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第3节 基因工程的应用
任务 乳腺生物反应器与工程菌生产药物
的比较
一、基因工程在农牧业方面的应用
1.在农业方面的应用
应用 目的基因 成果
转基因抗虫植 物 具有______功能的基因 转基因抗虫棉花、玉
米、大豆、水稻、马铃
薯等
转基因抗病植 物 来自某些____________等 的抗病基因 转基因抗病毒甜椒、番
木瓜和烟草等
抗虫
病毒、真菌
应用 目的基因 成果
转基因抗除草 剂植物 ______________________ 的基因 转基因抗除草剂玉米、
大豆、油菜和甜菜等
改良植物的品 质 _______________________ ____________基因、与植 物花青素代谢相关的基因 等 转基因玉米、转基因矮
牵牛
降解或抵抗某种除草剂
某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码
（续表）
2.在牧业方面的应用
(1)提高动物的生长速率:将__________________
导入动物体内，以提高动物的生长速率。
外源生长激素基因
(2)改善畜产品的品质:将______________导入奶牛基因组，使获得的
转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低。
肠乳糖酶基因
二、基因工程在医药卫生领域的应用
(1)对微生物或动植物的细胞进行__________，使它们能够生产药物。
这些药物包括细胞因子、______、疫苗和______等。
基因改造
抗体
激素
(2)让哺乳动物批量生产药物，构建_____________________。
①操作：将__________基因与乳腺中特异表达的基因的________等
调控元件重组在一起，通过__________的方法，导入哺乳动物的
________中，培育转基因动物。
②目标：转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌______来生产
所需要的药物。
乳腺(乳房)生物反应器
药用蛋白
启动子
显微注射
受精卵
乳汁
(3)可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。
研究方向：在器官供体的基因组中导入________________________，
以抑制__________基因的表达，或设法除去__________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猪器官。
调控基因表达的序列
抗原决定
抗原决定
三、基因工程在食品工业方面的应用
(1)应用：生产食品工业用酶、________和维生素等。
氨基酸
(2)实例
①将编码__________的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因
组中，通过工业发酵批量生产凝乳酶。
②构建____________，用发酵技术大量生产淀粉酶、脂肪酶等。
牛凝乳酶
基因工程菌
四、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“__________”来处理环境污染。
(2)利用经过基因改造的微生物来生产能源。
超级细菌
任务 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
【情境】利用基因工程生产人胰岛素有两种方法：
方法一：将胰岛素基因转入细菌细胞，进行微生物培养，提取胰岛素。
方法二：将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵，培养成转基因
动物并从其乳汁中提取胰岛素。
(1)方法一中，为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞，应用______处
理细菌细胞，目的是使细胞处于一种___________________________
_________。
能吸收周围环境中分子的生理状态
(2)方法二中，将目的基因导入受体细胞常用的方法是____________。
要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达，应该采取的措施是
在人胰岛素基因的首端加上______________________________等调
控元件。
显微注射法
乳腺中特异表达的基因的启动子
(3)方法二中，构建好的基因表达载体应导入________，目的基因
(如药用蛋白基因)__________________(填“在所有体细胞”或“只在乳
腺上皮细胞”)中表达。
受精卵
只在乳腺上皮细胞
(4)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌，该类工程菌的
优点是________________(至少答出两点)。
易培养、繁殖快
(5)上述两种方法中，哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰
以使其获得生物活性？试解释其原因。
[答案] 方法一。方法一中的受体细胞是细菌细胞，其内无内质网和
高尔基体，无法对胰岛素进行加工和修饰。
1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
项目 乳腺生物反应器 工程菌
含义 指使外源基因在哺乳动 物的乳腺中特异性表 达，利用动物的乳腺组 织生产药用蛋白 指用基因工程的方法，
使外源基因得到高效表
达的菌类
受体基因结构 与人类基因结 构的差异 动物基因结构与人类的 基因结构基本相同 细菌的基因结构与人类
的基因结构有较大差异
项目 乳腺生物反应器 工程菌
基因表达 合成的药用蛋白与天然 蛋白质相同 细菌合成的药用蛋白可
能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因的导 入方式 显微注射法 钙离子处理
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
（续表）
2.膀胱生物反应器:用转基因技术，将外源基因导入动物基因组中并
定位表达于膀胱特定组织，在动物的尿液中提取具有重要价值产品
的转基因动物的总称。膀胱生物反应器和乳腺生物反应器具有相同
的优点，如收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。但是，
膀胱反应器还有更好的优点，该系统可从动物一出生就收集产物，
不论动物的性别和是否正处于生殖期。
例1 利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所
需要的药品，如用转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基
因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是( )
A.利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内
B.需要将乳腺中特异表达的基因的启动子等与目的基因重组在一起
C.动物必须是雌性才能满足要求
D.动物需要进入泌乳期后才能成为“批量生产药物的工厂”
√
[解析] 将人的生长激素基因与相应调控元件重组后利用显微注射法
导入受体哺乳动物的受精卵中，A错误；需要将乳腺中特异表达的基
因的启动子等调控元件与目的基因重组在一起，使目的基因只在乳
腺组织中特异性表达，B正确；动物必须是雌性才能满足要求，C正
确；由于目的基因只在乳腺组织中特异性表达，因此受体动物需要
进入泌乳期后才能成为“批量生产药物的工厂”，D正确。
例2 [2024·湖北宜昌联考] 将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素基因
后，重新导入大肠杆菌细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生
长激素。下列叙述正确的是( )
A.转录人生长激素基因需要解旋酶和 连接酶
B.要导入重组质粒，大肠杆菌一般先用 处理
C.大肠杆菌质粒标记基因中A和 的含量相等
D.发酵液中所有的大肠杆菌均能产生人生长激素
√
[解析] 生长激素基因在转录时需要 聚合酶参与，不需要解旋酶
和 连接酶参与，A错误；要导入重组质粒，大肠杆菌一般先用
处理，使其处于一种能吸收周围环境 分子的生理状态，B正
确；大肠杆菌质粒标记基因中不含尿嘧啶 ，C错误；发酵液中只
有导入重组质粒的大肠杆菌才能产生人生长激素，D错误。
1.正误辨析
(1)转基因抗虫作物的使用有利于降低生产成本并减少农药对环境的
污染。( )
√
(2)运用基因工程技术让牛合成人白蛋白，该技术将导致定向变异。
( )
√
(3)抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性。( )
√
(4)转基因抗虫植物不会导致昆虫群体抗性基因频率增加。 ( )
×
[解析] 转基因抗虫植物会对昆虫的抗药性进行选择，昆虫群体抗虫
基因频率增加。
(5)基因工程生产药品具有高效率、低成本的特点。( )
√
(6)乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的。( )
×
[解析] 乳腺生物反应器生产的药物在自然界中可以找到。
(7)用动物乳腺生物反应器生产人胰岛素，该动物体内只有乳腺细胞
中含有人胰岛素基因。 ( )
×
[解析] 培育转入人胰岛素基因的动物时，受体细胞一般是受精卵，
由其增殖分化形成的细胞一般均含有人胰岛素基因。
(8)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上用于治
疗病毒感染性疾病。( )
√
2.[2024·新疆乌鲁木齐期末]基因工程技术是通过采用重组 技术实
现从一种生物体向另一种生物体进行基因的转移。下列关于基因工
程应用的叙述，不正确的是( )
A.转基因抗病植物的培育可有效提高栽培作物的产量
B.转基因大肠杆菌生产的胰岛素可直接用于临床治疗糖尿病
C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的
作物品种
D.动物基因工程通常涉及基因工程、动物细胞培养、胚胎移植等技术
√
[解析] 将某些抗病基因导入植物中,利用植物组织培养技术，可培育
转基因抗病植物，能有效提高栽培作物的产量，A正确;大肠杆菌是
原核生物，没有内质网和高尔基体，因此转基因大肠杆菌生产的胰
岛素还需进行加工才可用于临床治疗人的糖尿病，B错误;植物细胞
具有全能性，将降解或抵抗某种除草剂的基因导入植物体细胞或受
精卵中，可培育出抗除草剂的作物品种,C正确;动物基因工程通常涉
及基因工程(目的基因的获取和转移)、动物细胞培养、胚胎移植等技
术，D正确。
3.[2024·江苏泰州月考]科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病
毒蛋白质的西红柿，被称之为“西红柿乙肝疫苗”。具体操作是将乙
肝抗原基因导入农杆菌，然后利用农杆菌将 导入西红柿细胞。实
验显示小白鼠连续五周吃这样的西红柿，体内产生了抗乙肝病毒的
抗体，下列叙述错误的是( )
A.实验用技术对 基因进行扩增，需要两种引物
B.含的重组质粒必须插入西红柿染色体 上
C.即使 在西红柿中成功表达，也要进行个体生物学水平的鉴定
D.西红柿乙肝疫苗成本相对较低且易于储存
√
[解析] 导入目的基因前需要对基因进行扩增， 需要两种引物结
合基因的两条链合成相应子链，A正确；含的 插入西红
柿染色体上，才能稳定存在和表达，而不是整个 质粒插入，B
错误；即使 在西红柿中成功表达，也必须进行个体生物学水平的
鉴定，以确定实际效果，C正确；西红柿容易种植，成本低且易储存，
D正确。
4.[2024·福建德化一中月考]蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”，有着超
强的抗张强度，可制成防弹背心、降落伞绳等。科学家将蜘蛛的丝
蛋白基因导入羊的受精卵中，就可从转基因羊奶中提取大量丝蛋白。
下列叙述错误的是( )
A.蜘蛛丝蛋白基因需与羊乳腺中特异表达的基因的启动子进行重组
B.用扩增羊的 即可检测丝蛋白基因是否转录
C.丝蛋白基因会伴随受体细胞分裂而自我复制
D.“生物钢”不仅强度大，还可以被生物降解，不会造成环境污染
√
[解析] 将蜘蛛丝蛋白基因与羊乳腺中特异表达的基因的启动子等结
合在一起构建成基因表达载体，这样可以保证目的基因只在羊乳腺
组织中表达，A正确;用不能扩增 ，可用丝蛋白基因探针与该
羊细胞的 杂交,检测目的基因是否转录，B错误;丝蛋白基因已
导入羊的受精卵中，所以丝蛋白基因会伴随受体细胞分裂而自我复
制，C正确;“生物钢”的化学本质是蛋白质，可以被生物降解，不会
造成环境污染，D正确。
1.在基因诊断技术中要用到DNA探针，下列有关DNA探针的说法，不
正确的是( )
A.基因诊断所用的DNA探针需用放射性同位素或荧光分子标记
B.用DNA探针进行基因诊断时利用了DNA分子杂交的原理
C.如果杂合的DNA分子片段中所有对应碱基间都发生了互补配对，即
可确定被检测标本与DNA探针所携带的遗传信息相同
D.用放射性同位素标记DNA探针的作用是增加DNA探针的相对分子
质量
√
[解析] 用放射性同位素标记DNA探针的作用是显示DNA探针片段与
标本DNA片段的杂合程度，D错误。
2.科学家在河南华溪蟹中找到了金属硫蛋白基因，并以质粒为载体，
采用转基因方法培育出了硫吸收能力极强的转基因烟草。下列有关
该烟草培育的说法，正确的是( )
A．金属硫蛋白基因需插入到质粒上，才能转移到受体细胞中
B．需用特定的限制酶切割烟草的核酸
C．同种限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段又可以切割质粒，
因此不具有专一性
D．金属硫蛋白基因必须位于重组质粒的起始密码子和终止密码子之
间才能进行表达
√
[解析] 金属硫蛋白基因需插入到质粒上，才能转移到受体细胞中，A
正确；在基因工程中，需用特定的限制酶切割目的基因和载体，而不
是切割烟草的核酸，B错误；限制酶具有专一性，能识别特定的脱氧
核苷酸序列，C错误；金属硫蛋白基因位于重组质粒的启动子与终止
子之间才能进行表达，D错误。
3.我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段导入到羊的受精卵中，
由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可用于
治疗血友病。下列叙述不正确的是( )
A．这项研究说明人和羊共用一套遗传密码
B．该羊的乳腺细胞中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基因
D．该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因
√
[解析] 自然界中的所有生物共用同一套遗传密码，这是人的凝血因子
基因能在羊的乳腺细胞中表达的基础，A正确；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，但
该羊的乳汁中不含有人的凝血因子基因，B正确，C错误；将含有人
凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，培育出的转基因羊
的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正确。
4.科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎病的基因，以质粒为运载体，
采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品种。下列有关叙述错
误的是( )
A.质粒可以在受体细胞中存活并表达其上的基因
B.只能以金花茶的受精卵作为基因工程的受体细胞
C.抗枯萎病基因进入金花茶细胞后仍然遵循中心法则
D.抗枯萎病基因在不同生物的细胞中表达的产物相同
√
[解析] 质粒能在受体细胞中复制并稳定保存，并且表达其上的基因，
A正确；金花茶的花粉也可以作为基因工程的受体细胞，然后再采用
单倍体育种得到能稳定遗传的新品种，B错误；抗枯萎病基因进入金
花茶细胞后要进行复制、转录、翻译，进而控制生物的性状，也要
遵循中心法则，C正确；抗枯萎病基因表达的产物是相同的，所以才
可用其进行新品种的培育，D正确。
5.运用生物工程技术对现有生物进行改造，从而获得人们需要的生物
新品种或新产品，是生命科学研究的方向。请据图回答下列问题:
(1)在培育转人生长激素基因牛的
过程中，①过程需要的工具酶是
　 ，②过
程常用的方法是　 　。
限制酶和DNA连接酶　
显微注射法
[解析] 图中①表示基因表达载体的构建，该过程首先需要用限制酶
切割载体和含有目的基因的外源DNA分子，其次还需要用DNA连接
酶将目的基因和载体连接，形成
重组DNA分子；当受体细胞为动
物细胞时，导入目的基因的常用
方法为显微注射法。
(2)转人生长激素基因牛可通过分泌乳汁来生产人生长激素，在基因表
达载体中，人生长激素基因的首端必须含有
　 。
③过程培养到桑葚胚或囊胚阶段，
可以采用　 技术，
培育出多头相同的转基因犊牛。
(乳腺中特异表达的基因的)启动子
胚胎分割　
[解析] 基因的表达需要启动子，启动子是RNA聚合酶特异性识别和
结合的部位。③过程培养到桑葚胚或囊胚阶段，可以采用胚胎分割
技术，培育出多头相同的转基因犊牛。
(3)prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入该调控基因来制备单
克隆抗体，Ⅱ最可能是　 细胞，Ⅲ代表的细胞具有
　
的特点。
B淋巴　
既能无限增殖又能产生特定抗体　
[解析] 能产生单克隆抗体的细胞Ⅲ必须具备既能无限增殖，又能产生
特异性抗体的能力，由图可知，给细胞Ⅱ导入无限增殖调控基因(prG)
后经筛选得到细胞Ⅲ，其能产生单克隆抗体，则细胞Ⅱ本身具备产生
抗体的能力，故Ⅱ为B淋巴细胞。
(4)在抗虫棉培育过程中，获取的抗虫基因来自于某种细菌，④过程中
的受体细胞如果采用愈伤组织细胞，与采用叶肉细胞相比较，其优点
是　 　。细菌的基因之
所以能在棉花细胞内表达，产生
抗性，其原因是
　 。
全能性高
它们共用同一套遗传密码　
[解析] 能④过程中的受体细胞如果采用愈伤组织细胞，与采用叶肉
细胞相比较，其优点是全能性高。细菌的基因之所以能在棉花细胞
内表达，产生抗性，其原因是它
们共用同一套遗传密码。
练习册
知识点一 基因工程在农牧业方面的应用
1.[2024·四川广汉中学月考]基因工程自20世纪70年代兴起后，得到
了飞速的发展，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面展示出广阔
的前景。以下关于基因工程应用的说法,不正确的是( )
A.我国转基因抗虫棉的目的基因来自某种真菌
B.外源生长激素基因表达可以使转基因动物生长更快
C.培育抗除草剂的玉米需要使用限制酶、 连接酶等工具酶
D.通过基因工程可以提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力
√
[解析] 转基因抗虫棉的目的基因主要是 抗虫蛋白基因,该目的基因
是从苏云金芽孢杆菌中提取的，其属于细菌而非真菌，A错误;外源
生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，B正确;培育抗
除草剂的玉米需要使用限制酶(切割目的基因和载体)、 连接酶
(连接切割后的目的基因和载体)等工具酶，C正确;由于盐碱和干旱对
农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，可以通过基因工程利用一
些调节细胞渗透压的基因来提高作物的抗盐碱和抗干旱能力，D正确。
2.抗逆转基因作物的培育与推广带来的巨大社会效益是( )
①在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制
②减少了化学农药对环境的污染和对人畜的危害
③减少了化肥的制造和使用量，有利于环境的保护
④已成为人类解决饥饿和贫困不可或缺的技术
A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④
√
[解析] 抗逆转基因作物在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件
的限制，①正确；抗虫转基因作物和抗病转基因作物能减少农药的
使用，从而减少农药对环境的污染和对人畜的危害，②正确；抗逆
转基因作物的培育与推广，不会减少化肥的制造和使用量，③错误；
抗逆转基因作物使得作物能在不良环境下更好地生长，产量提高，
已成为人类解决饥饿和贫困不可或缺的技术，④正确。综上所述，B
符合题意。
3.[2024·江苏南京期末]盐碱胁迫下植物应激反应产生的 对细胞有毒害作用。
禾本科农作物蛋白通过调节细胞膜上 蛋白磷酸化水平，影响 的跨
膜转运，如图所示。下列叙述错误的是( )
A.细胞膜上蛋白高磷酸化水平是其提高 外排能力所必需的
B.蛋白磷酸化被抑制，促进 外排，从而减轻其对细胞的毒害
C.敲除基因从而去除禾本科农作物的 蛋白可提高其耐盐碱能力
D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径
√
[解析] 由题图可知，蛋白缺陷，对 蛋白的磷酸化没有了抑
制作用，进而促进排到膜外，推测 蛋白高磷酸化水平促进
排到膜外，A正确；据题图可知，蛋白能够抑制 蛋白
的磷酸化，减少了 从细胞内输出到细胞外的量，导致抗氧化胁
迫能力弱，不能减轻对细胞的毒害，B错误；
蛋白缺陷，对蛋白的磷酸化没有了抑制作用，进而促进
排到膜外，敲除 基因或抑制其表达，可提高禾本科农作物抗氧化
胁迫的能力，进而提高其成活率，C正确；从特殊物种中发掘逆境胁
迫相关基因，可通过基因工程技术改良农作物抗逆性，D正确。
4.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
素基因的表达载体，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.构建基因表达载体需要限制酶和 聚合酶参与
C.大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过 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
√
[解析] 转基因大西洋鲑体内并没有导入抗冻蛋白基因，只是导入了
抗冻蛋白基因的启动子，A错误；构建基因表达载体需要限制酶和
连接酶参与，B错误；目的基因可通过 技术扩增获得，C错
误；生长激素基因能控制合成生长激素，生长激素含量增加导致转
基因大西洋鲑的生长速度加快，D正确。
5.[2024·浙江北斗星盟联考]将苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因基因
导入棉花细胞培育得到抗虫棉，但种植一段时间后发现其抗虫效果
减弱，为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性，以下采取的措施不合理
的是( )
A.转基因棉田周围种植非抗虫棉，可降低棉铃虫抗性基因的突变率
B.转入多种抗虫基因能提高抗虫持久性，因为棉铃虫基因突变频率
低且不定向
C.为棉铃虫提供庇护所，可使敏感型棉铃虫在种群中维持一定比例
D.提高 基因的表达量，可降低抗虫棉种植区棉铃虫的种群密度
√
[解析] 自然状态下，基因突变的频率是很低的，且具有不定向性，
在转基因棉田周围种植非抗虫棉，不能降低棉铃虫抗性基因的突变
率，A错误；棉铃虫基因突变频率低且具有不定向性，因此转入多种
抗虫基因能避免单一抗虫基因频率上升，进而提高抗虫持久性，B正
确；为棉铃虫提供庇护所，使敏感型棉铃虫在种群中维持一定比例，
增加抗性棉铃虫和敏感型棉铃虫基因交流的机会，进而可以使抗虫
棉维持抗虫持久性，C正确；提高基因的表达量，提高抗虫棉中
蛋白的含量，高效杀死棉铃虫，进而可降低抗虫棉种植区棉铃虫的
种群密度，提高转基因抗虫棉的抗虫持久性，D正确。
6.中国科学家将黄肥尾蝎的神经毒素基因 导入能寄生在许多害
虫体内的绿僵菌中，增强了绿僵菌致死害虫的效应，可有效控制虫
害;将长穗偃麦草的 基因导入小麦,其表达产物可减轻赤霉菌对
小麦的感染。下列说法错误的是( )
A.将 基因导入小麦，可采用农杆菌转化法
B.将 基因导入小麦，可影响赤霉菌对小麦的寄生能力
C.只有将目的基因导入防治对象,才能达到生物防治目的
D.用绿僵菌工程菌减少虫害,不改变绿僵菌与害虫的种间关系
√
[解析] 将 基因导入小麦可用农杆菌转化法或花粉管通道法，A
正确;将 基因导入小麦,其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染，
即影响了赤霉菌对小麦的寄生能力，B正确;要想达到生物防治的目
的不一定要将目的基因导入防治对象,如可将目的基因导入能寄生在
多种害虫体内的绿僵菌中,这种方法同样可以达到生物防治的目的，
C错误;生物的种间关系是生物协同进化的结果，用绿僵菌工程菌减
少虫害,不改变绿僵菌与害虫的种间关系，D正确。
知识点二 基因工程在医药卫生领域和其他方面的应用
7.工程菌在降解有毒有害化合物、吸收环境重金属、分解泄露石油、
处理工业废水等方面发挥着重要作用。下列属于工程菌的是( )
A.通过 射线处理后，青霉素产量明显提高的青霉菌
B.通过细胞杂交技术获得繁殖快的酵母菌
C.为抗虫棉培育提供抗虫基因的苏云金杆菌
D.通过转基因技术培育的能够分解多种石油成分的细菌
√
[解析] 通过 射线处理后，青霉素产量明显提高的青霉菌是诱变育种
的产物，不是工程菌，A错误；通过细胞杂交技术获得繁殖快的酵母
菌属于细胞工程产物，不是工程菌，B错误；为抗虫棉培育提供抗虫
基因的苏云金杆菌是基因工程的供体，不是工程菌，C错误；通过转
基因技术培育的能够分解多种石油成分的细菌属于工程菌，D正确。
8.下列表示抗凝血酶乳腺生物反应器的制备过程，下列说法正确的是
( )
A.抗凝血酶基因需要与乳腺细胞的启动子结合在一起
B.②表示性别为雄性的胚胎
C.常用农杆菌转化法将该基因导入受体细胞
D.①表示受精卵
√
[解析] 抗凝血酶基因需要与乳腺中特异表达的基因的启动子结合在
一起，实现抗凝血酶基因只在转基因母牛的乳腺细胞中表达，A错误；
由于只有母牛能产奶，因此②表示性别为雌性的胚胎，B错误；培育
转基因动物时应该以受精卵为受体细胞，因此①表示受精卵，常用
显微注射法将基因导入动物受精卵细胞，C错误，D正确。
9.[2024·湖北武汉期中]人的血清白蛋白在临床上需求量很大。科学
家培育出一种转基因山羊，其膀胱上皮细胞可以合成人的血清白蛋
白并分泌到尿液中。下列叙述正确的是( )
A.可从人体成熟的红细胞中获取血清白蛋白基因
B.应选用膀胱上皮细胞作为目的基因的受体细胞
C.人的血清白蛋白基因只存在于转基因山羊的膀胱上皮细胞中
D.转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中有利于该蛋白的收集
√
[解析] 人体成熟的红细胞细胞核退化消失，细胞中无核 ，其不
含血清白蛋白基因，A错误；由于膀胱上皮细胞没有全能性，应选用
受精卵作为目的基因的受体细胞，以培育得到转基因山羊，B错误；
由于体细胞都是由受精卵经有丝分裂而来，遗传物质没有改变，因
此转基因山羊所有体细胞均含有人血清白蛋白基因(红细胞在成熟前
也有)，C错误；转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中，可通
过收集尿液来收集该蛋白，D正确。
10.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究，叙述不正确的是
( )
A.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.在器官供体的基因组中导入调控基因表达的 序列的目的是抑
制抗原决定基因的表达
√
[解析] 器官短缺和免疫排斥是目前人类器官移植面临的两大难题，
A正确；由于猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似，人类
将解决移植器官短缺问题的目光移向猪的身上，B正确；猪体内隐藏
的、可导致人类疾病的病毒少于灵长类动物，C错误；无论以哪种动
物作为供体，都需要在器官供体基因组中导入调控基因表达的
序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，D正确。
11.青霉素发酵是高耗氧过程。在青霉素的发酵生产过程中总有头孢
霉素产生。人们通过对青霉菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头
孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种
不同酶的作用分别合成两种产物。下列叙述错误的是( )
A.工业化生产之前需要进行青霉菌纯培养，筛选青霉素分泌量高的
优良菌种
B.进行主发酵前一次性加足所需的营养组分以利于工业化生产
C.通过敲除其中一种酶的基因，从而使青霉菌只产生一种产物
D.将血红蛋白基因导入青霉菌是一种保证发酵过程中高效供氧的思路
√
[解析] 工业化生产是为了获得专一的产物，同时为了获得更高的经
济效益，在工业化生产之前需要进行青霉菌纯培养，筛选青霉素分
泌量高的优良菌种，A正确；持续加入发酵原料有利于工业化生产，
源源不断产生发酵产品，B错误；由题干信息“在青霉素与头孢霉素
的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶
的作用分别合成两种产物”可知，对青霉菌株中控制其中一种酶合成
的基因进行敲除，则青霉菌只能产生另一种酶，使青霉菌只产生一
种产物，C正确；青霉菌是需氧型微生物，血红蛋白能运输氧气，将
血红蛋白基因转入青霉菌中是一种保证发酵过程中高效供氧的思路，
D正确。
12.1988年，美国默克公司以700万元的价格，向我国全部转让当时最
先进的重组乙肝疫苗的生产技术。该技术利用酿酒酵母来表达乙肝
病毒的表面抗原,然后将表面抗原 纯化后混合佐剂制
成乙肝疫苗。下列相关说法错误的是 ( )
A.传统乙肝疫苗的生产方式是在培养液中培养乙肝病毒,再对乙肝病
毒进行减毒或灭活处理
B. 基因导入酵母中仍能成功表达，是由于酵母和乙肝病毒共
用一套遗传密码
C.科学家不选大肠杆菌作受体,可能是因为 需要依赖内质网和
高尔基体进行后期加工和包装
D.该技术的原理是基因重组，通过该技术生产出的疫苗化学本质是
蛋白质
√
[解析] 病毒营寄生生活，不能独立进行代谢活动，只有寄生在宿主
活细胞内才能生存和繁殖，所以乙肝病毒不能在培养液中直接培养，
而是通过宿主活细胞才能培养，A错误;几乎所有生物体都共用一套
密码子，所以 基因导入酵母中仍能成功表达，B正确;大肠杆
菌是原核生物，只含有核糖体这一种细胞器，而 需要内质网
和高尔基体进行后期加工和包装，所以不选用大肠杆菌作为受体，C
正确；由题干分析可知，该技术是以乙肝病毒的表面抗原 对
应的基因为目的基因，与酿酒酵母进行 重组，后通过基因表达，
得到乙肝病毒的表面抗原 ，所以该技术的原理是基因重组，
通过该技术生产出的疫苗化学本质是蛋白质，D正确。
13.[2024·山西晋城一中月考]下图是研究人员利用生物工程技术培育
能产生人生长激素的转基因牛的过程。下列叙述正确的是( )
人的生长激素基因重组 受精卵 转基因牛
A.基因工程是在 分子水平上进行的
B.接受了重组 的受精卵，可直接移植到代孕母牛的子宫
C.若在②过程中培养到囊胚阶段，对胚胎进行任意切割，可培育出
多头相同的转基因牛
D.受体细胞可用成体干细胞代替受精卵
√
[解析] 基因工程操作对象是 ，是在分子水平上进行的，A正确；
接受了重组 的受精卵需要在体外培养至桑葚胚或者囊胚阶段，
再移植到代孕母牛的子宫，B错误；若在②过程中培养到囊胚阶段，
对胚胎进行分割处理时，要注意将内细胞团均等分割，C错误；成体
干细胞不具有发育成完整个体的能力，因此受体细胞不能用成体干
细胞代替受精卵，D错误。
14.如图是科学家新研发的制备单克隆抗体的
过程，相关叙述错误的是( )
A.经酶A处理后的Ⅰ与质粒可能具有相同的黏
性末端
B.该过程涉及基因工程和动物细胞融合技术
C.通过检测和筛选得到的Ⅲ细胞既能无限增
殖又能分泌特异性抗体
D.若供体提供了 基因(无限增殖调控
基因)，则该过程中的Ⅱ是已免疫的B细胞
√
[解析] 酶具有专一性，题图中的酶A为限制
酶，同种限制酶能识别相同的核苷酸序列，
切割形成相同的黏性末端或平末端，因此，
经酶A处理后的Ⅰ与质粒可能具有相同的黏性
末端，A正确；该过程涉及基因工程和动物细胞培养技术，不涉及动物
细胞融合技术，B错误；Ⅲ细胞可能是含有无限增殖调控基因的B细胞，
既能无限增殖，又能分泌特异性抗体，C正确；若供体提供了
基因 (无限增殖调控基因)，则Ⅱ是已免疫的B细胞，D正确。
15.[2024·河北沧州期末] 利用基因工程对重金属污染的土壤进行生
物修复是指通过先进的基因工程手段对现有的生物进行改造，以提
高耐受重金属胁迫的能力以及对重金属积累的能力。科研人员发现
了杨树中存在一种重金属转运蛋白 基因。回答下列问题：
(1)若要用技术特异性拷贝“基因”，需在 反应中加入引
物，两种引物及其与模板链的结合位置如图甲所示。
甲
乙
若要得到图乙所示的5种不同 分子，至少要经___轮循环，其中
第⑤种 分子的个数是_____。
3
2个
[解析] 图乙中5种不同的分子中，出现了与目的基因等长的
分子⑤，所以至少要经过3轮循环；经过3轮循环，1个 分子可以
产生(个)分子，其中第⑤种 分子的个数是2个。
甲
乙
(2)研究者将从杨树中克隆的 基因与外源高效启动子连接，导
入杨树基因组中(如图丙)。
丙
①研究者要想实现上述导入过程，需要借助于三种“分子工具”；“分
子手术刀”“____________”和“____________”。其中，最后一个上面
通常有特殊的__________，以便于重组 分子的筛选。
分子缝合针
分子运输车
标记基因
丙
②为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的 基因，同时
避免内源基因的干扰，在进行 扩增时，应选择的引物组合
是______，作出此选择的理由是 ______________________________
___________________________________________________________
__________________________________________________________ 。
和
选择和 两种引物，扩增出的
分子中含有 基因和外源高效启动子，可以检测转基因杨树
苗中是否含有导入的基因，同时避免内源 基因的干扰
丙
[解析] ①研究者若要将从杨树中克隆的 基因与外源高效启动
子连接，导入杨树基因组中，需要借助三种“分子工具”，分别是“分
子手术刀”——限制性内切核酸酶、“分子缝合针” 连接酶和
“分子运输车”——载体；载体上通常具有标记基因，以便于重组
分子的筛选和鉴定。
丙
②和 两种引物结合的模板链相同，不能扩增出需要的目的基因；引
物和扩增出的目的基因中只有 基因，不含高效启动子区域，无
法避免内源 基因的干扰；选择引物和，扩增出的 片段中既
含有高效启动子区域，又含有基因，既可以达到检测目的，又能
避免内源 基因的干扰。
丙
(3)与物理、化学方法清除相比，利用转基因植物修复重金属污染土
壤的优点有_________________________________________________
_______(答出2点即可)。
环境污染小、植物中的重金属可以重新收集利用、经济有效等
[解析] 与物理、化学方法清除相比，利用转基因植物修复重金属污
染土壤的优点有环境污染小、植物中的重金属可以重新收集利用、
经济有效等。
16.[2024·重庆期末] 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，
广泛用于病毒感染、癌症等疾病的治疗。某科研小组利用基因工程
技术培育了产干扰素转基因奶牛,利用奶牛乳腺生物反应器，批量获
得干扰素。
请回答下列问题：
(1)已知链的合成方向是端端, 若要通过 技术扩增出人
的干扰素基因,应该选择的引物是______________。
引物2和引物3
[解析] 若要通过 技术扩增出人的干扰素基因,应该选择能与模板
链的 端结合的引物，所以选择引物2和引物3。
(2)若用Ⅰ和 Ⅰ联合酶切割目的基因和质粒构建基因表达载
体，成功导入受体细胞后几乎全部细胞都能正常表达基因产物，而
仅用 Ⅰ处理目的基因和质粒构建基因表达载体,经培养发现约
的细胞能正常表达目的基因产物,主要原因是_________________
___________________________。
只用一种限制酶，存在正接和反接两种重组质粒
[解析] 只用一种限制酶切割时，目的基因与质粒结合时，存在正接
和反接两种重组质粒，因此将该重组质粒成功导入受体细胞后,经培
养，发现约有 的细胞能正常表达目的基因产物。
(3)根据图乙质粒结构,可将受体细胞置于含____________的培养基中
筛选出重组质粒成功转入的细胞。
氨苄青霉素
[解析] 根据图乙质粒结构，标记基因是氨苄青霉素抗性基因，所以
可将受体细胞置于含氨苄青霉素的培养基中筛选出重组质粒成功转
入的细胞。
(4)转基因奶牛培育成功的标志是______________________。
牛奶中能检测到干扰素
[解析] 转基因奶牛培育成功的标志是牛奶中能检测到干扰素。
(5)该科研小组发现利用基因工程技术培育的产干扰素的奶牛经常感
染布鲁氏菌病、结核病,故征集培育出肺部细胞可产乳铁蛋白肽
(一种抗菌多肽)且乳汁中含干扰素的双转基因奶牛新品种的方案，某
同学设计了图丙的基因表达载体,该方案被科研小组否定,原因主要是
_____________________________________________________。
两个基因共用一个启动子无法实现在不同细胞中分别表达
[解析] 该同学设计方案失败的原因是两个基因共用一个启动子无法
实现在不同细胞中分别表达。第3节　基因工程的应用
【预习梳理】
一、1.抗虫　病毒、真菌　降解或抵抗某种除草剂　某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码
2.(1)外源生长激素基因　(2)肠乳糖酶基因
二、(1)基因改造　抗体　激素
(2)乳腺(乳房)生物反应器　①药用蛋白　启动子　显微注射　受精卵　②乳汁
(3)调控基因表达的DNA序列　抗原决定　抗原决定　
三、(1)氨基酸　(2)①牛凝乳酶　②基因工程菌
四、(1)超级细菌　
【任务活动】
任务
[情境]
(1)Ca2+　能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
(2)显微注射法　乳腺中特异表达的基因的启动子
(3)受精卵　只在乳腺上皮细胞
(4)易培养、繁殖快
(5)方法一。方法一中的受体细胞是细菌细胞,其内无内质网和高尔基体,无法对胰岛素进行加工和修饰。
反馈评价
例1　A　[解析] 将人的生长激素基因与相应调控元件重组后利用显微注射法导入受体哺乳动物的受精卵中,A错误;需要将乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与目的基因重组在一起,使目的基因只在乳腺组织中特异性表达,B正确;动物必须是雌性才能满足要求,C正确;由于目的基因只在乳腺组织中特异性表达,因此受体动物需要进入泌乳期后才能成为“批量生产药物的工厂”,D正确。
例2　B　[解析] 生长激素基因在转录时需要RNA聚合酶参与,不需要解旋酶和DNA连接酶参与,A错误;要导入重组质粒,大肠杆菌一般先用Ca2+处理,使其处于一种能吸收周围环境DNA分子的生理状态,B正确;大肠杆菌质粒标记基因中不含尿嘧啶(U),C错误;发酵液中只有导入重组质粒的大肠杆菌才能产生人生长激素,D错误。
【当堂自测】
1.(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)× (8)√
[解析] (4)转基因抗虫植物会对昆虫的抗药性进行选择,昆虫群体抗虫基因频率增加。
(6)乳腺生物反应器生产的药物在自然界中可以找到。
(7)培育转入人胰岛素基因的动物时,受体细胞一般是受精卵,由其增殖分化形成的细胞一般均含有人胰岛素基因。
2.B　[解析] 将某些抗病基因导入植物中,利用植物组织培养技术,可培育转基因抗病植物,能有效提高栽培作物的产量,A正确;大肠杆菌是原核生物,没有内质网和高尔基体,因此转基因大肠杆菌生产的胰岛素还需进行加工才可用于临床治疗人的糖尿病,B错误;植物细胞具有全能性,将降解或抵抗某种除草剂的基因导入植物体细胞或受精卵中,可培育出抗除草剂的作物品种, C正确;动物基因工程通常涉及基因工程(目的基因的获取和转移)、动物细胞培养、胚胎移植等技术,D正确。
3.B　[解析] 导入目的基因前需要对M基因进行扩增,PCR需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链,A正确;含M的T-DNA插入西红柿染色体DNA上,才能稳定存在和表达,而不是整个Ti质粒插入,B错误;即使M在西红柿中成功表达,也必须进行个体生物学水平的鉴定,以确定实际效果,C正确;西红柿容易种植,成本低且易储存,D正确。
4.B　[解析] 将蜘蛛丝蛋白基因与羊乳腺中特异表达的基因的启动子等结合在一起构建成基因表达载体,这样可以保证目的基因只在羊乳腺组织中表达,A正确;用PCR不能扩增RNA,可用丝蛋白基因探针与该羊细胞的mRNA杂交,检测目的基因是否转录,B错误;丝蛋白基因已导入羊的受精卵中,所以丝蛋白基因会伴随受体细胞分裂而自我复制,C正确;“生物钢”的化学本质是蛋白质,可以被生物降解,不会造成环境污染,D正确。第3节　基因工程的应用
一、基因工程在农牧业方面的应用
1.在农业方面的应用
应用 目的基因 成果
转基因 抗虫植物 具有 功能的基因 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯等
转基因 抗病植物 来自某些 等的抗病基因 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等
转基因抗 除草剂植物 的基因 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
改良植 物的品质 基因、与植物花青素代谢相关的基因等 转基因玉米、转基因矮牵牛
2.在牧业方面的应用
(1)提高动物的生长速率:将
导入动物体内,以提高动物的生长速率。
(2)改善畜产品的品质:将 导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
(1)对微生物或动植物的细胞进行 ,使它们能够生产药物。这些药物包括细胞因子、 、疫苗和 等。
(2)让哺乳动物批量生产药物,构建 。
①操作:将 基因与乳腺中特异表达的基因的 等调控元件重组在一起,通过 的方法,导入哺乳动物的 中,培育转基因动物。
②目标:转基因动物在进入泌乳期后,可以通过分泌 来生产所需要的药物。
(3)可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。
研究方向:在器官供体的基因组中导入 ,以抑制 基因的表达,或设法除去 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猪器官。
三、基因工程在食品工业方面的应用
(1)应用:生产食品工业用酶、 和维生素等。
(2)实例
①将编码 的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中,通过工业发酵批量生产凝乳酶。
②构建 ,用发酵技术大量生产淀粉酶、脂肪酶等。
四、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“ ”来处理环境污染。
(2)利用经过基因改造的微生物来生产能源。
任务乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
【情境】利用基因工程生产人胰岛素有两种方法:
方法一:将胰岛素基因转入细菌细胞,进行微生物培养,提取胰岛素。
方法二:将胰岛素基因转入高等哺乳动物的受精卵,培养成转基因动物并从其乳汁中提取胰岛素。
(1)方法一中,为使胰岛素基因能顺利进入细菌细胞,应用 处理细菌细胞,目的是使细胞处于一种 。
(2)方法二中,将目的基因导入受体细胞常用的方法是 。要确保人胰岛素基因只在牛的乳腺细胞中表达,应该采取的措施是在人胰岛素基因的首端加上 等调控元件。
(3)方法二中,构建好的基因表达载体应导入 ,目的基因(如药用蛋白基因) (填“在所有体细胞”或“只在乳腺上皮细胞”)中表达。
(4)大肠杆菌和酵母菌均可作为生产胰岛素的工程菌,该类工程菌的优点是 (至少答出两点)。
(5)上述两种方法中,哪种方法得到的胰岛素需要进一步加工和修饰以使其获得生物活性 试解释其原因。
1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
项目 乳腺生物反应器 工程菌
含义 指使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达,利用动物的乳腺组织生产药用蛋白 指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类
受体基因结 构与人类基 因结构的差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌的基因结构与人类的基因结构有较大差异
基因表达 合成的药用蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药用蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因的 导入方式 显微注射法 钙离子处理
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
2.膀胱生物反应器:用转基因技术,将外源基因导入动物基因组中并定位表达于膀胱特定组织,在动物的尿液中提取具有重要价值产品的转基因动物的总称。膀胱生物反应器和乳腺生物反应器具有相同的优点,如收集产物蛋白比较容易,不必对动物造成伤害。但是,膀胱反应器还有更好的优点,该系统可从动物一出生就收集产物,不论动物的性别和是否正处于生殖期。
例1利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器,以生产所需要的药品,如用转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时,下列说法错误的是()
A.利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内
B.需要将乳腺中特异表达的基因的启动子等与目的基因重组在一起
C.动物必须是雌性才能满足要求
D.动物需要进入泌乳期后才能成为“批量生产药物的工厂”
例2[2024·湖北宜昌联考]将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素基因后,重新导入大肠杆菌细胞内,再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列叙述正确的是()
A.转录人生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B.要导入重组质粒,大肠杆菌一般先用Ca2+处理
C.大肠杆菌质粒标记基因中A和U的含量相等
D.发酵液中所有的大肠杆菌均能产生人生长激素
1.正误辨析
(1)转基因抗虫作物的使用有利于降低生产成本并减少农药对环境的污染。()
(2)运用基因工程技术让牛合成人白蛋白,该技术将导致定向变异。()
(3)抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性。()
(4)转基因抗虫植物不会导致昆虫群体抗性基因频率增加。()
(5)基因工程生产药品具有高效率、低成本的特点。()
(6)乳腺生物反应器生产的药物是自然界没有的。()
(7)用动物乳腺生物反应器生产人胰岛素,该动物体内只有乳腺细胞中含有人胰岛素基因。()
(8)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,在临床上用于治疗病毒感染性疾病。()
2.[2024·新疆乌鲁木齐期末]基因工程技术是通过采用重组DNA技术实现从一种生物体向另一种生物体进行基因的转移。下列关于基因工程应用的叙述,不正确的是()
A.转基因抗病植物的培育可有效提高栽培作物的产量
B.转基因大肠杆菌生产的胰岛素可直接用于临床治疗糖尿病
C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物,可培育出抗除草剂的作物品种
D.动物基因工程通常涉及基因工程、动物细胞培养、胚胎移植等技术
3.[2024·江苏泰州月考]科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的西红柿,被称之为“西红柿乙肝疫苗”。具体操作是将乙肝抗原基因M导入农杆菌,然后利用农杆菌将M导入西红柿细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的西红柿,体内产生了抗乙肝病毒的抗体,下列叙述错误的是()
A.实验用PCR技术对M基因进行扩增,需要两种引物
B.含M的重组Ti质粒必须插入西红柿染色体DNA上
C.即使M在西红柿中成功表达,也要进行个体生物学水平的鉴定
D.西红柿乙肝疫苗成本相对较低且易于储存
4.[2024·福建德化一中月考]蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”,有着超强的抗张强度,可制成防弹背心、降落伞绳等。科学家将蜘蛛的丝蛋白基因导入羊的受精卵中,就可从转基因羊奶中提取大量丝蛋白。下列叙述错误的是()
A.蜘蛛丝蛋白基因需与羊乳腺中特异表达的基因的启动子进行重组
B.用PCR扩增羊的mRNA即可检测丝蛋白基因是否转录
C.丝蛋白基因会伴随受体细胞分裂而自我复制
D.“生物钢”不仅强度大,还可以被生物降解,不会造成环境污染第3节　基因工程的应用
1.A　[解析] 转基因抗虫棉的目的基因主要是Bt抗虫蛋白基因,该目的基因是从苏云金芽孢杆菌中提取的,其属于细菌而非真菌,A错误;外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快,B正确;培育抗除草剂的玉米需要使用限制酶(切割目的基因和载体)、DNA连接酶(连接切割后的目的基因和载体)等工具酶,C正确;由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关,可以通过基因工程利用一些调节细胞渗透压的基因来提高作物的抗盐碱和抗干旱能力,D正确。
2.B　[解析] 抗逆转基因作物在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制,①正确;抗虫转基因作物和抗病转基因作物能减少农药的使用,从而减少农药对环境的污染和对人畜的危害,②正确;抗逆转基因作物的培育与推广,不会减少化肥的制造和使用量,③错误;抗逆转基因作物使得作物能在不良环境下更好地生长,产量提高,已成为人类解决饥饿和贫困不可或缺的技术,④正确。综上所述,B符合题意。
3.B　[解析] 由题图可知,AT1蛋白缺陷,对PIP2s蛋白的磷酸化没有了抑制作用,进而促进H2O2排到膜外,推测PIP2s蛋白高磷酸化水平促进H2O2排到膜外,A正确;据题图可知,AT1蛋白能够抑制PIP2s蛋白的磷酸化,减少了H2O2从细胞内输出到细胞外的量,导致抗氧化胁迫能力弱,不能减轻H2O2对细胞的毒害,B错误;AT1蛋白缺陷,对PIP2s蛋白的磷酸化没有了抑制作用,进而促进H2O2排到膜外,敲除AT1基因或抑制其表达,可提高禾本科农作物抗氧化胁迫的能力,进而提高其成活率,C正确;从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因,可通过基因工程技术改良农作物抗逆性,D正确。
4.D　[解析] 转基因大西洋鲑体内并没有导入抗冻蛋白基因,只是导入了抗冻蛋白基因的启动子,A错误;构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶参与,B错误;目的基因可通过PCR技术扩增获得,C错误;生长激素基因能控制合成生长激素,生长激素含量增加导致转基因大西洋鲑的生长速度加快,D正确。
5.A　[解析] 自然状态下,基因突变的频率是很低的,且具有不定向性,在转基因棉田周围种植非抗虫棉,不能降低棉铃虫抗性基因的突变率,A错误;棉铃虫基因突变频率低且具有不定向性,因此转入多种抗虫基因能避免单一抗虫基因频率上升,进而提高抗虫持久性,B正确;为棉铃虫提供庇护所,使敏感型棉铃虫在种群中维持一定比例,增加抗性棉铃虫和敏感型棉铃虫基因交流的机会,进而可以使抗虫棉维持抗虫持久性,C正确;提高Bt基因的表达量,提高抗虫棉中Bt蛋白的含量,高效杀死棉铃虫,进而可降低抗虫棉种植区棉铃虫的种群密度,提高转基因抗虫棉的抗虫持久性,D正确。
6.C　[解析] 将Fhb7基因导入小麦可用农杆菌转化法或花粉管通道法,A正确;将Fhb7基因导入小麦,其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染,即影响了赤霉菌对小麦的寄生能力,B正确;要想达到生物防治的目的不一定要将目的基因导入防治对象,如可将目的基因导入能寄生在多种害虫体内的绿僵菌中,这种方法同样可以达到生物防治的目的,C错误;生物的种间关系是生物协同进化的结果,用绿僵菌工程菌减少虫害,不改变绿僵菌与害虫的种间关系,D正确。
7.D　[解析] 通过X射线处理后,青霉素产量明显提高的青霉菌是诱变育种的产物,不是工程菌,A错误;通过细胞杂交技术获得繁殖快的酵母菌属于细胞工程产物,不是工程菌,B错误;为抗虫棉培育提供抗虫基因的苏云金杆菌是基因工程的供体,不是工程菌,C错误;通过转基因技术培育的能够分解多种石油成分的细菌属于工程菌,D正确。
8.D　[解析] 抗凝血酶基因需要与乳腺中特异表达的基因的启动子结合在一起,实现抗凝血酶基因只在转基因母牛的乳腺细胞中表达,A错误;由于只有母牛能产奶,因此②表示性别为雌性的胚胎,B错误;培育转基因动物时应该以受精卵为受体细胞,因此①表示受精卵,常用显微注射法将基因导入动物受精卵细胞,C错误,D正确。
9.D　[解析] 人体成熟的红细胞细胞核退化消失,细胞中无核DNA,其不含血清白蛋白基因,A错误;由于膀胱上皮细胞没有全能性,应选用受精卵作为目的基因的受体细胞,以培育得到转基因山羊,B错误;由于体细胞都是由受精卵经有丝分裂而来,遗传物质没有改变,因此转基因山羊所有体细胞均含有人血清白蛋白基因(红细胞在成熟前也有),C错误;转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中,可通过收集尿液来收集该蛋白,D正确。
10.C　[解析] 器官短缺和免疫排斥是目前人类器官移植面临的两大难题,A正确;由于猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似,人类将解决移植器官短缺问题的目光移向猪的身上,B正确;猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于灵长类动物,C错误;无论以哪种动物作为供体,都需要在器官供体基因组中导入调控基因表达的DNA序列,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因,D正确。
11.B　[解析] 工业化生产是为了获得专一的产物,同时为了获得更高的经济效益,在工业化生产之前需要进行青霉菌纯培养,筛选青霉素分泌量高的优良菌种,A正确;持续加入发酵原料有利于工业化生产,源源不断产生发酵产品,B错误;由题干信息“在青霉素与头孢霉素的合成过程中,它们有一个共同的前体,这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两种产物”可知,对青霉菌株中控制其中一种酶合成的基因进行敲除,则青霉菌只能产生另一种酶,使青霉菌只产生一种产物,C正确;青霉菌是需氧型微生物,血红蛋白能运输氧气,将血红蛋白基因转入青霉菌中是一种保证发酵过程中高效供氧的思路,D正确。
12.A　[解析] 病毒营寄生生活,不能独立进行代谢活动,只有寄生在宿主活细胞内才能生存和繁殖,所以乙肝病毒不能在培养液中直接培养,而是通过宿主活细胞才能培养,A错误;几乎所有生物体都共用一套密码子,所以HBsAg基因导入酵母中仍能成功表达,B正确;大肠杆菌是原核生物,只含有核糖体这一种细胞器,而HBsAg需要内质网和高尔基体进行后期加工和包装,所以不选用大肠杆菌作为受体,C正确;由题干分析可知,该技术是以乙肝病毒的表面抗原(HBsAg) 对应的基因为目的基因,与酿酒酵母进行DNA重组,后通过基因表达,得到乙肝病毒的表面抗原(HBsAg),所以该技术的原理是基因重组,通过该技术生产出的疫苗化学本质是蛋白质,D正确。
13.A　[解析] 基因工程操作对象是DNA,是在分子水平上进行的,A正确;接受了重组DNA的受精卵需要在体外培养至桑葚胚或者囊胚阶段,再移植到代孕母牛的子宫,B错误;若在②过程中培养到囊胚阶段,对胚胎进行分割处理时,要注意将内细胞团均等分割,C错误;成体干细胞不具有发育成完整个体的能力,因此受体细胞不能用成体干细胞代替受精卵,D错误。
14.B　[解析] 酶具有专一性,题图中的酶A为限制酶,同种限制酶能识别相同的核苷酸序列,切割形成相同的黏性末端或平末端,因此,经酶A处理后的Ⅰ与质粒可能具有相同的黏性末端,A正确;该过程涉及基因工程和动物细胞培养技术,不涉及动物细胞融合技术,B错误;Ⅲ细胞可能是含有无限增殖调控基因的B细胞,既能无限增殖,又能分泌特异性抗体,C正确;若供体DNA提供了prG基因(无限增殖调控基因),则Ⅱ是已免疫的B细胞,D正确。
15.(1) 3　2个
(2)分子缝合针　分子运输车　标记基因　a和b　选择a和b两种引物,扩增出的DNA分子中含有HMA3基因和外源高效启动子,可以检测转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因,同时避免内源HMA3基因的干扰
(3)环境污染小、植物中的重金属可以重新收集利用、经济有效等
[解析] (1)图乙中5种不同的DNA分子中,出现了与目的基因等长的DNA分子⑤,所以至少要经过3轮循环;经过3轮循环,1个DNA分子可以产生23=8(个)DNA分子,其中第⑤种DNA分子的个数是2个。(2)①研究者若要将从杨树中克隆的HMA3基因与外源高效启动子连接,导入杨树基因组中,需要借助三种“分子工具”,分别是“分子手术刀”——限制性内切核酸酶、“分子缝合针”——DNA连接酶和“分子运输车”——载体;载体上通常具有标记基因,以便于重组DNA分子的筛选和鉴定。②a和c两种引物结合的模板链相同,不能扩增出需要的目的基因;引物b和c扩增出的目的基因中只有HMA3基因,不含高效启动子区域,无法避免内源HMA3基因的干扰;选择引物a和b,扩增出的DNA片段中既含有高效启动子区域,又含有HMA3基因,既可以达到检测目的,又能避免内源HMA3基因的干扰。(3)与物理、化学方法清除相比,利用转基因植物修复重金属污染土壤的优点有环境污染小、植物中的重金属可以重新收集利用、经济有效等。
16.(1)引物2和引物3
(2)只用一种限制酶,存在正接和反接两种重组质粒
(3)氨苄青霉素
(4)牛奶中能检测到干扰素
(5)两个基因共用一个启动子无法实现在不同细胞中分别表达
[解析] (1)若要通过PCR技术扩增出人的干扰素基因,应该选择能与模板链的3'端结合的引物,所以选择引物2和引物3。(2)只用一种限制酶切割时,目的基因与质粒结合时,存在正接和反接两种重组质粒,因此将该重组质粒成功导入受体细胞后,经培养,发现约有50%的细胞能正常表达目的基因产物。(3)根据图乙质粒结构,标记基因是氨苄青霉素抗性基因,所以可将受体细胞置于含氨苄青霉素的培养基中筛选出重组质粒成功转入的细胞。(4)转基因奶牛培育成功的标志是牛奶中能检测到干扰素。(5)该同学设计方案失败的原因是两个基因共用一个启动子无法实现在不同细胞中分别表达。第3节　基因工程的应用
知识点一基因工程在农牧业方面的应用
1.[2024·四川广汉中学月考]基因工程自20世纪70年代兴起后,得到了飞速的发展,在农牧业、医药卫生和食品工业等方面展示出广阔的前景。以下关于基因工程应用的说法,不正确的是()
A.我国转基因抗虫棉的目的基因来自某种真菌
B.外源生长激素基因表达可以使转基因动物生长更快
C.培育抗除草剂的玉米需要使用限制酶、DNA连接酶等工具酶
D.通过基因工程可以提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力
2.抗逆转基因作物的培育与推广带来的巨大社会效益是()
①在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制
②减少了化学农药对环境的污染和对人畜的危害
③减少了化肥的制造和使用量,有利于环境的保护
④已成为人类解决饥饿和贫困不可或缺的技术
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
3.[2024·江苏南京期末]盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影响H2O2的跨膜转运,如图所示。下列叙述错误的是()
A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的
B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制,促进H2O2外排,从而减轻其对细胞的毒害
C.敲除AT1基因从而去除禾本科农作物的AT1蛋白可提高其耐盐碱能力
D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径
4.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表达载体,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.构建基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶参与
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
5.[2024·浙江北斗星盟联考]将苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因(Bt基因)导入棉花细胞培育得到抗虫棉,但种植一段时间后发现其抗虫效果减弱,为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性,以下采取的措施不合理的是()
A.转基因棉田周围种植非抗虫棉,可降低棉铃虫抗性基因的突变率
B.转入多种抗虫基因能提高抗虫持久性,因为棉铃虫基因突变频率低且不定向
C.为棉铃虫提供庇护所,可使敏感型棉铃虫在种群中维持一定比例
D.提高Bt基因的表达量,可降低抗虫棉种植区棉铃虫的种群密度
6.中国科学家将黄肥尾蝎的神经毒素基因AalT导入能寄生在许多害虫体内的绿僵菌中,增强了绿僵菌致死害虫的效应,可有效控制虫害;将长穗偃麦草的Fhb7基因导入小麦,其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染。下列说法错误的是()
A.将Fhb7基因导入小麦,可采用农杆菌转化法
B.将Fhb7基因导入小麦,可影响赤霉菌对小麦的寄生能力
C.只有将目的基因导入防治对象,才能达到生物防治目的
D.用绿僵菌工程菌减少虫害,不改变绿僵菌与害虫的种间关系
知识点二基因工程在医药卫生领域和其他方面的应用
7.工程菌在降解有毒有害化合物、吸收环境重金属、分解泄露石油、处理工业废水等方面发挥着重要作用。下列属于工程菌的是()
A.通过X射线处理后,青霉素产量明显提高的青霉菌
B.通过细胞杂交技术获得繁殖快的酵母菌
C.为抗虫棉培育提供抗虫基因的苏云金杆菌
D.通过转基因技术培育的能够分解多种石油成分的细菌
8.下列表示抗凝血酶乳腺生物反应器的制备过程,下列说法正确的是()
A.抗凝血酶基因需要与乳腺细胞的启动子结合在一起
B.②表示性别为雄性的胚胎
C.常用农杆菌转化法将该基因导入受体细胞
D.①表示受精卵
9.[2024·湖北武汉期中]人的血清白蛋白在临床上需求量很大。科学家培育出一种转基因山羊,其膀胱上皮细胞可以合成人的血清白蛋白并分泌到尿液中。下列叙述正确的是()
A.可从人体成熟的红细胞中获取血清白蛋白基因
B.应选用膀胱上皮细胞作为目的基因的受体细胞
C.人的血清白蛋白基因只存在于转基因山羊的膀胱上皮细胞中
D.转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中有利于该蛋白的收集
10.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究,叙述不正确的是()
A.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.在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列的目的是抑制抗原决定基因的表达
11.青霉素发酵是高耗氧过程。在青霉素的发酵生产过程中总有头孢霉素产生。人们通过对青霉菌代谢途径的研究发现,在青霉素与头孢霉素的合成过程中,它们有一个共同的前体,这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两种产物。下列叙述错误的是()
A.工业化生产之前需要进行青霉菌纯培养,筛选青霉素分泌量高的优良菌种
B.进行主发酵前一次性加足所需的营养组分以利于工业化生产
C.通过敲除其中一种酶的基因,从而使青霉菌只产生一种产物
D.将血红蛋白基因导入青霉菌是一种保证发酵过程中高效供氧的思路
12.1988年,美国默克公司以700万元的价格,向我国全部转让当时最先进的重组乙肝疫苗的生产技术。该技术利用酿酒酵母来表达乙肝病毒的表面抗原(HBsAg),然后将表面抗原(HBsAg)纯化后混合佐剂制成乙肝疫苗。下列相关说法错误的是()
A.传统乙肝疫苗的生产方式是在培养液中培养乙肝病毒,再对乙肝病毒进行减毒或灭活处理
B.HBsAg基因导入酵母中仍能成功表达,是由于酵母和乙肝病毒共用一套遗传密码
C.科学家不选大肠杆菌作受体,可能是因为HBsAg需要依赖内质网和高尔基体进行后期加工和包装
D.该技术的原理是基因重组,通过该技术生产出的疫苗化学本质是蛋白质
13.[2024·山西晋城一中月考]下图是研究人员利用生物工程技术培育能产生人生长激素的转基因牛的过程。下列叙述正确的是()
人的生长激素基因重组DNA受精卵转基因牛
A.基因工程是在DNA分子水平上进行的
B.接受了重组DNA的受精卵,可直接移植到代孕母牛的子宫
C.若在②过程中培养到囊胚阶段,对胚胎进行任意切割,可培育出多头相同的转基因牛
D.受体细胞可用成体干细胞代替受精卵
14.如图是科学家新研发的制备单克隆抗体的过程,相关叙述错误的是()
A.经酶A处理后的Ⅰ与质粒可能具有相同的黏性末端
B.该过程涉及基因工程和动物细胞融合技术
C.通过检测和筛选得到的Ⅲ细胞既能无限增殖又能分泌特异性抗体
D.若供体DNA提供了prG基因(无限增殖调控基因),则该过程中的Ⅱ是已免疫的B细胞
15.[2024·河北沧州期末]利用基因工程对重金属污染的土壤进行生物修复是指通过先进的基因工程手段对现有的生物进行改造,以提高耐受重金属胁迫的能力以及对重金属积累的能力。科研人员发现了杨树中存在一种重金属转运蛋白(HMA3)基因。回答下列问题:
(1)若要用PCR技术特异性拷贝“HMA3基因”,需在PCR反应中加入引物,两种引物及其与模板链的结合位置如图甲所示。
若要得到图乙所示的5种不同DNA分子,至少要经 轮循环,其中第⑤种DNA分子的个数是 。
(2)研究者将从杨树中克隆的HMA3基因与外源高效启动子连接,导入杨树基因组中(如图丙)。
①研究者要想实现上述导入过程,需要借助于三种“分子工具”;“分子手术刀”“ ”和“ ”。其中,最后一个上面通常有特殊的 ,以便于重组DNA分子的筛选。
②为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因,同时避免内源HMA3基因的干扰,在进行PCR扩增时,应选择的引物组合是 ,作出此选择的理由是 。
(3)与物理、化学方法清除相比,利用转基因植物修复重金属污染土壤的优点有 (答出2点即可)。
16.[2024·重庆期末]干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,广泛用于病毒感染、癌症等疾病的治疗。某科研小组利用基因工程技术培育了产干扰素转基因奶牛,利用奶牛乳腺生物反应器,批量获得干扰素。
请回答下列问题:
(1)已知DNA链的合成方向是5'端→3'端,若要通过PCR技术扩增出人的干扰素基因,应该选择的引物是 。
(2)若用BamHⅠ和EcoRⅠ联合酶切割目的基因和质粒构建基因表达载体,成功导入受体细胞后几乎全部细胞都能正常表达基因产物,而仅用EcoRⅠ处理目的基因和质粒构建基因表达载体,经培养发现约50%的细胞能正常表达目的基因产物,主要原因是 。
(3)根据图乙质粒结构,可将受体细胞置于含 的培养基中筛选出重组质粒成功转入的细胞。
(4)转基因奶牛培育成功的标志是 。
(5)该科研小组发现利用基因工程技术培育的产干扰素的奶牛经常感染布鲁氏菌病、结核病,故征集培育出肺部细胞可产乳铁蛋白肽(一种抗菌多肽)且乳汁中含干扰素的双转基因奶牛新品种的方案,某同学设计了图丙的基因表达载体,该方案被科研小组否定,原因主要是 。

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