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第56课时　基因工程的应用、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.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。3.举例说出日常生活中的转基因产品。4.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。5.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题。6.分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。7.举例说明历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害。8.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考点一　基因工程的应用
1．基因工程在农牧业方面的应用
2．基因工程在医药卫生领域的应用
3．基因工程在食品工业方面的应用
(1)利用转基因小鼠1型糖尿病模型可以模拟糖尿病的发生和发展过程。(　√　)
(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。(　×　)
(3)利用基因工程技术，将人的产生胰岛素的基因转入大肠杆菌后，大肠杆菌内表达出的胰岛素与人的胰岛素结构相同。(　×　)
(4)基因工程在农业上的应用主要是培育高产、品质优良和具有抗逆性的农作物。(　√　)
(5)用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒。(　×　)
(6)（选择性必修3 P90正文）生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求？为什么？
提示：必须把药用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。因为只有连接了乳腺中特异表达的基因的启动子，才能保证相应的目的基因在雌性动物泌乳期乳腺细胞内得以表达。
【情境应用】　基因工程在医药卫生领域的应用主要体现在以下两方面：
应用一：对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物，如重组人干扰素的市场化生产。干扰素是细胞合成并分泌的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒引起的感染，同时对乳腺癌、骨髓癌、淋巴癌以及某些白血病有一定疗效，临床需求量大。
应用二：让哺乳动物本身批量生产药物，如重组血清白蛋白的批量生产。科学家将血清白蛋白基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中含有血清白蛋白。血清白蛋白是人体血浆蛋白中最主要的组成部分，其作用主要有两方面：一是维持人体正常的营养状态，二是维持血浆等胶体的渗透压。
【问题探究】
(1)在工程菌选择上，选用酵母菌而不选用大肠杆菌，原因是大肠杆菌是原核生物，真核生物的基因在其细胞内表达的蛋白活性往往较低甚至失去活性（或无生物膜系统对蛋白质进行加工，导致蛋白活性低）。
(2)携带干扰素基因的重组质粒导入微生物受体细胞前，受体细胞要用Ca2+处理，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态（或感受态）。
(3)在血清白蛋白基因的表达载体中，必须有乳腺蛋白基因的启动子，原因是该启动子可使血清白蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达。为获得符合生产要求的转基因牛，最常用的方法是利用显微注射法将血清白蛋白基因导入牛的受精卵。
(4)有人提议将乳腺反应器改成膀胱反应器，请分析利用膀胱反应器比乳腺反应器产量高的原因：
雌性牛只有在泌乳期才能分泌乳汁，而尿液不会受到性别和发育期的影响，尿液的分泌总量要比乳汁的分泌量大。
乳腺生物反应器与工程菌的比较
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因 导入方式 显微注射法 Ca2+处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
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
考向　围绕基因工程的应用考查科学思维、社会责任
1．（2025·湖北武汉联考）下列关于基因工程应用的叙述，正确的是(　D　)
A．通过将肠乳糖酶导入奶牛乳腺细胞中，以降低乳汁中乳糖含量，从而解决部分人群的乳糖不耐受问题
B．通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于基因工程技术的应用
C．通过制备山羊膀胱生物反应器，使人乳铁蛋白基因只存在于膀胱细胞中，进而可以从尿液中分离纯化出所需要的人乳铁白蛋白，实现大量制备的目的
D．与人细胞分泌的天然生长激素相比，将人的生长激素基因导入大肠杆菌制备的工程菌无法对生长激素进行正常的加工和修饰
解析：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，乳糖酶可降解乳糖，可降低乳汁中乳糖含量，A错误；通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于诱变育种，B错误；通过制备山羊膀胱生物反应器，使人乳铁蛋白基因存在于山羊的所有体细胞中，但只在膀胱上皮细胞中表达，C错误；由于大肠杆菌缺乏对蛋白质进行加工和分装的内质网和高尔基体，因此与人细胞分泌的天然生长激素相比，将人的生长激素基因导入大肠杆菌制备的工程菌无法对生长激素进行正常的加工和修饰，D正确。
2．（2025·河北雄安新区模拟）接种疫苗是预防传染病的一项重要措施，乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒（DNA病毒）的传播，降低乙型肝炎发病率。乙肝病毒是一种DNA病毒。重组乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技术获得的乙肝病毒表面抗原（一种病毒蛋白）。下列有关叙述正确的是(　C　)
A．接种乙肝疫苗是机体患病前采取的免疫预防措施，可以预防大多数的传染病
B．接种上述重组乙肝疫苗会在人体中产生乙肝病毒，进而引发机体发生免疫反应
C．重组表达载体将乙肝病毒表面抗原基因导入酵母细胞中表达不需要逆转录酶
D．重组表达载体中通常含有抗生素抗性基因，其表达产物可以抑制乙肝病毒增殖
解析：接种疫苗是机体患病前采取的免疫预防措施，疫苗引起的免疫反应只针对特定病原体，即接种乙肝疫苗只能预防乙肝，不能预防大多数的传染病，A错误；重组乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面抗原（一种病毒蛋白），不含乙肝病毒的遗传物质，即接种该疫苗不会在人体中产生乙肝病毒，B错误；乙肝病毒属于DNA病毒，其基因表达过程不需要逆转录酶，C正确；重组表达载体中含有的抗生素抗性基因作为标记基因，标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而可以将含有目的基因的受体细胞筛选出来，D错误。
考点二　蛋白质工程的原理和应用
1．蛋白质工程的概念
2．蛋白质工程与基因工程的异同
3．蛋白质工程的应用
(1)医药工业方面：研发药物，如延长干扰素的保存时间；降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度。
(2)其他工业方面：改进酶的性能或开发新的工业用酶。
(3)农业方面：通过改造某些参与调控光合作用的酶，增加粮食产量；改造微生物蛋白质的结构，设计优良微生物农药，防治病虫害。
(1)蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(　√　)
(2)与天然蛋白质合成相比，蛋白质工程不遵循中心法则。(　×　)
(3)要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过改造氨基酸序列来完成。(　×　)
(4)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遗传给后代。(　√　)
(5)蛋白质工程应先设计蛋白质的结构后再预期其功能。(　×　)
(6)（选择性必修3 P94正文）对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？
提示：应该通过对基因的操作来实现。主要原因：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，但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。
【情境应用】　基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。
【问题探究】
(1)写出流程图中字母代表的含义：
A．预期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；
D．转录；E.翻译。
(2)通过对Bt抗虫蛋白三维结构图及氨基酸序列进行分析，发现该蛋白质结构中一段由14个氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt抗虫蛋白能使棉铃虫具有更高的致死率。若要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt抗虫蛋白进行改造，以提高其致死率，请写出实验设计思路。
提示：参照密码子表，找到合成该14个氨基酸的碱基序列所在的基因位置，将这些碱基序列进行缺失处理。
考向　围绕蛋白质工程的原理和应用考查生命,观念、科学思维))
1．（2024·江西上饶模拟）t PA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药。但t PA与纤维蛋白结合的特异性不高，给心梗患者注射大量t PA会诱发颅内出血。若将t PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，获得改良药物t PA，能显著降低出血副作用。下列叙述正确的是(　B　)
A．对t PA蛋白的改良，是以基因的结构和功能的关系为理论基础的
B．在该研究中目前可行的直接操作对象是控制t PA合成的基因
C．通过蛋白质工程制备t PA蛋白可以不用构建基因表达载体
D．将改良的t PA基因直接注入大肠杆菌，是生产改良t PA蛋白的核心步骤
解析：对t PA蛋白的改良，属于蛋白质工程的范畴，是以蛋白质的结构和功能的关系为理论基础的，A错误；蛋白质的改造工程直接改变的是控制蛋白质合成所对应的基因，B正确；蛋白质工程是基因工程的延伸，同样需要构建基因表达载体，构建基因表达载体是生产改良t PA蛋白的核心步骤，C、D错误。
2．（2022·湖南卷）水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图1所示，物质a是多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA半保留复制。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图2所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类（填“种类”或“含量”）有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路：取4支试管，编号为1、2、3、4，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、用酶甲处理过的水蛭蛋白酶解产物、用酶乙处理过的水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物（如家兔）血液，立即将等量的血液加入1、2、3、4号四支试管中，静置相同时间，统计四支试管中血液凝固时间。
解析：(1)物质a是多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并，即一种氨基酸可能有几个密码子。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA半保留复制。(3)据图2可知，将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物的抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，实验设计思路为取4支试管，编号为1、2、3、4，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、用酶甲处理过的水蛭蛋白酶解产物、用酶乙处理过的水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物（如家兔）血液，立即将等量的血液加入1、2、3、4号四支试管中，静置相同时间，统计四支试管中血液凝固时间。
考点三　生物技术的安全性与伦理问题
1．转基因成果
2．对转基因产品安全性的争论
3．理性看待转基因技术
(1)理性看待转基因技术的前提
①清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。
②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。
③要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。
(2)我国对转基因技术的态度
①研究上要大胆，坚持自主创新。
②推广上要慎重，做到确保安全。
③管理上要严格，坚持依法监管。
(3)我国相关部门制定了一系列的政策、法规并成立相关机构
①维护了消费者对转基因产品的知情权和选择权。
②最大程度地保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的安全性。
③为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。
4．关注生殖性克隆人
5．生物武器
(1)种类：致病菌类、病毒类和生化毒剂类等。
(2)特点：生物武器的致病能力强、攻击范围广，可以直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内，造成大规模伤亡，也能大量损害植物。
(3)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)转基因抗虫棉能杀死害虫就一定对人有毒。（2021·北京卷）(　×　)
(2)转基因作物被动物食用后，目的基因就会转入动物体细胞中。(　×　)
(3)“设计试管婴儿”与“试管婴儿”相比在植入前需要对胚胎进行遗传学诊断。(　√　)
(4)治疗性克隆是利用克隆技术产生特定的个体，以达到治疗疾病的目的的工程技术。(　×　)
(5)生物武器包括病毒类、致病菌类和生化毒剂类等。(　√　)
(6)生物武器污染性强、污染面广，易造成大规模伤亡。(　√　)
(7)（选择性必修3 P112“思考·讨论”）从传播的角度来看，与枪炮、导弹等常规武器相比，生物武器有什么特点？
提示：传播途径多；传播方法简单，使用方便；传播时具有潜伏期。
【情境应用】下面是试管婴儿及克隆人的培育流程图。
Ⅰ.试管婴儿与设计试管婴儿的培育过程：
Ⅱ.克隆人的培育过程：
【问题探究】
(1)在Ⅰ的图示中，①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿培育的过程。（填图中序号）
(2)试管婴儿与设计试管婴儿技术的主要区别是
设计试管婴儿需在胚胎移植前进行遗传学诊断。
(3)试管婴儿技术与克隆技术在技术环节上的主要差异是前者需要经过体外受精，后者需要用到细胞核移植技术。
(4)试管婴儿技术与克隆技术的生殖方式分别是有性生殖、无性生殖。
(5)治疗性克隆与生殖性克隆过程中胚胎的处理方式的区别是治疗性克隆获得的早期胚胎主要用于获得胚胎干细胞，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的特定的细胞、组织和器官；生殖性克隆获得的胚胎要移入母体的子宫内发育成婴儿。
(6)对于治疗性克隆仍然存在许多争论，有一男子患有白血病，后经医生利用其出生时保留的脐带血进行治疗后康复，你认为这种做法符合（填“符合”或“不符合”）伦理道德，理由是脐带血不是来自胚胎，其中的造血干细胞属于成体干细胞。
(7)伦理学家反对克隆人的理由有哪些？
提示：①克隆人严重地违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用；②克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；③克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。
治疗性克隆和生殖性克隆的比较
考向1 围绕转基因产品的安全性及生物技术的伦理问题考查科学思维、社会责任
1．（2024·浙江卷）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(　D　)
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
解析：试管动物的培育属于胚胎工程，我国没有禁止试管动物的培育，A不符合题意；我国目前不反对转基因食品的生产，B不符合题意；中国政府禁止生殖性克隆人，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查，C不符合题意；生物武器的致病能力强、攻击范围广，世界范围内应全面禁止生物武器，D符合题意。
比较试管婴儿和设计试管婴儿
项目 试管婴儿 设计试管婴儿
不同点 技术 手段 无须进行遗传学诊断 进行遗传学诊断
应用 主要解决不孕夫妇的生育问题 主要用于白血病、贫血症等遗传疾病的预测及治疗
相同点 二者都是体外受精、体外进行早期胚胎培养，再经过胚胎移植，生殖方式上都为有性生殖
2．（2025·甘肃张掖模拟）近期，农业农村部根据国家生物育种产业化工作部署及有关法规标准规定，审定通过了部分转基因玉米、大豆品种，并向26家企业发放了转基因玉米、大豆种子生产经营许可证。同时明确，这些品种实际种植区域还要符合国家生物育种产业化有关安排。下列有关叙述错误的是(　C　)
A．转基因产品需要经过一系列的安全性评价，符合相应标准后才能推广种植
B．转基因食品可能是转基因生物本身或其加工产品
C．转基因农作物产品一定可以增进人类健康
D．使用转基因大豆加工成的食用油一定要进行标识
解析：转基因作为一项技术本身是中性的，由这项技术研发出来的产品需要经过一系列的安全性评价，符合相应标准后才能上市，A正确；转基因食品可能是转基因生物本身（如转基因大豆）或其加工产品（如转基因大豆油等），B正确；转基因农作物产品不一定可以增进人类健康，C错误；使用转基因大豆加工成的食用油一定要进行标识，D正确。
考向2 围绕禁止生物武器考查科学思维、社会责任
3．（2025·湖南娄底质检）下列关于生物武器的叙述，错误的是(　D　)
A．由转基因微生物制成的生物武器具有难以预防和难以治疗的特点
B．生物武器包括致病菌类、病毒类、生化毒剂类等
C．经过基因改造的微生物可能使某些特定人群感染，而其他人群不易感染
D．与常规武器相比，生物武器具有传染性强、不易被发现、不受自然条件影响等特点
解析：由转基因微生物制成的生物武器具有目前人类难以预防和治疗的特点，A正确；生物武器包括致病菌类、病毒类、生化毒剂类等，B正确；基因工程能定向改造生物的性状，经过基因改造的微生物可能使某些特定人群感染，而其他人群不易感染，C正确；与常规武器相比，生物武器具有传染性强、不易被发现等特点，但容易受风速、气温等多种自然条件的影响，D错误。
1．（2023·浙江卷）以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是(　D　)
A．试管婴儿技术应全面禁止
B．治疗性克隆不需要监控和审查
C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险
D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
解析：试管婴儿技术必须获得政府部门的相关批准证书，以防该技术的滥用，但不是全面禁止，A错误；治疗性克隆需在有效监控和严格审查下实施，B错误；生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道德观念，存在伦理道德方面的风险，C错误；我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，D正确。
2．（2023·北京卷）抗虫作物对害虫的生存产生压力，会使害虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，农业生产上会采取一系列措施。以下措施不能实现上述目标的是(　B　)
A．在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子
B．大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂
C．转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植
D．转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带
解析：大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂，会进一步选择并保存抗性强的个体，导致敏感型个体死亡，从而加快害虫种群抗性基因频率提高，不利于抗虫棉的抗虫持久性，B符合题意。
3．（2021·辽宁卷）腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　D　)
A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B．加入连接肽需要通过改造基因实现
C．获得N1的过程需要进行转录和翻译
D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境
解析：由于酶具有高效性，因此在检测N1的活性时，需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。
4．（2024·黑吉辽卷）将天然Ti质粒改造成含有Vir基因的辅助质粒（辅助T DNA转移）和不含有Vir基因、含有T DNA的穿梭质粒，共同转入农杆菌，可提高转化效率。细菌和棉花对密码子偏好不同，为提高翻译效率，增强棉花抗病虫害能力，进行如下操作。回答下列问题：
　F1～F3，R1～R3表示引物；T DNA LB表示左边界；T DNA RB表示右边界；Ori表示复制原点；KanR表示卡那霉素抗性基因；HygBR表示潮霉素B抗性基因。
(1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是水解苏云金杆菌细胞膜上的蛋白质，使菌体释放DNA。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精，其目的是初步分离DNA和蛋白质。
(2)本操作中获取目的基因的方法是PCR技术和人工合成法。
(3)穿梭质粒中p35s为启动子，其作用是RNA聚合酶识别和结合的位点，驱动目的基因转录；插入两个p35s启动子，其目的可能是促进目的基因更多的转录。
(4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置，用HygBR基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。
(5)为检测棉花植株是否导入目的基因，提取棉花植株染色体DNA作模板，进行PCR，应选用的引物是F3和R2。
(6)本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，理由是D（单选）。
A．通过含有双质粒的农杆菌转化棉花细胞
B．将苏云金杆菌Bt基因导入棉花细胞中表达
C．将1～1 362基因序列改变为棉花细胞偏好密码子的基因序列
D．用1～1 362合成基因序列和1 363～1 848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白
解析：(1)从苏云金杆菌提取DNA时，加入蛋白酶的作用是水解苏云金杆菌细胞膜上的蛋白质，使菌体释放DNA。由于DNA不溶于酒精，有些蛋白质溶于酒精，提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精可初步分离DNA和蛋白质。(2)由图示可知，本操作中获取目的基因的方法是PCR技术和人工合成法。(3)启动子作用是RNA聚合酶识别和结合的位点，驱动目的基因转录；插入两个p35s启动子，其目的可能是促进目的基因更多的转录。(4)由题干信息可知，T DNA LB表示左边界；T DNA RB表示右边界，根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置可知，HygBR基因在T DNA（重组DNA）上，用HygBR基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。(5)PCR扩增目的基因时，引物应在目的基因的两端，所以为检测棉花植株是否导入目的基因，应选用的引物是F3和R2。(6)蛋白质工程合成的蛋白质为自然界中没有的新蛋白质，本研究中用1～1 362合成基因序列和1 363～1 848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白，所以属于蛋白质工程，D正确。
课时作业56
（总分：50分）
一、选择题（每小题5分，共40分）
1．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，也会与伦理道德发生碰撞。下列关于生物技术安全性与伦理问题的叙述，错误的是(　A　)
A．为了避免转基因农产品带来的危害，应减少相关技术的研发
B．基因编辑技术具有重要的医疗价值，但也会导致伦理问题
C．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
D．用转基因新型致病菌制造的生物武器具有极大的危害性
解析：对转基因农产品的研发要大胆坚持自主创新，但是要进行严格的监管以保证其安全性，A错误。
2．（2025·湖南长沙联考）甲醇酵母菌是基因工程中常用的受体菌，它可以高效表达外源蛋白，且自身蛋白分泌到培养基的较少。研究人员将人的胶原蛋白基因导入甲醇酵母中并成功表达。下列有关叙述不正确的是(　B　)
A．用两种酶同时切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化
B．常用显微注射法将胶原蛋白基因导入甲醇酵母中
C．与大肠杆菌相比，甲醇酵母作受体菌所表达出的胶原蛋白与人体产生的胶原蛋白结构更相近
D．与其他酵母菌相比，甲醇酵母作受体菌便于表达出的胶原蛋白的分离与纯化
解析：用两种酶切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化，A正确；常用Ca2+处理微生物细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组表达载体导入微生物细胞，B错误；与大肠杆菌作受体菌相比，甲醇酵母为真核生物，表达出的胶原蛋白经过内质网和高尔基体的加工，所以与人体产生的胶原蛋白结构更相近，C正确；与其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表达外源蛋白，且自身蛋白分泌到培养基的较少，便于目的蛋白的分离和纯化，D正确。
3．（2025·河南周口开学考）苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白(Bt)与豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)杀虫机理不同。在转基因作物种植区，发现棉铃虫种群抗性基因频率显著上升。科学家尝试用转双基因烟草对棉铃虫幼虫进行多代抗性筛选。以下叙述不正确的是(　A　)
A．利用PCR或抗原—抗体杂交技术可对植株的抗虫性状进行检测
B．单基因抗性筛选与双基因抗性筛选导致棉铃虫种群基因库不同
C．种植转双基因的烟草可减缓棉铃虫种群抗性基因频率的上升速度
D．转基因植物的培育和种植应考虑可能造成的生态风险
解析：利用PCR或抗原—抗体杂交技术可以检测到目的基因和目的基因是否表达出蛋白质，但是不能检测烟草植株的抗虫性状，A错误。
4．（2025·四川成都质检）脂肪酶被广泛应用于制药、食品、饮料、化妆品、医疗诊断等多个领域，但天然脂肪酶催化效率低，对非天然底物的选择性差。通过蛋白质工程获取高效脂肪酶是满足工业需求的重要措施，已知酶的活性中心包含催化位点和结合位点。下列叙述正确的是(　C　)
A．脂肪酶可为脂肪水解为甘油和脂肪酸的过程提供活化能
B.通过蛋白质工程改造脂肪酶可以直接对脂肪酶的活性中心进行改造
C．改造脂肪酶的前提是根据预期的脂肪酶的功能设计预期的蛋白质结构
D．若通过氨基酸替换改造脂肪酶，则可通过碱基对的增添或缺失来改造基因
解析：脂肪酶能够催化脂肪水解为甘油和脂肪酸，在此过程中，脂肪酶能够降低化学反应的活化能，A错误；通过蛋白质工程改造脂肪酶，必须通过改造或合成基因来完成，而不能直接改造脂肪酶的活性中心，B错误；改造脂肪酶的前提是根据预期的脂肪酶的功能设计预期的蛋白质（脂肪酶）结构，C正确；若通过氨基酸替换改造脂肪酶，则可通过碱基对的替换来改造基因，D错误。
5．（2025·山东聊城模拟）生物安全是指国家有效防范和应对危险生物因子及相关因素威胁，生物技术能够稳定健康发展，人民生命健康和生态系统相对处于没有危险和不受威胁的状态，生物领域具备维护国家安全和持续发展的能力。下列说法错误的是(　A　)
A．培养过微生物的培养基必须严格消毒后才能废弃，目的是防止微生物污染环境
B．我国禁止生殖性克隆人的实验，对治疗性克隆实验需进行严格审查
C．在转基因工作中科学家会采取很多方法防止基因污染，如阻断淀粉储藏使花粉失活
D．为避免可能产生的基因歧视，基因检测机构不能随意泄露基因检测的结果
解析：培养过微生物的培养基必须严格灭菌后才能废弃，目的是防止微生物污染环境，A错误。
6．（2025·福建厦门质检）乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成，科学家将该基因的反义基因导入番茄细胞内，培育转基因延熟番茄，据图分析，下列说法错误的是(　B　)
A．形成转基因番茄的过程发生的变异属于基因重组
B．乙烯是乙烯生物合成酶基因表达的产物，可促进果实成熟
C．乙烯生物合成酶基因模板链序列与反义基因的模板链序列互补
D．转基因番茄中乙烯生物合成酶的mRNA不能与核糖体结合而无法进行翻译
解析：形成转基因番茄利用的是基因工程技术，该技术应用的原理是基因重组，A正确；乙烯生物合成酶基因表达的产物是乙烯生物合成酶，是促进乙烯合成的酶，B错误；由题可知，乙烯生物合成酶基因的模板链序列与反义基因的模板链序列是互补的，C正确；因为mRNA形成双链后无法与核糖体结合而无法进行翻译，所以无乙烯生物合成酶生成，D正确。
7．（2025·广东韶关模拟）科学家利用蛋白质工程技术将水蛭素（一种可用于预防和治疗血栓的蛋白质）第47位的天冬酰胺替换为赖氨酸，显著提高了它的抗凝血活性，流程图如下。已知天冬酰胺对应的密码子为AAU、AAC，赖氨酸对应的密码子为AAA、AAG等。下列叙述错误的是(　C　)
A．图中的操作流程是从预期的水蛭素功能出发的
B．在这项替换研究中目前可行的直接操作对象是基因
C．图中大分子物质a和b的单体序列均是唯一的
D．用蛋白质工程可生产基因工程所不能生产的蛋白质
解析：图中的蛋白质工程是通过分析预期的水蛭素功能推导出蛋白质的结构，进而明确氨基酸的序列，最终确定基因中碱基对的排列顺序的，A正确；蛋白质的改造工程直接改变的是控制蛋白质合成的基因，B正确；一种氨基酸可以对应一种或几种密码子，因此大分子物质a和b的单体序列均不是唯一的，C错误；基因工程是利用已有的基因生产蛋白质，而蛋白质工程是通过改造或合成基因从而获得原本没有的蛋白质，因此用蛋白质工程可生产基因工程所不能生产的蛋白质，D正确。
8．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(　C　)
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活性提高，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：当赖氨酸含量高时，会抑制天冬氨酸激酶(AK)和二氢吡啶二羧酸合成酶(DHDPS)的活性，这属于负反馈调节，因而造成玉米中赖氨酸含量比较低，A正确；由题干可知，改造后的AK和DHDPS的空间结构发生改变，说明对AK和DHDPS的改造是通过改造相应基因实现的，B正确；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，改造后的AK和DHDPS的空间结构改变，与赖氨酸的结合能力降低，从而提高游离赖氨酸含量，C错误，D正确。
二、非选择题（共10分）
9．（10分）（2024·河北承德模拟）多不饱和脂肪酸(PUFAs)是人体必需脂肪酸，为解决猪肉中PUFAs含量不足的问题，研究者从线虫中获得控制PUFAs合成的必需酶基因fat1，培育转fat1基因猪，操作过程如图所示。图中GFP基因表达出绿色荧光蛋白。据图回答下列问题：
(1)用PCR技术在体外扩增目的基因时，PCR扩增仪中要加入缓冲液、目的基因、引物、4种脱氧核苷酸（原料）、（耐高温的）DNA聚合酶（答出2点）等。
(2)由图可知，在构建基因表达载体时，为克服目的基因自身环化，即线性DNA的末端相互连接形成圆环，以及便于目的基因与载体的连接，切割含目的基因的DNA和载体的限制酶应选用EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ。
(3)构建的基因表达载体中，GFP基因的作用是作为标记基因（使相关细胞发出绿色荧光，方便进行筛选）。除GFP基因外，未标注出的必需元件还有复制原点。
(4)猪成纤维细胞在培养瓶中培养时，除必须保证环境是无菌、无毒的外，还必须定期更换培养液，以防止细胞代谢物积累对细胞自身造成的伤害。培养到一定程度后，需要分瓶再继续培养，分瓶后的培养过程称为传代培养。此过程中，对于悬浮培养的细胞直接用离心法收集细胞处理成细胞悬液。
(5)经检测，fat1基因成功地整合在猪基因组DNA上，不能说明成功培育出转基因猪，还需要进行个体生物学水平的鉴定，即检测转基因猪体内的多不饱和脂肪酸(PUFAs)含量是否增加。
解析：(1)用PCR技术在体外扩增目的基因时，PCR扩增仪中要加入缓冲液、目的基因、引物、4种脱氧核苷酸（原料）、（耐高温的）DNA聚合酶等。(2)据题图可知，载体有三种限制酶位点可供选择，目的基因fat1两侧有EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ两种限制酶酶切位点，正好载体上也有这两种限制酶酶切位点，为防止目的基因自身环化使用双酶切，可选用EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ切割含目的基因的DNA和载体。(3)构建的基因表达载体中，GFP基因的作用是作为标记基因（使相关细胞发出绿色荧光，方便进行筛选）。基因表达载体必须具有目的基因、标记基因、启动子、终止子和复制原点；所构建的重组基因表达载体中未标注出的必需元件除了标记基因还有复制原点。(4)猪成纤维细胞在培养瓶中培养时，除必须保证环境是无菌、无毒的外，还必须定期更换培养液，以防止细胞代谢物积累对细胞自身造成的伤害。培养到一定程度后，需要分瓶再继续培养，分瓶后的培养过程称为传代培养，此过程中，对于悬浮培养的细胞直接用离心法收集细胞处理成细胞悬液。(5)转基因猪已经培育成功的标志是fat1基因在转基因猪体内成功表达，此时能够检测到转基因猪体内含有fat1基因表达的蛋白质，转基因猪体内具有较高的PUFAs含量。仅检测到fat1基因成功地整合在猪基因组DNA上，不能说明成功培育出转基因猪。

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