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课时4　基因工程及其延伸技术应用广泛
课时概念解析　本课时的概念为“基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质”“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要求的蛋白质”和“依据人类需要可以对原有蛋白质结构进行基因改造生产目标蛋白”，这些概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
(1)基因工程可用于诊断、治疗、研究疾病，进行法医鉴定，培育农牧业优良品种和保护生态环境；(2)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)依据人类需求对原有蛋白质结构进行基因改造，生产目标蛋白。
概念1　基因工程改善了人类的生活品质
1.诊断、治疗、生产药物、研究疾病
2.应用基因工程技术进行法医鉴定、培育优良品种、保护环境
[辨正误]
(1)运用PCR结合其他技术，可以在患者未发病，甚至出生前就能确诊其是否患有镰刀形贫血症、血友病等疾病。(　　)
(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。(　　)
(3)RNA干扰技术通过向细胞或生物体内注入短的双链RNA分子进而阻断特定基因的转录过程。(　　)
(4)将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫化氢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。(　　)
(生活、学习与实践情境)镰刀形贫血症是一种单基因遗传病，是由正常的血红蛋白基因(HbA)突变为镰刀形贫血症基因(Hbs)引起的。在非洲地区黑人中有4%的人是该病患者，会在成年之前死亡，有32%的人是携带者，不发病但血液中有部分红细胞是镰刀形。
(1)某表型正常的非洲裔夫妇，若他们的孩子已经出生，检查孩子是否患病的方法是什么？若孩子尚未出生，可以从羊水中收集少量胎儿的细胞，提取出DNA，用什么技术进行复制，然后通过什么方法确认胎儿是否正常？
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
(2)下图是正常人和患者血红蛋白基因的部分片段，若用MstⅡ限制酶切割下图中正常的血红蛋白基因和镰刀形细胞血红蛋白基因，则酶切后相应基因分别产生几种DNA片段？
___________________________________________________________________
(3)若用MstⅡ限制酶切割胎儿DNA后，用琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段，片段越大，在凝胶带上距离加样孔越近。得到图乙所示的三种结果。若出现哪个结果，则说明胎儿患病？若出现哪个结果，则说明胎儿是携带者？
____________________________________________________________________
基因诊断与基因治疗的比较
【典例应用】
例1 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。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.Ⅱ－1的基因诊断中只出现142 bp片段
C.Ⅱ－2的基因诊断中只出现99 bp和43 bp片段
D.Ⅰ－1与Ⅱ－3基因诊断中片段完全相同的概率是2/3
例2 (2024·A9协作体高二联考)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一定进展。最近，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。以下叙述错误的是(　　)
A.将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是显微注射法
B.进行基因转移时，通常要将外源基因转入小鼠的膀胱上皮细胞中
C.与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛
D.在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异性表达
提醒：与乳汁相比，尿液的形成不受转基因动物性别和是否处于哺乳期的限制，且不含其他蛋白质成分，药物更易分离提纯。
概念2　蛋白质工程是基因工程的延伸，以测序为基础建立的
基因数据库是人类共有的财富
1.蛋白质工程是基因工程的延伸
2.以测序为基础建立的基因数据库是人类共有的财富
(1)测序技术的发展使得人类获得了海量的生物数据。为了能够有效地储存并解读这些数据，多个国家和机构建立了庞大的生物信息数据库。
(2)科学家可以通过比对______或________的序列重新审视生命进化的历程。
[辨正误]
(1)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。(　　)
(2)蛋白质工程只能生产自然界已有的蛋白质。(　　)
(3)科学家可以通过比对核酸或蛋白质的序列，深度解码个人的遗传信息。(　　)
(生活、学习与实践情境)研究发现，将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
请回答：
(1)将有关蛋白质中的氨基酸进行替换的生物技术属于基因工程技术还是蛋白质工程技术？
___________________________________________________________________
(2)欲使玉米叶片和种子中赖氨酸含量都提高，下列操作能达到目的的是________。
A.直接改造蛋白质分子
B.直接改造相应的mRNA
C.对相应的基因进行定点改造
D.改造运输相关氨基酸的tRNA
(3)在提高玉米体内赖氨酸含量的过程中，会经历下列环节：①设计蛋白质分子结构；②DNA合成；③预期蛋白质功能；④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列。这些环节的正确顺序是什么？______________________________
基因工程与蛋白质工程的比较
【典例应用】
例3 (2024·海淀区高二期末)研究者计划将绿色荧光蛋白第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，以获得橙色荧光蛋白。下列方案可行的是(　　)
A.使用蛋白酶水解第203位氨基酸前后的肽键实现氨基酸替换
B.在mRNA中直接替换第609～611位三个碱基
C.根据新的氨基酸序列推测并合成相应的DNA序列
D.将改造后的橙色荧光蛋白基因直接注入大肠杆菌获得转基因菌株
例4 (2024·宁波高二月考)已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中157位的L异亮氨酸变成亮氨酸，261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y蛋白的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是(　　)
A.蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异
B.可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因
C.蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具
D.细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的
1.(2021·浙江6月选考，20)采用CRISPR/Cas9基因编辑技术可将增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因定点插入到受精卵的Y染色体上，获得转基因雄性小鼠。该转基因小鼠与野生型雌性小鼠交配，通过观察荧光可确定早期胚胎的性别。下列操作错误的是(　　)
A.基因编辑处理的受精卵在体外培养时，不同发育阶段的胚胎需用不同成分的培养液
B.基因编辑处理的受精卵经体外培养至2细胞期，须将其植入同期发情小鼠的子宫，才可获得表达EGFP的小鼠
C.分离能表达EGFP的胚胎干细胞，通过核移植等技术可获得大量的转基因小鼠
D.通过观察早期胚胎的荧光，能表达EGFP的即为雄性小鼠胚胎
2.(2020·浙江7月选考，24)下列关于基因工程的叙述，正确的是(　　)
A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定
B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关
C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其DNA检测均含目的基因，抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNA
D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带，相同分子量的为一条带。用某种限制性内切核酸酶完全酶切环状质粒后，出现3条带。表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置
3.(2024·浙江1月选考，22)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，并进行细胞学鉴定。回答下列问题：
(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，反转录合成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。
(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__________________________________________________________________。
(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。
(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。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___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
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。
课时4　基因工程及其延伸技术应用广泛
概念1
自主建构
1．核酸分子杂交　PCR　PCR　基因　纠正　补偿　乳腺生物反应器　连续　提纯　遗传物质　方便　价格低廉　致病机理　治疗方法
2．同卵双胞胎　核酸分子杂交　特异　抗逆　快　大　采矿　有毒污染物
辨正误
(1)√
(2)×　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)×　提示：RNA干扰技术通过向细胞或生物体内注入短的双链RNA分子诱导细胞内含有相同或相似序列的mRNA持续降解，从而阻断特定基因的翻译过程。
(4)×　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化氢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。
合作探究
(1)提示：显微镜下观察红细胞形态。PCR技术；核酸分子杂交技术。
(2)提示：2种。1种。
(3)提示：C。B。
典例应用
例1　C　[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；Ⅱ－1的基因型为aa，用BclⅠ切割后只能产生142 bp的片段，故Ⅱ－1的基因诊断中只出现142 bp片段，B正确；Ⅱ－2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；Ⅰ－1的基因型为Aa，Ⅱ－3的基因型为1/3AA或2/3Aa，Ⅰ－1与Ⅱ－3基因诊断中片段完全相同的概率是2/3，D正确。]
例2　B　[进行基因转移时，通常要将外源基因转入受精卵中，原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达，而不是将外源基因转入小鼠的膀胱上皮细胞中，B错误。]
概念2
自主建构
1．基因　蛋白质　空间结构　氨基酸　核苷酸　核苷酸　丝氨酸
2．(2)核酸　蛋白质
辨正误
(1)×　提示：蛋白质工程直接改造的是基因，而非蛋白质。
(2)×　提示：基因工程只能生产自然界已有的蛋白质，蛋白质工程可以生产自然界没有的蛋白质。
(3)√
合作探究
(1)提示：蛋白质工程技术。
(2)提示：C
(3)提示：③→①→④→②。
典例应用
例3　C　[要改造蛋白质的结构，需要设计和改造编码蛋白质的基因，C符合题意。]
例4　B　[蛋白质工程和基因工程的根本区别是蛋白质工程可产生自然界中没有的蛋白质，A错误；蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。]
感悟真题
1．B　[进行胚胎体外培养过程中，不同发育阶段需要不同成分的培养液，以培养不同时期的胚胎，A正确；小鼠受精卵一般应在体外培养至桑葚胚或囊胚，再植入同期发情小鼠的子宫，B错误；胚胎干细胞中均含有EGFP基因，分离能表达EGFP的胚胎干细胞，通过核移植等技术可获得大量的转基因小鼠，C正确；将增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因定点插入到受精卵的Y染色体上，能表达EGFP的胚胎均含Y染色体，即为雄性小鼠胚胎，D正确。]
2．D　[若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，则该限制性内切核酸酶可能会切割重组质粒，破坏重组质粒的结构，A错误；抗除草剂基因转入某抗盐植物后，一部分抗盐植株的抗盐性消失，说明抗除草剂基因的转入可能导致抗盐性改变，B错误；抗除草剂基因转入某植物后，若DNA检测含有目的基因，而抗性鉴定为不抗除草剂，其原因可能是目的基因转录出mRNA但无法翻译，也可能是目的基因无法转录，还可能是翻译出来的蛋白质无活性，C错误；若环状质粒上有1个某种限制性内切核酸酶的酶切位置，则该环状质粒被该酶酶切后形成1个条带，若要形成2个条带，则该环状质粒上至少有2个该酶的酶切位置，若要形成3个条带，则该环状质粒上至少有3个该酶的酶切位置，D正确。]
3．(1)根　解旋酶　磷酸基团　变长
(2)DNA连接酶　热变性使大肠杆菌细胞破裂，DNA流出
(3)划线　振荡培养
(4)梯度稀释　锌吸收缺陷型酵母＋空载体　N　转入N基因的这组酵母菌数量多
解析　(1)由于锌转运蛋白在某种植物根部细胞中特异性表达，因此在克隆锌转运蛋白基因M、N时，应以该植物根为材料提取并纯化mRNA，反转录合成cDNA。PCR每个循环第一步是进行热变性处理，热变性就是利用高温使模板DNA解链为单链，该处理的效果类似于生物体内解旋酶的作用效果。DNA分子因为含有的磷酸基团电离出H＋而带负电荷，因此在进行PCR产物琼脂糖凝胶电泳时，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变长。
(2)构建重组表达载体时，需要先分别将含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DNA连接酶连接，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热变性使大肠杆菌细胞破裂，DNA流出。
(3)接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法，取冻存的锌吸收缺陷型酵母菌株，直接在固体培养基进行接种，因此此处应为划线接种。振荡培养的方法可以对锌吸收缺陷型酵母菌株扩大培养。
(4)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。将菌液逐级稀释至OD600为0.06、0.006和0.000 6的方法为梯度稀释法。结合题意和图示可知，本实验的阴性对照组应为锌吸收缺陷型酵母＋空载体，阳性对照组为野生型酵母＋空载体。对比锌吸收缺陷型酵母＋M基因表达载体与锌吸收缺陷型酵母＋N基因表达载体两组的结果，发现后者酵母菌数量更多，因此转运蛋白N比M转运Zn2＋能力更强。(共41张PPT)
第四章　基因工程
课时4　
基因工程及其延伸技术应用广泛
本课时的概念为“基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质”“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要求的蛋白质”和“依据人类需要可以对原有蛋白质结构进行基因改造生产目标蛋白”，这些概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
(1)基因工程可用于诊断、治疗、研究疾病，进行法医鉴定，培育农牧业优良品种和保护生态环境；(2)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)依据人类需求对原有蛋白质结构进行基因改造，生产目标蛋白。
课时概念解析
目录 CONTENTS
1. 基因工程改善了人类的生活品质
2. 蛋白质工程是基因工程的延伸，以测序为基础建立的基因数据库是人类共有的财富
3.感悟真题
自主建构
合作探究
合作探究
课时概念图
自主建构
核酸分子杂交
1.诊断、治疗、生产药物、研究疾病
PCR
PCR
基因
纠正
补偿
1.诊断、治疗、生产药物、研究疾病
乳腺生
物反应器
连续
提纯
遗传
物质
方便
价格低廉
致病机理
治疗方法
2.应用基因工程技术进行法医鉴定、培育优良品种、保护环境
同卵双胞胎
核酸分
子杂交
特异
抗逆
快
大
采矿
有毒污染物
√
[辨正误]
(1)运用PCR结合其他技术，可以在患者未发病，甚至出生前就能确诊其是否患有镰刀形贫血症、血友病等疾病。( )
(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)RNA干扰技术通过向细胞或生物体内注入短的双链RNA分子进而阻断特定基因的转录过程。( )
提示：RNA干扰技术通过向细胞或生物体内注入短的双链RNA分子诱导细胞内含有相同或相似序列的mRNA持续降解，从而阻断特定基因的翻译过程。
(4)将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫化氢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化氢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。
×
×
(生活、学习与实践情境)镰刀形贫血症是一种单基因遗传病，是由正常的血红蛋白基因(HbA)突变为镰刀形贫血症基因(Hbs)引起的。在非洲地区黑人中有4%的人是该病患者，会在成年之前死亡，有32%的人是携带者，不发病但血液中有部分红细胞是镰刀形。
(1)某表型正常的非洲裔夫妇，若他们的孩子已经出生，检查孩子是否患病的方法是什么？若孩子尚未出生，可以从羊水中收集少量胎
儿的细胞，提取出DNA，用什么技术进行复制，然后通过什么方法确认胎儿是否正常？
提示：显微镜下观察红细胞形态。PCR技术；核酸分子杂交技术。
(2)下图是正常人和患者血红蛋白基因的部分片段，若用MstⅡ限制酶切割下图中正常的血红蛋白基因和镰刀形细胞血红蛋白基因，则酶切后相应基因分别产生几种DNA片段？
提示：2种。1种。
(3)若用MstⅡ限制酶切割胎儿DNA后，用琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段，片段越大，在凝胶带上距离加样孔越近。得到图乙所示的三种结果。若出现哪个结果，则说明胎儿患病？若出现哪个结果，则说明胎儿是携带者？
提示：C。B。
基因诊断与基因治疗的比较
【典例应用 】
C
例1 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。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.Ⅱ－1的基因诊断中只出现142 bp片段
C.Ⅱ－2的基因诊断中只出现99 bp和43 bp片段
D.Ⅰ－1与Ⅱ－3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；
Ⅱ－1的基因型为aa，用BclⅠ切割后只能产生142 bp的片段，故Ⅱ－1的基因诊断中只出现142 bp片段，B正确；
Ⅱ－2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；
Ⅰ－1的基因型为Aa，Ⅱ－3的基因型为1/3AA或2/3Aa，Ⅰ－1与Ⅱ－3基因诊断中片段完全相同的概率是2/3，D正确。
B
例2 (2024·A9协作体高二联考)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一定进展。最近，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。以下叙述错误的是(　　)
A.将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是显微注射法
B.进行基因转移时，通常要将外源基因转入小鼠的膀胱上皮细胞中
C.与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛
D.在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异性表达
解析：进行基因转移时，通常要将外源基因转入受精卵中，原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达，而不是将外源基因转入小鼠的膀胱上皮细胞中，B错误。
提醒：与乳汁相比，尿液的形成不受转基因动物性别和是否处于哺乳期的限制，且不含其他蛋白质成分，药物更易分离提纯。
基因
1.蛋白质工程是基因工程的延伸
蛋白质
空间结构
氨基酸
核苷
酸
核苷酸
丝氨酸
2.以测序为基础建立的基因数据库是人类共有的财富
(1)测序技术的发展使得人类获得了海量的生物数据。为了能够有效地储存并解读这些数据，多个国家和机构建立了庞大的生物信息数据库。
(2)科学家可以通过比对______或________的序列重新审视生命进化的历程。
核酸
蛋白质
×
[辨正误]
(1)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)蛋白质工程只能生产自然界已有的蛋白质。( )
提示：基因工程只能生产自然界已有的蛋白质，蛋白质工程可以生产自然界没有的蛋白质。
(3)科学家可以通过比对核酸或蛋白质的序列，深度解码个人的遗传信息。( )
×
√
(生活、学习与实践情境)研究发现，将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
请回答：
(1)将有关蛋白质中的氨基酸进行替换的生物技术属于基因工程技术还是蛋白质工程技术？
提示：蛋白质工程技术。
(2)欲使玉米叶片和种子中赖氨酸含量都提高，下列操作能达到目的的是　　　　。
A.直接改造蛋白质分子
B.直接改造相应的mRNA
C.对相应的基因进行定点改造
D.改造运输相关氨基酸的tRNA
C
(3)在提高玉米体内赖氨酸含量的过程中，会经历下列环节：①设计蛋白质分子结构；②DNA合成；③预期蛋白质功能；④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列。这些环节的正确顺序是什么？
提示：③→①→④→②。
基因工程与蛋白质工程的比较
基因工程与蛋白质工程的比较
C
例3 (2024·海淀区高二期末)研究者计划将绿色荧光蛋白第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，以获得橙色荧光蛋白。下列方案可行的是(　　)
A.使用蛋白酶水解第203位氨基酸前后的肽键实现氨基酸替换
B.在mRNA中直接替换第609～611位三个碱基
C.根据新的氨基酸序列推测并合成相应的DNA序列
D.将改造后的橙色荧光蛋白基因直接注入大肠杆菌获得转基因菌株
解析：要改造蛋白质的结构，需要设计和改造编码蛋白质的基因,C符合题意。
【典例应用 】
B
例4 (2024·宁波高二月考)已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中157位的L异亮氨酸变成亮氨酸，261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y蛋白的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是(　　)
A.蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异
B.可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因
C.蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具
D.细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的
解析：蛋白质工程和基因工程的根本区别是蛋白质工程可产生自然界中没有的蛋白质，A错误；
蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；
细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。
B
1.(2021·浙江6月选考，20)采用CRISPR/Cas9基因编辑技术可将增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因定点插入到受精卵的Y染色体上，获得转基因雄性小鼠。该转基因小鼠与野生型雌性小鼠交配，通过观察荧光可确定早期胚胎的性别。下列操作错误的是(　　)
A.基因编辑处理的受精卵在体外培养时，不同发育阶段的胚胎需用不同成分的培养液
B.基因编辑处理的受精卵经体外培养至2细胞期，须将其植入同期发情小鼠的子宫，才可获得表达EGFP的小鼠
C.分离能表达EGFP的胚胎干细胞，通过核移植等技术可获得大量的转基因小鼠
D.通过观察早期胚胎的荧光，能表达EGFP的即为雄性小鼠胚胎
解析：进行胚胎体外培养过程中，不同发育阶段需要不同成分的培养液，以培养不同时期的胚胎，A正确；
小鼠受精卵一般应在体外培养至桑葚胚或囊胚，再植入同期发情小鼠的子宫，B错误；
胚胎干细胞中均含有EGFP基因，分离能表达EGFP的胚胎干细胞，通过核移植等技术可获得大量的转基因小鼠，C正确；
将增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因定点插入到受精卵的Y染色体上，能表达EGFP的胚胎均含Y染色体，即为雄性小鼠胚胎，D正确。
D
2.(2020·浙江7月选考，24)下列关于基因工程的叙述，正确的是(　　)
A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定
B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关
C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其DNA检测均含目的基因，抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNA
D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带，相同分子量的为一条带。用某种限制性内切核酸酶完全酶切环状质粒后，出现3条带。表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置
解析：若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，则该限制性内切核酸酶可能会切割重组质粒，破坏重组质粒的结构，A错误；
抗除草剂基因转入某抗盐植物后，一部分抗盐植株的抗盐性消失，说明抗除草剂基因的转入可能导致抗盐性改变，B错误；
抗除草剂基因转入某植物后，若DNA检测含有目的基因，而抗性鉴定为不抗除草剂，其原因可能是目的基因转录出mRNA但无法翻译，也可能是目的基因无法转录，还可能是翻译出来的蛋白质无活性，C错误；
若环状质粒上有1个某种限制性内切核酸酶的酶切位置，则该环状质粒被该酶酶切后形成1个条带，若要形成2个条带，则该环状质粒上至少有2个该酶的酶切位置，若要形成3个条带，则该环状质粒上至少有3个该酶的酶切位置，D正确。
3.(2024·浙江1月选考，22)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，并进行细胞学鉴定。回答下列问题：
(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，反转录合成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
(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__________________________________________________________。
(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。
DNA连接酶
热变性使大肠杆菌细胞破裂，DNA流出
划线
振荡培养
(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。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___________________________________________________________________。
梯度稀释
锌吸收缺陷型酵母＋空载体
N
转入N基因的这组酵母菌数量多
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。
解析：(1)由于锌转运蛋白在某种植物根部细胞中特异性表达，因此在克隆锌转运蛋白基因M、N时，应以该植物根为材料提取并纯化mRNA，反转录合成cDNA。PCR每个循环第一步是进行热变性处理，热变性就是利用高温使模板DNA解链为单链，该处理的效果类似于生物体内解旋酶的作用效果。DNA分子因为含有的磷酸基团电离出H＋而带负电荷，因此在进行PCR产物琼脂糖凝胶电泳时，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变长。
(2)构建重组表达载体时，需要先分别将含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DNA连接酶连接，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热变性使大肠杆菌细胞破裂，DNA流出。
(3)接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法，取冻存的锌吸收缺陷型酵母菌株，直接在固体培养基进行接种，因此此处应为划线接种。振荡培养的方法可以对锌吸收缺陷型酵母菌株扩大培养。
(4)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。将菌液逐级稀释至OD600为0.06、0.006和0.000 6的方法为梯度稀释法。结合题意和图示可知，本实验的阴性对照组应为锌吸收缺陷型酵母＋空载体，阳性对照组为野生型酵母＋空载体。对比锌吸收缺陷型酵母＋M基因表达载体与锌吸收缺陷型酵母＋N基因表达载体两组的结果，发现后者酵母菌数量更多，因此转运蛋白N比M转运Zn2＋能力更强。课时精练16 基因工程及其延伸技术应用广泛
(时间：30分钟分值：50分)
选择题：第1～11题，每小题3分，共33分。
【基础对点】
题型1　基因工程在医疗、制药方面的应用
1.下列各项中，不是用基因工程方法生产的药品是(　　)
干扰素 人白细胞介素2
青霉素 小儿麻痹症疫苗
2.(2024·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(　　)
构建乳腺生物反应器过程需要乳腺蛋白基因的启动子
构建乳腺生物反应器过程用到显微注射法
可从具有目的基因的转基因雄性动物乳汁中提取药物
乳腺生物反应器具有成本低、产量高、易提取等优点
3.(2024·舟山高二期末)科研人员以四环素抗性基因为标记基因，通过基因工程的方法让大肠杆菌生产鼠的β珠蛋白，治疗鼠的镰刀形贫血症。下列相关实验设计不合理的是(　　)
用β珠蛋白基因的编码序列、启动子、终止子、四环素抗性基因等元件来构建表达载体
利用正常小鼠DNA分子通过PCR克隆出β珠蛋白基因的编码序列
用含有四环素的培养基筛选出已经导入β珠蛋白编码序列的大肠杆菌
用Ca2＋处理大肠杆菌后，将表达载体导入具有四环素抗性的大肠杆菌中
4.(2024·嘉兴高二期末)如图是某单基因遗传病的系谱图(已确定该遗传病的致病基因不位于X、Y染色体的同源区段)，下表是对该家系中1～4号个体进行相关基因检测(先用某种限制酶切割样品DNA，再进行电泳)得到的电泳结果(电泳时，不同大小的DNA片段移动速率不同)。已知编号a对应的样品来自图中4号个体，下列有关叙述错误的是(　　)
项目 a b c d
条带1
条带2
条带3
由题图可知，该病属于常染色体隐性遗传病
由题图、题表可知，致病基因内部存在相关限制酶的酶切位点
8号个体与该病基因携带者结婚生一个正常男孩的概率为5/6
3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型
题型2　基因工程在法医鉴定、农牧业育种和生态环境保护方面的应用
阅读下列材料，回答第5～6题。
研究表明，每个人的DNA都不完全相同，DNA指纹技术就是利用这一原理，通过比较DNA来识别身份。
5.DNA指纹技术可以帮助人们确认亲子关系，这是因为(　　)
每个人的DNA大都相同
每个人的DNA指纹图谱都是特有的
不同个体的相同组织中的DNA指纹图谱相同
DNA指纹技术是检测DNA上的碱基种类
6.警方收集犯罪现场及疑犯的DNA，经DNA扩增得到数量较多的相同DNA，再用限制性内切核酸酶将DNA切成若干片段进行凝胶电泳，结果如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
通过比较，基本可以排除疑犯1的嫌疑
将DNA切成片段利用了限制性内切核酸酶的高效性
DNA扩增得到数量较多的相同DNA，利用的原理是DNA的半保留复制
不同人的DNA不同主要是因为DNA中的脱氧核苷酸排列顺序不同
7.科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的重组DNA分子，并将其导入了大西洋鲑的细胞中，获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。下列相关叙述正确的是(　　)
转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加
构建重组DNA分子需要限制酶和DNA聚合酶
大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得
转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快
8.SOD是一种抗氧化酶，它能将O转化成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育农作物新品种的一种方式。以下叙述正确的是(　　)
过程①可以用动物病毒作为载体
从该农作物新品种的细胞中检测出了SOD基因，说明该基因工程成功了
新品种的获得属于可遗传的变异，能将抗逆性状遗传给子代
基因工程又叫重组DNA技术，所用工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体
9.(2024·七彩阳光联盟联考)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(stPinlA)的基因单独或共同转化至棉花细胞，获得了转基因植株。如图为不同操作产生的转基因棉花抗虫实验结果。下列说法不准确的是(　　)
该抗虫机制可能是抑制害虫消化酶的作用，使其不能正常消化食物而死亡
利用农杆菌转化法进行转化操作时目的基因会随TDNA整合到植物染色体DNA中
NaPI＋StPinlA组虫体质量最小，每株棉铃数量最多，故而抗虫效果最佳
此实验中的自变量包括是否添加蛋白酶抑制剂和蛋白酶抑制剂的种类
题型3　蛋白质工程
10.(2024·朝阳区高二期末)蛛丝蛋白具有优良的特性，有广泛的应用前景。蛛丝蛋白核心结构中有以某氨基酸序列为单元的重复序列，据此设计了氨基酸单元相应的核心DNA片段以用于合成目的基因，借助质粒构建表达载体，使大肠杆菌表达蛛丝蛋白。下列对相关操作及结果叙述错误的是(　　)
将多个核心DNA片段拼接获得目的基因时，可用到DNA连接酶
连接目的基因和载体时，二者需要有相同的黏性末端
构建表达载体时，需要限制酶和DNA连接酶
表达载体插入大肠杆菌的拟核基因组中，即可表达蛛丝蛋白
11.(2024·百校联盟联考)凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。科学家采用蛋白质工程技术对凝乳酶进行改造，将其第20位和第24位氨基酸改变为半胱氨酸，催化能力提高了2倍。下列叙述错误的是(　　)
该技术需要先预期蛋白质的功能
该技术直接操作对象是凝乳酶基因
该技术可直接在体外合成凝乳酶
改造后的凝乳酶需进行生物功能检测
【综合提升】
12.(17分)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。
(1)(8分)步骤①中需要使用的工具酶有____________________。步骤②和③所代表的操作分别是________________和________________。步骤④称为_______________________________________________________________。
(2)(2分)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的____________________________________________________________
______________________________________________________________________(答出2点即可)的限制。
(3)(4分)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息________(填“相同”或“不同”)，原因是
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)(3分)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，用到的胚胎工程主要技术有______________________________________________________________
__________________________________________________(答出2点即可)。
课时精练16　基因工程及其延伸技术应用广泛
1．C　[青霉素是诱变育种形成的高产青霉菌通过发酵工程生产的药物，不是用基因工程技术生产的药物。]
2．C　[乳腺生物反应器生产的药物在转基因雌性动物泌乳期产生的乳汁中提取，C错误。]
3．D　[标记基因是四环素抗性基因，因此受体细胞不能具有四环素抗性，即用Ca2＋处理大肠杆菌后，将表达载体导入不具有四环素抗性的大肠杆菌中，D不合理。]
4．C　[由题图4号为患者，其父母1和2号正常，并且已确定该遗传病的致病基因不位于X、Y染色体的同源区段，可判断该病属于常染色体隐性遗传病，A正确；设该遗传病由基因A、a控制，由题图分析可知，该病为常染色体隐性遗传病，则4号个体的基因型为aa，而其进行酶切电泳得到的结果有两种条带，可推测致病基因a内部存在相关限制酶的酶切位点，可以将a基因酶切为两种大小的片段，B正确；8号个体(AA∶Aa＝1∶2)与该病基因携带者(Aa)结婚生一个正常男孩的概率为(1－2/3×1/4)×1/2＝5/12，C错误；表中是1～4号个体基因检测的电泳结果，b和d结果相同，可知b和d分别对应基因型都是Aa的1号和2号个体，又知a对应的样品来自图中4号个体，所以3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型，D正确。]
5．B　[每个人都有自己独特的DNA，都是不同的，A错误；不同个体的相同组织中的DNA指纹图谱是不相同的，C错误；所有个体的DNA分子都是由A、T、G、C四种碱基组成的，对于不同的个体来讲是没有差异的，D错误。]
6．B　[比对犯罪现场的DNA经酶切后的片段与两个疑犯的DNA经酶切后的片段可知，疑犯2的DNA与犯罪现场的DNA相似性较大，基本可以排除疑犯1的嫌疑，A正确；将DNA切成片段利用了限制性内切核酸酶的专一性，B错误；利用PCR技术对DNA进行扩增，能得到数量较多的相同DNA，其原理是DNA的半保留复制，C正确；脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息，不同人的DNA不同主要是因为DNA中的脱氧核苷酸排列顺序不同，D正确。]
7．D　[分析题意可知，转基因大西洋鲑体内生长激素含量明显增加，导致生长速度加快，A错误，D正确；构建重组DNA分子需要限制酶和DNA连接酶，B错误；大鳞鲑鱼生长激素基因能通过PCR技术扩增获得，C错误。]
8．C　[病毒的寄生具有专一性，所以过程①不能用动物病毒作为载体，A错误；从该农作物新品种的细胞中检测出具有活性的SOD才能说明该基因工程成功了，B错误；新品种的遗传物质发生了改变，属于可遗传的变异，抗逆性状可通过基因的传递遗传给子代，C正确；载体通常有质粒，动、植物病毒和噬菌体，不是工具酶，D错误。]
9．D　[本实验的自变量有转基因植株的种类和饲喂时间，因变量为虫体质量和每株棉铃数，D错误。]
10．D　[表达载体插入大肠杆菌的拟核基因组中，并不一定能表达蛛丝蛋白，还需要进行抗原－抗体杂交检测蛛丝蛋白基因是否进行了表达，D错误。]
11．C　[该技术中凝乳酶是在细胞内的核糖体上合成的，并非直接在体外合成，C错误。]
12．(1)限制性内切核酸酶、DNA连接酶　显微注射　胚胎体外培养　胚胎移植
(2)性别、年龄
(3)相同　两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵
(4)体外受精、胚胎移植
解析　(1)步骤①为构建重组DNA分子，需使用同种限制酶切割目的基因和载体，再由DNA连接酶连接目的基因和载体，形成重组DNA分子；步骤②为显微注射；步骤③为胚胎体外培养；步骤④为胚胎移植。(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W，可从动物一出生就收集产物，不受动物的性别和年龄的限制。(3)在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝分裂产生的体细胞，其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。(4)制备生物反应器用到的胚胎工程主要技术有体外受精、胚胎体外培养和胚胎移植。(共28张PPT)
课时精练16
基因工程及其延伸技术应用广泛
(时间：30分钟　满分：50分)
C
题型1　基因工程在医疗、制药方面的应用
1.下列各项中，不是用基因工程方法生产的药品是(　　)
A.干扰素 B.人白细胞介素－2
C.青霉素 D.小儿麻痹症疫苗
解析：青霉素是诱变育种形成的高产青霉菌通过发酵工程生产的药物，不是用基因工程技术生产的药物。
2.(2024·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.可从具有目的基因的转基因雄性动物乳汁中提取药物
D.乳腺生物反应器具有成本低、产量高、易提取等优点
解析：乳腺生物反应器生产的药物在转基因雌性动物泌乳期产生的乳汁中提取，C错误。
C
3.(2024·舟山高二期末)科研人员以四环素抗性基因为标记基因，通过基因工程的方法让大肠杆菌生产鼠的β－珠蛋白，治疗鼠的镰刀形贫血症。下列相关实验设计不合理的是(　　)
A.用β－珠蛋白基因的编码序列、启动子、终止子、四环素抗性基因等元件来构建表达载体
B.利用正常小鼠DNA分子通过PCR克隆出β－珠蛋白基因的编码序列
C.用含有四环素的培养基筛选出已经导入β－珠蛋白编码序列的大肠杆菌
D.用Ca2＋处理大肠杆菌后，将表达载体导入具有四环素抗性的大肠杆菌中
D
解析：标记基因是四环素抗性基因，因此受体细胞不能具有四环素抗性，即用Ca2＋处理大肠杆菌后，将表达载体导入不具有四环素抗性的大肠杆菌中，D不合理。
4.(2024·嘉兴高二期末)如图是某单基因遗传病的系谱图(已确定该遗传病的致病基因不位于X、Y染色体的同源区段)，下表是对该家系中1～4号个体进行相关基因检测(先用某种限制酶切割样品DNA，再进行电泳)得到的电泳结果(电泳时，不同大小的DNA片段移动速率不同)。已知编号a对应的样品来自图中4号个体，下列有关叙述错误的是(　　)
C
项目 a b c d
条带1
条带2
条带3
A.由题图可知，该病属于常染色体隐性遗传病
B.由题图、题表可知，致病基因内部存在相关限制酶的酶切位点
C.8号个体与该病基因携带者结婚生一个正常男孩的概率为5/6
D.3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型
解析：由题图4号为患者，其父母1和2号正常，并且已确定该遗传病的致病基因不位于X、Y染色体的同源区段，可判断该病属于常染色体隐性遗传病，A正确；
设该遗传病由基因A、a控制，由题图分析可知，该病为常染色体隐性遗传病，则4号个体的基因型为aa，而其进行酶切电泳得到的结果有两种条带，可推测致病基因a内部存在相关限制酶的酶切位点，可以将a基因酶切为两种大小的片段，B正确；
8号个体(AA∶Aa＝1∶2)与该病基因携带者(Aa)结婚生一个正常男孩的概率为(1－2/3×1/4)×1/2＝5/12，C错误；
表中是1～4号个体基因检测的电泳结果，b和d结果相同，可知b和d分别对应基因型都是Aa的1号和2号个体，又知a对应的样品来自图中4号个体，所以3号个体基因检测的电泳结果是编号c的条带类型，D正确。
题型2　基因工程在法医鉴定、农牧业育种和生态环境保护方面的应用
阅读下列材料，回答第5～6题。
研究表明，每个人的DNA都不完全相同，DNA指纹技术就是利用这一原理，通过比较DNA来识别身份。
5.DNA指纹技术可以帮助人们确认亲子关系，这是因为(　　)
A.每个人的DNA大都相同
B.每个人的DNA指纹图谱都是特有的
C.不同个体的相同组织中的DNA指纹图谱相同
D.DNA指纹技术是检测DNA上的碱基种类
B
解析：每个人都有自己独特的DNA，都是不同的，A错误；
不同个体的相同组织中的DNA指纹图谱是不相同的，C错误；
所有个体的DNA分子都是由A、T、G、C四种碱基组成的，对于不同的个体来讲是没有差异的，D错误。
6.警方收集犯罪现场及疑犯的DNA，经DNA扩增得到数量较多的相同DNA，再用限制性内切核酸酶将DNA切成若干片段进行凝胶电泳，结果如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
B
A.通过比较，基本可以排除疑犯1的嫌疑
B.将DNA切成片段利用了限制性内切核酸酶的高效性
C.DNA扩增得到数量较多的相同DNA，利用的原理是DNA的半保留复制
D.不同人的DNA不同主要是因为DNA中的脱氧核苷酸排列顺序不同
解析：比对犯罪现场的DNA经酶切后的片段与两个疑犯的DNA经酶切后的片段可知，疑犯2的DNA与犯罪现场的DNA相似性较大，基本可以排除疑犯1的嫌疑，A正确；
将DNA切成片段利用了限制性内切核酸酶的专一性，B错误；
利用PCR技术对DNA进行扩增，能得到数量较多的相同DNA，其原理是DNA的半保留复制，C正确；
脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息，不同人的DNA不同主要是因为DNA中的脱氧核苷酸排列顺序不同，D正确。
A.通过比较，基本可以排除疑犯1的嫌疑
B.将DNA切成片段利用了限制性内切核酸酶的高效性
C.DNA扩增得到数量较多的相同DNA，利用的原理是DNA的半保留复制
D.不同人的DNA不同主要是因为DNA中的脱氧核苷酸排列顺序不同
7.科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的重组DNA分子，并将其导入了大西洋鲑的细胞中，获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。下列相关叙述正确的是(　　)
A.转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加
B.构建重组DNA分子需要限制酶和DNA聚合酶
C.大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得
D.转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快
D
解析：分析题意可知，转基因大西洋鲑体内生长激素含量明显增加，导致生长速度加快，A错误，D正确；
构建重组DNA分子需要限制酶和DNA连接酶，B错误；
大鳞鲑鱼生长激素基因能通过PCR技术扩增获得，C错误。
A.过程①可以用动物病毒作为载体
B.从该农作物新品种的细胞中检测出了SOD基因，说明该基因工程成功了
C.新品种的获得属于可遗传的变异，能将抗逆性状遗传给子代
D.基因工程又叫重组DNA技术，所用工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体
C
解析：病毒的寄生具有专一性，所以过程①不能用动物病毒作为载体，A错误；
从该农作物新品种的细胞中检测出具有活性的SOD才能说明该基因工程成功了，B错误；
新品种的遗传物质发生了改变，属于可遗传的变异，抗逆性状可通过基因的传递遗传给子代，C正确；
载体通常有质粒，动、植物病毒和噬菌体，不是工具酶，D错误。
A.过程①可以用动物病毒作为载体
B.从该农作物新品种的细胞中检测出了SOD基因，说明该基因工程成功了
C.新品种的获得属于可遗传的变异，能将抗逆性状遗传给子代
D.基因工程又叫重组DNA技术，所用工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体
9.(2024·七彩阳光联盟联考)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(stPinlA)的基因单独或共同转化至棉花细胞，获得了转基因植株。如图为不同操作产生的转基因棉花抗虫实验结果。下列说法不准确的是(　　)
D
A.该抗虫机制可能是抑制害虫消化酶的作用，使其不能正常消化食物而死亡
B.利用农杆菌转化法进行转化操作时目的基因会随T－DNA整合到植物染色体DNA中
C.NaPI＋StPinlA组虫体质量最小，每株棉铃数量最多，故而抗虫效果最佳
D.此实验中的自变量包括是否添加蛋白酶抑制剂和蛋白酶抑制剂的种类
解析：本实验的自变量有转基因植株的种类和饲喂时间，因变量为虫体质量和每株棉铃数，D错误。
题型3　蛋白质工程
10.(2024·朝阳区高二期末)蛛丝蛋白具有优良的特性，有广泛的应用前景。蛛丝蛋白核心结构中有以某氨基酸序列为单元的重复序列，据此设计了氨基酸单元相应的核心DNA片段以用于合成目的基因，借助质粒构建表达载体，使大肠杆菌表达蛛丝蛋白。下列对相关操作及结果叙述错误的是(　　)
A.将多个核心DNA片段拼接获得目的基因时，可用到DNA连接酶
B.连接目的基因和载体时，二者需要有相同的黏性末端
C.构建表达载体时，需要限制酶和DNA连接酶
D.表达载体插入大肠杆菌的拟核基因组中，即可表达蛛丝蛋白
D
解析：表达载体插入大肠杆菌的拟核基因组中，并不一定能表达蛛丝蛋白，还需要进行抗原－抗体杂交检测蛛丝蛋白基因是否进行了表达，D错误。
11.(2024·百校联盟联考)凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。科学家采用蛋白质工程技术对凝乳酶进行改造，将其第20位和第24位氨基酸改变为半胱氨酸，催化能力提高了2倍。下列叙述错误的是(　　)
A.该技术需要先预期蛋白质的功能
B.该技术直接操作对象是凝乳酶基因
C.该技术可直接在体外合成凝乳酶
D.改造后的凝乳酶需进行生物功能检测
解析：该技术中凝乳酶是在细胞内的核糖体上合成的，并非直接在体外合成，C错误。
C
12.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。
(1)步骤①中需要使用的工具酶有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。步骤②和③所代表的操作分别是　　　　　　和　　　　　　　　　　　　　。步骤④称为　　　　　　　　　　　　。
限制性内切核酸酶、DNA连接酶
显微注射
胚胎体外培养
胚胎移植
(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的________________________________________(答出2点即可)的限制。
性别、年龄
(3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息　　　　(填“相同”或“不同”)，原因是___________________________________________________________________。
相同
两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵
(4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，用到的胚胎工程主要技术有________________________________________________(答出2点即可)。
体外受精、胚胎移植
解析：(1)步骤①为构建重组DNA分子，需使用同种限制酶切割目的基因和载体，再由DNA连接酶连接目的基因和载体，形成重组DNA分子；步骤②为显微注射；步骤③为胚胎体外培养；步骤④为胚胎移植。
(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W，可从动物一出生就收集产物，不受动物的性别和年龄的限制。
(3)在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝分裂产生的体细胞，其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。
(4)制备生物反应器用到的胚胎工程主要技术有体外受精、胚胎体外培养和胚胎移植。

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