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第11单元
生物技术与工程
第68讲　基因工程的应用和蛋白质工程
内容索引
核心体系
学习目标
活动方案
名卷优选
学 习 目 标
1. 举例说出基因工程的应用。2. 概述蛋白质工程。
核 心 体 系
活 动 方 案
多聚半乳糖醛酸酶(PG)能分解果胶使细胞壁破损。成熟的番茄果实中，PG合成显著增加，能使果实变红变软，但不利于保鲜。利用基因工程减少PG基因的表达，可延长果实保质期。科学家将PG基因反向接到Ti质粒上，导入番茄细胞中，得到转基因番茄，具体操作流程如下图所示。请回答下列问题。
活动一　举例说明通过基因工程技术改良植物的品质
(1) 若已获取PG的mRNA，可通过什么方法获取PG基因？将重组质粒转移到大肠杆菌中的目的是什么？
【答案】 逆转录法。大量复制目的基因。
(2) 用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后，可在培养基中添加什么物质进行筛选？为什么？之后，还需将其置于质量分数为25%的蔗糖溶液中，通过观察细胞的什么现象来鉴别细胞壁是否再生？
【答案】 卡那霉素，重组质粒中含卡那霉素抗性基因而四环素抗性基因被破坏。是否发生质壁分离。
(3) 由于导入的目的基因能转录出反义RNA，且能与______________ ____________互补结合，因此可抑制PG基因的正常表达。若________________________，则可确定转基因番茄培育成功。
(4) 将转入反向链接PG基因的番茄细胞培育成完整的植株，需要运用什么技术？其中，愈伤组织经什么过程形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加什么成分？
【答案】 植物组织培养。再分化(或细胞增殖和分化)。植物激素(生长调节剂、生长素和细胞分裂素)。
天然PG基因转
录的mRNA
番茄果实的保质期延长
下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中Tetr表示四环素抗性基因，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。请回答下列问题。
活动二　举例说明基因工程在改良动物性状中的应用
(1) 图中将人乳铁蛋白基因插入载体时，需选用哪些限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因？筛选含有重组载体的大肠杆菌时，首先需要在培养基中添加什么物质进行筛选？
【答案】 Hind Ⅲ和BamHⅠ。氨苄青霉素。
(2) 能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是______(填字母)。
A. 启动子　　　 B. Tetr
C. 复制原点 D. Ampr
(3) 过程①可采用的操作方法是______(填字母)。
A. 农杆菌转化 B. 大肠杆菌转化
C. 显微注射 D. 细胞融合
A
C
(4) 过程②可采用了什么生物技术？
【答案】 胚胎移植技术。
(5) 对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的什么特性？
【答案】 全能性。
(6) 将外源基因导入动物体内，选择受精卵作为受体细胞的原因是什么？
【答案】 受精卵体积较大，操作较容易，营养物质含量丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因，全能性较高。
(7) 人乳铁蛋白只在雌性动物的乳腺细胞表达，为什么？
【答案】 人乳铁蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，让人乳铁蛋白只在乳腺细胞中选择性表达。
(8) 为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用______(填字母)技术。
A. 核酸分子杂交 B. 基因序列分析
C. 抗原—抗体杂交 D. PCR
(9) 膀胱生物反应器与乳腺生物反应器相比，有哪些优点？
【答案】 乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产目的蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产目的蛋白，其优点是不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效。
C
胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程图，请回答下列有关问题。
活动三　体会蛋白质工程——第二代基因工程获取相关基因产品
(1) 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是什么？
【答案】 蛋白质的预期功能。
(2) 人工合成的DNA与_____结合后，被转移到___________________中才能得到准确表达。
(3) 若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程技术有______________、____________和发酵工程。
载体
大肠杆菌等受体细胞
蛋白质工程
基因工程
(4) 请概述图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
【答案】 根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核苷酸的序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
(5) 下列说法错误的是______(填字母)。
A. 蛋白质工程能定向改造蛋白质的结构，使之更加符合人类的需要
B. 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其结构
C. 蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子
D. 蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程
(6) 获得高性能胰岛素，为什么不直接对天然胰岛素加以改造？
【答案】 蛋白质结构过于复杂、难以操作，即便改造成功，也不能遗传给后代。
B
名 卷 优 选
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1. [2025苏州常熟中学阶段考]下列关于基因工程的应用的叙述，错误的是(　　)
A. 将含药用蛋白基因的载体注射入牛的受精卵，从牛乳汁中获得所需的药品
B. 基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间已产生生殖隔离
C. 利用基因工程生产的甜味剂对人体无害，但在食品中不可以大量添加
D. 基因工程可以改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量
B
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【解析】 将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入牛的受精卵中，然后使其生长发育成转基因动物，并通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，A正确；基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间仍属于同一物种，没有产生生殖隔离，B错误；利用基因工程生产的甜味剂虽然对人体无害，但也不能在食品中大量添加，C正确；基因工程可以根据人们的意愿，改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量，D正确。
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2. [2026扬州中学月考]水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。下列关于这项替换研究工作的叙述，错误的是( )
A. 可行的直接操作对象是水蛭素基因
B. 该过程与中心法则的信息流动方向相反
C. 该蛋白质工程进行中难度最大的操作是改造水蛭素基因
D. 改造的水蛭素基因导入微生物后，可利用发酵工程生产水蛭素
C
【解析】蛋白质工程的直接操作对象是基因，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺属于蛋白质工程范畴，可行的直接操作对象是水蛭素基因，A正确；该过程与中心法则的信息流动方向相反，蛋白质工程中需先设计所需蛋白质结构，再反向推导并修改基因序列，B正确；蛋白质工程进行中难度最大的操作是根据蛋白质的功能设计蛋白质的结构，C错误。
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3. 从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　)
A. 合成编码目的肽的DNA片段
B. 构建含目的肽DNA片段的表达载体
C. 依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D. 筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
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C
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4. [2026苏州中学、扬州中学等联考]我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊分泌的乳汁含有凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是(　　)
A. 该项研究说明人和羊共用一套遗传密码
B. 该羊的乳腺细胞含有人的凝血因子基因
C. 该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子
D. 该羊的后代不含有人的凝血因子基因
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D
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【解析】 自然界中的所有生物共用同一套遗传密码，A正确；因为该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子，说明该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因，B正确；依据题干信息，将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊分泌的乳汁含有凝血因子，说明该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子，C正确；由于将人凝血因子基因的DNA片段注射到的是羊的受精卵中，该羊性腺细胞含有该基因，通过减数分裂产生的卵细胞可能含有该基因，其后代也可能含有人的凝血因子基因，D错误。
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5. [2025广东珠海四校联考]研究人员制备哺乳膀胱生物反应器。用其获得人体特殊功能蛋白W的基本过程如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
1
A. W基因的下游需要连接膀胱上皮细胞特异表达基因的启动子
B. 步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养
C. 进行体外受精时，精子需要先进行获能处理
D. 与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器可不受动物性别和泌乳期限制
A
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【解析】 启动子属于基因的非编码区，一般位于基因的上游，W基因上游需要连接膀胱上皮细胞特异表达基因启动子，确保W基因特异表达，A错误；步骤①是将重组表达载体导入受精卵，常用显微注射法，步骤②是早期胚胎培养，B正确；体外受精精子需获能处理，C正确；与乳腺生物反应器(只能是雌性，其性成熟)相比，膀胱生物反应器不受转基因动物性别和泌乳期限制，D正确。
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6. (多选)下图是剔除转基因植物中标记基因的一种策略。下列相关叙述正确的有( )
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ABC
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A. 分别带有目的基因和标记基因的两个质粒，都带有T－ DNA序列
B. 该方法建立在高转化频率基础上，标记基因和目的基因须转到不同染色体上
C. 若要获得剔除标记基因的植株，转化植株必须经过有性繁殖阶段遗传重组
D. 获得的无筛选标记转基因植株发生了染色体结构变异
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【解析】 农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)转移并整合到植物细胞的染色体DNA上，题图中目的基因、标记基因需整合到植物细胞的染色体上，因此两个质粒都带有T-DNA序列，A正确；该方法利用农杆菌转化法，因为不同农杆菌T-DNA都要进入受体细胞，所以要建立在高转化频率基础上，由共转化形成的植株可知，标记基因和目的基因位于不同的染色体上，B正确；若要获得剔除标记基因的植株，必须经过有性杂交，实现基因重组，获得只含目的基因的植株、只含标记基因的植株、既含目的基因又含标记基因的植株，C正确；获得的无筛选标记转基因植株发生了基因重组，D错误。
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7. [2026天津南开期中]自然界中某些细菌可通过代谢将原油转化为稳定无害的终产物，科学家为获得能有效修复原油污染土壤的工程菌展开相关研究。
(1) 获得能降解原油的目标菌可从________________取样，样品经________水稀释后涂布于以原油为唯一碳源的固体培养基上培养，分离纯化后获得目标菌A。
1
原油污染土壤
无菌
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(2) 假单胞菌遭受环境压力时，会分泌大量胞外复合物将自身包裹于其中形成细菌聚集膜样物(生物被膜)。目标菌A成膜性差，不能有效控制原油向深层土壤渗透。研究人员将假单胞菌的bdlA基因(约1 300 bp)导入目标菌A体内，尝试构建成膜性好的工程菌。
1
图1
图2
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图1为bdlA基因与pX系列质粒连接构建的重组质粒模式图，为确认是否获得重组DNA分子，可选用限制酶__________________对其切割，并对酶切产物及重组质粒进行凝胶电泳检测，结果如图2。据图可初步判断重组质粒构建成功，依据是_____________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________。
1
Csp45Ⅰ、XbaⅠ
连接到两个质粒上的目的基因一致(两个重组质粒酶切后分别产生5 144 bp、1 254 bp和4 768 bp、1 254 bp，说明两个重组质粒中都有长度约为1 300 bp的bdlA基因)
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(3) 上述方法获得的两种工程菌命名为KT2和KT5，在不同时间测定实验组中工程菌及对照组中_________________________的生物被膜总量相对值，结果如图3所示。该结果表明______________________________ _________________________。
(4) 若要将以上工程菌用于原油污染土壤的修复，举一例说明下一步还应进行研究的方面：___________________________________________ _______________。
1
图3
(导入普通质粒的)目标菌A
在36 h KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值显著提高
如何扩大培养、工程菌降解原油的效率、对生态环境的影响等
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【解析】 (3) 实验的自变量是工程菌的种类和时间，因变量是生物被膜总量相对值，所以在不同时间测定实验组中工程菌及对照组中(导入普通质粒的)目标菌A的生物被膜总量相对值。由图3可知，导入bdlA基因的工程菌(KT2和KT5)形成的生物被膜总量均高于对照组，且在一定的时间范围内，随着时间的延长，生物被膜总量越高，KT5形成的生物被膜总量与KT2形成的生物被膜总量显著高于对照组，因此该结果表明在36 h KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值显著提高。
谢谢观看
Thank you for watching第68讲　基因工程的应用和蛋白质工程
学习目标　1. 举例说出基因工程的应用。2. 概述蛋白质工程。
核心体系
活动方案
活动一 举例说明通过基因工程技术改良植物的品质
多聚半乳糖醛酸酶(PG)能分解果胶使细胞壁破损。成熟的番茄果实中，PG合成显著增加，能使果实变红变软，但不利于保鲜。利用基因工程减少PG基因的表达，可延长果实保质期。科学家将PG基因反向接到Ti质粒上，导入番茄细胞中，得到转基因番茄，具体操作流程如下图所示。请回答下列问题。
(1) 若已获取PG的mRNA，可通过什么方法获取PG基因？将重组质粒转移到大肠杆菌中的目的是什么？
(2) 用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后，可在培养基中添加什么物质进行筛选？为什么？之后，还需将其置于质量分数为25%的蔗糖溶液中，通过观察细胞的什么现象来鉴别细胞壁是否再生？
(3) 由于导入的目的基因能转录出反义RNA，且能与_____________________
_______互补结合，因此可抑制PG基因的正常表达。若________________，则可确定转基因番茄培育成功。
(4) 将转入反向链接PG基因的番茄细胞培育成完整的植株，需要运用什么技术？其中，愈伤组织经什么过程形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加什么成分？
活动二 举例说明基因工程在改良动物性状中的应用
下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中Tetr表示四环素抗性基因，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。请回答下列问题。
(1) 图中将人乳铁蛋白基因插入载体时，需选用哪些限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因？筛选含有重组载体的大肠杆菌时，首先需要在培养基中添加什么物质进行筛选？
(2) 能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是________(填字母)。
A. 启动子　　　B. Tetr
C. 复制原点 D. Ampr
(3) 过程①可采用的操作方法是________(填字母)。
A. 农杆菌转化
B. 大肠杆菌转化
C. 显微注射
D. 细胞融合
(4) 过程②可采用了什么生物技术？
(5) 对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的什么特性？
(6) 将外源基因导入动物体内，选择受精卵作为受体细胞的原因是什么？
(7) 人乳铁蛋白只在雌性动物的乳腺细胞表达，为什么？
(8) 为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用________(填字母)技术。
A. 核酸分子杂交
B. 基因序列分析
C. 抗原—抗体杂交
D. PCR
(9) 膀胱生物反应器与乳腺生物反应器相比，有哪些优点？
活动三 体会蛋白质工程——第二代基因工程获取相关基因产品
胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程图，请回答下列有关问题。
(1) 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是什么？
(2) 人工合成的DNA与________结合后，被转移到____________________中才能得到准确表达。
(3) 若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程技术有____________、____________和发酵工程。
(4) 请概述图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
(5) 下列说法错误的是________(填字母)。
A. 蛋白质工程能定向改造蛋白质的结构，使之更加符合人类的需要
B. 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其结构
C. 蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子
D. 蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程
(6) 获得高性能胰岛素，为什么不直接对天然胰岛素加以改造？
名卷优选
1. [2025苏州常熟中学阶段考]下列关于基因工程的应用的叙述，错误的是(　　)
A. 将含药用蛋白基因的载体注射入牛的受精卵，从牛乳汁中获得所需的药品
B. 基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间已产生生殖隔离
C. 利用基因工程生产的甜味剂对人体无害，但在食品中不可以大量添加
D. 基因工程可以改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量
2. [2026扬州中学月考]水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。下列关于这项替换研究工作的叙述，错误的是( )
A. 可行的直接操作对象是水蛭素基因
B. 该过程与中心法则的信息流动方向相反
C. 该蛋白质工程进行中难度最大的操作是改造水蛭素基因
D. 改造的水蛭素基因导入微生物后，可利用发酵工程生产水蛭素
3. [2025泰州期中]天然胰岛素存在起效慢、半衰期短等问题，科研人员利用以下技术途径研发出了速效、长效胰岛素。下列相关叙述错误的是( )
A. 蛋白质工程可改造现有蛋白或制造新蛋白质
B. 步骤A表示预期蛋白质的功能、B表示应有的氨基酸序列
C. 当下市场上的人类胰岛素药物主要由该技术将猪胰岛素改造而来
D. 通过该技术有效抑制胰岛素的聚合，从而可以研发出新型速效胰岛素
4. [2026苏州中学、扬州中学等联考]我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊分泌的乳汁含有凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是(　　)
A. 该项研究说明人和羊共用一套遗传密码
B. 该羊的乳腺细胞含有人的凝血因子基因
C. 该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子
D. 该羊的后代不含有人的凝血因子基因
5. [2025广东珠海四校联考]研究人员制备哺乳膀胱生物反应器。用其获得人体特殊功能蛋白W的基本过程如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A. W基因的下游需要连接膀胱上皮细胞特异表达基因的启动子
B. 步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养
C. 进行体外受精时，精子需要先进行获能处理
D. 与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器可不受动物性别和泌乳期限制
6. (多选)下图是剔除转基因植物中标记基因的一种策略。下列相关叙述正确的有(　　)
A. 分别带有目的基因和标记基因的两个质粒，都带有T- DNA序列
B. 该方法建立在高转化频率基础上，标记基因和目的基因须转到不同染色体上
C. 若要获得剔除标记基因的植株，转化植株必须经过有性繁殖阶段遗传重组
D. 获得的无筛选标记转基因植株发生了染色体结构变异
7. [2026天津南开期中]自然界中某些细菌可通过代谢将原油转化为稳定无害的终产物，科学家为获得能有效修复原油污染土壤的工程菌展开相关研究。
(1) 获得能降解原油的目标菌可从______________取样，样品经________水稀释后涂布于以原油为唯一碳源的固体培养基上培养，分离纯化后获得目标菌A。
(2) 假单胞菌遭受环境压力时，会分泌大量胞外复合物将自身包裹于其中形成细菌聚集膜样物(生物被膜)。目标菌A成膜性差，不能有效控制原油向深层土壤渗透。研究人员将假单胞菌的bdlA基因(约1 300 bp)导入目标菌A体内，尝试构建成膜性好的工程菌。
图1 图2
图1为bdlA基因与pX系列质粒连接构建的重组质粒模式图，为确认是否获得重组DNA分子，可选用限制酶________________对其切割，并对酶切产物及重组质粒进行凝胶电泳检测，结果如图2。据图可初步判断重组质粒构建成功，依据是________________________________________________________________。　　
(3) 上述方法获得的两种工程菌命名为KT2和KT5，在不同时间测定实验组中工程菌及对照组中________的生物被膜总量相对值，结果如图3所示。该结果表明__________________________________。　　
(4) 若要将以上工程菌用于原油污染土壤的修复，举一例说明下一步还应进行研究的方面：________。
图3
第68讲　基因工程的应用和蛋白质工程
【活动方案】
活动一
(1) 逆转录法。大量复制目的基因。
(2) 卡那霉素，重组质粒中含卡那霉素抗性基因而四环素抗性基因被破坏。是否发生质壁分离。
(3) 天然PG基因转录的mRNA　番茄果实的保质期延长
(4) 植物组织培养。再分化(或细胞增殖和分化)。植物激素(生长调节剂、生长素和细胞分裂素)。
活动二　
(1) Hind Ⅲ和BamHⅠ。氨苄青霉素。
(2) A
(3) C
(4) 胚胎移植技术。
(5) 全能性。
(6) 受精卵体积较大，操作较容易，营养物质含量丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因，全能性较高。
(7) 人乳铁蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，让人乳铁蛋白只在乳腺细胞中选择性表达。
(8) C
(9) 乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产目的蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产目的蛋白，其优点是不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效。
活动三
(1) 蛋白质的预期功能。
(2) 载体　大肠杆菌等受体细胞
(3) 蛋白质工程　基因工程
(4) 根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核苷酸的序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
(5) B
(6) 蛋白质结构过于复杂、难以操作，即便改造成功，也不能遗传给后代。
通过PCR进行定点诱变的蛋白质工程
将某基因中的一个或者几个碱基替换(也可以增加或者缺失碱基对)成其他碱基，导致基因中的部分碱基序列发生改变，实现基因的定点突变。只要设计出DNA上某一段片段(需要改造的片段)的一对方向相反的引物，那么这一对引物(碱基基本是互补配对的)中的每一个引物分别和目的基因两侧相应的另外一个引物，在不同反应体系分别进行PCR扩增。然后取两个体系的产物，获得单链后配对、重叠延伸，经过三轮扩增就会得到中间某处改造过的目的基因。
【名卷优选】
1 B　将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入牛的受精卵中，然后使其生长发育成转基因动物，并通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，A正确；基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间仍属于同一物种，没有产生生殖隔离，B错误；利用基因工程生产的甜味剂虽然对人体无害，但也不能在食品中大量添加，C正确；基因工程可以根据人们的意愿，改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量，D正确。
2 C　蛋白质工程的直接操作对象是基因，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺属于蛋白质工程范畴，可行的直接操作对象是水蛭素基因，A正确；该过程与中心法则的信息流动方向相反，蛋白质工程中需先设计所需蛋白质结构，再反向推导并修改基因序列，B正确；蛋白质工程进行中难度最大的操作是根据蛋白质的功能设计蛋白质的结构，C错误。
3 C　结合题意可知，当下市场上的人类胰岛素药物主要是通过基因工程改造大肠杆菌获得的，C错误。
4 D　自然界中的所有生物共用同一套遗传密码，A正确；因为该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子，说明该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因，B正确；依据题干信息，将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊分泌的乳汁含有凝血因子，说明该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子，C正确；由于将人凝血因子基因的DNA片段注射到的是羊的受精卵中，该羊性腺细胞含有该基因，通过减数分裂产生的卵细胞可能含有该基因，其后代也可能含有人的凝血因子基因，D错误。
5 A　启动子属于基因的非编码区，一般位于基因的上游，W基因上游需要连接膀胱上皮细胞特异表达基因启动子，确保W基因特异表达，A错误；步骤①是将重组表达载体导入受精卵，常用显微注射法，步骤②是早期胚胎培养，B正确；体外受精精子需获能处理，C正确；与乳腺生物反应器(只能是雌性，其性成熟)相比，膀胱生物反应器不受转基因动物性别和泌乳期限制，D正确。
6 ABC　农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T DNA(可转移的DNA)转移并整合到植物细胞的染色体DNA上，题图中目的基因、标记基因需整合到植物细胞的染色体上，因此两个质粒都带有T DNA序列，A正确；该方法利用农杆菌转化法，因为不同农杆菌T DNA都要进入受体细胞，所以要建立在高转化频率基础上，由共转化形成的植株可知，标记基因和目的基因位于不同的染色体上，B正确；若要获得剔除标记基因的植株，必须经过有性杂交，实现基因重组，获得只含目的基因的植株、只含标记基因的植株、既含目的基因又含标记基因的植株，C正确；获得的无筛选标记转基因植株发生了基因重组，D错误。
7 (1) 原油污染土壤　无菌
(2) Csp45Ⅰ、XbaⅠ　连接到两个质粒上的目的基因一致(两个重组质粒酶切后分别产生5 144 bp、1 254 bp和4 768 bp、1 254 bp，说明两个重组质粒中都有长度约为1 300 bp的bdlA基因)
(3) (导入普通质粒的)目标菌A　在36 h KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值显著提高
(4) 如何扩大培养、工程菌降解原油的效率、对生态环境的影响等
解析：(3) 实验的自变量是工程菌的种类和时间，因变量是生物被膜总量相对值，所以在不同时间测定实验组中工程菌及对照组中(导入普通质粒的)目标菌A的生物被膜总量相对值。由图3可知，导入bdlA基因的工程菌(KT2和KT5)形成的生物被膜总量均高于对照组，且在一定的时间范围内，随着时间的延长，生物被膜总量越高，KT5形成的生物被膜总量与KT2形成的生物被膜总量显著高于对照组，因此该结果表明在36 h KT2和KT5两种工程菌的生物被膜量相对值显著提高。第68讲　基因工程的应用和蛋白质工程
1 [2025苏州期中]利用蛋白质工程对干扰素进行改造，可在一定条件下延长其保存时间。下列叙述错误的是(　　)
A. 蛋白质工程与中心法则的信息流动方向是一致的
B. 可用PCR技术检测改造后的干扰素基因是否转录出了相应的mRNA
C. 经改造后的干扰素基因能通过工程菌的繁殖实现遗传
D. 蛋白质工程对干扰素的改造遇到的最大难题是按人类需求对高级结构进行设计
2 [2026南通如皋期初]通过蛋白质工程将胰岛素B链第28位脯氨酸替换为天冬氨酸，研制成的“德谷胰岛素”具有快速和长效的特点，极大改善糖尿病患者的血糖控制灵活性。下列叙述错误的是(　　)
A. 该过程一般不可通过对天然胰岛素的氨基酸进行直接替换完成
B. 若使用大肠杆菌作为受体细胞，直接产生的胰岛素可能不具有生物活性
C. 根据中心法则可推断出“德谷胰岛素”的唯一脱氧核苷酸序列
D. “德谷胰岛素”的最终获得还需经过基因工程，并验证产品的功能
3 [2025苏州大学附属中学月考]基因工程技术给人类生产生活和医疗带来巨大的影响，下面有关说法正确的是(　　)
A. 限制酶具有专一性，因此不同的限制酶不能产生相同的黏性末端
B. 在自然条件下，农杆菌转化法不适用于将目的基因导入大多数的单子叶植物细胞
C. 只要有证据证明转基因产品不安全，就应禁止转基因技术的研究
D. 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的调控元件重组在一起，导入哺乳动物的乳腺细胞中可获得乳腺生物反应器
4 人凝血酶Ⅲ是一种分泌蛋白，可预防和治疗急慢性血栓。重组人凝血酶Ⅲ是世界上首个上市的动物乳腺生物反应器生产的重组蛋白药物。下列相关叙述错误的是(　　)
A. 可从人细胞中提取RNA后利用逆转录PCR技术获取目的基因
B. 目的基因的上游需连接在乳腺细胞中特异表达基因的启动子
C. 用显微注射技术将表达载体导入乳腺细胞来获得转基因动物
D. 若用大肠杆菌作为受体细胞难以获得活性高的人凝血酶Ⅲ
5 [2026南通如皋期初]某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路来制备山羊膀胱生物反应器，可以从转基因动物尿液中分离纯化出所需要的W蛋白。下列说法正确的是(　　)
A. 可使用显微注射法将含有W蛋白基因的表达载体导入膀胱细胞中
B. 制备的膀胱生物反应器，只有膀胱细胞中才含有W蛋白基因
C. 用膀胱生物反应器和乳腺生物反应器生产W蛋白使用的启动子相同
D. 与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受受体生物性别和年龄限制
6 下图是采用CRISPR/Cas9技术对某生物基因进行编辑的过程，该过程中用sgRNA可指引核酸内切酶Cas 9结合到特定的位点进行切割。下列叙述正确的是(　　)
A. 根据破坏B基因后生物体的功能变化，可推测B基因的功能
B. 基因定点编辑前需要设计与靶基因全部序列完全配对的sgRNA
C. 图中sgRNA1的碱基序列和sgRNA2碱基序列相同或互补
D. 可利用此技术编辑生殖细胞相关基因以期生育出免疫艾滋病的婴儿
7 基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答。下列说法正确的是(　　)
A. 疫苗经注射进入人体后，可被人体的浆细胞识别
B. 接种基因疫苗只能预防特定微生物的感染
C. 基因疫苗是指机体能识别特定的基因，从而引起机体产生免疫反应
D. 利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗就是基因疫苗
8 [2025无锡期末]胰岛素的研发走过了：动物提取—化学合成—重组胰岛素—生产胰岛素类似物生产等历程。下列有关叙述错误的是(　　)
A. 动物体内胰岛素由胰岛B细胞合成并胞吐出细胞
B. 氨基酸是化学合成胰岛素的原料
C. 用大肠杆菌和乳腺生物反应器生产胰岛素需相同的启动子
D. 利用蛋白质工程可生产速效胰岛素等胰岛素类似物
9 [2025扬州期末]下列关于基因工程应用的叙述，正确的是(　　)
A. 目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组后，导入乳腺细胞
B. 转基因动物作为器官移植的供体时，导入某种调节因子以抑制抗原决定基因的表达
C. 通过定点突变技术获得的胰岛素基因可直接导入大肠杆菌用于发酵生产
D. 可利用蛋白质工程对T4溶菌酶的空间结构直接进行改造，从而提高其耐热性
10 (多选)下图为农杆菌Ti质粒的T DNA区段结构示意图。农杆菌附着植物细胞后，T DNA先在农杆菌中从右边界到左边界被剪切、复制，后进入植物细胞并整合到染色体上，继而诱发细胞异常生长和分裂，形成植物肿瘤。下列有关叙述正确的有(　　)
A. Ti质粒存在于农杆菌的拟核DNA之外
B. 植物肿瘤的形成与A、B两个基因的表达有关
C. 清除植物肿瘤组织中的农杆菌后肿瘤不再生长
D. 利用T DNA进行转基因时需保留LB、RB序列
11 (多选)[2025青岛模拟]虾青素是虾体内的一种脂质，具有抗氧化等多种药理活性。研究人员将虾青素基因导入水稻中，获得转基因水稻，取转基因水稻外植体组培形成愈伤组织，制备水稻胚乳悬浮细胞，对虾青素进行工厂化生产。下列说法错误的有(　　)
A. 将虾青素基因与胚特异性启动子重组
B. 在培养水稻胚乳细胞的固体培养基中添加蔗糖
C. 悬浮培养前用胰蛋白酶分离胚乳细胞
D. 工厂化生产的虾青素需要进行药理活性检测
12 [2024扬州期末]人绒毛膜促性腺激素是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，由α链和β链(hCGβ)结合而成。近年研究显示，hCGβ可表达于结肠癌等多种恶性肿瘤细胞，与肿瘤的发生、发展及转移有一定关系。研发抗hCGβ疫苗已成为近年来肿瘤生物治疗新的热点，下图1为其制备的基本方案。请分析并回答下列有关问题。
图1
注：甲序列指导合成的信号肽能引导后续合成的肽链进入内质网腔，AOX1为甲醇氧化酶基因的启动子，只能在以甲醇为唯一碳源的培养基中正常表达
(1) 图中hCGβ基因需要与甲序列一起构建形成融合基因，其目的是________________________。
(2) 当目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同时，就可以发生同源切割，将目的基因直接插入。同源切割是一种代替________将目的基因导入基因表达载体的方法。
(3) 阶段Ⅱ将环化质粒导入用________处理的大肠杆菌，然后在含有____________的培养基中筛选得到含hCGβ基因表达载体的大肠杆菌后进行扩增。
(4) 为了检验重组质粒是否构建成功，提取大肠杆菌中的质粒为模板，设计相应的引物进行PCR扩增，则最好选择图2中的引物________。PCR反应体系中需加入模板、________、________、引物、Mg2+、缓冲液等，再将扩增产物进行________来确定可用于导入酵母菌的重组质粒。 图2
(5) 阶段Ⅳ需将处理后的酵母菌接种在培养基上培养，该培养基不需要添加以下哪些成分________(a. 氨苄青霉素　b. 组氨酸　c. 无机盐　d. 琼脂)，可在此培养基上生长的酵母菌即为含有hCGβ基因表达载体的目的菌株。将此菌株扩大培养后，离心取上清液，用________________进行检测。若上清液中能检测到hCGβ蛋白，则说明hCGβ基因得以表达。
(6) 从生产控制的角度分析，选用AOX1作为hCGβ基因启动子的优点是___
______________________________________。
13 [2025泰州中学阶段考]土壤盐碱化问题已经成为全球性难题，培育耐盐碱农作物是解决人类粮食安全和农业发展的重要途径。请回答下列相关问题。
图1
图2
图3
(1) 为研究高粱盐碱响应通路中相关基因AT1的作用，研究人员构建过表达植株(AT1OE)。以高粱cDNA为模板，利用____________方法获取目的基因。如图1，选取最佳限制酶______________处理目的基因和质粒，构建重组质粒并转入农杆菌。
(2) 将转化成功的农杆菌与高粱愈伤组织共培养，为筛选出T-DNA成功转入的愈伤组织，培养基中需加入________，原因是______________________________
________________。获得所需愈伤组织后，经______发育成完整植株。同时构建基因敲除植株(AT1KO)。
(3) 检测植株在高碱土壤中的幼苗长势和作物产量，结果发现：相比野生型植株，AT1KO植株__________________，AT1OE植株表型相反，说明AT1在高粱碱胁迫的响应过程中起负调控作用。
(4) 高碱条件下，植物细胞内H2O2含量升高，推测AT1可能与运输H2O2的通道蛋白PIP2有相互作用。利用免疫共沉淀方法进行研究，实验原理如图2，若靶蛋白A和待测蛋白B有相互作用，用磁珠偶联抗A抗体使A沉淀，则B也会被沉淀下来。利用抗GFP抗体与磁珠偶联，对实验组和对照组总蛋白进行免疫共沉淀，实验结果如图3。
①检测总蛋白的目的是______________________________________。
②通过条带________可以判断，AT1与PIP2有相互作用。若想进一步验证该相互作用，可用________抗体与新磁珠偶联再次进行实验。
(5) 细胞内过量的H2O2积累会导致氧化应激，从而导致植物细胞死亡，降低植物存活率。研究显示PIP2磷酸化能够促进H2O2外排。综合上述信息，解释敲除AT1基因能显著提高植株耐盐碱性的原因________________________________
______________________________________________________________________。
第68讲　基因工程的应用和蛋白质工程
1 A　蛋白质工程包含逆向设计(蛋白质→基因)，与中心法则的方向不是一致的，A错误；经改造后的干扰素基因整合到工程菌的基因组中，随着工程菌的繁殖，基因会进行复制并传递给子代细胞，从而实现遗传，C正确。
2 C　中心法则无法确定唯一DNA序列，因不同密码子可能对应同一氨基酸(密码子简并性)，C错误。
3 B　同尾酶能产生相同的黏性末端，即有的限制酶虽然识别的碱基序列不同，但切割后可产生相同的黏性末端，A错误；在自然条件下，农杆菌不能感染大多数的单子叶植物，故农杆菌转化法不适用于将目的基因导入大多数的单子叶植物细胞，B正确；转基因技术是中性的，不应禁止，C错误。
4 C　可从人细胞中提取RNA后利用逆转录PCR技术获取目的基因，此时获得的目的基因没有启动子、终止子等，A正确；动物乳腺生物反应器需要使目的基因在乳腺细胞表达，目的基因的上游需连接在乳腺细胞中特异表达基因的启动子，B正确；动物受精卵全能性最高，用显微注射技术将表达载体导入受精卵来获得转基因动物，在乳腺细胞表达特定的基因是启动子的作用，并非将目的基因导入乳腺细胞，C错误；大肠杆菌是原核生物，不具有加工分泌蛋白的内质网和高尔基体，若用大肠杆菌作为受体细胞难以获得活性高的人凝血酶Ⅲ，D正确。
5 D　
6 A　分析题图可知，用sgRNA可指引核酸内切酶Cas 9结合到特定的切割位点并进行切割，进而将基因Ⅱ切除，连接基因Ⅰ和Ⅲ，形成新的B基因，通过破坏B基因后生物体的功能变化可推测B基因的功能，A正确；sgRNA可指引核酸内切酶Cas 9结合到特定的切割位点，因此基因定点编辑前需要设计与被切割基因两端碱基序列配对的sgRNA，B错误；图中sgRNA1的碱基序列和sgRNA2碱基序列结合的是不同的DNA区段，故二者一般情况下既不相同也不互补，C错误。
7 B　浆细胞不能识别抗原，A错误；接种疫苗能促使机体产生抗体作用于相应抗原，这属于特异性免疫，因此接种基因疫苗只能预防特定微生物，B正确；基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答，C错误；基因通常是具有遗传效应的DNA片段，利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗不是基因疫苗，D错误。
8 C　胰岛素在动物体内由胰岛B细胞合成后，经过胞吐作用释放出细胞，A正确；胰岛素属于蛋白质，所以化学合成胰岛素的原料是氨基酸，B正确；用大肠杆菌和乳腺生物反应器生产胰岛素不需要使用相同的启动子，因为两者属于不同的表达系统，大肠杆菌是原核生物表达系统，而乳腺生物反应器属于真核生物表达系统，启动子要求不同，C错误；利用蛋白质工程技术可以对胰岛素进行改造，生成具有不同作用特性的胰岛素类似物，包括速效胰岛素，D正确。
9 B　目的基因需与乳腺蛋白基因的启动子重组后导入受精卵，而非直接导入乳腺细胞(动物细胞全能性受限，需通过个体发育实现产物分泌)，A错误；转基因动物作为供体时，抑制抗原决定基因的表达可减少免疫排斥，通过导入调节因子(如抑制抗原合成的基因)可实现这一目的，符合基因工程应用，B正确；定点突变后的胰岛素基因需先与大肠杆菌表达载体(含启动子、终止子等)重组，才能导入受体菌，直接导入无法表达，C错误；蛋白质工程通过改造基因间接改变蛋白质结构，而非直接修饰蛋白质空间结构，D错误。
10 ABD　Ti质粒是环状的DNA分子，存在于农杆菌的拟核DNA之外，A正确；A、B两个目的基因导入到受体细胞的染色体上，进行表达，继而诱发细胞异常生长和分裂，形成植物肿瘤，B正确；农杆菌将自身Ti质粒的T DNA整合到植物染色体上，诱发了植物肿瘤的形成，故清除肿瘤组织中的农杆菌后，肿瘤仍可继续生长，C错误；只有T DNA保留LB、RB序列，T DNA才能在农杆菌中从右边界到左边界被剪切、复制，然后进入植物细胞并整合到染色体上，D正确。
11 ABC　为使虾青素在胚乳细胞中表达，需将虾青素基因与胚乳特异性启动子重组，这样可以使虾青素基因在水稻胚乳细胞中特异性表达，有利于在水稻胚乳悬浮细胞中生产虾青素，A错误；制备水稻胚乳悬浮细胞，对虾青素进行工厂化生产，需要使用液体培养基，B错误；胰蛋白酶是用于处理动物细胞的，植物细胞有细胞壁，应用纤维素酶和果胶酶来分离植物细胞，C错误；对分离纯化的虾青素进行活性鉴定，能够确定所生产的虾青素是否具有预期的抗氧化等药理活性，D正确。
12 (1) 有利于hCGβ进入内质网加工　(2) 限制酶　(3) CaCl2　氨苄青霉素　(4) P1和P6　Taq酶　dNTP　电泳/测序　(5) a、b　抗原—抗体杂交法(hCGβ的抗体)　(6) 可以通过控制培养液中的甲醇作为唯一碳源，来控制hCGβ基因的表达
解析：(1) 甲序列指导合成的信号肽能引导后续合成的肽链进入内质网腔，因此hCGβ基因需要与甲序列一起构建形成融合基因，其目的是有利于hCGβ进入内质网中加工，并分泌到细胞外。(2) 传统重组质粒构建过程需要使用限制酶和DNA连接酶，而该过程是运用同源切割的方式在hCGβ基因两端加上一组同源序列A、B，然后将hCGβ基因与线性质粒载体混合后，在重组酶和DNA连接酶的作用下可形成环化质粒，该过程没有使用限制酶。所以同源切割是一种代替限制酶将目的基因导入基因表达载体的方法。(4) 融合基因包含了目的基因和A、B序列，则进行设计引物的时候应该包括A、B序列和目的基因的部分序列，所以图中的引物1和引物6是合适的引物。扩增的产物可通过电泳或测序的方法进行鉴定。(6) AOX1为甲醇氧化酶基因的启动子，只能在以甲醇为唯一碳源的培养基中正常表达，因此选用AOX1作为hCGβ基因启动子，可以通过控制培养液中甲醇的有无，来控制hCGβ基因的表达和hCGβ蛋白的合成。
13 (1) PCR　BamHⅠ和EcoRⅠ　(2) 潮霉素　T-DNA区段含有潮霉素抗性基因，可作为标记基因进行筛选　再分化　(3) 幼苗长势好、作物产量高　(4) ①确保免疫共沉淀前的样品中有靶蛋白A和待测蛋白B　3　②抗PIP2　(5) 高碱环境中AT1与PIP2相互作用抑制其磷酸化，从而抑制H2O2外排，导致植物细胞死亡；敲除AT1基因后，PIP2磷酸化上升，促进H2O2外排，作物存活率提高
解析：(1) 为避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接，需要用两种酶进行切割，据图可知，Xho Ⅰ会有两个切割位点，且有一处位于标记基因上，故不能选择，结合目的基因和质粒的限制酶位点可知，BamH Ⅰ和EcoR Ⅰ 为最佳限制酶。(3) 分析题意可知，基因敲除植株是AT1-KO，而过表达植株是AT1-OE，野生型是对照组，若AT1在高粱碱胁迫的响应过程中起负调控作用，则预期结果应为：相比野生型植株，AT1-KO植株幼苗长势好、作物产量高，AT1-OE植株表型相反。(4) ②据图可知，对总蛋白进行抗PIP2抗体检测时对照组和实验组均有条带3出现，转入空质粒的对照组对免疫共沉淀蛋白进行抗PIP2抗体检测时无条带3出现，而转入重组质粒的实验组有条带3出现，说明AT1与PIP2有相互作用，能够相互反应、结合；由于实验假设是AT1可能与运输H2O2的通道蛋白PIP2有相互作用，若想进一步验证该相互作用，可用抗PIP2抗体与新磁珠偶联再次进行实验。

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