2027届高考生物人教版一轮复习导学案：基因工程的应用和蛋白质工程

该高中生物学高考复习导学案系统梳理了基因工程应用（植物品质改良、动物性状改良）和蛋白质工程核心考点，按技术应用场景构建“原理-实例-操作”知识网络，通过情境任务（如番茄保鲜、乳腺生物反应器设计）和问题链引导学生自主推导技术流程，形成完整知识框架。 亮点在于情境化探究实践与个性化反思设计，活动方案中“反义RNA抑制基因表达机制分析”等问题培养科学思维，亮考帮“亮闪闪-考考你-帮帮我”模块支持自主诊断与疑惑梳理。课堂训练结合真题演练，助力学生精准突破考点，教师可通过学情反馈因材施教，提升备考实效。

2027届高考生物人教版一轮复习导学案：基因工程的应用和蛋白质工程 学习目标 1.举例说出基因工程的应用。2.概述蛋白质工程。 核心体系 活动方案 活动一 举例说明通过基因工程技术改良植物的品质 多聚半乳糖醛酸酶（PG）能分解果胶使细胞壁破损。成熟的番茄果实中，PG合成显著增加，能使果实变红变软，但不利于保鲜。利用基因工程减少PG基因的表达，可延长果实保质期。科学家将PG基因反向接到Ti质粒上，导入番茄细胞中，得到转基因番茄，具体操作流程如下图所示。请回答下列问题。 （1）若已获取PG的mRNA，可通过什么方法获取PG基因？将重组质粒转移到大肠杆菌中的目的是什么？ （2）用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后，可在培养基中添加什么物质进行筛选？为什么？之后，还需将其置于质量分数为25%的蔗糖溶液中，通过观察细胞的什么现象来鉴别细胞壁是否再生？ （3）由于导入的目的基因能转录出反义RNA，且能与_____________________ _______互补结合，因此可抑制PG基因的正常表达。若________________，则可确定转基因番茄培育成功。 （4）将转入反向链接PG基因的番茄细胞培育成完整的植株，需要运用什么技术？其中，愈伤组织经什么过程形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加什么成分？ 活动二 举例说明基因工程在改良动物性状中的应用 下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中Tetr表示四环素抗性基因，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。请回答下列问题。 （1）图中将人乳铁蛋白基因插入载体时，需选用哪些限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因？筛选含有重组载体的大肠杆菌时，首先需要在培养基中添加什么物质进行筛选？ （2）能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是________（填字母）。 A.启动子　　　B.Tetr C.复制原点 D.Ampr （3）过程①可采用的操作方法是________（填字母）。 A.农杆菌转化 B.大肠杆菌转化 C.显微注射 D.细胞融合 （4）过程②可采用了什么生物技术？ （5）对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的什么特性？ （6）将外源基因导入动物体内，选择受精卵作为受体细胞的原因是什么？ （7）人乳铁蛋白只在雌性动物的乳腺细胞表达，为什么？ （8）为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用________（填字母）技术。 A.核酸分子杂交 B.基因序列分析 C.抗原—抗体杂交 D.PCR （9）膀胱生物反应器与乳腺生物反应器相比，有哪些优点？ 活动三 体会蛋白质工程——第二代基因工程获取相关基因产品 胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程图，请回答下列有关问题。 （1）构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是什么？ （2）人工合成的DNA与________结合后，被转移到____________________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，需用到的生物工程技术有____________、____________和发酵工程。 （4）请概述图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？ （5）下列说法错误的是________（填字母）。 A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的结构，使之更加符合人类的需要 B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其结构 C.蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子 D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程 （6）获得高性能胰岛素，为什么不直接对天然胰岛素加以改造？ 课堂训练 1. [2025苏州常熟中学阶段考]下列关于基因工程的应用的叙述，错误的是（　　） A.将含药用蛋白基因的载体注射入牛的受精卵，从牛乳汁中获得所需的药品 B.基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间已产生生殖隔离 C.利用基因工程生产的甜味剂对人体无害，但在食品中不可以大量添加 D.基因工程可以改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量 2. [2026扬州中学月考]水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。下列关于这项替换研究工作的叙述，错误的是（ ） A.可行的直接操作对象是水蛭素基因 B.该过程与中心法则的信息流动方向相反 C.该蛋白质工程进行中难度最大的操作是改造水蛭素基因 D.改造的水蛭素基因导入微生物后，可利用发酵工程生产水蛭素 3. [2025泰州期中]天然胰岛素存在起效慢、半衰期短等问题，科研人员利用以下技术途径研发出了速效、长效胰岛素。下列相关叙述错误的是（ ） A.蛋白质工程可改造现有蛋白或制造新蛋白质 B.步骤A表示预期蛋白质的功能、B表示应有的氨基酸序列 C.当下市场上的人类胰岛素药物主要由该技术将猪胰岛素改造而来 D.通过该技术有效抑制胰岛素的聚合，从而可以研发出新型速效胰岛素 4. [2026苏州中学、扬州中学等联考]我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊分泌的乳汁含有凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是（　　） A.该项研究说明人和羊共用一套遗传密码 B.该羊的乳腺细胞含有人的凝血因子基因 C.该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子 D.该羊的后代不含有人的凝血因子基因 5. [2025广东珠海四校联考]研究人员制备哺乳膀胱生物反应器。用其获得人体特殊功能蛋白W的基本过程如下图所示。下列有关叙述错误的是（　　） A.W基因的下游需要连接膀胱上皮细胞特异表达基因的启动子 B.步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养 C.进行体外受精时，精子需要先进行获能处理 D.与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器可不受动物性别和泌乳期限制 6. （多选）下图是剔除转基因植物中标记基因的一种策略。下列相关叙述正确的有（　　） A.分别带有目的基因和标记基因的两个质粒，都带有T- DNA序列 B.该方法建立在高转化频率基础上，标记基因和目的基因须转到不同染色体上 C.若要获得剔除标记基因的植株，转化植株必须经过有性繁殖阶段遗传重组 D.获得的无筛选标记转基因植株发生了染色体结构变异 7. [2026天津南开期中]自然界中某些细菌可通过代谢将原油转化为稳定无害的终产物，科学家为获得能有效修复原油污染土壤的工程菌展开相关研究。 （1）获得能降解原油的目标菌可从______________取样，样品经________水稀释后涂布于以原油为唯一碳源的固体培养基上培养，分离纯化后获得目标菌A。 （2）假单胞菌遭受环境压力时，会分泌大量胞外复合物将自身包裹于其中形成细菌聚集膜样物（生物被膜）。目标菌A成膜性差，不能有效控制原油向深层土壤渗透。研究人员将假单胞菌的bdlA基因（约1 300 bp）导入目标菌A体内，尝试构建成膜性好的工程菌。 图1 图2 图1为bdlA基因与pX系列质粒连接构建的重组质粒模式图，为确认是否获得重组DNA分子，可选用限制酶________________对其切割，并对酶切产物及重组质粒进行凝胶电泳检测，结果如图2。据图可初步判断重组质粒构建成功，依据是________________________________________________________________。　　 （3）上述方法获得的两种工程菌命名为KT2和KT5，在不同时间测定实验组中工程菌及对照组中________的生物被膜总量相对值，结果如图3所示。该结果表明__________________________________。　　 （4）若要将以上工程菌用于原油污染土壤的修复，举一例说明下一步还应进行研究的方面：________。 图3 亮考帮 一、亮闪闪 本节课我掌握了 核心知识点，理清了 的解题逻辑；通过课堂小组讨论，学会了用 思路分析题型，纠正了之前混淆的概念，整体搭建起本节知识框架，这是我本节课最大的收获。 二、考考你 我出一道思考题： 解答： 出题后自测发现，这类题型的 步骤容易粗心出错，后续做题要重点留意。 三、帮帮我 我存在的疑惑： 1. 知识点的原理没有完全理解； 2.遇到 类题目不知道怎么切入解题； 3. 概念容易和之前学的内容弄混，希望课堂互助环节可以和同学探讨。 参考答案 活动方案 活动一 （1） 逆转录法。大量复制目的基因。 （2） 卡那霉素，重组质粒中含卡那霉素抗性基因而四环素抗性基因被破坏。是否发生质壁分离。 （3） 天然PG基因转录的mRNA　番茄果实的保质期延长 （4） 植物组织培养。再分化（或细胞增殖和分化）。植物激素（生长调节剂、生长素和细胞分裂素）。 活动二　 （1） Hind Ⅲ和BamHⅠ。氨苄青霉素。 （2） A （3） C （4） 胚胎移植技术。 （5） 全能性。 （6） 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基因，全能性较高。 （7）人乳铁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，让人乳铁蛋白只在乳腺细胞中选择性表达。 （8）C （9）乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产目的蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产目的蛋白，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。 活动三 （1） 蛋白质的预期功能。 （2） 载体　大肠杆菌等受体细胞 （3） 蛋白质工程　基因工程 （4） 根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核苷酸的序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。 （5） B （6） 蛋白质结构过于复杂、难以操作，即便改造成功，也不能遗传给后代。 拓展： 通过PCR进行定点诱变的蛋白质工程 将某基因中的一个或者几个碱基替换（也可以增加或者缺失碱基对）成其他碱基，导致基因中的部分碱基序列发生改变，实现基因的定点突变。只要设计出DNA上某一段片段（需要改造的片段）的一对方向相反的引物，那么这一对引物（碱基基本是互补配对的）中的每一个引物分别和目的基因两侧相应的另外一个引物，在不同反应体系分别进行PCR扩增。然后取两个体系的产物，获得单链后配对、重叠延伸，经过三轮扩增就会得到中间某处改造过的目的基因。 课堂训练 1 B　将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入牛的受精卵中，然后使其生长发育成转基因动物，并通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，A正确；基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间仍属于同一物种，没有产生生殖隔离，B错误；利用基因工程生产的甜味剂虽然对人体无害，但也不能在食品中大量添加，C正确；基因工程可以根据人们的意愿，改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量，D正确。 2 C　蛋白质工程的直接操作对象是基因，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺属于蛋白质工程范畴，可行的直接操作对象是水蛭素基因，A正确；该过程与中心法则的信息流动方向相反，蛋白质工程中需先设计所需蛋白质结构，再反向推导并修改基因序列，B正确；蛋白质工程进行中难度最大的操作是根据蛋白质的功能设计蛋白质的结构，C错误。 3 C　结合题意可知，当下市场上的人类胰岛素药物主要是通过基因工程改造大肠杆菌获得的，C错误。 4 D　自然界中的所有生物共用同一套遗传密码，A正确；因为该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子，说明该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因，B正确；依据题干信息，将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊分泌的乳汁含有凝血因子，说明该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子，C正确；由于将人凝血因子基因的DNA片段注射到的是羊的受精卵中，该羊性腺细胞含有该基因，通过减数分裂产生的卵细胞可能含有该基因，其后代也可能含有人的凝血因子基因，D错误。 5 A　启动子属于基因的非编码区，一般位于基因的上游，W基因上游需要连接膀胱上皮细胞特异表达基因启动子，确保W基因特异表达，A错误；步骤①是将重组表达载体导入受精卵，常用显微注射法，步骤②是早期胚胎培养，B正确；体外受精精子需获能处理，C正确；与乳腺生物反应器（只能是雌性，其性成熟）相比，膀胱生物反应器不受转基因动物性别和泌乳期限制，D正确。 6 ABC　农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T­DNA（可转移的DNA）转移并整合到植物细胞的染色体DNA上，题图中目的基因、标记基因需整合到植物细胞的染色体上，因此两个质粒都带有T­DNA序列，A正确；该方法利用农杆菌转化法，因为不同农杆菌T­DNA都要进入受体细胞，所以要建立在高转化频率基础上，由共转化形成的植株可知，标记基因和目的基因位于不同的染色体上，B正确；若要获得剔除标记基因的植株，必须经过有性杂交，实现基因重组，获得只含目的基因的植株、只含标记基因的植株、既含目的基因又含标记基因的植株，C正确；获得的无筛选标记转基因植株发生了基因重组，D错误。 7 （1） 原油污染土壤　无菌 （2） Csp45Ⅰ、XbaⅠ　连接到两个质粒上的目的基因一致（两个重组质粒酶切后分别产生5 144 bp、1 254 bp和4 768 bp、1 254 bp，说明两个重组质粒中都有长度约为1 300 bp的bdlA基因） （3） （导入普通质粒的）目标菌A　在36 h KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值显著提高 （4） 如何扩大培养、工程菌降解原油的效率、对生态环境的影响等 解析：（3） 实验的自变量是工程菌的种类和时间，因变量是生物被膜总量相对值，所以在不同时间测定实验组中工程菌及对照组中（导入普通质粒的）目标菌A的生物被膜总量相对值。由图3可知，导入bdlA基因的工程菌（KT2和KT5）形成的生物被膜总量均高于对照组，且在一定的时间范围内，随着时间的延长，生物被膜总量越高，KT5形成的生物被膜总量与KT2形成的生物被膜总量显著高于对照组，因此该结果表明在36 h KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值显著提高。 2027届高考生物人教版一轮复习导学案 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $