2027届高中生物一轮复习讲义 第52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

该高中生物学高考复习讲义聚焦基因工程应用、蛋白质工程原理、转基因产品安全性及克隆与生物武器伦理等核心考点，按技术原理-应用实例-安全伦理逻辑架构知识体系。通过考点梳理（如乳腺与膀胱生物反应器比较）、考向分析（结合2024天津卷等真题）、分层练习（对点强化与综合提升），帮助学生系统构建知识网络，突破重难点。 资料以社会责任和科学思维为导向，设计蛋白质工程流程图分析、转基因安全性正反观点讨论等活动，强化知识迁移能力。限时练结合真题与模拟题，分考点突破与综合提升，助力学生在有限时间内高效掌握解题方法，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

第52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　基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程的应用——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。 2.蛋白质工程的原理和应用 (1)蛋白质工程的概念 (2)蛋白质工程的基本原理 (3)蛋白质工程的应用 考向1　基因工程的应用[社会责任] 1.(2024·天津卷，5)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 答案　C 解析　动物体内胰岛素在胰岛B细胞的核糖体上合成，经内质网、高尔基体加工、修饰后，经胞吐分泌出细胞，A正确；胰岛素的化学本质为蛋白质，基本组成单位为氨基酸，所以氨基酸是化学合成胰岛素的原料，B正确；启动子具有物种及组织特异性，在利用大肠杆菌生产胰岛素时，需将胰岛素基因与大肠杆菌中的特异性启动子等调控元件重组在一起，导入大肠杆菌；而用乳腺生物反应器生产胰岛素时，需将胰岛素基因与乳腺中特异性表达基因的启动子等调控元件重组在一起，导入哺乳动物受精卵中，C错误；速效胰岛素等胰岛素类似物不是天然胰岛素，科研人员通过对胰岛素基因进行改造，改变了胰岛素的氨基酸序列，由此研发出了速效胰岛素等胰岛素类似物，该技术属于蛋白质工程，D正确。 2.(2026·东北育才中学质检)人乳铁蛋白(hLF)是乳汁中一种重要的非血红素铁结合糖蛋白，具有抑菌、抗肿瘤等多种生理功能，被认为是一种极具开发潜力的食品添加剂。某科研团队将人乳铁蛋白(hLF)基因转入山羊体内，从山羊的乳液中获得hLF，可以解决天然乳铁蛋白资源短缺的问题。下列有关叙述错误的是(　　) A.可用PCR直接扩增乳铁蛋白的基因转录产物 B.重组载体中人乳铁蛋白基因的启动子是乳腺蛋白基因启动子 C.将目的基因导入山羊受精卵中，一般应用的技术是显微注射法 D.检测人乳铁蛋白基因是否成功翻译常采用抗原—抗体杂交技术 答案　A 解析　PCR是一项体外扩增特定DNA片段的技术，不可以直接用PCR扩增mRNA，需将mRNA逆转录成DNA再进行PCR扩增，A错误。 考向2　蛋白质工程的原理和应用[社会责任] 3.(2026·广东东莞模拟)干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可以用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析错误是(　　) A.图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B.图中新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达 C.图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构 D.图中各项技术并没有涉及基因工程技术 答案　D 解析　合成新的干扰素基因后，要构建基因表达载体在受体细胞中表达，涉及基因工程技术，D错误。 4.(2026·江西临川一中模拟)利用AI(人工智能)破解蛋白质结构和功能之谜，建立蛋白质数据库，并在此基础上进行蛋白质结构设计和优化，会给未来蛋白质工程的发展带来翻天覆地的变化。关于该技术的实施，下列说法错误的是(　　) A.用AI预测新型蛋白质的基因结构应依据中心法则原理 B.可以通过改造或合成基因来获得AI设计的蛋白质 C.根据设计的某种蛋白质的氨基酸序列推理的基因序列中包含启动子和终止子 D.用蛋白质的氨基酸序列推测的RNA编码序列有多种可能，原因是密码子具有简并性 答案　C 解析　启动子和终止子位于非编码区，故由氨基酸序列推理的基因序列中不包含启动子和终止子，C错误。 考点二　转基因产品的安全性 1.转基因成果 2.理性看待转基因技术 考向　转基因产品的安全性[生命观念] 1.(2026·河南名校联盟)科学家们利用转基因技术培育出大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物。下列有关说法错误的是(　　) A.若转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题 B.随着除草剂的大量应用，农田杂草对除草剂抗性逐渐增强 C.在抗除草剂转基因作物农田中使用除草剂仍会影响农产品的食用安全性 D.转基因抗虫农作物可减少杀虫剂的使用，提高产品的品质 答案　A 解析　即使转基因植物的外源基因来源于自然界，也可能存在安全性问题，A错误。 2.(2026·四川绵阳中学诊断)科学家将外源抗虫基因(Bt抗虫蛋白基因)转入某茄科植物细胞中，并整合到该植物的线粒体DNA上，获得了具有抗虫性状的转基因植物。下列叙述错误的是(　　) A.Bt抗虫蛋白在线粒体中的成功合成与密码子的通用性有关 B.叶肉细胞内有多个线粒体，这有利于增加该转基因植物的抗虫性 C.将该转基因植物与同种非转基因植物进行正、反交，所得子代均有抗虫性 D.该技术能有效避免或减少外源基因通过花粉向其他植物的转移 答案　C 解析　相同的遗传信息在不同的生物体内表达出相同的蛋白质利用了密码子的通用性的原理，A正确；叶肉细胞内有多个线粒体，则抗虫基因数量多，其表达量远高于核转化的水平，有利于增加外源抗虫蛋白的含量，增加抗虫性，B正确；外源抗虫基因转入线粒体，只能通过母本卵细胞遗传给后代，若该转基因植物作为父本则不可遗传，子代不具抗虫性，C错误；植物受精卵的细胞质基因几乎全来自卵细胞，将外源基因转入线粒体中，可以避免或减少外源基因通过花粉向其他植物的转移，D正确。 考点三　关注生殖性克隆人和禁止生物武器 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 (2)关于生殖性克隆人的争论 (3)我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。 (4)我国政府重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，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 3.禁止生物武器 考向　生殖性克隆和禁止生物武器[社会责任] 1.(2025·浙江6月卷，3)下列关于生物技术安全和伦理问题的叙述，错误的是(　　) A.反对设计完美婴儿 B.反对人的生殖性克隆 C.禁止生物武器的使用 D.禁止转基因技术的应用 答案　D 解析　设计完美婴儿涉及基因编辑技术，可能引发基因歧视、破坏遗传多样性等伦理问题，因此反对是合理的，A正确；人的生殖性克隆会冲击现有的伦理体系，且克隆人存在技术风险，国际社会普遍反对，B正确；生物武器具有大规模杀伤性，国际公约明确禁止其研发和使用，C正确；转基因技术需在严格监管下合理应用(如转基因作物)，并非完全禁止，D错误。 2.(2026·湖北武汉二中调研)生物技术的安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列相关叙述正确的是(　　) A.转基因食品中的DNA会与人体细胞的DNA发生基因重组 B.将α－淀粉酶基因与目的基因一起转入植物，可防止转基因花粉的传播 C.生殖性克隆是利用克隆技术产生特定的细胞来修复或替代受损的细胞 D.试管婴儿必需的技术有体外受精、植入前的遗传编辑和胚胎移植等 答案　B 解析　一般转基因食品中的DNA不会与人体细胞的DNA发生基因重组，A错误；将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，因此可以防止转基因花粉的传播，B正确；生殖性克隆是通过克隆技术产生独立生存的新个体，C错误；试管婴儿对植入前的胚胎一般不需要进行遗传编辑，试管婴儿必需的技术有体外受精和胚胎移植等，D错误。 限时练52　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 (时间：30分钟　分值：50分) 【对点强化】 考点一　基因工程的应用和蛋白质工程 1.(2026·江苏徐州调研)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，正确的是(　　) A.DNA连接酶具有特异性，只能连接同一种限制性内切核酸酶切割形成的黏性末端 B.若能在植物细胞中检测到相应的目的基因，则说明基因工程项目获得成功 C.蛋白质工程需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代 D.将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，可通过花粉传播，从而引起基因污染 答案　C 解析　DNA连接酶没有特异性，可以将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，A错误；基因工程成功与否通常需要检测目的基因是否成功表达所需的产物，通常通过蛋白质检测和个体生物学水平检测等进行鉴定，在植物细胞中检测到相应的目的基因，不能说明基因工程项目获得成功，B错误；蛋白质工程是第二代基因工程，也需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代，C正确；受精时精子只有头部进入卵细胞，将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，不会通过花粉传播而引起基因污染，D错误。 2.(2026·吉林长春质检)蛋白质工程是基因工程的延伸，下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是(　　) A.蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则 B.蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体 C.生产的蛋白质能在自然界中找到 D.需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 答案　D 解析　蛋白质工程最终也是通过基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；利用蛋白质工程可生产出自然界中不存在的蛋白质，满足实际需求，C错误；蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建基因表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，B错误，D正确。 3.(2026·山西运城调研)下列生物技术操作不会达成预期目标的是(　　) A.将胰岛素基因表达质粒转入酵母菌，筛选获得产胰岛素工程菌 B.将肠乳糖酶基因导入奶牛乳腺细胞，培育产低乳糖牛乳的奶牛 C.将体外改造后能识别特定癌细胞的T细胞回输患者，进行癌症治疗 D.将花青素代谢相关基因导入植物体细胞，获得具有特定花色的植株 答案　B 解析　将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，可以培育出产低乳糖牛乳的奶牛，如果导入奶牛乳腺细胞则不能达成预期目标，B符合题意。 4.(2026·福州一中检测)T4溶菌酶(A0)在温度较高时易失去活性。研究人员通过蛋白质工程将T4溶菌酶第3位上的异亮氨酸改成半胱氨酸，该处半胱氨酸可与第97位半胱氨酸之间形成一个二硫键，获得热稳定性高的T4溶菌酶(A1)。下列说法正确的是(　　) A.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 B.蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质 C.检测A1活性时可先将A1与底物混合，再置于高温环境中 D.A0和A1空间结构的差异是二者热稳定性不同的直接原因 答案　D 解析　蛋白质工程需要在分子水平上对基因进行操作，A错误；蛋白质工程与中心法则的流程方向相反，B错误；检测A1活性时应先将A1与底物分别置于高温环境，保温一段时间后再混合，C错误；分析题意可知，和A0相比，A1不仅仅是氨基酸的序列发生改变，同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，是二者热稳定性不同的直接原因，D正确。 考点二　转基因产品的安全性 5.(2024·浙江1月选考，1)关于生物技术的安全与伦理问题在我国相关法规明令禁止的是(　　) A.试管动物的培育 B.转基因食品的生产 C.治疗性克隆的研究 D.生物武器的发展和生产 答案　D 解析　我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。 6.(2026·湖南衡阳八中质检)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　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。 考点三　关注生殖性克隆人和禁止生物武器 7.(2026·北京朝阳区期末)法律和法规是规范生物技术研究，防止生物技术滥用的有力武器。下列叙述与我国相关法规不符的是(　　) A.用农业转基因生物加工制成的产品需提供标识 B.不得将体外受精获得的人类胚胎植入人体生殖系统 C.在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器 D.禁止非医学需要的胎儿性别鉴定和选择性别人工终止妊娠 答案　B 解析　用农业转基因生物加工制成的产品需提供标识，以确保消费者的知情权，A不符合题意；试管婴儿技术需要将体外受精获得的人类胚胎植入人体生殖系统，这是被法律允许的，B符合题意；生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等，我国已申明在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，C不符合题意；我国禁止非医学需要的胎儿性别鉴定和选择性别人工终止妊娠，以避免引发伦理等方面的问题，D不符合题意。 8.(2026·云南大理模拟)生物技术就像一把“双刃剑”，它既可以造福人类，也可能在使用不当时给人类带来潜在的危害。下列叙述错误的是(　　) A.生物武器是用病毒类、干扰素及生化毒剂类等来形成杀伤力 B.干细胞培养在临床医学等领域前景广泛，但也可能面临一些问题，如存在导致肿瘤发生的风险 C.研究转基因农作物时应采取多种方法防止转基因花粉的传播，避免基因污染 D.反对设计试管婴儿的原因之一是避免有人滥用此技术选择性设计婴儿 答案　A 解析　干扰素不属于生物武器，A错误；干细胞培养在临床医学等领域前景广泛，比如用于治疗一些疑难疾病，但也面临安全性问题，如干细胞强大的自我更新能力可能导致肿瘤形成等，B正确；研究转基因农作物时应采取多种方法防止转基因花粉的传播，避免基因污染，符合生物技术的安全与伦理规范，C正确。 【综合提升】 9.(2025·贵州卷，18)番茄细胞中线粒体形态与其自身功能密切相关，并影响番茄果实的成熟过程。研究者将决定蛋白质在细胞内定位的特定肽链“嫁接”到绿色荧光蛋白(GFP)上，控制GFP在番茄细胞内的分布，从而在显微镜下观察线粒体的形态变化。回答下列问题： (1)根据蛋白质工程原理，一般不会直接拼接肽链，而是将两段肽链对应的　　　　拼接在一起完成“嫁接”，细胞色素c氧化酶Ⅳ(COXⅣ)参与有氧呼吸生成水的过程。COXⅣ的一段肽链序列X决定了COXⅣ在细胞内的分布，研究者选择将X与GFP拼接，理由是___________________________________________ __________________________________________________________________。 (2)拼接好的序列应插入下图中农杆菌T－DNA的　　　　(填下图字母)处。理由是__________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (3)选择番茄幼嫩子叶进行离体培养，这些培养的器官、组织或细胞被称为　　　　。农杆菌侵染后有一定几率将目的基因整合到番茄细胞的　　　　　　　　　　　　中，番茄组织培养过程中，芽诱导期需在培养基中添加的植物激素是　　　　　　　　。 答案　(1)DNA序列　COXⅣ位于线粒体内膜，它的肽链序列X能引导GFP 定位到线粒体，从而通过GFP来观察线粒体的形态变化　(2)B　B位于启动子下游与终止子上游，目的基因插入B处才可能转录　(3)外植体　染色体DNA　生长素和细胞分裂素 解析　(1)根据蛋白质工程原理，一般不会直接拼接肽链，而是将两段肽链对应的DNA序列拼接在一起完成 “嫁接”(蛋白质工程是通过改造或合成基因来改造蛋白质的)。COXⅣ 的一段肽链序列X决定了 COXⅣ 在细胞内的分布，研究者选择将X与GFP拼接，理由是COXⅣ位于线粒体内膜，它的肽链序列X能引导GFP 定位到线粒体，从而通过GFP的荧光来观察线粒体的形态变化(利用X的定位功能，使GFP标记线粒体)。(2)拼接好的序列应插入农杆菌 T－DNA 的B处。B位于启动子下游与终止子上游，目的基因插入B处才可能转录。(3)选择番茄幼嫩子叶进行离体培养，这些培养的器官、组织或细胞被称为外植体(外植体是植物组织培养中用于培养的离体器官、组织或细胞)。农杆菌侵染后有一定几率将目的基因整合到番茄细胞的染色体DNA中(农杆菌的 T－DNA 会整合到植物细胞的染色体 DNA 上)。番茄组织培养过程中，诱导期需在培养基中添加的植物激素是生长素和细胞分裂素(植物组织培养中，生长素和细胞分裂素的比例会影响细胞的脱分化和再分化过程，芽诱导期需要这两种激素来启动细胞的分裂和分化)。 10.(2026·重庆部分学校联考)玉米的祖先—野生玉米，名叫“大刍草”，经过9 000多年人工驯化，被改造成现代玉米。我国中科院科学家经过长达10年不懈努力，从野生玉米“大刍草”中，成功找回玉米人工驯化过程中丢失的一个控制高蛋白含量的优良基因THP9，克隆出来并将此高蛋白基因转移到玉米细胞内，获得了转基因高蛋白玉米新品种。若测得THP9基因编码链首端到末端(其中一条链)的序列为5′－ATCTACGCGCTCATCCG…(省略3n个核苷酸序列)…CGCAGCAATGAGTAGCG－3′。请回答下列问题： EcoR Ⅰ BamH Ⅰ Kpn Ⅰ Mfe Ⅰ Hind Ⅲ (1)为获取更多THP9基因，可通过PCR技术扩增，其原理是　　　　　　　　　　。某同学设计了如下六种PCR引物，其中可选用的引物是　　　　(选填序号)。 ①5′－GACTACTCGCGCATCTA－3′ ②5′－ATCTACGCGCTCATCCG－3′ ③5′－GCGATGAGTAACGACGC－3′ ④5′－CGCTACTCATTGCTGCG－3′ ⑤5′－TAGATGCGCGAGTAGGC－3′ ⑥5′－CGCAGCAATGAGTAGCG－3′ (2)构建基因表达载体时，若科研人员需将THP9基因整合到质粒上，如图，已知图中THP9基因转录方向为从左往右，应使用限制酶　　　　切割如图中质粒，使用限制酶　　　　切割图中含THP9基因的DNA片段，以获得能正确表达THP9基因的重组质粒。 (3)限制酶来源于原核生物，不会切割本身的DNA分子是因为 __________________________________________________________________。 (4)为了检测转基因技术是否成功，科研工作者在个体水平上的检测方法是__________________________________________________________________。 答案　(1)DNA半保留复制　②④　(2)Mfe Ⅰ、Hind Ⅲ　EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ　 (3)含有某种限制酶的原核生物，其DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰　(4)将转基因玉米田间种植后收获玉米籽粒，检测其蛋白质含量 解析　(1)PCR扩增技术的原理是DNA半保留复制，PCR过程需要两种引物，能分别与目的基因两条链的3′端通过碱基互补配对结合，所以依据THP9基因编码链首端到末端(其中一条链)的序列为5′－ATCTACGCGCTCATCCG…(省略3n个核苷酸序列)…CGCAGCAATGAGTAGCG－3′可推知，引物为②④。(2)由题干可知，题图中THP9基因转录方向为从左往右，即在重组质粒中启动子位于目的基因左侧，终止子位于目的基因右侧，因为该基因右侧只有一个酶切位点，故一定需要用Hind Ⅲ切割质粒和目的基因，对于质粒来说，EcoR Ⅰ不只有一个酶切位点，故不能用EcoR Ⅰ进行切割，BamH Ⅰ的酶切位点在启动子上，故不能用BamH Ⅰ切割，那么在Hind Ⅲ上游的仅剩Mfe Ⅰ的识别序列，而目的基因内部含Mfe Ⅰ的识别序列，不能用该酶切割目的基因，与Mfe Ⅰ酶切割能形成相同黏性末端的是EcoR Ⅰ，故质粒用Mfe Ⅰ、Hind Ⅲ切割，目的基因用EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ切割。(3)限制酶一般来源于原核生物，其DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰，故不会切割其本身的DNA分子。(4)为了检测转基因技术是否成功，可进行分子水平、个体水平的检测，个体水平上的检测方法是将转基因玉米田间种植后收获玉米籽粒，检测其蛋白质含量。 学科网（北京）股份有限公司 $