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课时作业
1．下列生物技术操作对遗传物质的改造，不能遗传给子代的是(　　)
A．将含胰岛素基因的表达载体转入大肠杆菌，筛选获得的基因工程菌
B．通过植物体细胞杂交获得的番茄—马铃薯杂种植株
C．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗
D．将生长激素基因导入奶牛受精卵，培育出能分泌含生长激素乳汁的奶牛
2．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
3．玉米的赖氨酸含量比较低，科学家将合成赖氨酸的关键酶——天冬氨酸激酶中352位的苏氨酸变成异亮氨酸，二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬氨酸变成异亮氨酸后，可大大提高玉米中的赖氨酸含量。下列有关蛋白质工程的叙述正确的是(　　)
A．改造后的两种酶是自然界中已经存在的物质
B．在分子水平上直接对两种酶的氨基酸进行改造
C．蛋白质工程不需要从预期蛋白质功能出发，可直接设计其结构
D．蛋白质工程的目的是获得满足人类生产和生活需求的蛋白质
4．L－天冬氨酸－α－脱羧酶(PanD)能够催化β－丙氨酸的生成，但天然PanD酶活力较低且易失活。研究人员通过易错PCR技术引入随机突变，对相应酶基因进行改造，再进行定向筛选，最终第305位氨基酸替换后，获得活力和稳定性均较高的PanD。该技术与普通PCR类似。已知Mg2＋可以提高已发生错配区域的稳定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶对底物的专一性。下列说法正确的是(　　)
A．该研究运用了蛋白质工程技术直接对酶结构进行改造
B．易错PCR技术按照复性、变性、延伸三个步骤进行
C．易错PCR技术的操作过程中需要使用耐高温的解旋酶
D．为提高错配概率，可适当提高Mg2＋浓度和Mn2＋浓度
5．下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　)
A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞以治疗糖尿病属于治疗性克隆
B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆
C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖
D．治疗性克隆和生殖性克隆技术均需要用到动物细胞培养技术
6．转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的危害。但棉铃虫也可能对Bt抗虫蛋白产生抗性。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，某研究团队采取提高Bt抗虫蛋白基因的表达量、将两种或多种Bt抗虫蛋白基因同时转入棉花等措施，研发新一代的抗虫棉。下列叙述错误的是(　　)
A．提高Bt抗虫蛋白基因的表达量和Bt抗虫蛋白的活性，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度
B．转入棉花植株的两种Bt抗虫蛋白基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律
C．提高Bt抗虫蛋白基因的表达量，可降低棉铃虫抗性基因的突变频率
D．基因突变是生物变异的根本来源，为生物的进化提供了原材料
7．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)基因转入到山羊体内，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
8．研究者对绿色荧光蛋白进行改造，将其第203位苏氨酸替换为酪氨酸，使改造后的蛋白质在特定光激发后发橙色光，称为橙色荧光蛋白。关于橙色荧光蛋白的构建，以下说法正确的是(　　)
A．用蛋白酶直接处理绿色荧光蛋白获得目标产物
B．设计定点突变PCR获得橙色荧光蛋白基因
C．PCR扩增获得的产物激发后可以发橙色荧光
D．绿色荧光蛋白基因发生的突变类型为碱基缺失
9．下列关于生物武器的说法，错误的是(　　)
A．彻底销毁生物武器是世界上大多数国家的共识
B．利用炭疽杆菌无法制成生物武器
C．中美两国发布联合声明，重申在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器
D．若有人以病毒作为生物武器，带来的危害将难以预估
10．普通番茄细胞中含有PG基因，其能控制合成多聚半乳糖醛酸酶(简称PG)，PG能破坏细胞壁使番茄软化不耐储藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞，培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄。如图表示抗PG基因的作用原理，下列有关叙述正确的是(　　)
A．该转基因番茄具有抗软化、保鲜时间长的原理是抗PG基因能阻止PG基因表达的转录过程，使细胞不能合成PG
B．采用PCR技术将抗PG基因进行体外扩增时，在该技术的反应体系中除模板、引物、原料外，还需要逆转录酶
C．将抗PG基因插入Ti质粒的T DNA上构建基因表达载体
D．若将抗PG基因导入细胞核，可避免抗PG基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”
11．AK、DHDPS是玉米中合成赖氨酸的两种关键酶，赖氨酸达到一定浓度就会与两种酶结合抑制它们的活性，如图所示，因此玉米中赖氨酸含量比较低。将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，该变化影响了其与赖氨酸的结合，使玉米叶片和种子内游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列有关分析错误的是(　　)
A．玉米中赖氨酸含量比较低与负反馈调节密切相关
B．要替换AK、DHDPS中的氨基酸需要通过改造相应基因来实现
C．改造后的AK和DHDPS与底物结合能力加强，导致玉米合成赖氨酸的能力增强
D．改造后的AK和DHDPS空间结构改变，与赖氨酸结合的能力降低
12．为评估外源基因Vgb在菊花中的稳定性以及对生态环境的影响，研究人员在种植转基因菊花的第二年，随机选取转基因菊花株系及周边非转基因菊花和各种杂草，提取DNA。根据Vgb基因设计特异性引物进行PCR扩增，电泳结果如图。下列说法不正确的是(　　)
注：CK表示质粒阳性对照，1为空白对照，2～10为转基因菊花株系，11～15为不同种类杂草，16～20为非转基因菊花。
A．设置空白实验是为了排除实验操作、试剂污染等对结果的影响
B．结果表明2年内Vgb基因在菊花细胞中稳定，且未发生向周边植物的扩散
C．转基因植物与周边其他植物之间不可能通过花粉发生基因交流
D．将Vgb基因转入其他植物时同样要经过安全性评价
13．人胰岛素原基因(insulin)在大肠杆菌中表达时易形成不溶性、无活性的包涵体，增加了胰岛素的生产成本。以NusA蛋白作为N端标签时可提高融合蛋白的可溶性。若让大肠杆菌表达出带有NusA蛋白标签的人胰岛素原融合蛋白(His—NusA—insulin)，再经蛋白酶酶切，即得到可溶性人胰岛素原，为降低胰岛素生产成本提供基础。下图为构建重组质粒pHis—NusA—insulin的基本流程，Ampr为氨苄青霉素抗性基因，Tetr为四环素抗性基因，几种限制酶的酶切位点已在图中标注。人胰岛素原基因中不含这几种限制酶的识别序列，实验所用大肠杆菌对氨苄青霉素和四环素均敏感。回答下列问题：
(1)经过程①，即PCR可大量扩增人胰岛素原基因，该过程中除了需要向反应体系内添加引物1、2和人胰岛素原基因外，还要添加________________________________________(答两点)等，图中引物1、2的________(填“3′”或“5′”)端应分别添加________________的识别序列。除限制酶外，过程②还需要用到________酶。
(2)先将重组载体1导入经________处理后的大肠杆菌。为便于筛选，该大肠杆菌培养基中应添加________。
(3)含有重组载体2的大肠杆菌，在含有四环素的培养基中________(填“能”或“不能”)生存并大量增殖。
(4)若要从个体水平鉴定合成的胰岛素是否具有生物活性，则实验组的操作是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
14．利用乳酸菌构建表达抗原蛋白的工程菌是研究抗原应用的重要手段之一。口服的乳酸菌可在消化道内定植存活，其表达的抗原蛋白可锚定于细胞表面(穿过细胞膜展示在细胞表面)，诱导机体产生免疫反应。科学家将某病毒抗原蛋白的部分编码序列(RBD)拼接成融合基因2RBD和3RBD，探究RBD的二聚体蛋白和三聚体蛋白能否模拟抗原蛋白中RBD的天然构象并获得高效免疫原性。重组质粒构建流程如图1所示，NcoⅠ和SacⅠ是pNZ8149质粒上的限制酶识别位点，U－M为信号肽－细胞壁锚定蛋白序列。回答下列问题：
(1)为满足乳酸菌生长的特殊需求，培养基除了提供碳源、氮源、水和无机盐外，还需要添加________，并在________(填“有氧”或“无氧”)的环境条件下培养。
(2)拼接形成的融合基因不具备限制酶切割位点，利用PCR技术对融合基因进行扩增时，所用两种引物的5′端应分别添加________________________序列，以实现融合基因定向插入质粒。
(3)为鉴定重组质粒是否构建成功，将重组质粒双酶切处理后电泳，结果如图2，泳道1为双酶切pNZ8149－2RBD，泳道2为双酶切pNZ8149－3RBD。泳道1两个条带大小分别为2507 bp和2020 bp，由此可知，融合基因3RBD的长度为________bp，泳道2呈现一个条带的原因是______________________________________________。
(4)实验成功构建了表达融合蛋白的重组乳酸菌，结果发现，在蛋白表达量和稳定性相同的情况下，pNZ8149－2RBD菌株表面二聚体蛋白的含量比pNZ8149－3RBD菌株表面三聚体蛋白多，该现象说明______________________________________________________。
课时作业（解析版）
1．下列生物技术操作对遗传物质的改造，不能遗传给子代的是(　　)
A．将含胰岛素基因的表达载体转入大肠杆菌，筛选获得的基因工程菌
B．通过植物体细胞杂交获得的番茄—马铃薯杂种植株
C．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗
D．将生长激素基因导入奶牛受精卵，培育出能分泌含生长激素乳汁的奶牛
答案：C
解析：将含胰岛素基因的表达载体转入大肠杆菌，筛选获得的基因工程菌可以通过二分裂的方式遗传给子代，A不符合题意；通过植物体细胞杂交获得的番茄—马铃薯杂种植株，遗传物质发生改变，可以通过无性繁殖遗传给子代，B不符合题意；将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后，只是淋巴细胞含有这个基因，其生殖细胞没有该基因，因此不能遗传给子代，C符合题意；将生长激素基因导入奶牛受精卵，受精卵含有生长激素基因，受精卵培育成的奶牛含有该基因，因此可以遗传给子代，D不符合题意。
2．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．玉米的赖氨酸含量比较低，科学家将合成赖氨酸的关键酶——天冬氨酸激酶中352位的苏氨酸变成异亮氨酸，二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬氨酸变成异亮氨酸后，可大大提高玉米中的赖氨酸含量。下列有关蛋白质工程的叙述正确的是(　　)
A．改造后的两种酶是自然界中已经存在的物质
B．在分子水平上直接对两种酶的氨基酸进行改造
C．蛋白质工程不需要从预期蛋白质功能出发，可直接设计其结构
D．蛋白质工程的目的是获得满足人类生产和生活需求的蛋白质
答案：D
4．L－天冬氨酸－α－脱羧酶(PanD)能够催化β－丙氨酸的生成，但天然PanD酶活力较低且易失活。研究人员通过易错PCR技术引入随机突变，对相应酶基因进行改造，再进行定向筛选，最终第305位氨基酸替换后，获得活力和稳定性均较高的PanD。该技术与普通PCR类似。已知Mg2＋可以提高已发生错配区域的稳定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶对底物的专一性。下列说法正确的是(　　)
A．该研究运用了蛋白质工程技术直接对酶结构进行改造
B．易错PCR技术按照复性、变性、延伸三个步骤进行
C．易错PCR技术的操作过程中需要使用耐高温的解旋酶
D．为提高错配概率，可适当提高Mg2＋浓度和Mn2＋浓度
答案：D
解析：由题意可知，Mg2＋可以提高已发生错配区域的稳定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶对底物的专一性，为提高错配概率，可适当提高Mg2＋浓度和Mn2＋浓度，D正确。
5．下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　)
A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞以治疗糖尿病属于治疗性克隆
B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆
C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖
D．治疗性克隆和生殖性克隆技术均需要用到动物细胞培养技术
答案：C
解析：生殖性克隆是以产生新个体为目的进行的克隆，即用生殖技术将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫中发育成婴儿的过程，B正确；克隆属于无性生殖，C错误。
6．转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的危害。但棉铃虫也可能对Bt抗虫蛋白产生抗性。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，某研究团队采取提高Bt抗虫蛋白基因的表达量、将两种或多种Bt抗虫蛋白基因同时转入棉花等措施，研发新一代的抗虫棉。下列叙述错误的是(　　)
A．提高Bt抗虫蛋白基因的表达量和Bt抗虫蛋白的活性，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度
B．转入棉花植株的两种Bt抗虫蛋白基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律
C．提高Bt抗虫蛋白基因的表达量，可降低棉铃虫抗性基因的突变频率
D．基因突变是生物变异的根本来源，为生物的进化提供了原材料
答案：C
解析：提高Bt抗虫蛋白基因的表达量和Bt抗虫蛋白的活性，可使更多的棉铃虫被淘汰，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度，A正确；如果两种Bt抗虫蛋白基因都转入一条染色体上或转入一对同源染色体上，则其遗传不遵循基因的自由组合定律，B正确。
7．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)基因转入到山羊体内，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：不可以直接用PCR扩增mRNA，需将mRNA逆转录成cDNA再进行扩增，A错误；为保证在供体山羊的乳汁中提取到人乳铁蛋白，需要将人乳铁蛋白基因与山羊乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B正确；一般用显微注射法将目的基因导入山羊受精卵中，C正确；为检测人乳铁蛋白基因是否成功翻译成蛋白质，检测方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，若出现相应现象，则表明目的基因已翻译形成蛋白质，D正确。
8．研究者对绿色荧光蛋白进行改造，将其第203位苏氨酸替换为酪氨酸，使改造后的蛋白质在特定光激发后发橙色光，称为橙色荧光蛋白。关于橙色荧光蛋白的构建，以下说法正确的是(　　)
A．用蛋白酶直接处理绿色荧光蛋白获得目标产物
B．设计定点突变PCR获得橙色荧光蛋白基因
C．PCR扩增获得的产物激发后可以发橙色荧光
D．绿色荧光蛋白基因发生的突变类型为碱基缺失
答案：B
解析：用蛋白酶直接处理绿色荧光蛋白得到的是各种氨基酸，而不是第203位苏氨酸替换为酪氨酸的橙色荧光蛋白，A错误；要使绿色荧光蛋白第203位苏氨酸替换为酪氨酸，可以通过对其基因进行定点突变PCR实现，这样基因中控制苏氨酸的碱基序列替换为合成酪氨酸的碱基序列，B正确；PCR扩增获得的产物是目的基因片段，不能发橙色荧光，只有该基因片段控制合成的蛋白质才会在激发后发橙色荧光，C错误；绿色荧光蛋白基因发生的突变类型为碱基替换，D错误。
9．下列关于生物武器的说法，错误的是(　　)
A．彻底销毁生物武器是世界上大多数国家的共识
B．利用炭疽杆菌无法制成生物武器
C．中美两国发布联合声明，重申在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器
D．若有人以病毒作为生物武器，带来的危害将难以预估
答案：B
10．普通番茄细胞中含有PG基因，其能控制合成多聚半乳糖醛酸酶(简称PG)，PG能破坏细胞壁使番茄软化不耐储藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞，培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄。如图表示抗PG基因的作用原理，下列有关叙述正确的是(　　)
A．该转基因番茄具有抗软化、保鲜时间长的原理是抗PG基因能阻止PG基因表达的转录过程，使细胞不能合成PG
B．采用PCR技术将抗PG基因进行体外扩增时，在该技术的反应体系中除模板、引物、原料外，还需要逆转录酶
C．将抗PG基因插入Ti质粒的T DNA上构建基因表达载体
D．若将抗PG基因导入细胞核，可避免抗PG基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”
答案：C
解析：据题图可知，抗PG基因转录的mRNA与PG基因转录成的mRNA正好相互结合，阻止了PG基因表达的翻译过程，使细胞不能合成PG，A错误；PCR过程所需要的条件有：模板、引物、原料、Taq DNA聚合酶，B错误；将抗PG基因插入Ti质粒的T DNA上构建基因表达载体，C正确；花粉中的雄配子几乎不含质基因，所以为避免抗PG基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”，应将抗PG基因导入细胞质，D错误。
11．AK、DHDPS是玉米中合成赖氨酸的两种关键酶，赖氨酸达到一定浓度就会与两种酶结合抑制它们的活性，如图所示，因此玉米中赖氨酸含量比较低。将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，该变化影响了其与赖氨酸的结合，使玉米叶片和种子内游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列有关分析错误的是(　　)
A．玉米中赖氨酸含量比较低与负反馈调节密切相关
B．要替换AK、DHDPS中的氨基酸需要通过改造相应基因来实现
C．改造后的AK和DHDPS与底物结合能力加强，导致玉米合成赖氨酸的能力增强
D．改造后的AK和DHDPS空间结构改变，与赖氨酸结合的能力降低
答案：C
解析：由题可知，赖氨酸与AK、DHDPS结合，抑制它们的活性从而使反应速率下降，属于负反馈调节，A正确；根据题意“将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸”，可知上述操作为蛋白质工程，蛋白质工程的实质是改造相应基因来实现，B正确；将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，会导致改造后的AK和DHDPS的空间结构改变，与赖氨酸结合的能力降低，但不能判断改造后的AK和DHDPS与底物结合能力是否发生变化，C错误，D正确。
12．为评估外源基因Vgb在菊花中的稳定性以及对生态环境的影响，研究人员在种植转基因菊花的第二年，随机选取转基因菊花株系及周边非转基因菊花和各种杂草，提取DNA。根据Vgb基因设计特异性引物进行PCR扩增，电泳结果如图。下列说法不正确的是(　　)
注：CK表示质粒阳性对照，1为空白对照，2～10为转基因菊花株系，11～15为不同种类杂草，16～20为非转基因菊花。
A．设置空白实验是为了排除实验操作、试剂污染等对结果的影响
B．结果表明2年内Vgb基因在菊花细胞中稳定，且未发生向周边植物的扩散
C．转基因植物与周边其他植物之间不可能通过花粉发生基因交流
D．将Vgb基因转入其他植物时同样要经过安全性评价
答案：C
解析：设置空白实验是为了排除实验操作、试剂污染等对结果的影响，能提高实验的准确度，A正确；2～10为转基因菊花株系，均检测到外源基因Vgb，11～15为不同种类杂草，均未检测到外源基因Vgb，16～20为非转基因菊花，均未检测到外源基因Vgb，说明2年内Vgb基因在菊花细胞中稳定，且未发生向周边植物的扩散，B正确；将外源基因Vgb转入其他植物时同样要经过安全性评价，D正确。
13．人胰岛素原基因(insulin)在大肠杆菌中表达时易形成不溶性、无活性的包涵体，增加了胰岛素的生产成本。以NusA蛋白作为N端标签时可提高融合蛋白的可溶性。若让大肠杆菌表达出带有NusA蛋白标签的人胰岛素原融合蛋白(His—NusA—insulin)，再经蛋白酶酶切，即得到可溶性人胰岛素原，为降低胰岛素生产成本提供基础。下图为构建重组质粒pHis—NusA—insulin的基本流程，Ampr为氨苄青霉素抗性基因，Tetr为四环素抗性基因，几种限制酶的酶切位点已在图中标注。人胰岛素原基因中不含这几种限制酶的识别序列，实验所用大肠杆菌对氨苄青霉素和四环素均敏感。回答下列问题：
(1)经过程①，即PCR可大量扩增人胰岛素原基因，该过程中除了需要向反应体系内添加引物1、2和人胰岛素原基因外，还要添加________________________________________(答两点)等，图中引物1、2的________(填“3′”或“5′”)端应分别添加________________的识别序列。除限制酶外，过程②还需要用到________酶。
(2)先将重组载体1导入经________处理后的大肠杆菌。为便于筛选，该大肠杆菌培养基中应添加________。
(3)含有重组载体2的大肠杆菌，在含有四环素的培养基中________(填“能”或“不能”)生存并大量增殖。
(4)若要从个体水平鉴定合成的胰岛素是否具有生物活性，则实验组的操作是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)4种脱氧核苷酸、Taq DNA聚合酶(或耐高温的DNA聚合酶)、缓冲液　5′　EcoRⅠ、HindⅢ　DNA连接
(2)Ca2＋　氨苄青霉素
(3)能
(4)给糖尿病小鼠静脉注射合成的胰岛素，并监测其血糖变化
解析：(1)利用PCR扩增目的基因时，除了需要向反应体系内添加两种引物、目的基因外，还要添加4种脱氧核苷酸、Taq DNA聚合酶(耐高温的DNA聚合酶)、缓冲液等。据图可知，经PCR获得的目的基因要插入经EcoRⅠ、HindⅢ切割的载体中，且载体2中启动子在EcoRⅠ切口端。目的基因的转录方向由左向右，因此，引物1、2应分别添加EcoRⅠ、HindⅢ的识别序列。子链的延长由5′端向3′端，限制酶切割时，不能切割到目的基因片段，因此，限制酶识别序列应添加在引物1、2的5′端。过程②，即构建重组表达载体时还需要使用到DNA连接酶。
(2)导入重组载体前可先用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于易于吸收周围环境中DNA分子的状态。为便于筛选，该大肠杆菌培养基中应添加氨苄青霉素。
14．利用乳酸菌构建表达抗原蛋白的工程菌是研究抗原应用的重要手段之一。口服的乳酸菌可在消化道内定植存活，其表达的抗原蛋白可锚定于细胞表面(穿过细胞膜展示在细胞表面)，诱导机体产生免疫反应。科学家将某病毒抗原蛋白的部分编码序列(RBD)拼接成融合基因2RBD和3RBD，探究RBD的二聚体蛋白和三聚体蛋白能否模拟抗原蛋白中RBD的天然构象并获得高效免疫原性。重组质粒构建流程如图1所示，NcoⅠ和SacⅠ是pNZ8149质粒上的限制酶识别位点，U－M为信号肽－细胞壁锚定蛋白序列。回答下列问题：
(1)为满足乳酸菌生长的特殊需求，培养基除了提供碳源、氮源、水和无机盐外，还需要添加________，并在________(填“有氧”或“无氧”)的环境条件下培养。
(2)拼接形成的融合基因不具备限制酶切割位点，利用PCR技术对融合基因进行扩增时，所用两种引物的5′端应分别添加________________________序列，以实现融合基因定向插入质粒。
(3)为鉴定重组质粒是否构建成功，将重组质粒双酶切处理后电泳，结果如图2，泳道1为双酶切pNZ8149－2RBD，泳道2为双酶切pNZ8149－3RBD。泳道1两个条带大小分别为2507 bp和2020 bp，由此可知，融合基因3RBD的长度为________bp，泳道2呈现一个条带的原因是______________________________________________。
(4)实验成功构建了表达融合蛋白的重组乳酸菌，结果发现，在蛋白表达量和稳定性相同的情况下，pNZ8149－2RBD菌株表面二聚体蛋白的含量比pNZ8149－3RBD菌株表面三聚体蛋白多，该现象说明______________________________________________________。
答案：(1)维生素　无氧
(2)限制酶NcoⅠ和SacⅠ的识别
(3)2686　双酶切pNZ8149－3RBD后产生的两个片段大小相近
(4)二聚体蛋白比三聚体蛋白更容易穿过细胞膜从而展示在细胞表面
解析：(1)为满足乳酸菌生长的特殊需求，培养基除了提供碳源、氮源、水和无机盐外，还需要添加维生素，乳酸菌属于厌氧菌，需要在无氧的环境条件下培养。
(2)根据质粒上启动子、终止子与限制酶识别序列的位置关系可知，为保证融合基因定向插入，应选择两种限制酶切割，所用两种引物的5′端应分别添加限制酶NcoⅠ和SacⅠ的识别序列。
(3)由图可知，pNZ8149－2RBD和pNZ8149－3RBD的碱基对分别为4527 bp和5193 bp，所以RBD长度为5193－4527＝666 bp，泳道1为双酶切pNZ8149－2RBD，两个条带大小分别为2507 bp和2020 bp，泳道2为双酶切pNZ8149－3RBD，只呈现一个条带，大小与2507 bp相近，因此2RBD的长度为2020 bp，所以融合基因3RBD的长度为666＋2020＝2686 bp，泳道2呈现一个条带的原因是双酶切pNZ8149－3RBD后产生的两个片段(2507 bp、2686 bp)大小相近。
(4)实验成功构建了表达融合蛋白的重组乳酸菌，结果发现，在蛋白表达量和稳定性相同的情况下，pNZ8149－2RBD菌株表面二聚体蛋白的含量比pNZ8149－3RBD菌株表面三聚体蛋白多，由于抗原蛋白需穿过细胞膜展示在细胞表面，因此该现象说明二聚体蛋白比三聚体蛋白更容易穿过细胞膜从而展示在细胞表面。
15第课时　基因工程的应用和蛋白质工程及
生物技术的安全性与伦理问题
1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.概述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.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。4.转基因产品的安全性引发社会的广泛关注。5.中国禁止生殖性克隆人。6.世界范围内应全面禁止生物武器。
一　基因工程的应用
1．基因工程在农牧业方面的应用
(1)培育转基因抗虫植物、转基因抗病植物、转基因抗除草剂植物。
(2)改良植物的品质：改良植物的营养价值、观赏价值等。
(3)提高动物的生长速率、改善畜产品品质。
2．基因工程在医药卫生领域的应用
(1)基因工程在医药领域的应用
①利用微生物或动植物细胞生产药物：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等基因工程药物。
②转基因哺乳动物批量生产药物：将药用蛋白基因和乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，制成乳腺生物反应器从而获得抗凝血酶、血清白蛋白等医药产品。
③转基因动物做器官移植的供体(设想)：a.导入调控基因表达的DNA序列，抑制抗原决定基因的表达；b.设法除去抗原决定基因。
(2)基因工程药物的作用
可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病、类风湿关节炎等疾病。
3．基因工程在食品工业方面的应用
(1)应用：可以利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
(2)基因工程技术生产的工业用酶的优点
相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高，而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。
4．基因工程在其他方面的应用
(1)培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染。
(2)利用经过基因改造的微生物生产能源等。
二　蛋白质工程的原理和应用
1．蛋白质工程的概念：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。
2．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 过程 预期的蛋白质功能→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 筛选获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果 生产自然界中没有的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质
联系 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
3.应用
应用领域 应用
医药工业 研发药物
其他工业 改进酶的性能或开发新的工业用酶
农业 改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率；设计优良微生物农药
特别提醒　蛋白质工程通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造的原因：
(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。
三　生物技术的安全性与伦理问题
1．转基因成果
领域 成果
微生物方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期； ②构建高产、优质的基因工程菌来生产氨基酸； ③用基因工程菌生产药物
转基因 动物方面 ①培育生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜； ②培育抵抗相应病毒的动物新品种； ③建立某些人类疾病的转基因动物模型
转基因 植物方面 培育具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物
2.转基因产品的安全性
(1)争论焦点：在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。
(2)正确态度：理性看待转基因技术要以完备的相关科学知识为基础，即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程；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；要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。
(3)我国方针：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。
3．关注生殖性克隆人
(1)生殖性克隆与治疗性克隆
①生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。
②治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。
(2)中国政府态度：中国不反对治疗性克隆，反对生殖性克隆。
4．试管婴儿和设计试管婴儿的比较
类型 试管婴儿 设计试管婴儿
技术手段 不需要进行遗传学诊断 胚胎移植前需要进行遗传学诊断
实践应用 解决不孕不育问题 用于白血病、贫血症等疾病的治疗
联系 二者都是体外受精，经体外早期胚胎发育，再进行胚胎移植，在生殖方式上都为有性生殖
5.禁止生物武器
(1)生物武器的种类：致病菌类、病毒类、生化毒剂类等。
(2)中国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
1．乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。( )
2．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。( )
3．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。( )
4．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。( )
5．若转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题。( )
6．转基因生物可能会破坏生态平衡。( )
7．生殖性克隆和治疗性克隆没有本质区别。( )
8．中国政府主张对治疗性克隆和生殖性克隆进行有效监控和严格审查。( )
9．天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌都可以用来制造生物武器。( )
10．生物武器可通过吸入、误食、接触带菌物品，被带菌昆虫叮咬等侵入人体。( )
11．我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器。( )
12．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的脂质，在临床上被广泛应用。( )
13．乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的。( )
14．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。( )
15．试管婴儿技术属于一种生殖性克隆技术。( )
16．设计试管婴儿要对移植前的胚胎进行遗传学诊断。( )
考向一　借助基因工程的应用，考查科学思维和社会责任
[例1]　(2024·河北，22)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)
考向二　围绕蛋白质工程，考查科学思维
[例2]　为心梗患者注射大剂量的t－PA(一种能高效降解血栓的单链糖蛋白，主要由血管内皮细胞合成、分泌并释放进血液)会诱发颅内出血。研究证实，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血等副作用，据此分析下列叙述错误的是(　　)
A．若利用大肠杆菌来生产t－PA，需要对其合成的t－PA进行后期改造
B．改造t－PA的技术属于蛋白质工程
C．欲将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，应直接对蛋白质(t－PA)进行改造
D．可利用抗原—抗体杂交技术来检测转基因的大肠杆菌是否分泌了t－PA
考向三　围绕生物技术的伦理问题和安全性，考查社会责任
[例3]　生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，会引起人们对它安全性的关注，也会带来新的伦理困惑与挑战。下列相关说法正确的是(　　)
A．针对转基因技术，我国一贯坚持在研究上要“小心谨慎、稳健实施”
B．目前，克隆技术已十分成熟，可以保证生殖性克隆人在技术上安全高效
C．生物武器是指天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌等致病微生物
D．“设计试管婴儿”可以有目的地改造特定基因，特定情况下可用于治疗疾病
[例4]　2018年11月，世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿诞生。这项研究用到了能够精确定位并修饰基因的基因编辑技术，即基因编辑时用约为头发二十分之一细的针把Cas9蛋白和特定的RNA引导序列注入受精卵中，对CCR5基因进行修改，预期婴儿出生后能天然抵抗人类免疫缺陷病毒，关于该技术的安全性问题，下列说法错误的是(　　)
A．基因编辑时，引导序列可能发生变异，导致剪切错误，造成不可预知的后果
B．经过基因编辑的个体，有可能影响基因选择性表达，而导致其他疾病的产生
C．将基因编辑技术应用于治疗性克隆，符合人类伦理道德
D．只要加强监管、完善法律法规、完善技术手段，不需担心基因编辑技术的安全性
答案及解析
1．乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。(×)
2．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。(√)
3．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(×)
4．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。(×)
5．若转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题。(×)
6．转基因生物可能会破坏生态平衡。(√)
7．生殖性克隆和治疗性克隆没有本质区别。(×)
8．中国政府主张对治疗性克隆和生殖性克隆进行有效监控和严格审查。(×)
9．天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌都可以用来制造生物武器。(√)
10．生物武器可通过吸入、误食、接触带菌物品，被带菌昆虫叮咬等侵入人体。(√)
11．我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器。(√)
12．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的脂质，在临床上被广泛应用。(×)
13．乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的。(×)
14．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(√)
15．试管婴儿技术属于一种生殖性克隆技术。(×)
16．设计试管婴儿要对移植前的胚胎进行遗传学诊断。(√)
考向一　借助基因工程的应用，考查科学思维和社会责任
[例1]　(2024·河北，22)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　使转录在所需要的地方停下来　HindⅢ　EcoRⅠ
(2)农杆菌转化　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)水稻易于种植，容易获得疫苗；水稻的产量较高，能够获得大量的疫苗(合理即可)
解析：(1)若使r2HN仅在水稻胚乳中表达，则GtP应为在水稻胚乳中特异性表达的基因启动子。终止子是基因下游的一段有特殊序列结构的DNA片段，使转录在所需要的地方停下来。r2HN应插入启动子GtP和终止子Nos之间，由于GtP中有限制酶KpnⅠ的识别序列，而SacⅠ的识别序列位于终止子之后，因此不能选择这两种限制酶切割，应选择HindⅢ和EcoRⅠ对r2HN基因和载体进行切割。
(2)通常采用农杆菌转化法将目的基因导入水稻的愈伤组织。检测r2HN是否表达，可以采用PCR技术检测该基因是否转录出mRNA，通过抗原—抗体杂交技术检测是否翻译出相关蛋白。
(3)设r2HN为基因N，则单一位点插入目的基因的植株的基因型为Nn，其自交后代的基因型及比例为NN∶Nn∶nn＝1∶2∶1，r2HN纯合体植株的比例为1/4。纯合体自交后代不会发生性状分离，因此选择纯合体进行后续研究。
(4)抗体参与体液免疫，CD8＋T细胞为细胞毒性T细胞，参与细胞免疫。分析图形，实验组的抗体水平及CD8＋T细胞水平的相对值都高于对照组，说明获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。
(5)水稻属于常见的农作物，易于种植，其作为生物反应器容易获得疫苗；水稻的产量高，作为生物反应器容易从胚乳中大量获得疫苗。
考向二　围绕蛋白质工程，考查科学思维
[例2]　为心梗患者注射大剂量的t－PA(一种能高效降解血栓的单链糖蛋白，主要由血管内皮细胞合成、分泌并释放进血液)会诱发颅内出血。研究证实，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血等副作用，据此分析下列叙述错误的是(　　)
A．若利用大肠杆菌来生产t－PA，需要对其合成的t－PA进行后期改造
B．改造t－PA的技术属于蛋白质工程
C．欲将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，应直接对蛋白质(t－PA)进行改造
D．可利用抗原—抗体杂交技术来检测转基因的大肠杆菌是否分泌了t－PA
答案：C
解析：由于大肠杆菌只有核糖体一种细胞器，不含内质网和高尔基体，无法对t－PA进行加工，故若利用大肠杆菌来生产t－PA，需要对其合成的t－PA进行后期改造，A正确；分析题意可知，本技术是将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，属于蛋白质工程，B正确；欲将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，应对相应的基因进行改造，C错误；t－PA是一种能高效降解血栓的单链糖蛋白，由于抗原与抗体的结合具有特异性，故可利用抗原—抗体杂交技术来检测转基因的大肠杆菌是否分泌了t－PA，D正确。
考向三　围绕生物技术的伦理问题和安全性，考查社会责任
[例3]　生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，会引起人们对它安全性的关注，也会带来新的伦理困惑与挑战。下列相关说法正确的是(　　)
A．针对转基因技术，我国一贯坚持在研究上要“小心谨慎、稳健实施”
B．目前，克隆技术已十分成熟，可以保证生殖性克隆人在技术上安全高效
C．生物武器是指天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌等致病微生物
D．“设计试管婴儿”可以有目的地改造特定基因，特定情况下可用于治疗疾病
答案：D
[例4]　2018年11月，世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿诞生。这项研究用到了能够精确定位并修饰基因的基因编辑技术，即基因编辑时用约为头发二十分之一细的针把Cas9蛋白和特定的RNA引导序列注入受精卵中，对CCR5基因进行修改，预期婴儿出生后能天然抵抗人类免疫缺陷病毒，关于该技术的安全性问题，下列说法错误的是(　　)
A．基因编辑时，引导序列可能发生变异，导致剪切错误，造成不可预知的后果
B．经过基因编辑的个体，有可能影响基因选择性表达，而导致其他疾病的产生
C．将基因编辑技术应用于治疗性克隆，符合人类伦理道德
D．只要加强监管、完善法律法规、完善技术手段，不需担心基因编辑技术的安全性
答案：D
解析：基因编辑时的引导序列是RNA，RNA的碱基序列改变可能导致识别错误，导致剪切错误，造成不可预知的后果，A正确；基因编辑后，基因的序列发生改变，基因的表达可能会受到影响，基因选择性表达受干扰后，容易导致某些疾病的产生，B正确；生殖性克隆不符合人类伦理道德，治疗性克隆符合人类伦理道德，将基因编辑技术应用于治疗性克隆，符合人类伦理道德，C正确；可以加强监管、完善法律法规、完善技术手段，但基因编辑技术仍存在一定的安全性问题，D错误。
治疗性克隆和生殖性克隆的比较
15(共74张PPT)
　　　　　　　　　　　　　
选择性必修3　生物技术与工程
第十单元　生物技术与工程
小单元3　基因工程
第2课时　基因工程的应用和蛋白质工程及
生物技术的安全性与伦理问题
1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.概述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.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。4.转基因产品的安全性引发社会的广泛关注。5.中国禁止生殖性克隆人。6.世界范围内应全面禁止生物武器。
目录
CONTENTS
02
经典考题训练
01
知识自主梳理
03
课时作业
01
知识自主梳理
一　基因工程的应用
1．基因工程在农牧业方面的应用
(1)培育转基因抗虫植物、转基因抗病植物、转基因抗除草剂植物。
(2)改良植物的品质：改良植物的营养价值、观赏价值等。
(3)提高动物的生长速率、改善畜产品品质。
2．基因工程在医药卫生领域的应用
(1)基因工程在医药领域的应用
①利用微生物或动植物细胞生产药物：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等基因工程药物。
②转基因哺乳动物批量生产药物：将药用蛋白基因和____________________基因的启动子等调控元件重组在一起，制成乳腺生物反应器从而获得抗凝血酶、血清白蛋白等医药产品。
乳腺中特异表达的
③转基因动物做____________的供体(设想)：a.导入调控基因表达的DNA序列，抑制______________的表达；b.设法除去抗原决定基因。
(2)基因工程药物的作用
可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、________、糖尿病、类风湿关节炎等疾病。
器官移植
抗原决定基因
传染病
3．基因工程在食品工业方面的应用
(1)应用：可以利用基因工程菌生产______________________________等。
(2)基因工程技术生产的工业用酶的优点
相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高，而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。
4．基因工程在其他方面的应用
(1)培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染。
(2)利用经过基因改造的微生物生产能源等。
食品工业用酶、氨基酸和维生素
二　蛋白质工程的原理和应用
1．蛋白质工程的概念：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________________，来改造现有蛋白质，或制造一种____________，以满足人类生产和生活的需求。
改造或合成基因
新的蛋白质
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 过程 预期的蛋白质功能→设计预期的__________ →推测应有的_____________→找到并改变相应的_________________(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 筛选获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
2．蛋白质工程与基因工程的比较
蛋白质结构
氨基酸序列
脱氧核苷酸序列
区别 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果 生产_____________的蛋白质 生产______________的蛋白质
联系 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 自然界中没有
自然界中已有
3.应用
应用领域 应用
医药工业 研发药物
其他工业 改进酶的性能或开发新的工业用酶
农业 改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率；设计优良微生物农药
特别提醒　蛋白质工程通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造的原因：
(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。
领域 成果
微生物方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期；
②构建高产、优质的基因工程菌来生产氨基酸；
③用基因工程菌生产药物
转基因动物方面 ①培育生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜；
②培育抵抗相应病毒的动物新品种；
③建立某些人类疾病的转基因动物模型
转基因植物方面 培育具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物
三　生物技术的安全性与伦理问题
1．转基因成果
2.转基因产品的安全性
(1)争论焦点：在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。
(2)正确态度：理性看待转基因技术要以完备的相关科学知识为基础，即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程；看到人们的观点受到许多复杂的__________ _____________等因素的影响；要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。
(3)我国方针：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。
政治、
经济和文化
3．关注生殖性克隆人
(1)生殖性克隆与治疗性克隆
①生殖性克隆是指通过克隆技术产生__________________。
②治疗性克隆是指利用克隆技术产生________________________，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到__________的目的。
(2)中国政府态度：_______________________________________。
独立生存的新个体
特定的细胞、组织和器官
治疗疾病
中国不反对治疗性克隆，反对生殖性克隆
类型 试管婴儿 设计试管婴儿
技术手段 不需要进行___________ 胚胎移植前需要进行___________
实践应用 解决___________问题 用于________________等疾病的治疗
联系 二者都是体外受精，经体外______________，再进行__________，在生殖方式上都为___________ 4．试管婴儿和设计试管婴儿的比较
遗传学诊断
遗传学诊断
不孕不育
白血病、贫血症
早期胚胎发育
胚胎移植
有性生殖
5.禁止生物武器
(1)生物武器的种类：_________类、病毒类、生化毒剂类等。
(2)中国政府的态度：在任何情况下________________________生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
致病菌
不发展、不生产、不储存
1．乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。(　　)
2．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。(　　)
3．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(　　)
4．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。(　　)
5．若转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题。(　　)
×
√
×
×
×
6．转基因生物可能会破坏生态平衡。(　　)
7．生殖性克隆和治疗性克隆没有本质区别。(　　)
8．中国政府主张对治疗性克隆和生殖性克隆进行有效监控和严格审查。(　　)
9．天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌都可以用来制造生物武器。(　　)
10．生物武器可通过吸入、误食、接触带菌物品，被带菌昆虫叮咬等侵入人体。(　　)
×
√
×
√
√
11．我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器。(　　)
12．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的脂质，在临床上被广泛应用。(　　)
13．乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的。(　　)
14．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(　　)
15．试管婴儿技术属于一种生殖性克隆技术。(　　)
16．设计试管婴儿要对移植前的胚胎进行遗传学诊断。(　　)
×
√
×
√
×
√
经典考题训练
02
考向一　借助基因工程的应用，考查科学思维和社会责任
[例1]　(2024·河北，22)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。
在水稻胚乳中特异性表达的基因
使转录在所需要的地方停下来
HindⅢ
EcoRⅠ
(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______________________________。
农杆菌转化
是否转录出mRNA
抗原—抗体杂交
1/4
纯合体自交后代不发生性状分离
(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)
体液
细胞
水稻易于种植，容易
获得疫苗；水稻的产量较高，能够获得大量的疫苗(合理即可)
解析：(1)若使r2HN仅在水稻胚乳中表达，则GtP应为在水稻胚乳中特异性表达的基因启动子。终止子是基因下游的一段有特殊序列结构的DNA片段，使转录在所需要的地方停下来。r2HN应插入启动子GtP和终止子Nos之间，由于GtP中有限制酶KpnⅠ的识别序列，而SacⅠ的识别序列位于终止子之后，因此不能选择这两种限制酶切割，应选择HindⅢ和EcoRⅠ对r2HN基因和载体进行切割。
(2)通常采用农杆菌转化法将目的基因导入水稻的愈伤组织。检测r2HN是否表达，可以采用PCR技术检测该基因是否转录出mRNA，通过抗原—抗体杂交技术检测是否翻译出相关蛋白。
(3)设r2HN为基因N，则单一位点插入目的基因的植株的基因型为Nn，其自交后代的基因型及比例为NN∶Nn∶nn＝1∶2∶1，r2HN纯合体植株的比例为1/4。纯合体自交后代不会发生性状分离，因此选择纯合体进行后续研究。
(4)抗体参与体液免疫，CD8＋T细胞为细胞毒性T细胞，
参与细胞免疫。分析图形，实验组的抗体水平及CD8＋T细胞
水平的相对值都高于对照组，说明获得的r2HN疫苗能够成功
激活鸡的体液免疫和细胞免疫。
(5)水稻属于常见的农作物，易于种植，其作为生物反应器容易获得疫苗；水稻的产量高，作为生物反应器容易从胚乳中大量获得疫苗。
考向二　围绕蛋白质工程，考查科学思维
[例2]　为心梗患者注射大剂量的t－PA(一种能高效降解血栓的单链糖蛋白，主要由血管内皮细胞合成、分泌并释放进血液)会诱发颅内出血。研究证实，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血等副作用，据此分析下列叙述错误的是(　　)
A．若利用大肠杆菌来生产t－PA，需要对其合成的t－PA进行后期改造
B．改造t－PA的技术属于蛋白质工程
C．欲将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，应直接对蛋白质(t－PA)进行改造
D．可利用抗原—抗体杂交技术来检测转基因的大肠杆菌是否分泌了t－PA
解析：由于大肠杆菌只有核糖体一种细胞器，不含内质网和高尔基体，无法对t－PA进行加工，故若利用大肠杆菌来生产t－PA，需要对其合成的t－PA进行后期改造，A正确；分析题意可知，本技术是将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，属于蛋白质工程，B正确；欲将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，应对相应的基因进行改造，C错误；t－PA是一种能高效降解血栓的单链糖蛋白，由于抗原与抗体的结合具有特异性，故可利用抗原—抗体杂交技术来检测转基因的大肠杆菌是否分泌了t－PA，D正确。
考向三　围绕生物技术的伦理问题和安全性，考查社会责任
[例3]　生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，会引起人们对它安全性的关注，也会带来新的伦理困惑与挑战。下列相关说法正确的是(　　)
A．针对转基因技术，我国一贯坚持在研究上要“小心谨慎、稳健实施”
B．目前，克隆技术已十分成熟，可以保证生殖性克隆人在技术上安全高效
C．生物武器是指天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌等致病微生物
D．“设计试管婴儿”可以有目的地改造特定基因，特定情况下可用于治疗疾病
[例4]　2018年11月，世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿诞生。这项研究用到了能够精确定位并修饰基因的基因编辑技术，即基因编辑时用约为头发二十分之一细的针把Cas9蛋白和特定的RNA引导序列注入受精卵中，对CCR5基因进行修改，预期婴儿出生后能天然抵抗人类免疫缺陷病毒，关于该技术的安全性问题，下列说法错误的是(　　)
A．基因编辑时，引导序列可能发生变异，导致剪切错误，造成不可预知的后果
B．经过基因编辑的个体，有可能影响基因选择性表达，而导致其他疾病的产生
C．将基因编辑技术应用于治疗性克隆，符合人类伦理道德
D．只要加强监管、完善法律法规、完善技术手段，不需担心基因编辑技术的安全性
解析：基因编辑时的引导序列是RNA，RNA的碱基序列改变可能导致识别错误，导致剪切错误，造成不可预知的后果，A正确；基因编辑后，基因的序列发生改变，基因的表达可能会受到影响，基因选择性表达受干扰后，容易导致某些疾病的产生，B正确；生殖性克隆不符合人类伦理道德，治疗性克隆符合人类伦理道德，将基因编辑技术应用于治疗性克隆，符合人类伦理道德，C正确；可以加强监管、完善法律法规、完善技术手段，但基因编辑技术仍存在一定的安全性问题，D错误。
治疗性克隆和生殖性克隆的比较
课时作业
03
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
对点 基因工程的应用 基因工程的应用 蛋白质工程 蛋白质工程 生殖性克隆、治疗性克隆 比较 基因工程的应用 基因工程的应用 蛋白质工程 生物武器 基因工程的应用 蛋白质工程 转基因产品的安全性 基因工程的应用 基因工程的应用
1．下列生物技术操作对遗传物质的改造，不能遗传给子代的是(　　)
A．将含胰岛素基因的表达载体转入大肠杆菌，筛选获得的基因工程菌
B．通过植物体细胞杂交获得的番茄—马铃薯杂种植株
C．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗
D．将生长激素基因导入奶牛受精卵，培育出能分泌含生长激素乳汁的奶牛
解析：将含胰岛素基因的表达载体转入大肠杆菌，筛选获得的基因工程菌可以通过二分裂的方式遗传给子代，A不符合题意；通过植物体细胞杂交获得的番茄—马铃薯杂种植株，遗传物质发生改变，可以通过无性繁殖遗传给子代，B不符合题意；将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后，只是淋巴细胞含有这个基因，其生殖细胞没有该基因，因此不能遗传给子代，C符合题意；将生长激素基因导入奶牛受精卵，受精卵含有生长激素基因，受精卵培育成的奶牛含有该基因，因此可以遗传给子代，D不符合题意。
2．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
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．玉米的赖氨酸含量比较低，科学家将合成赖氨酸的关键酶——天冬氨酸激酶中352位的苏氨酸变成异亮氨酸，二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬氨酸变成异亮氨酸后，可大大提高玉米中的赖氨酸含量。下列有关蛋白质工程的叙述正确的是(　　)
A．改造后的两种酶是自然界中已经存在的物质
B．在分子水平上直接对两种酶的氨基酸进行改造
C．蛋白质工程不需要从预期蛋白质功能出发，可直接设计其结构
D．蛋白质工程的目的是获得满足人类生产和生活需求的蛋白质
4．L－天冬氨酸－α－脱羧酶(PanD)能够催化β－丙氨酸的生成，但天然PanD酶活力较低且易失活。研究人员通过易错PCR技术引入随机突变，对相应酶基因进行改造，再进行定向筛选，最终第305位氨基酸替换后，获得活力和稳定性均较高的PanD。该技术与普通PCR类似。已知Mg2＋可以提高已发生错配区域的稳定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶对底物的专一性。下列说法正确的是(　　)
A．该研究运用了蛋白质工程技术直接对酶结构进行改造
B．易错PCR技术按照复性、变性、延伸三个步骤进行
C．易错PCR技术的操作过程中需要使用耐高温的解旋酶
D．为提高错配概率，可适当提高Mg2＋浓度和Mn2＋浓度
解析：由题意可知，Mg2＋可以提高已发生错配区域的稳定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶对底物的专一性，为提高错配概率，可适当提高Mg2＋浓度和Mn2＋浓度，D正确。
5．下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　)
A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞以治疗糖尿病属于治疗性克隆
B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆
C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖
D．治疗性克隆和生殖性克隆技术均需要用到动物细胞培养技术
解析：生殖性克隆是以产生新个体为目的进行的克隆，即用生殖技术将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫中发育成婴儿的过程，B正确；克隆属于无性生殖，C错误。
6．转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的危害。但棉铃虫也可能对Bt抗虫蛋白产生抗性。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，某研究团队采取提高Bt抗虫蛋白基因的表达量、将两种或多种Bt抗虫蛋白基因同时转入棉花等措施，研发新一代的抗虫棉。下列叙述错误的是(　　)
A．提高Bt抗虫蛋白基因的表达量和Bt抗虫蛋白的活性，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度
B．转入棉花植株的两种Bt抗虫蛋白基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律
C．提高Bt抗虫蛋白基因的表达量，可降低棉铃虫抗性基因的突变频率
D．基因突变是生物变异的根本来源，为生物的进化提供了原材料
解析：提高Bt抗虫蛋白基因的表达量和Bt抗虫蛋白的活性，可使更多的棉铃虫被淘汰，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度，A正确；如果两种Bt抗虫蛋白基因都转入一条染色体上或转入一对同源染色体上，则其遗传不遵循基因的自由组合定律，B正确。
7．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)基因转入到山羊体内，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
解析：不可以直接用PCR扩增mRNA，需将mRNA逆转录成cDNA再进行扩增，A错误；为保证在供体山羊的乳汁中提取到人乳铁蛋白，需要将人乳铁蛋白基因与山羊乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B正确；一般用显微注射法将目的基因导入山羊受精卵中，C正确；为检测人乳铁蛋白基因是否成功翻译成蛋白质，检测方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，若出现相应现象，则表明目的基因已翻译形成蛋白质，D正确。
8．研究者对绿色荧光蛋白进行改造，将其第203位苏氨酸替换为酪氨酸，使改造后的蛋白质在特定光激发后发橙色光，称为橙色荧光蛋白。关于橙色荧光蛋白的构建，以下说法正确的是(　　)
A．用蛋白酶直接处理绿色荧光蛋白获得目标产物
B．设计定点突变PCR获得橙色荧光蛋白基因
C．PCR扩增获得的产物激发后可以发橙色荧光
D．绿色荧光蛋白基因发生的突变类型为碱基缺失
解析：用蛋白酶直接处理绿色荧光蛋白得到的是各种氨基酸，而不是第203位苏氨酸替换为酪氨酸的橙色荧光蛋白，A错误；要使绿色荧光蛋白第203位苏氨酸替换为酪氨酸，可以通过对其基因进行定点突变PCR实现，这样基因中控制苏氨酸的碱基序列替换为合成酪氨酸的碱基序列，B正确；PCR扩增获得的产物是目的基因片段，不能发橙色荧光，只有该基因片段控制合成的蛋白质才会在激发后发橙色荧光，C错误；绿色荧光蛋白基因发生的突变类型为碱基替换，D错误。
9．下列关于生物武器的说法，错误的是(　　)
A．彻底销毁生物武器是世界上大多数国家的共识
B．利用炭疽杆菌无法制成生物武器
C．中美两国发布联合声明，重申在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器
D．若有人以病毒作为生物武器，带来的危害将难以预估
10．普通番茄细胞中含有PG基因，其能控制合成多聚半乳糖醛酸酶(简称PG)，PG能破坏细胞壁使番茄软化不耐储藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞，培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄。如图表示抗PG基因的作用原理，下列有关叙述正确的是(　　)
A．该转基因番茄具有抗软化、保鲜时间长的原理是抗PG基因能阻止PG基因表达的转录过程，使细胞不能合成PG
B．采用PCR技术将抗PG基因进行体外扩增时，在该技术的反应体系中除模板、引物、原料外，还需要逆转录酶
C．将抗PG基因插入Ti质粒的T DNA上构建基因表达载体
D．若将抗PG基因导入细胞核，可避免抗PG基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”
解析：据题图可知，抗PG基因转录的mRNA与PG基因转录成的mRNA正好相互结合，阻止了PG基因表达的翻译过程，使细胞不能合成PG，A错误；PCR过程所需要的条件有：模板、引物、原料、Taq DNA聚合酶，B错误；将抗PG基因插入Ti质粒的T DNA上构建基因表达载体，C正确；花粉中的雄配子几乎不含质基因，所以为避免抗PG基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”，应将抗PG基因导入细胞质，D错误。
11．AK、DHDPS是玉米中合成赖氨酸的两种关键酶，赖氨酸达到一定浓度就会与两种酶结合抑制它们的活性，如图所示，因此玉米中赖氨酸含量比较低。将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，该变化影响了其与赖氨酸的结合，使玉米叶片和种子内游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列有关分析错误的是(　　)
A．玉米中赖氨酸含量比较低与负反馈调节密切相关
B．要替换AK、DHDPS中的氨基酸需要通过改造相应基因来实现
C．改造后的AK和DHDPS与底物结合能力加强，导致玉米合成赖氨酸的能力增强
D．改造后的AK和DHDPS空间结构改变，与赖氨酸结合的能力降低
解析：由题可知，赖氨酸与AK、DHDPS结合，抑制它们的活性从而使反应速率下降，属于负反馈调节，A正确；根据题意“将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸”，可知上述操作为蛋白质工程，蛋白质工程的实质是改造相应基因来实现，B正确；将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，会导致改造后的AK和DHDPS的空间结构改变，与赖氨酸结合的能力降低，但不能判断改造后的AK和DHDPS与底物结合能力是否发生变化，C错误，D正确。
12．为评估外源基因Vgb在菊花中的稳定性以及对生态环境的影响，研究人员在种植转基因菊花的第二年，随机选取转基因菊花株系及周边非转基因菊花和各种杂草，提取DNA。根据Vgb基因设计特异性引物进行PCR扩增，电泳结果如图。下列说法不正确的是(　　)
注：CK表示质粒阳性对照，1为空白对照，2～10为转基因菊花株系，11～15为不同种类杂草，16～20为非转基因菊花。
A．设置空白实验是为了排除实验操作、试剂污染等对结果的影响
B．结果表明2年内Vgb基因在菊花细胞中稳定，且未发生向周边植物的扩散
C．转基因植物与周边其他植物之间不可能通过花粉发生基因交流
D．将Vgb基因转入其他植物时同样要经过安全性评价
解析：设置空白实验是为了排除实验操作、试剂污染等对结果的影响，能提高实验的准确度，A正确；2～10为转基因菊花株系，均检测到外源基因Vgb，11～15为不同种类杂草，均未检测到外源基因Vgb，16～20为非转基因菊花，均未检测到外源基因Vgb，说明2年内Vgb基因在菊花细胞中稳定，且未发生向周边植物的扩散，B正确；将外源基因Vgb转入其他植物时同样要经过安全性评价，D正确。
13．人胰岛素原基因(insulin)在大肠杆菌中表达时易形成不溶性、无活性的包涵体，增加了胰岛素的生产成本。以NusA蛋白作为N端标签时可提高融合蛋白的可溶性。若让大肠杆菌表达出带有NusA蛋白标签的人胰岛素原融合蛋白(His—NusA—insulin)，再经蛋白酶酶切，即得到可溶性人胰岛素原，为降低胰岛素生产成本提供基础。下图为构建重组质粒pHis—NusA—insulin的基本流程，Ampr为氨苄青霉素抗性基因，Tetr为四环素抗性基因，几种限制酶的酶切位点已在图中标注。
人胰岛素原基因中不含这几种限制酶的识别序列，实验所用大肠杆菌对氨苄青霉素和四环素均敏感。回答下列问题：
(1)经过程①，即PCR可大量扩增人胰岛素原基因，该过程中除了需要向反应体系内添加引物1、2和人胰岛素原基因外，还要添加_________________________　_______________________________________(答两点)等，图中引物1、2的_____(填“3′”或“5′”)端应分别添加__________________的识别序列。除限制酶外，过程②还需要用到__________酶。
　　　　　　　　　　　 4种脱氧核苷酸、Taq DNA聚合酶(或耐高温的DNA聚合酶)、缓冲液
5′
EcoRⅠ、HindⅢ
DNA连接
(2)先将重组载体1导入经________处理后的大肠杆菌。为便于筛选，该大肠杆菌培养基中应添加____________。
(3)含有重组载体2的大肠杆菌，在含有四环素的培养基中_____(填“能”或“不能”)生存并大量增殖。
(4)若要从个体水平鉴定合成的胰岛素是否具有生物活性，则实验组的操作是________________　______________________________________。
Ca2＋
氨苄青霉素
能
给糖尿病小鼠静脉注射合成的胰岛素，并监测其血糖变化
解析：(1)利用PCR扩增目的基因时，除了需要向反应体系内添加两种引物、目的基因外，还要添加4种脱氧核苷酸、Taq DNA聚合酶(耐高温的DNA聚合酶)、缓冲液等。据图可知，经PCR获得的目的基因要插入经EcoRⅠ、HindⅢ切割的载体中，且载体2中启动子在EcoRⅠ切口端。目的基因的转录方向由左向右，因此，引物1、2应分别添加EcoRⅠ、HindⅢ的识别序列。子链的延长由5′端
向3′端，限制酶切割时，不能切割到目的基因片段，因此，限制酶识别序列应添加在引物1、2的5′端。过程②，即构建重组表达载体时还需要使用到DNA连接酶。
(2)导入重组载体前可先用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于易于吸收周围环境中DNA分子的状态。为便于筛选，该大肠杆菌培养基中应添加氨苄青霉素。
14．利用乳酸菌构建表达抗原蛋白的工程菌是研究抗原应用的重要手段之一。口服的乳酸菌可在消化道内定植存活，其表达的抗原蛋白可锚定于细胞表面(穿过细胞膜展示在细胞表面)，诱导机体产生免疫反应。科学家将某病毒抗原蛋白的部分编码序列(RBD)拼接成融合基因2RBD和3RBD，探究RBD的二聚体蛋白和三聚体蛋白能否模拟抗原蛋白中RBD的天然构象并获得高效免疫原性。重组质粒构建流程如图1所示，NcoⅠ和SacⅠ是pNZ8149质粒上的限制酶识别位点，U－M为信号肽－细胞壁锚定蛋白序列。回答下列问题：
(1)为满足乳酸菌生长的特殊需求，培养基除了提供碳源、氮源、水和无机盐外，还需要添加________，并在_______(填“有氧”或“无氧”)的环境条件下培养。
(2)拼接形成的融合基因不具备限制酶切割位点，利用PCR技术对融合基因进行扩增时，所用两种引物的5′端应分别添加__________________________序列，以实现融合基因定向插入质粒。
维生素
无氧
限制酶NcoⅠ和SacⅠ的识别
(3)为鉴定重组质粒是否构建成功，将重组质粒双酶切处理后电泳，结果如图2，泳道1为双酶切pNZ8149－2RBD，泳道2为双酶切pNZ8149－3RBD。泳道1两个条带大小分别为2507 bp和2020 bp，由此可知，融合基因3RBD的长度为________bp，泳道2呈现一个条带的原因是______________________________________________。
2686
双酶切pNZ8149－3RBD后产生的两个片段大小相近
(4)实验成功构建了表达融合蛋白的重组乳酸菌，结果发现，在蛋白表达量和稳定性相同的情况下，pNZ8149－2RBD菌株表面二聚体蛋白的含量比pNZ8149－3RBD菌株表面三聚体蛋白多，该现象说明__________________________________ ____________________________。
二聚体蛋白比三聚体蛋白更容易穿过细胞膜从而展示在细胞表面
解析：(1)为满足乳酸菌生长的特殊需求，培养基除了提供碳源、氮源、水和无机盐外，还需要添加维生素，乳酸菌属于厌氧菌，需要在无氧的环境条件下培养。
(2)根据质粒上启动子、终止子与限制酶识别序列的位置关系可知，为保证融合基因定向插入，应选择两种限制酶切割，所用两种引物的5′端应分别添加限制酶NcoⅠ和SacⅠ的识别序列。
(3)由图可知，pNZ8149－2RBD和pNZ8149－3RBD的碱基对分别为4527 bp和5193 bp，所以RBD长度为5193－4527＝666 bp，泳道1为双酶切pNZ8149－2RBD，两个条带大小分别为2507 bp和2020 bp，泳道2为双酶切pNZ8149－3RBD，只呈现一个条带，大小与2507 bp相近，因此2RBD的长度为2020 bp，所以融合基因3RBD的长度为666＋2020＝2686 bp，泳道2呈现一个条带的原因是双酶切pNZ8149－3RBD后产生的两个片段(2507 bp、2686 bp)大小相近。
(4)实验成功构建了表达融合蛋白的重组乳酸菌，结果发现，在蛋白表达量和稳定性相同的情况下，pNZ8149－2RBD菌株表面二聚体蛋白的含量比pNZ8149－3RBD菌株表面三聚体蛋白多，由于抗原蛋白需穿过细胞膜展示在细胞表面，因此该现象说明二聚体蛋白比三聚体蛋白更容易穿过细胞膜从而展示在细胞表面。

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