2027届高三人教版高中生物一轮复习讲义第46讲　基因工程的应用和蛋白质工程

第46讲　基因工程的应用和蛋白质工程、 生物技术的安全性与伦理问题 考点一　基因工程的应用 知|识|巩|固 1．基因工程的一般应用 2．乳腺生物反应器 思|维|辨|析 易错整合，判断正误。 (1)外源生长素基因的表达可以使转基因动物长得更快。(　　) (2)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛应用。(　　) (3)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。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√ 延|伸|探|究 1．某些转基因药物只在雌性动物的乳腺细胞表达，为什么？ 提示：药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入到哺乳动物的受精卵中，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中选择性表达。 2．为提高动物的生长速度，需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：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．野外种植转基因抗A害虫植物的同时，还种植一定量的同种不抗虫植物，可降低抗性害虫在整个害虫种群中所占比例的增加速率。试分析其中的原因。 提示：种植一定量的同种不抗虫植物，对抗性害虫的选择作用减弱。 4．膀胱生物反应器与乳腺生物反应器相比，有哪些优点？ 提示：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。 剖析难点·考点突破 精|准|命|题 考向　结合基因工程的应用，考查社会责任 》例　(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 答案：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山羊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；通过体细胞克隆可把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；山羊乳腺细胞中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。 〔变式训练〕　(2024·辽宁沈阳期中)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某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因 答案：C 解析：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某种调节因子，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。 乳腺生物反应器与工程菌的比较 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 含义 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微生物 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 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 Ca2＋处理法 生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，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 考点二　蛋白质工程的原理和应用 必备知识·夯实基础 知|识|巩|固 1．概念剖析 2．流程图 写出流程图中字母代表的含义： A．转录 B．翻译 C．分子设计 D．多肽链 E．预期功能 3．蛋白质工程与基因工程的区别和联系 教材隐含知识 (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，其可能的原因是药用蛋白基因没有转录或翻译。 思|维|辨|析 易错整合，判断正误。 (1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。(　　) (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。(　　) (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。(　　) (4)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 延|伸|探|究 1．蛋白质工程为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造？ 提示：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。 2．基因工程能否完全满足人们生产和生活的需要，为什么？ 提示：不能，因为基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些蛋白质不一定能完全满足人类的需要。 剖析难点·考点突破 精|准|命|题 考向　结合蛋白质工程，考查科学探究 》例　(2025·湖北孝感高中质检)下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法错误的是(　　) A．a、b过程分别是转录、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 答案：C 解析：a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以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，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，可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因，D正确。 〔变式训练〕　(2024·山东淄博期中)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 答案：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；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。 考点三　生物技术的安全性与伦理问题 必备知识·夯实基础 知|识|巩|固 1．转基因成果 2．对转基因产品安全性的争论 教材隐含知识 (选择性必修3 P102相关信息)我国科学家将来自玉米的α－淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，由于α－淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播。 3．理性看待转基因技术 (1)理性看待转基因技术 ①清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。 ②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靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。 (2)我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的，就是研究上要大胆，坚持自主创新；推广上要慎重，做到确保安全；管理上要严格，坚持依法监管。 4．关注生殖性克隆人 (1)比较治疗性克隆与生殖性克隆 项目 治疗性克隆 生殖性克隆 区别 目的 从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗 用于生育，获得人的复制品 水平 细胞水平 个体水平 联系 都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息不变 (2) 5．比较试管婴儿和“设计试管婴儿” (1)试管婴儿和“设计试管婴儿”过程如下图所示： (2)试管婴儿和“设计试管婴儿”的异同点 项目 试管婴儿 “设计试管婴儿” 不同点 技术手段 无须进行遗传学诊断 进行遗传学诊断 应用 主要解决不孕不育夫妇的生育问题 主要用于白血病、贫血症等遗传疾病的预测及治疗 相同点 二者都是体外受精、体外进行早期胚胎培养，再经过胚胎移植，从生殖方式上都为有性生殖 剖析难点·考点突破 精|准|命|题 考向　考查生物技术的安全性与伦理问题 》例　随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生，下列关于基因污染的说法，错误的是(　　) A．转基因作物可通过花粉扩散到它的近亲作物上，从而污染生物基因库 B．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性 C．基因污染是一种不可以增殖的污染 D．基因污染难以清除 答案：C 解析：基因污染是可以随着自然界中的生物扩散的，如转基因作物可通过花粉散落到它的近亲作物上，从而污染生物基因库；杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性；基因污染指基因工程中目的基因转移到生物体内可能对生物多样性、生态环境和人体健康造成潜在风险和威胁，而且会随着生物的繁殖过程不断增殖，难以清除。故选C。 〔变式训练〕　(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 答案：D 解析：试管婴儿属于有性生殖，在合理范围内，试管婴儿技术是可以使用的，A错误；治疗性克隆要在严格监管下进行，B错误；生殖性克隆会引起严重的道德、伦理、社会和法律问题，C错误。 素养提升·强化思维 构|建|网|络 真|题|再|现 1．(2023·浙江卷)某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3－GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。 下列叙述正确的是(　　) A．Gata3基因的启动子无法控制GFP基因的表达 B．翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白 C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3－GFP基因纯合子 D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子 答案：B 解析：分析图示可知，启动子在左侧，GFP基因整合在Gata3基因的右侧，启动子启动转录后，可以使GFP基因转录，Gata3基因的启动子能控制GFP基因的表达，A错误；因启动子在左侧，转录的方向向右，合成的mRNA从左向右为5′→3′，刚好是翻译的方向，所以翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正确；整合GFP基因后，核酸片段变长，2号个体只有大片段，所以是Gata3－GFP基因纯合子，4号个体只有小片段，是野生型，C错误；用引物1和引物3进行PCR扩增，扩增出的片段大小差异较小，无法较好的区分片段，D错误。故选B。 2．(2024·河北卷)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，使其在水稻胚乳中特异表达，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________________________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____________方法将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) 答案：(1)在水稻胚乳中特异性表达的基因的　终止转录　HindⅢ　EcoRⅠ　(2)农杆菌转化　r2HN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)不受性别的限制、可大量种植、成本低、安全性高 解析：(1)利用水稻细胞培育能表达r2HN的水稻胚乳细胞生物反应器，在胚乳中特异性表达的启动子在水稻胚乳细胞中更容易被RNA聚合酶识别和结合而驱动转录。Nos为终止子，终止子可以终止转录。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。KpnⅠ破坏了启动子序列不能选用，SacⅠ位于终止子序列之外不能选用，则为了将目的基因插入到载体的启动子和终止子之间，则需要用限制酶HindⅢ和EcoRⅠ对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。 (2)获得水稻愈伤组织后，通过农杆菌的侵染，使目的基因进入水稻细胞并完成转化。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测转录的r2HNmRNA，可从转基因水稻中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交检测是否翻译出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。单一位点插入目的基因的植株，则相当于杂合子，杂合子自交，后代含有r2HN基因的纯合子为1/4。由于纯合体自交后代不发生性状分离，具有遗传的稳定性，所以选择纯合体进行后续研究。 (4)据图可知，实验组的抗体水平和CD8＋T细胞水平都比对照组高，说明通过体液免疫产生了抗体，通过细胞免疫产生了细胞毒性T细胞，即r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。 (5)通过水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗具有不受性别的限制、可大量种植、成本低、安全性高等优点。 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T－DNA转移)和不含有Vir基因、含有T－DNA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；T－DNA－LB表示左边界；T－DNA－RB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。 (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________。 (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________。 (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1－1362基因序列改变为棉花细胞偏好密码子的基因序列 D．用1－1362合成基因序列和1363－1848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白 答案：(1)除去蛋白质杂质　溶解蛋白质等物质，析出不溶于酒精的DNA　(2)PCR技术扩增　人工合成　(3)RNA聚合酶识别并结合的部位　增强目的基因的表达　(4)HygBR　(5)F3　R2　(6)D 解析：(1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是除去蛋白质杂质。研磨液中的SDS能使蛋白质变性，因此无需担心DNA酶水解DNA。但即使有蛋白质变性剂使蛋白质变性改变其理化性质，仍然有可溶性、不溶性的蛋白质杂质通过沉淀、过滤等物理方式难以去除，因此为了获得较纯的DNA，保证提取的DNA作为PCR模板的品质，需要加入蛋白酶。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精，其目的是溶解蛋白质等物质，析出不溶于酒精的DNA。 (2)本操作中获取目的基因的方法是人工合成和PCR技术扩增。 (3)穿梭质粒中p35s为启动子，其作用是RNA聚合酶识别并结合的部位，驱动目的基因转录；插入两个p35s启动子，其目的可能是增强目的基因的表达。 (4)结合基因表达载体的示意图，根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置，用HygBR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F3和R2。 (6)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，本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，理由是用1－1362合成基因序列和1363－1848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白，将1－1362基因序列改变为棉花细胞偏好密码子的基因序列，未产生新的蛋白质，不属于蛋白质工程。A、B、C不符合题意，D符合题意。故选D。 提能训练　练案[46] A组 一、选择题 1．(2024·辽宁名校联盟联考)近年来，人工智能(AI)算法在蛋白质工程领域的应用已经被开发，下列关于AI算法在蛋白质工程领域应用的设想中，实现难度最大的是(　　) A．根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构 B．根据蛋白质的空间结构推测其氨基酸序列 C．按照设定的氨基酸序列推测mRNA的碱基序列 D．按照设定的mRNA的碱基序列设计新基因 答案：A 解析：根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。其中根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构是最难实现的。A正确，B、C、D错误。 2．(2025·辽宁省朝阳市期末试题)采用基因工程技术调控植物激素代谢，可实现作物改良。下列相关叙述不合理的是(　　) A．用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实 B．大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)可抑制芽的分化 C．提高ga2ox(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平可获得矮化品种 D．在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因可延迟果实成熟 答案：B 解析：生长素能促进果实发育，用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实，A不符合题意；大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)，细胞分裂素含量升高，细胞分裂素和生长素的比例高时，有利于芽的分化，B符合题意；赤霉素能促进细胞伸长，从而引起茎秆伸长和植物增高，提高ga2ox(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平使赤霉素含量降低从而能获得矮化品种，C不符合题意；乙烯有催熟作用，在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因，即是抑制乙烯的合成，果实成熟会延迟，D不符合题意。 3．天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作对的是(　　) A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B B．运用限制性内切核酸酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B C．运用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞 答案：A 解析：提取矮牵牛蓝色花的mRNA，逆转录得到DNA，然后扩增，可获得大量的基因B，A正确；从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，B错误；目的基因与质粒的连接需要用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶，C错误；目的基因需要和运载体连接后形成重组质粒再导入，并且应当用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，D错误。 4．研究人员利用E.coliDNA连接酶将药用蛋白基因与一系列调控元件、质粒等构建成重组质粒后，将其导入哺乳动物的受精卵中，由该受精卵发育成的转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产药用蛋白。利用上述乳腺生物反应器，科学家已获得了种类繁多的医药产品。下列说法正确的是(　　) A．质粒是一种只存在于原核细胞拟核DNA外、具有自我复制能力的环状DNA分子 B．E.coliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来 C．构建重组质粒时使用的启动子应能启动药用蛋白基因在任意细胞中表达 D．“将重组质粒导入哺乳动物的受精卵中”是乳腺生物反应器制作的核心工作 答案：B 解析：质粒是一种独立于真核细胞(如酵母菌)的细胞核或原核细胞(如细菌)拟核之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子，A错误；E.coliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段，B正确；构建重组质粒时使用的启动子应能启动药用蛋白基因在乳腺细胞中表达，C错误；基因表达载体的构建是乳腺生物反应器制作的核心工作，D错误。故选B。 5．利用生物工程改造生物特性，从而生产人类所需的产品。下列有关措施的叙述中，不正确的是(　　) A．利用基因突变原理培育成生产人干扰素的酵母菌 B．利用基因突变原理培育成青霉素高产菌株 C．利用基因工程手段培育成生产人胰岛素的大肠杆菌 D．利用细胞工程技术培育成脱毒苗 答案：A 解析：利用基因工程即基因重组原理培育成生产人干扰素的酵母菌，A错误；利用基因突变原理培育成青霉素高产菌株，该方法是诱变育种，B正确；利用基因工程手段培育成生产人胰岛素的大肠杆菌，该过程的原理是基因重组，C正确；利用植物组织培养技术可培育成脱毒苗，该过程的原理是植物细胞全能性，植物组织培养技术属于细胞工程技术，D正确。故选A。 6．(2025·浙江杭州高三阶段练习)科学家利用蛋白质工程研制赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，赖脯胰岛素经皮下注射后易吸收、起效快。图示为利用大肠杆菌制备工程菌获取赖脯胰岛素的操作过程，以下叙述错误的是(　　) A．该技术属于第二代基因工程，需对基因进行改造或合成 B．该技术能改造现有的蛋白质，也能制造一种新的蛋白质 C．图中①②过程可同时发生 D．基因表达过程中，物质a若发生变化，物质b一定改变 答案：D 解析：该技术是蛋白质工程，是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，操作对象也是DNA，需对基因进行改造或合成，A正确；蛋白质工程是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为转录，②为翻译，大肠杆菌是原核生物，没有核膜，转录和翻译可同时进行，C正确；物质a为mRNA，mRNA序列改变，由于密码子的简并，最终编码的氨基酸序列可能不变，D错误。故选D。 7．(2025·铁岭模拟)转基因作物的推广种植，大幅提高了粮食产量，取得了巨大的经济效益和生态效益；硕果累累的转基因作物相关研究在带给人们喜悦的同时，也促使人们关注转基因作物的安全性问题。下列有关转基因作物安全性的叙述，错误的是(　　) A．抗性基因可能会随花粉传播到田间近缘野生植物体内，造成基因污染 B．转入抗性基因的植物可能成为“入侵物种”，影响生态系统的稳定性 C．大面积种植转基因抗虫棉，有可能会导致棉铃虫群体中相关抗性基因频率增加 D．只要目的基因来自自然界，培育出的转基因植物就不会有安全性问题 答案：D 解析：转基因作物与近缘野生植物杂交，抗性基因可能随花粉传播到近缘野生植物体内，造成基因污染，A正确；转基因生物具有某些特殊性质，它们在某地区的竞争能力较强，可能成为“外来物种”，威胁生态系统中其他生物的存在，从而影响生态系统的稳定性，B正确；大面积种植转基因抗虫棉，棉铃虫有抗性基因的个体数量会增加，可能导致其群体相关抗性基因频率增加，C正确；即使目的基因来自自然界，培育出的转基因植物仍然可能会有安全性问题，D错误。 二、非选择题 8．(2025·黑龙江黑河高三阶段练习)天然β淀粉酶大多耐热性差，不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β－淀粉酶基因，并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌，最终获得耐高温的β－淀粉酶。回答下列问题： (1)上述过程属于________工程。 (2)PCR中使用的聚合酶属于________(填写编号)。 ①以DNA为模板的RNA聚合酶 ②以RNA为模板的RNA聚合酶 ③以DNA为模板的DNA聚合酶 ④以RNA为模板的DNA聚合酶 (3)某天然β－淀粉酶由484个氨基酸构成，研究发现，将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺，耐热性明显提升。在图1所示的β－淀粉酶基因改造方案中，含已替换碱基的引物是________(填写编号)。 (4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达，由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外，基因表达载体中还应该有目的基因(即改造后的基因)和________。 (5)目的基因(不含EcoRⅠ酶切位点)全长为1.5 kb，将其插入BamHⅠ位点。用EcoRⅠ酶切来自于不同大肠杆菌菌落的质粒DNA，经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度，这一操作的目的是____________________________。正确连接的基因表达载体被EcoRⅠ酶切后长度为________kb。 答案：(1)蛋白质　(2)③　(3)②　(4)标记基因 (5)筛选导入目的基因的大肠杆菌　5.7 解析：(1)根据蛋白质的功能改变基因的结构，最终获得耐高温的β－淀粉酶，这属于蛋白质工程。 (2)PCR的原理是DNA双链复制，利用的酶是耐热的DNA聚合酶，合成子链时是以DNA为模板。 (3)根据β－淀粉酶的编码序列，替换的碱基在编码序列中，则利用的引物应该把编码序列全部扩增在内，则所用的引物是②③。由题干信息可知，该酶是第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺，说明改变的碱基在编码序列的后方，所以含已替换碱基的引物是②。 (4)作为基因工程载体的质粒应该包含：复制原点、限制酶的切割位点、标记基因、启动子和终止子，根据图示的表达载体可知应还要包括目的基因和标记基因。 (5)目的基因通过表达载体导入大肠杆菌中，用EcoRⅠ酶切来自不同大肠杆菌菌落的质粒DNA，经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度，这一操作的目的是筛选出导入目的基因的大肠杆菌。正确连接的基因表达载体只有一个EcoRⅠ酶切位点，则切割后的长度为4.2＋1.5＝5.7 kb。 B组 一、选择题 1．(2025·河北邯郸高三开学考试)生物技术与工程学相结合，可研究、设计和加工生产各种生物工程产品。下列叙述正确的是(　　) A．由于外植体在植物组织培养过程中不感染病毒，用任何外植体都可制备脱毒苗 B．胚胎移植作为胚胎工程的“第一道工序”，推动了胚胎工程其他技术的研究和应用 C．PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，而后常用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR的产物 D．蛋白质工程仅以蛋白质结构为基础逆中心法则进行，就可以改造或制造新的蛋白质 答案：C 解析：虽然外植体在植物组织培养过程中不感染病毒，但外植体可能本身携带病毒，因此不是用任何外植体都可制备脱毒苗，一般用茎尖制备脱毒苗，A错误；胚胎移植作为胚胎工程的最后技术环节，推动了胚胎工程其他技术的研究和应用，B错误；PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，PCR的产物的分子量大小不同，因此常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物，C正确；蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要，D错误。故选C。 2．(2024·华南师大适应性练习)丙酮被广泛用作生产塑料的原料和有机溶剂。热乙酸穆尔氏菌能以氢为能源，利用CO2或CO生产乙酸。研究团队去除了该微生物生成乙酸的相关基因，然后导入了其他基因，这样可以抑制乙酸的生成并促进丙酮的合成。下列说法错误的是(　　) A．基因工程成功的原因之一是不同生物的DNA结构相同 B．基因工程中的目的基因可以人工合成并通过PCR进行扩增 C．导入的其他基因需要与启动子等调控组件重组在一起 D．检测该微生物中新的基因是否表达，可采用DNA分子杂交技术 答案：D 解析：基因工程成功的原因之一是不同生物的DNA具有相同的双螺旋结构，A正确；基因工程中的目的基因获取方式有多种，可以人工合成并通过PCR进行扩增，也可以从基因文库中获取，B正确；基因工程中需要目的基因在受体细胞中表达，就要将目的基因与该细胞的启动子等调控组件重组在一起，C正确；检测该微生物中新的基因是否表达，可采用抗原—抗体杂交技术，D错误。 3．(2024·T8联盟)为了提高玉米的抗虫能力，研究员将H与S两种抗虫基因构建成融合基因，共同导入植物体内。图1为构建表达载体所用质粒，图2是H－S融合基因两侧序列，图3为部分限制酶的识别序列。下列叙述正确的是(　　) A．卡那霉素抗性基因可以用来筛选导入目的基因的植物细胞 B．目的基因和质粒应该同时用酶B与酶C来切割，确保不会发生反向连接和自身环化 C．该玉米同时转入两种抗性基因可延缓害虫抗性基因频率增加 D．重组质粒中仍有酶A的切割位点 答案：C 解析：卡那霉素抗性基因位于T－DNA之外的区域，只能与重组质粒一起导入农杆菌细胞，用于筛选导入目的基因的农杆菌细胞，只有T－DNA上的潮霉素抗性基因才能用于筛选导入目的基因的植物细胞，A错误；质粒应用酶A和酶B切割，避免破坏T－DNA，B错误；相比于导入一种抗性基因，同时导入两种抗性基因可以减缓害虫对抗性基因的选择，从而延缓抗性基因频率增加，C正确；酶A与酶C的识别序列相比，酶C的识别序列特异性更低，酶A与酶C切割后产生的黏性末端互补后形成的连接位点只能被酶C识别，而不能被酶A识别，D错误。 4．(2024·黑龙江部分高中二模)为增加玉米的抗旱性，科研人员构建含有某微生物抗旱基因E的重组质粒，并采用农杆菌转化法将其转入玉米幼胚组织细胞中，用E蛋白的抗体进行抗原—抗体杂交检测后，经进一步鉴定，筛选出抗旱的转基因玉米。下列有关叙述错误的是(　　) A．通过逆转录得到的抗旱基因E中不含启动子、内含子和终止子 B．抗原—抗体杂交检测呈阳性的植株还要通过抗旱实验进行筛选 C．要得到转基因植株还要用到植物细胞融合技术 D．用CaCl2处理农杆菌可让其主动吸收重组质粒 答案：C 解析：由mRNA(经剪切加工，无启动子、终止子和内含子对应的序列)经逆转录得到的抗旱基因E中不含启动子、内含子和终止子，A正确；抗原—抗体杂交检测呈阳性只能说明E基因成功表达，植物是否具有抗旱能力，还要通过抗旱实验进行筛选，B正确；要得到转基因植物，会用到植物组织培养技术，不需要用到植物细胞融合技术，C错误；用CaCl2处理农杆菌可让其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，使其主动吸收重组质粒，D正确。 5．(2025·甘肃平凉高三开学考试)天然胰岛素易形成二聚体，使得其疗效被延缓。科研人员通过蛋白质工程使胰岛素第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，从而抑制了胰岛素的聚合，由此研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用，以下叙述错误的是(　　) A．改造胰岛素的过程实际是改造胰岛素基因的过程 B．若要改变蛋白质的功能，可通过改进蛋白质的氨基酸序列实现 C．可将定点突变技术获得的新的胰岛素基因直接导入大肠杆菌用于发酵生产 D．在通过蛋白质工程对胰岛素改造的过程中，对蛋白质分子结构的了解是非常关键的 答案：C 解析：蛋白质工程最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成，即改造胰岛素的过程实际是改造胰岛素基因的过程，A正确；蛋白质结构多样性的直接原因是构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构千差万别，结构决定功能，因此若要改变蛋白质的功能，可通过改进蛋白质的氨基酸序列实现，B正确；将改造后获得的速效胰岛素基因直接导入大肠杆菌，没有进行基因表达载体的构建，目的基因在受体细胞中可能无法复制、表达，C错误；蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)，因此在通过蛋白质工程对胰岛素改造的过程中，对蛋白质分子结构的了解是非常关键的，D正确。故选C。 6．(2024·历城二中打靶考试)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．步骤①是基因工程的核心步骤，需要使用的工具酶有限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体 B．与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W所选的启动子不同 C．从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程中的主要技术有体外受精、胚胎移植 D．鉴定W蛋白基因是否成功表达可以检测转基因动物的尿液是否存在W蛋白 答案：A 解析：步骤①是基因表达载体的构建，是基因工程的核心步骤，需要使用的工具酶有限制性内切核酸酶和DNA连接酶，载体不是工具酶，A错误；乳腺生物反应器是使W蛋白在乳腺中表达，应选用乳腺中特异性表达的基因的启动子，而膀胱生物反应器是使W蛋白在膀胱上皮细胞中表达，应选用膀胱上皮细胞中特异性表达的基因的启动子，B正确；结合题图可知，制备生物反应器涉及胚胎工程中的主要技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植，C正确；若W蛋白基因表达成功，说明膀胱生物反应器制备成功，就可以从转基因动物的尿液中检测到W蛋白，D正确。 7．(2025·四川成都高三开学考试)干扰素是动物体内合成的一种糖蛋白，体外很难保存。如将干扰素分子的一个半胱氨酸改造成丝氨酸，体外－70 ℃下可以保存半年。下图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，有关叙述错误的是(　　) A．干扰素是具有干扰病毒复制的作用的糖蛋白，被广泛应用于治疗病毒感染性疾病 B．蛋白质工程是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类的需求 C．将新的干扰素基因插入启动子和终止子之间是其成功表达的条件之一 D．新的干扰素基因在大肠杆菌体内正常表达即可得到预期的新的干扰素 答案：D 解析：干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病，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，以满足人类生产和生活的需求，B正确；启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，从而驱动转录，而终止子提供转录终止的信号，因此将新的干扰素基因插入启动子和终止子之间是其成功表达的条件之一，C正确；动物体内有高尔基体和内质网对蛋白质进行加工，但是大肠杆菌属于原核生物，没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工，能产生没有活性的干扰素，D错误。故选D。 二、非选择题 8．(2024·贵州遵义一模)植物细胞中提取的高甜度蛋白质由一条多肽链构成，常作为食品工业中糖类的替代品，但其热稳定性较差，植物中的提取率极低。科研人员通过基因编辑技术改造甜蛋白SB基因，以提升甜蛋白的稳定性和在大肠杆菌中的产量。技术路线如图所示： (1)改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的________序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过________技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。 (2)用限制酶NruⅠ、NoeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，能成功构建PXasD质粒的原因是__________________________________，再通过____________将二者连接起来。 (3)选用引物1和引物2对PXasD质粒中的SB基因进行PCR，再电泳检测，发现条带不唯一，其原因可能是______________________(答出一点即可)；对于PCR电泳结果符合预期的质粒，通常需要进一步通过基因检测确认，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)将PXasD质粒导入用________处理后的大肠杆菌中，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 答案：(1)氨基酸　PCR　(2)酶NruⅠ、NoeⅠ切割后产生的黏性末端相同　DNA连接酶　(3)引物的特异性不高、复性温度过低　琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列　(4)Ca2＋　大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工 解析：(1)改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的氨基酸序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过PCR技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。 (2)酶NruⅠ、NoeⅠ切割后产生的黏性末端相同，因此用限制酶NruⅠ、NoeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，再通过DNA连接酶连接，能成功构建PXasD质粒， (3)扩增时退火(复性)温度过低，可能会导致引物与非互补配对的序列发生部分结合，产生不同长度的DNA分子从而出现多条条带，即出现非特异性扩增条带；引物特异性不高，也会导致与非互补配对的序列发生部分结合，出现非特异性扩增条带。琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列，因此对于PCR产物电泳结果符合预期的质粒，通常需进一步通过基因测序确认。 (4)将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法，用Ca2＋处理大肠杆菌，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工。 学科网（北京）股份有限公司 $