循环第一步是进行热变性处理，该处理的效果类似于生物体内_________的作用效果。PCR产物琼脂糖凝胶电泳时，DNA分子因为含__________而带负电荷，凝胶点样孔端应靠近电泳槽负极接口；当2个PCR产物分子量接近时，若延长电泳时间，凝胶中这2个条带之间的距离会______。回收DNA片段，连接至克隆载体，转化大肠杆菌，测序验证。  根 解旋酶 磷酸基团 变长 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 解析：由题干信息“锌转运蛋白在某种植物根部细胞特异性表达并定位于细胞质膜”可知，应以该植物的根为材料提取并纯化mRNA，逆转录合成cDNA。热变性处理的目的是使DNA解螺旋，相当于生物体内解旋酶的效果。进行琼脂糖凝胶电泳时，DNA分子因为含有磷酸基团而带负电荷，凝胶点样孔端应靠近电泳槽负极接口。随着时间的推移，不同相对分子质量的DNA分子在凝胶中的距离逐渐变长。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 (2)重组表达载体构建。分别将含M、N基因的重组质粒和酵母表达载体同时进行双酶切处理，然后利用_____________连接，将得到的重组表达载体转化大肠杆菌。用PCR快速验证重组转化是否成功。此反应可以用大肠杆菌悬液当模板的原因是_____________________ ________________。  DNA连接酶 热变性使大肠杆菌细胞 破裂，DNA流出 解析：DNA连接酶可将限制酶处理后的质粒和目的基因连接。由于RCR过程中热变性使大肠杆菌内的DNA外溢，所以可用大肠杆菌悬液当模板，利用PCR快速验证转化是否成功。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 (3)酵母菌转化。取冻存的锌吸收缺陷型酵母菌株，直接在固体培养基进行______培养，活化后接种至液体培养基，采用___________以扩大菌体数量，用重组表达载体转化酵母菌。检测M、N基因在受体细胞中的表达水平，无显著差异。  划线 振荡培养 解析：取冻存的锌吸收缺陷型酵母菌，直接在固体培养基进行划线培养，活化后转至液体培养基中增殖，培养过程中需进行振荡，有利于增加培养液的溶氧量并使酵母菌和培养液充分接触。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 (4)转基因酵母功能鉴定。分别将转化了M、N基因的酵母菌株于液体培养基中培养至OD600为0.6。将菌液用____________法逐级稀释至OD600为0.06、0.006和0.000 6，然后各取10 μL菌液用涂布器均匀涂布在固体培养基上，培养2天，菌落生长如图。  注：OD600为波长600 nm下的吸光值，该值越大，菌液浓度越高；空载体为未插入M或N基因的表达载体。 梯度稀释 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 该实验中阴性对照为__________________________。  由实验结果可初步推测：转运蛋白M和N中，转运Zn2+能力更强的是____________依据是_______________________________________。  锌吸收缺陷型酵母+空载体 (转运蛋白)N 转入N基因表达载体的实验组酵母菌数量多 解析：由题意可知，菌液经逐级稀释后OD600为0.06、0.006和0.000 6，说明对菌液进行了梯度稀释。由图可知，锌吸收缺陷型酵母+空载体组不会吸收锌，为阴性对照组。由图可知，转入N基因表达载体的这组酵母菌数量较多，说明转运蛋白N转运Zn2+能力更强。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $