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第55讲　基因工程的应用、蛋白质工程和生物技术的安全性与伦理问题
课标 要求 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.举例说出日常生活中的转基因产品。 5.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。 6.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题。 7.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。 8.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。 9.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考情 分析 1.基因工程的应用 2025·河北卷,22;2025·云南卷,21;2024·天津卷,5;2024·江西卷,12;2024·河北卷,22;2024·山东卷,25;2024·黑吉辽卷,25;2024·全国甲卷,38;2023·天津卷,17;2023·北京卷,6
2.蛋白质工程 2025·贵州卷,18;2025·全国卷,1;2025·河南卷,21;2024·天津卷,5;2023·辽宁卷,25
3.生物技术的安全性与伦理问题 2025·浙江6月选考,3;2024·浙江1月选考,1;2023·浙江1月选考,2
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
考向1　分析基因工程的应用,考查科学思维
1.草甘膦是一种广谱除草剂,通过抑制植物中EPSPS酶的活性,使植物细胞内某些氨基酸不能合成,从而达到除草的目的。为提高小麦对草甘膦的耐受性,科学家将细菌的EPSPS基因转入小麦叶绿体中,得到抗草甘膦转基因小麦。下列相关叙述错误的是(　　)
A.将EPSPS基因导入小麦的叶绿体可避免基因污染
B.转基因小麦中的EPSPS酶的空间结构或数量发生改变
C.可通过喷洒草甘膦来检验转基因小麦是否培育成功
D.转基因小麦中EPSPS酶参与合成的氨基酸数量下降
2.(2026·湖北武汉调研)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
考点二　蛋白质工程
1.蛋白质工程的概念
2.蛋白质工程和基因工程的区别和联系
项目 蛋白质工程 基因工程
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
过程 预期蛋白质功能→设计预期的　　　　→推测应有的　　　　　　→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
结果 可生产　　　　　　　　　　　 只能生产　　　　　　　　　　
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
(选择性必修3 P94图317)对天然蛋白质进行改造是直接对　　 　　(填“蛋白质”或“基因”)分子进行操作,原因是　 　。
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面。
利用蛋白质工程研发　　　 　。实例:如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,在一定条件下,可以　　　　　　　　。
(2)在工业方面。
蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。实例:枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用,因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面。
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的　　 　,以提高植物光合作用的效率,增加粮食的产量。
【情境·思维·深析】
　某种冠状病毒的S蛋白和N蛋白是能引起人体免疫反应的两种抗原,两种抗原中起关键作用的分别是肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ。通过如图流程得到的蛋白质X,既能与S蛋白抗体特异性结合,又能与N蛋白抗体特异性结合,可提高检测的灵敏度。回答下列问题。
(1)重组蛋白X与肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ的关系是　　　　　　　　　　　　 　　　　,肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ在结构上的区别可能是　 　。
(2)仅依据肽链片段Ⅰ推测出的DNA碱基序列有多种可能性,原因是
　 　,获取基因X的方法是　 。
(3)能用含氨苄青霉素和氯霉素的培养基筛选出含基因X表达载体大肠杆菌的原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)含基因X表达载体的大肠杆菌经培养后,需对分离纯化的蛋白质进行检测,如果纯化的蛋白质能　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,则说明获得了所需要的蛋白质。流程图中获得蛋白质X的过程属于　　　　　　工程。
考向2　分析蛋白质工程的原理及应用,培养理解能力和获取信息能力
3.(2025·贵州六校联考)胰岛素常用于治疗糖尿病,注射后易在皮下堆积,且较长时间才能进入血液,进入血液后又易被分解,因此治疗效果受到影响。如图是新型速效胰岛素的生产过程,下列叙述错误的是(　　)
A.图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能
B.该过程属于蛋白质工程,最终还要通过改造或合成基因来完成
C.大肠杆菌合成的新的胰岛素没有生物活性,不能正常发挥作用
D.新的速效胰岛素生产过程中可以不必遵循中心法则
考点三　生物技术的安全性与伦理问题
1.转基因产品的安全性
(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　　　　　　; ②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸; ③用基因工程菌生产药物
转基因 动物方面 ①培育　　　　　　、　　　　　　　　　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　　　　、　　　　、　　　　　　和耐储藏等新性状的作物
(2)对转基因产品安全性的争论。
1.(选择性必修3 P102相关信息)我国科学家将来自玉米的　　　　　 　基因与目的基因一起转入植物中,由于　　　　　 　　可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性,因而可以防止　　　　　　的传播。
(3)理性看待转基因技术。
①理性看待转基因技术。
②我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的,就是研究上要大胆,坚持　　　　　　;推广上要慎重,做到确保安全;管理上要　　　　,坚持依法监管。
2.关注生殖性克隆人
(1)治疗性克隆和生殖性克隆的比较。
类型 生殖性克隆 治疗性克隆
概念 通过克隆技术产生独立生存的新个体 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
目的
水平 　　　　　 　　　　　
联系 都属于无性生殖;产生新细胞、新组织或新个体,遗传信息相同
(2)我国禁止生殖性克隆人。
①我国　　　　　　　　　　　　　　　　　　　任何生殖性克隆人实验。
②我国政府重视治疗性克隆所涉及的伦理问题,主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
(3)生殖性克隆与治疗性克隆的主要过程。
2.(选择性必修3 P106正文)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
　。
3.试管婴儿与设计试管婴儿的异同点
不 同 点 技术 手段 试管婴儿不需要进行遗传学诊断,设计试管婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断。 如图,设计试管婴儿比试管婴儿多了d过程:
应用 试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿用于白血病等疾病的治疗
相同点 都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过　　　　　　,都是有性生殖
4.生物武器
(1)生物武器的种类、特点及散布途径。
种类 ①致病菌类:炭疽杆菌、霍乱弧菌等。 ②　　　　类:天花病毒、某些动物的痘病毒、通过基因工程改造的流感病毒等。 ③生化毒剂类:肉毒杆菌毒素等
特点 ①致病性强;传染性强;人易感。 ②较隐蔽:不易被发现;易传播(如气溶胶),发病有潜伏期,污染面积大、危害时间长。 ③易得到:制备容易,成本低。 ④传染途径多,治疗困难。 ⑤受自然条件影响大
散布 途径 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
(2)我国政府的态度: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。
考向3　围绕生物技术安全性及伦理问题,考查社会责任
4.(2025·浙江6月选考,3)下列关于生物技术安全和伦理问题的叙述,错误的是(　　)
A.反对设计完美婴儿
B.反对人的生殖性克隆
C.禁止生物武器的使用
D.禁止转基因技术的应用
5.(2025·湖北黄冈二模)下列有关生物技术安全性和伦理问题的观点,不合理的是(　　)
A.对于转基因技术,我们应该趋利避害,理性看待
B.我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆
C.我国不发展、不生产、不储存生物武器,并反对其扩散
D.对于基因检测应该保护个人遗传信息隐私权
1.(2024·浙江1月选考,1)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(　　)
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
2.(2022·辽宁卷,12)抗虫和耐除草剂玉米双抗125是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
3.(2025·云南卷,21)我国研究人员发明了生产维生素C的两步发酵法,流程如图甲。为了减少氧化葡糖杆菌竞争性消耗山梨糖,需要进行灭菌以结束第一步发酵。
在两步发酵法的基础上,我国研究人员进一步尝试用三菌混菌体系建立一步发酵法。在氧化葡糖杆菌(原始菌MCS)中利用基因工程技术导入大肠杆菌基因ccdB,得到工程菌IR3C。MCS和IR3C单菌培养时,活菌数变化曲线如图乙,MCS、IR3C分别与普通生酮基古龙酸菌和巨大芽孢杆菌进行三菌混菌发酵时,产物含量变化曲线如图丙。
回答下列问题。
(1)要使基因ccdB在IR3C中稳定遗传、表达并发挥作用,构建的基因表达载体除启动子外,还必须有　 。
(2)绘制图乙需统计活菌数,常用方法是　　　　　　　　　　。当活菌达到一定数量时,基因ccdB编码的蛋白质开始发挥作用,推测该蛋白质的作用是　
　　　　　,开始发挥作用的时间是　　　　　　,判断理由是　
　。
(3)基于图丙,利用IR3C三菌混菌发酵的产量　　　　(填“高于”或“低于”)MCS三菌混菌发酵的产量,其原因是　
　。
4.(2024·黑吉辽卷,25)将天然Ti质粒改造成含有Vir基因的辅助质粒(辅助TDNA转移)和不含有Vir基因、含有TDNA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。
注:F1~F3,R1~R3表示引物;TDNALB表示左边界;TDNARB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　 。
提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精,其目的是　　　　　　　　　　。
(2)本操作中获取目的基因的方法是　　　　　　　　和　　　　　　　　　。
(3)穿梭质粒中p35s为启动子,其作用是　　　　　　　　　　　　　　,驱动目的基因转录;插入两个p35s启动子,其目的可能是　 　。
(4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置,用　　　　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 和　　　　　。
(6)本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程,理由是　　 　　。
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第55讲　基因工程的应用、蛋白质工程和生物技术的安全性与伦理问题
(时间:15分钟)
1.(2025·湖北黄冈模拟)生物技术的安全性与伦理性一直是人类关注和讨论的热点问题。下列叙述正确的是(　　)
A.转基因技术的原理是基因重组,不会改变生物的遗传多样性
B.“设计试管婴儿”需在胚胎移植前进行遗传学诊断
C.生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
D.生殖性克隆人理论上能丰富人类基因的多样性,可在特定人群中进行相关实验
【答案】 B
【解析】 转基因技术的原理是基因重组,它将外源基因导入受体生物,会改变生物的基因组成,从而改变生物的遗传多样性;“设计试管婴儿”的目的是用于治疗某些疾病,需在胚胎移植前进行遗传学诊断;生物武器是用微生物、毒素及重组致病菌等来形成杀伤力,干扰素是一种免疫活性物质,不是生物武器的组成部分;生殖性克隆人会引发一系列伦理问题,而且克隆人只是对供体的复制,不能丰富人类基因的多样性,同时在任何人群中都不允许进行生殖性克隆人的相关实验。
2.(2025·湖北武昌三模)《中华人民共和国生物安全法》是为维护国家安全,防范和应对生物安全风险,保障人民生命健康,保护生物资源和生态环境,促进生物技术健康发展,推动构建人类命运共同体,实现人与自然和谐共生,制定的法律。根据其精神,结合生物学知识,下列叙述正确的是(　　)
A.患免疫缺陷病的儿童不建议接种减毒活疫苗
B.市场上买来的野生动物应该放归当地自然环境
C.未经安全评估的转基因生物产品可小规模上市
D.畜禽养殖所用的饲料中应全面添加抗生素
【答案】 A
【解析】 对于患免疫缺陷病儿童,接种减毒活疫苗后,由于自身免疫系统无法有效应对这些有活性的病原体,可能会引发严重的感染等不良反应,所以不建议接种减毒活疫苗;市场上买来的野生动物不能直接放归当地自然环境,需要经过安全检测,防范和应对生物安全风险,保障人民生命健康;未经安全评估的转基因生物产品也不可小规模上市,避免对人民的生命健康、生态环境等造成威胁;滥用抗生素会导致细菌等微生物耐药性增强,威胁公共健康。
3.(2025·河南郑州模拟)香豆素是从豆科植物中提取的产物,肉桂酰辅酶A邻羟基化酶(CCHs)是其合成途径中的关键酶,研究者获得这种酶的途径如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.对CCHs进行合理设计可能得到多种基因序列,但仍然可以表达出相同的蛋白质
B.蛋白质工程设计流程是从CCHs基因的碱基排列顺序出发
C.从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则完全一致
D.过程3中碱基互补配对的方式有A—T、T—A、G—C、C—G
【答案】 A
【解析】 由于密码子具有简并性,因此对CCHs进行合理设计可能得到多种基因序列,但均可表达出相同的蛋白质;蛋白质工程设计流程是从预期的蛋白质功能出发;由图可知,蛋白质工程的基本途径与中心法则相反;过程3是翻译过程,碱基互补配对的方式有A—U、U—A、G—C、C—G。
4.(2025·甘肃兰州二模)基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等多方面的应用发展迅速。下图表示利用基因工程技术生产人血清白蛋白的两条途径。下列叙述错误的是(　　)
A.扩增目的基因时,利用耐高温的DNA聚合酶从引物a、b的3′端进行子链合成
B.目的基因要与能在绵羊乳腺细胞中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起
C.若目的基因是从人的细胞内提取mRNA经逆转录形成的,则该目的基因中不含启动子序列
D.可以利用农杆菌转化法将含有目的基因的重组质粒直接整合到受体植物细胞的染色体DNA上
【答案】 D
【解析】 mRNA是由基因启动子后面的碱基序列编码而来的,若某基因是从人的细胞内提取mRNA经逆转录形成的,则该基因中不含启动子序列;农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞的染色体DNA上,根据农杆菌的这一特点,将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到受体植物细胞的染色体DNA上。
5.(2025·四川宜宾三模)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,就可以利用牛的乳腺细胞生产人血清白蛋白。如图是利用奶牛乳腺生产人血清白蛋白的图解。下列相关说法错误的是(　　)
A.作为乳腺生物反应器的奶牛B体内几乎所有细胞中都含有血清白蛋白基因
B.将②导入③之前要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合构建表达载体
C.在④中检测到人血清白蛋白基因,说明目的基因在受体细胞中完成了表达
D.此过程涉及的现代生物技术有核移植技术、动物细胞培养技术、转基因技术等
【答案】 C
【解析】 经过转基因技术和核移植技术之后,重组细胞中含有血清白蛋白基因,由该细胞经过有丝分裂、分化得来的细胞都含有血清白蛋白基因,因此,作为乳腺生物反应器的奶牛B体内几乎所有细胞中都含有血清白蛋白基因;将②导入③之前要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合构建表达载体,目的是让目的基因在乳腺细胞中特异性表达;在④中检测到人血清白蛋白基因,说明目的基因成功导入受体细胞,不能说明目的基因在受体细胞中完成了表达;此过程涉及的现代生物技术有核移植技术、动物细胞培养技术、转基因技术等。
6.(2025·河南卷,21)卡拉胶是一类源于海洋红藻的大分子多糖,可被某些细菌降解为具有多种应用前景的卡拉胶寡糖。某研究小组拟筛选具有高活性卡拉胶酶(CG)的菌种用于生产卡拉胶寡糖。回答下列问题。
(1)选择海藻和海泥作为样本筛选卡拉胶降解菌的原因是
　。
将培养后的菌液混匀并充分　　　　,再接种至微孔板中,经培养和筛选获得了CG活性最高的菌种。
(2)为构建携带cg(CG的编码基因)的大肠杆菌表达载体(图1),对cg的PCR扩增产物和质粒进行双酶切,随后用E.coli DNA连接酶连接。为保证连接准确性和效率,cg转录模板链的5′端最好含有　　　　酶切位点。另有两组同学选用了各不相同的双酶切组合和T4 DNA连接酶重复上述实验,获得的部分重组质粒分子大小符合预期,但均无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割,其原因是　 　。
限制酶的识别序列和切割位点如下:
(3)为将构建好的表达载体转入大肠杆菌,需要先用Ca2+处理大肠杆菌细胞,目的是
　,随后在含　　　　和　　　　的培养基中培养一段时间后,根据菌落周围有无水解透明圈筛选目的菌株。
(4)已知空间上邻近的两个半胱氨酸易形成二硫键,从而提升蛋白质的耐热性。为提高CG的耐热性,研究人员分析了五个氨基酸位点的空间距离和保守度(保守度值越大表明该位点对酶的功能越关键),如图2所示。根据分析结果,选择第　　位的氨基酸替换成半胱氨酸最合适,原因是　 　。
【答案】 (1)在富含卡拉胶的环境中,存在能够分解卡拉胶的微生物的可能性大　稀释
(2)BamHⅠ　重组质粒连接处的序列不再是原来的限制酶识别序列
(3)使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态　卡拉胶　四环素
(4)44　该位点的氨基酸空间上离半胱氨酸更近,容易形成二硫键,而且保守度低,替换后对酶功能的影响较小
【解析】 (2)E.coli DNA连接酶连接平末端的效率很低,因此切割质粒和目的基因时不能选择切成平末端的限制酶,即不能选择EcoRⅤ和SmaⅠ,而SpeⅠ与XbaⅠ切割后的黏性末端相同,若选择SpeⅠ与XbaⅠ切割,会导致质粒和目的基因出现自身环化或反向连接,因此切割质粒时SpeⅠ与XbaⅠ中只能选择一个,而另一个限制酶需要选择BamHⅠ,又由于转录的方向是由启动子→终止子,且mRNA合成的方向是5′→3′,因此基因模板链的3′端应靠近启动子,5′端靠近终止子,故为保证连接的准确性和效率,cg转录模板链的5′端最好含有BamHⅠ酶切位点。限制酶的识别序列具有专一性,若连接后的序列不存在最初限制酶的识别序列,则可能导致重组质粒无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割。
(3)为将构建好的表达载体转入大肠杆菌,需要先用Ca2+处理大肠杆菌细胞,目的是使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,便于重组DNA进入受体细胞。含有重组质粒的大肠杆菌可分泌高活性卡拉胶酶(CG),可分解卡拉胶,使其菌落周围形成透明圈,且重组质粒上含有四环素抗性基因,因此将转化后的大肠杆菌接种在含卡拉胶和四环素的培养基中培养一段时间后,根据菌落周围有无水解透明圈筛选目的菌株。
(4)据图2可知,虚线长度代表氨基酸间的空间距离,由于第44位点的氨基酸空间上离半胱氨酸更近,容易形成二硫键,而且保守度低,替换后对酶功能的影响较小,因此选择第44位的氨基酸替换成半胱氨酸最合适。第55讲　基因工程的应用、蛋白质工程和生物技术的安全性与伦理问题
(时间:15分钟)
1.(2025·湖北黄冈模拟)生物技术的安全性与伦理性一直是人类关注和讨论的热点问题。下列叙述正确的是(　　)
A.转基因技术的原理是基因重组,不会改变生物的遗传多样性
B.“设计试管婴儿”需在胚胎移植前进行遗传学诊断
C.生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
D.生殖性克隆人理论上能丰富人类基因的多样性,可在特定人群中进行相关实验
2.(2025·湖北武昌三模)《中华人民共和国生物安全法》是为维护国家安全,防范和应对生物安全风险,保障人民生命健康,保护生物资源和生态环境,促进生物技术健康发展,推动构建人类命运共同体,实现人与自然和谐共生,制定的法律。根据其精神,结合生物学知识,下列叙述正确的是(　　)
A.患免疫缺陷病的儿童不建议接种减毒活疫苗
B.市场上买来的野生动物应该放归当地自然环境
C.未经安全评估的转基因生物产品可小规模上市
D.畜禽养殖所用的饲料中应全面添加抗生素
3.(2025·河南郑州模拟)香豆素是从豆科植物中提取的产物,肉桂酰辅酶A邻羟基化酶(CCHs)是其合成途径中的关键酶,研究者获得这种酶的途径如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.对CCHs进行合理设计可能得到多种基因序列,但仍然可以表达出相同的蛋白质
B.蛋白质工程设计流程是从CCHs基因的碱基排列顺序出发
C.从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则完全一致
D.过程3中碱基互补配对的方式有A—T、T—A、G—C、C—G
4.(2025·甘肃兰州二模)基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等多方面的应用发展迅速。下图表示利用基因工程技术生产人血清白蛋白的两条途径。下列叙述错误的是(　　)
A.扩增目的基因时,利用耐高温的DNA聚合酶从引物a、b的3′端进行子链合成
B.目的基因要与能在绵羊乳腺细胞中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起
C.若目的基因是从人的细胞内提取mRNA经逆转录形成的,则该目的基因中不含启动子序列
D.可以利用农杆菌转化法将含有目的基因的重组质粒直接整合到受体植物细胞的染色体DNA上
5.(2025·四川宜宾三模)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,就可以利用牛的乳腺细胞生产人血清白蛋白。如图是利用奶牛乳腺生产人血清白蛋白的图解。下列相关说法错误的是(　　)
A.作为乳腺生物反应器的奶牛B体内几乎所有细胞中都含有血清白蛋白基因
B.将②导入③之前要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合构建表达载体
C.在④中检测到人血清白蛋白基因,说明目的基因在受体细胞中完成了表达
D.此过程涉及的现代生物技术有核移植技术、动物细胞培养技术、转基因技术等
6.(2025·河南卷,21)卡拉胶是一类源于海洋红藻的大分子多糖,可被某些细菌降解为具有多种应用前景的卡拉胶寡糖。某研究小组拟筛选具有高活性卡拉胶酶(CG)的菌种用于生产卡拉胶寡糖。回答下列问题。
(1)选择海藻和海泥作为样本筛选卡拉胶降解菌的原因是 　
。
将培养后的菌液混匀并充分　　　 　,再接种至微孔板中,经培养和筛选获得了CG活性最高的菌种。
(2)为构建携带cg(CG的编码基因)的大肠杆菌表达载体(图1),对cg的PCR扩增产物和质粒进行双酶切,随后用E.coli DNA连接酶连接。为保证连接准确性和效率,cg转录模板链的5′端最好含有　　　 　酶切位点。另有两组同学选用了各不相同的双酶切组合和T4 DNA连接酶重复上述实验,获得的部分重组质粒分子大小符合预期,但均无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割,其原因是　 　
。
限制酶的识别序列和切割位点如下:
(3)为将构建好的表达载体转入大肠杆菌,需要先用Ca2+处理大肠杆菌细胞,目的是 　　
　　　 　　,随后在含　　　　和　　　　　的培养基中培养一段时间后,根据菌落周围有无水解透明圈筛选目的菌株。
(4)已知空间上邻近的两个半胱氨酸易形成二硫键,从而提升蛋白质的耐热性。为提高CG的耐热性,研究人员分析了五个氨基酸位点的空间距离和保守度(保守度值越大表明该位点对酶的功能越关键),如图2所示。根据分析结果,选择第　 　位的氨基酸替换成半胱氨酸最合适,原因是　
　。 第55讲　基因工程的应用、蛋白质工程和生物技术的安全性与伦理问题
课标 要求 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.举例说出日常生活中的转基因产品。 5.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。 6.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题。 7.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。 8.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。 9.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考情 分析 1.基因工程的应用 2025·河北卷,22;2025·云南卷,21;2024·天津卷,5;2024·江西卷,12;2024·河北卷,22;2024·山东卷,25;2024·黑吉辽卷,25;2024·全国甲卷,38;2023·天津卷,17;2023·北京卷,6
2.蛋白质工程 2025·贵州卷,18;2025·全国卷,1;2025·河南卷,21;2024·天津卷,5;2023·辽宁卷,25
3.生物技术的安全性与伦理问题 2025·浙江6月选考,3;2024·浙江1月选考,1;2023·浙江1月选考,2
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
考向1　分析基因工程的应用,考查科学思维
1.草甘膦是一种广谱除草剂,通过抑制植物中EPSPS酶的活性,使植物细胞内某些氨基酸不能合成,从而达到除草的目的。为提高小麦对草甘膦的耐受性,科学家将细菌的EPSPS基因转入小麦叶绿体中,得到抗草甘膦转基因小麦。下列相关叙述错误的是(　　)
A.将EPSPS基因导入小麦的叶绿体可避免基因污染
B.转基因小麦中的EPSPS酶的空间结构或数量发生改变
C.可通过喷洒草甘膦来检验转基因小麦是否培育成功
D.转基因小麦中EPSPS酶参与合成的氨基酸数量下降
【答案】 D
【解析】 将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中能防止基因污染,因为叶绿体基因组不会随花粉传播;转入细菌EPSPS基因的小麦具有了抗草甘膦的特点,而草甘膦能抑制植物自身EPSPS酶活性,故转基因小麦可能是通过改变EPSPS酶空间结构或增加酶数量来提高抗性的;转基因小麦如果培育成功,能耐受草甘膦,因此可以通过喷洒草甘膦来检验转基因小麦是否培育成功;转基因小麦中EPSPS基因增多,细胞内EPSPS酶数量增加,促进了相关氨基酸的合成。
2.(2026·湖北武汉调研)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
【答案】 D
【解析】 显微注射法通常用于将目的基因导入受精卵,而非体细胞;在制备转基因生物反应器时,目的基因(W蛋白基因)会被导入受精卵,然后通过细胞分裂和分化,该基因会存在于所有细胞中;乳腺生物反应器使用乳腺组织特异性启动子,而膀胱生物反应器需用膀胱上皮细胞特异性启动子,两者不同;乳腺生物反应器需雌性个体且需泌乳期才能产蛋白,而膀胱生物反应器通过尿液持续分泌W蛋白,不受性别和年龄限制。
考点二　蛋白质工程
1.蛋白质工程的概念
2.蛋白质工程和基因工程的区别和联系
项目 蛋白质工程 基因工程
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
过程 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质
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
(选择性必修3 P94图3-17)对天然蛋白质进行改造是直接对基因(填“蛋白质”或“基因”)分子进行操作,原因是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。
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面。
利用蛋白质工程研发药物。实例:如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,在一定条件下,可以延长保存时间。
(2)在工业方面。
蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。实例:枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用,因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面。
科学家正在尝试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,增加粮食的产量。
【情境·思维·深析】
某种冠状病毒的S蛋白和N蛋白是能引起人体免疫反应的两种抗原,两种抗原中起关键作用的分别是肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ。通过如图流程得到的蛋白质X,既能与S蛋白抗体特异性结合,又能与N蛋白抗体特异性结合,可提高检测的灵敏度。回答下列问题。
(1)重组蛋白X与肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ的关系是重组蛋白X中包含肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ,肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ在结构上的区别可能是氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构不同。
(2)仅依据肽链片段Ⅰ推测出的DNA碱基序列有多种可能性,原因是决定氨基酸的密码子具有简并性,不能确定肽链片段Ⅰ对应的DNA碱基序列,获取基因X的方法是人工合成。
(3)能用含氨苄青霉素和氯霉素的培养基筛选出含基因X表达载体大肠杆菌的原因是基因X表达载体含有抗氨苄青霉素和氯霉素的抗性基因。
(4)含基因X表达载体的大肠杆菌经培养后,需对分离纯化的蛋白质进行检测,如果纯化的蛋白质能与该种冠状病毒的S蛋白抗体和N蛋白抗体结合,则说明获得了所需要的蛋白质。流程图中获得蛋白质X的过程属于蛋白质工程。
考向2　分析蛋白质工程的原理及应用,培养理解能力和获取信息能力
3.(2025·贵州六校联考)胰岛素常用于治疗糖尿病,注射后易在皮下堆积,且较长时间才能进入血液,进入血液后又易被分解,因此治疗效果受到影响。如图是新型速效胰岛素的生产过程,下列叙述错误的是(　　)
A.图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能
B.该过程属于蛋白质工程,最终还要通过改造或合成基因来完成
C.大肠杆菌合成的新的胰岛素没有生物活性,不能正常发挥作用
D.新的速效胰岛素生产过程中可以不必遵循中心法则
【答案】 D
【解析】 由图可知,该过程属于蛋白质工程,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能,最终要通过改造或合成基因来完成;大肠杆菌是原核生物,没有内质网和高尔基体等细胞器,不能对蛋白质进行加工修饰,所以大肠杆菌合成的新的胰岛素没有生物活性,不能正常发挥作用;新型速效胰岛素的生产过程涉及基因的合成、表达等过程,而基因表达的过程遵循中心法则(DNA→RNA→蛋白质),所以新的速效胰岛素生产过程中必须遵循中心法则。
考点三　生物技术的安全性与伦理问题
1.转基因产品的安全性
(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)对转基因产品安全性的争论。
1.(选择性必修3 P102相关信息)我国科学家将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中,由于α-淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性,因而可以防止转基因花粉的传播。
(3)理性看待转基因技术。
①理性看待转基因技术。
②我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的,就是研究上要大胆,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。
2.关注生殖性克隆人
(1)治疗性克隆和生殖性克隆的比较。
类型 生殖性克隆 治疗性克隆
概念 通过克隆技术产生独立生存的新个体 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
目的 产生独立生存的新个体 治疗疾病
水平 个体水平 细胞水平
联系 都属于无性生殖;产生新细胞、新组织或新个体,遗传信息相同
(2)我国禁止生殖性克隆人。
①我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
②我国政府重视治疗性克隆所涉及的伦理问题,主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
(3)生殖性克隆与治疗性克隆的主要过程。
2.(选择性必修3 P106正文)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;在生殖性克隆过程中,获得的胚胎移入母体的子宫内发育成胎儿。
3.试管婴儿与设计试管婴儿的异同点
不 同 点 技 术 手 段 试管婴儿不需要进行遗传学诊断,设计试管婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断。 如图,设计试管婴儿比试管婴儿多了d过程:
应 用 试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿用于白血病等疾病的治疗
相 同 点 都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过胚胎移植,都是有性生殖
4.生物武器
(1)生物武器的种类、特点及散布途径。
种类 ①致病菌类:炭疽杆菌、霍乱弧菌等。 ②病毒类:天花病毒、某些动物的痘病毒、通过基因工程改造的流感病毒等。 ③生化毒剂类:肉毒杆菌毒素等
特点 ①致病性强;传染性强;人易感。 ②较隐蔽:不易被发现;易传播(如气溶胶),发病有潜伏期,污染面积大、危害时间长。 ③易得到:制备容易,成本低。 ④传染途径多,治疗困难。 ⑤受自然条件影响大
散布 途径 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
(2)我国政府的态度: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。
考向3　围绕生物技术安全性及伦理问题,考查社会责任
4.(2025·浙江6月选考,3)下列关于生物技术安全和伦理问题的叙述,错误的是(　　)
A.反对设计完美婴儿 B.反对人的生殖性克隆
C.禁止生物武器的使用 D.禁止转基因技术的应用
【答案】 D
【解析】 设计完美婴儿涉及基因编辑技术,可能引发基因歧视、破坏基因多样性等伦理问题,因此反对是合理的;生殖性克隆会冲击现有伦理体系,且克隆人存在技术风险,国际社会普遍反对;生物武器具有大规模杀伤性,国际公约明确禁止其研发和使用;转基因技术需在严格监管下合理应用(如转基因作物),并非完全禁止。
5.(2025·湖北黄冈二模)下列有关生物技术安全性和伦理问题的观点,不合理的是(　　)
A.对于转基因技术,我们应该趋利避害,理性看待
B.我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆
C.我国不发展、不生产、不储存生物武器,并反对其扩散
D.对于基因检测应该保护个人遗传信息隐私权
【答案】 B
【解析】 我国政府的态度是禁止生殖性克隆人,坚持四不原则(不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验),不反对治疗性克隆。
1.(2024·浙江1月选考,1)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(　　)
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
【答案】 D
【解析】 生物武器致病能力强、攻击范围广,我国奉行不发展、不生产、不储存生物武器的政策,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
2.(2022·辽宁卷,12)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
【答案】 B
【解析】 预变性过程可促进模板DNA解旋,没有促进复制;后延伸过程是为了让引物延伸完全并让单链产物完全退火形成双链结构,可使目的基因的扩增更加充分;延伸过程仍需引物参与才能完成半保留复制;转基因品种不只需要检测是否含有目的基因,还需检测目的基因是否表达以及安全性问题。
3.(2025·云南卷,21)我国研究人员发明了生产维生素C的两步发酵法,流程如图甲。为了减少氧化葡糖杆菌竞争性消耗山梨糖,需要进行灭菌以结束第一步发酵。
在两步发酵法的基础上,我国研究人员进一步尝试用三菌混菌体系建立一步发酵法。在氧化葡糖杆菌(原始菌MCS)中利用基因工程技术导入大肠杆菌基因ccdB,得到工程菌IR3C。MCS和IR3C单菌培养时,活菌数变化曲线如图乙,MCS、IR3C分别与普通生酮基古龙酸菌和巨大芽孢杆菌进行三菌混菌发酵时,产物含量变化曲线如图丙。
回答下列问题。
(1)要使基因ccdB在IR3C中稳定遗传、表达并发挥作用,构建的基因表达载体除启动子外,还必须有　 。
(2)绘制图乙需统计活菌数,常用方法是　　　　　　　　　　　　　。当活菌达到一定数量时,基因ccdB编码的蛋白质开始发挥作用,推测该蛋白质的作用是　 ,
开始发挥作用的时间是　　　　　　,判断理由是　 。
(3)基于图丙,利用IR3C三菌混菌发酵的产量　　　　(填“高于”或“低于”)MCS三菌混菌发酵的产量,其原因是　 。
【答案】 (1)标记基因、目的基因、终止子、复制原点
(2)稀释涂布平板法　抑制细菌增殖　15 h　在15 h时,IR3C数量开始下降,而MCS数量还在上升
(3)高于　ccdB基因编码的蛋白质抑制了工程菌IR3C的增殖,减少了其对山梨糖的竞争性消耗,从而使更多山梨糖被用于合成维生素C
【解析】 (1)基因工程中构建的基因表达载体,除启动子外,还要有标记基因、目的基因、终止子、复制原点等。
(2)统计活菌数目常用稀释涂布平板法,从图乙看出,随着时间推移,种群数量不断增加,在15 h后,IR3C数量开始下降,而MCS数量仍在上升,所以推测转入的基因ccdB编码的蛋白质能抑制细菌增殖或诱导细菌凋亡,发挥作用的时间大约在15 h。
(3)由图丙可知,IR3C三菌混菌发酵产生的2-酮-L-古龙酸含量比MCS三菌混菌发酵产量高,因此可以推测,IR3C三菌混菌发酵的维生素C产量更高,可能的原因是ccdB基因编码的蛋白质抑制了工程菌IR3C的增殖,减少了其对山梨糖的竞争性消耗,从而使更多山梨糖被用于合成维生素C。
4.(2024·黑吉辽卷,25)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。
注: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　　　　　　　　　　　　　　。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精,其目的是　　　　　　　　　　。
(2)本操作中获取目的基因的方法是　　　　　　　　和　　　　　　　　　。
(3)穿梭质粒中p35s为启动子,其作用是　　　　　　　　　　　　　　,驱动目的基因转录;插入两个p35s启动子,其目的可能是　 　。
(4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置,用　　　　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　　　　和　　　　。
(6)本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程,理由是　　　　。
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
【答案】 (1)水解蛋白质　析出DNA
(2)PCR　人工合成
(3)RNA聚合酶识别并结合的部位　利于RNA聚合酶的结合,提高目的基因的转录效率
(4)HygBR　(5)F3　R2　(6)D
【解析】 (1)从苏云金杆菌提取DNA时,需加入蛋白酶,其作用是水解DNA酶等蛋白质,防止DNA被分解,也使得DNA容易与蛋白质分离。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精,其目的是溶解蛋白质等物质,析出不溶于酒精的DNA。
(2)本操作中获取目的基因的方法是PCR技术扩增(天然序列部分)和人工合成。
(3)穿梭质粒中p35s为启动子,其作用是RNA聚合酶识别并结合的部位,驱动目的基因转录;插入两个p35s启动子,利于RNA聚合酶的结合,增加目的基因的转录效率。
(4)结合基因表达载体的示意图,图中穿梭质粒上有KanR和HygBR两个标记基因,但KanR位于T-DNA序列外,可用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)蛋白质工程是指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。本研究用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,属于蛋白质工程,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,未产生新的蛋白质,不属于蛋白质工程。
(时间:15分钟)
1.(2025·湖北黄冈模拟)生物技术的安全性与伦理性一直是人类关注和讨论的热点问题。下列叙述正确的是(　　)
A.转基因技术的原理是基因重组,不会改变生物的遗传多样性
B.“设计试管婴儿”需在胚胎移植前进行遗传学诊断
C.生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
D.生殖性克隆人理论上能丰富人类基因的多样性,可在特定人群中进行相关实验
【答案】 B
【解析】 转基因技术的原理是基因重组,它将外源基因导入受体生物,会改变生物的基因组成,从而改变生物的遗传多样性;“设计试管婴儿”的目的是用于治疗某些疾病,需在胚胎移植前进行遗传学诊断;生物武器是用微生物、毒素及重组致病菌等来形成杀伤力,干扰素是一种免疫活性物质,不是生物武器的组成部分;生殖性克隆人会引发一系列伦理问题,而且克隆人只是对供体的复制,不能丰富人类基因的多样性,同时在任何人群中都不允许进行生殖性克隆人的相关实验。
2.(2025·湖北武昌三模)《中华人民共和国生物安全法》是为维护国家安全,防范和应对生物安全风险,保障人民生命健康,保护生物资源和生态环境,促进生物技术健康发展,推动构建人类命运共同体,实现人与自然和谐共生,制定的法律。根据其精神,结合生物学知识,下列叙述正确的是(　　)
A.患免疫缺陷病的儿童不建议接种减毒活疫苗
B.市场上买来的野生动物应该放归当地自然环境
C.未经安全评估的转基因生物产品可小规模上市
D.畜禽养殖所用的饲料中应全面添加抗生素
【答案】 A
【解析】 对于患免疫缺陷病儿童,接种减毒活疫苗后,由于自身免疫系统无法有效应对这些有活性的病原体,可能会引发严重的感染等不良反应,所以不建议接种减毒活疫苗;市场上买来的野生动物不能直接放归当地自然环境,需要经过安全检测,防范和应对生物安全风险,保障人民生命健康;未经安全评估的转基因生物产品也不可小规模上市,避免对人民的生命健康、生态环境等造成威胁;滥用抗生素会导致细菌等微生物耐药性增强,威胁公共健康。
3.(2025·河南郑州模拟)香豆素是从豆科植物中提取的产物,肉桂酰辅酶A邻羟基化酶(CCHs)是其合成途径中的关键酶,研究者获得这种酶的途径如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.对CCHs进行合理设计可能得到多种基因序列,但仍然可以表达出相同的蛋白质
B.蛋白质工程设计流程是从CCHs基因的碱基排列顺序出发
C.从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则完全一致
D.过程3中碱基互补配对的方式有A—T、T—A、G—C、C—G
【答案】 A
【解析】 由于密码子具有简并性,因此对CCHs进行合理设计可能得到多种基因序列,但均可表达出相同的蛋白质;蛋白质工程设计流程是从预期的蛋白质功能出发;由图可知,蛋白质工程的基本途径与中心法则相反;过程3是翻译过程,碱基互补配对的方式有A—U、U—A、G—C、C—G。
4.(2025·甘肃兰州二模)基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等多方面的应用发展迅速。下图表示利用基因工程技术生产人血清白蛋白的两条途径。下列叙述错误的是(　　)
A.扩增目的基因时,利用耐高温的DNA聚合酶从引物a、b的3′端进行子链合成
B.目的基因要与能在绵羊乳腺细胞中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起
C.若目的基因是从人的细胞内提取mRNA经逆转录形成的,则该目的基因中不含启动子序列
D.可以利用农杆菌转化法将含有目的基因的重组质粒直接整合到受体植物细胞的染色体DNA上
【答案】 D
【解析】 mRNA是由基因启动子后面的碱基序列编码而来的,若某基因是从人的细胞内提取mRNA经逆转录形成的,则该基因中不含启动子序列;农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞的染色体DNA上,根据农杆菌的这一特点,将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到受体植物细胞的染色体DNA上。
5.(2025·四川宜宾三模)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,就可以利用牛的乳腺细胞生产人血清白蛋白。如图是利用奶牛乳腺生产人血清白蛋白的图解。下列相关说法错误的是(　　)
A.作为乳腺生物反应器的奶牛B体内几乎所有细胞中都含有血清白蛋白基因
B.将②导入③之前要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合构建表达载体
C.在④中检测到人血清白蛋白基因,说明目的基因在受体细胞中完成了表达
D.此过程涉及的现代生物技术有核移植技术、动物细胞培养技术、转基因技术等
【答案】 C
【解析】 经过转基因技术和核移植技术之后,重组细胞中含有血清白蛋白基因,由该细胞经过有丝分裂、分化得来的细胞都含有血清白蛋白基因,因此,作为乳腺生物反应器的奶牛B体内几乎所有细胞中都含有血清白蛋白基因;将②导入③之前要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合构建表达载体,目的是让目的基因在乳腺细胞中特异性表达;在④中检测到人血清白蛋白基因,说明目的基因成功导入受体细胞,不能说明目的基因在受体细胞中完成了表达;此过程涉及的现代生物技术有核移植技术、动物细胞培养技术、转基因技术等。
6.(2025·河南卷,21)卡拉胶是一类源于海洋红藻的大分子多糖,可被某些细菌降解为具有多种应用前景的卡拉胶寡糖。某研究小组拟筛选具有高活性卡拉胶酶(CG)的菌种用于生产卡拉胶寡糖。回答下列问题。
(1)选择海藻和海泥作为样本筛选卡拉胶降解菌的原因是
　。
将培养后的菌液混匀并充分　　　　,再接种至微孔板中,经培养和筛选获得了CG活性最高的菌种。
(2)为构建携带cg(CG的编码基因)的大肠杆菌表达载体(图1),对cg的PCR扩增产物和质粒进行双酶切,随后用E.coli DNA连接酶连接。为保证连接准确性和效率,cg转录模板链的5′端最好含有　　　　酶切位点。另有两组同学选用了各不相同的双酶切组合和T4 DNA连接酶重复上述实验,获得的部分重组质粒分子大小符合预期,但均无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割,其原因是　 　。
限制酶的识别序列和切割位点如下:
(3)为将构建好的表达载体转入大肠杆菌,需要先用Ca2+处理大肠杆菌细胞,目的是
　,随后在含　　　　和　　　　的培养基中培养一段时间后,根据菌落周围有无水解透明圈筛选目的菌株。
(4)已知空间上邻近的两个半胱氨酸易形成二硫键,从而提升蛋白质的耐热性。为提高CG的耐热性,研究人员分析了五个氨基酸位点的空间距离和保守度(保守度值越大表明该位点对酶的功能越关键),如图2所示。根据分析结果,选择第　　位的氨基酸替换成半胱氨酸最合适,原因是　 　。
【答案】 (1)在富含卡拉胶的环境中,存在能够分解卡拉胶的微生物的可能性大　稀释
(2)BamHⅠ　重组质粒连接处的序列不再是原来的限制酶识别序列
(3)使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态　卡拉胶　四环素
(4)44　该位点的氨基酸空间上离半胱氨酸更近,容易形成二硫键,而且保守度低,替换后对酶功能的影响较小
【解析】 (2)E.coli DNA连接酶连接平末端的效率很低,因此切割质粒和目的基因时不能选择切成平末端的限制酶,即不能选择EcoRⅤ和SmaⅠ,而SpeⅠ与XbaⅠ切割后的黏性末端相同,若选择SpeⅠ与XbaⅠ切割,会导致质粒和目的基因出现自身环化或反向连接,因此切割质粒时SpeⅠ与XbaⅠ中只能选择一个,而另一个限制酶需要选择BamHⅠ,又由于转录的方向是由启动子→终止子,且mRNA合成的方向是5′→3′,因此基因模板链的3′端应靠近启动子,5′端靠近终止子,故为保证连接的准确性和效率,cg转录模板链的5′端最好含有BamHⅠ酶切位点。限制酶的识别序列具有专一性,若连接后的序列不存在最初限制酶的识别序列,则可能导致重组质粒无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割。
(3)为将构建好的表达载体转入大肠杆菌,需要先用Ca2+处理大肠杆菌细胞,目的是使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,便于重组DNA进入受体细胞。含有重组质粒的大肠杆菌可分泌高活性卡拉胶酶(CG),可分解卡拉胶,使其菌落周围形成透明圈,且重组质粒上含有四环素抗性基因,因此将转化后的大肠杆菌接种在含卡拉胶和四环素的培养基中培养一段时间后,根据菌落周围有无水解透明圈筛选目的菌株。
(4)据图2可知,虚线长度代表氨基酸间的空间距离,由于第44位点的氨基酸空间上离半胱氨酸更近,容易形成二硫键,而且保守度低,替换后对酶功能的影响较小,因此选择第44位的氨基酸替换成半胱氨酸最合适。(共58张PPT)
第55讲　基因工程的应用、蛋白质工程和生物技术的安全性与伦理问题
课标 要求 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.举例说出日常生活中的转基因产品。
5.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。
6.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题。
7.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。
8.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。
9.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考情 分析 1.基因工程的应用 2025·河北卷,22;2025·云南卷,21;2024·天津卷,5;
2024·江西卷,12;2024·河北卷,22;2024·山东卷,25;
2024·黑吉辽卷,25;2024·全国甲卷,38;2023·天津
卷,17;2023·北京卷,6
2.蛋白质工程 2025·贵州卷,18;2025·全国卷,1;2025·河南卷,21;
2024·天津卷,5;2023·辽宁卷,25
3.生物技术的安全性与伦理问题 2025·浙江6月选考,3;2024·浙江1月选考,1;2023·浙江1月选考,2
考点一
基因工程的应用
1.基因工程在农牧业方面的应用
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
抗虫功能的基因
抗病基因
降解或抵抗
蛋白
质编码基因
花青素代谢相关的
外源生长激素
肠乳糖酶基因
乳汁
2.基因工程在医药卫生领域的应用
基因改造
特异表达
显微注射
抗原决定基因
克隆
免疫
排斥
3.基因工程在食品工业方面的应用
工程菌
牛凝乳酶的基因
基因工程菌
考向1　分析基因工程的应用,考查科学思维
1.草甘膦是一种广谱除草剂,通过抑制植物中EPSPS酶的活性,使植物细胞内某些氨基酸不能合成,从而达到除草的目的。为提高小麦对草甘膦的耐受性,科学家将细菌的EPSPS基因转入小麦叶绿体中,得到抗草甘膦转基因小麦。下列相关叙述错误的是(　　)
A.将EPSPS基因导入小麦的叶绿体可避免基因污染
B.转基因小麦中的EPSPS酶的空间结构或数量发生改变
C.可通过喷洒草甘膦来检验转基因小麦是否培育成功
D.转基因小麦中EPSPS酶参与合成的氨基酸数量下降
D
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中能防止基因污染,因为叶绿体基因组不会随花粉传播;转入细菌EPSPS基因的小麦具有了抗草甘膦的特点,而草甘膦能抑制植物自身EPSPS酶活性,故转基因小麦可能是通过改变EPSPS酶空间结构或增加酶数量来提高抗性的;转基因小麦如果培育成功,能耐受草甘膦,因此可以通过喷洒草甘膦来检验转基因小麦是否培育成功;转基因小麦中EPSPS基因增多,细胞内EPSPS酶数量增加,促进了相关氨基酸的合成。
2.(2026·湖北武汉调研)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
D
【解析】 显微注射法通常用于将目的基因导入受精卵,而非体细胞;在制备转基因生物反应器时,目的基因(W蛋白基因)会被导入受精卵,然后通过细胞分裂和分化,该基因会存在于所有细胞中;乳腺生物反应器使用乳腺组织特异性启动子,而膀胱生物反应器需用膀胱上皮细胞特异性启动子,两者不同;乳腺生物反应器需雌性个体且需泌乳期才能产蛋白,而膀胱生物反应器通过尿液持续分泌W蛋白,不受性别和年龄限制。
考点二
蛋白质工程
1.蛋白质工程的概念
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
蛋白质分子
的结构规律
2.蛋白质工程和基因工程的区别和联系
项目 蛋白质工程 基因工程
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
过程 预期蛋白质功能→设计预期的 →推测应有的 →找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
结果 可生产 只能生产
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
蛋白质
结构
氨基酸序列
自然界没有的蛋白质
自然界已有的蛋白质
(选择性必修3 P94图3-17)对天然蛋白质进行改造是直接对 (填“蛋白质”或“基因”)分子进行操作,原因是
。
细读教材
基因
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
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面。
利用蛋白质工程研发 。实例:如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,在一定条件下,可以 。
(2)在工业方面。
蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。实例:枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用,因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面。
科学家正在尝试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,增加粮食的产量。
药物
延长保存时间
【情境·思维·深析】
某种冠状病毒的S蛋白和N蛋白是能引起人体免疫反应的两种抗原,两种抗原中起关键作用的分别是肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ。通过如图流程得到的蛋白质X,既能与S蛋白抗体特异性结合,又能与N蛋白抗体特异性结合,可提高检测的灵敏度。回答下列问题。
(1)重组蛋白X与肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ的关系是
,肽链片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ在结构上的区别可能是 。
(2)仅依据肽链片段Ⅰ推测出的DNA碱基序列有多种可能性,原因是
,获取基因X的方法是 。
重组蛋白X中包含肽链
片段Ⅰ和肽链片段Ⅱ
氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构不同
决定氨
基酸的密码子具有简并性,不能确定肽链片段Ⅰ对应的DNA碱基序列
人工合成
(3)能用含氨苄青霉素和氯霉素的培养基筛选出含基因X表达载体大肠杆菌的原因是 。
(4)含基因X表达载体的大肠杆菌经培养后,需对分离纯化的蛋白质进行检测,如果纯化的蛋白质能 ,则说明获得了所需要的蛋白质。流程图中获得蛋白质X的过程属于
工程。
基因X表达载体含有抗氨苄青霉素和氯霉素的抗性基因
与该种冠状病毒的S蛋白抗体和N蛋白抗体结合
蛋白质
考向2　分析蛋白质工程的原理及应用,培养理解能力和获取信息能力
3.(2025·贵州六校联考)胰岛素常用于治疗糖尿病,注射后易在皮下堆积,且较长时间才能进入血液,进入血液后又易被分解,因此治疗效果受到影响。如图是新型速效胰岛素的生产过程,下列叙述错误的是(　　)
A.图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能
B.该过程属于蛋白质工程,最终还要通过改造或合成基因来完成
C.大肠杆菌合成的新的胰岛素没有生物活性,不能正常发挥作用
D.新的速效胰岛素生产过程中可以不必遵循中心法则
核心考向·突破
把握方向·训练到位
D
【解析】 由图可知,该过程属于蛋白质工程,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能,最终要通过改造或合成基因来完成;大肠杆菌是原核生物,没有内质网和高尔基体等细胞器,不能对蛋白质进行加工修饰,所以大肠杆菌合成的新的胰岛素没有生物活性,不能正常发挥作用;新型速效胰岛素的生产过程涉及基因的合成、表达等过程,而基因表达的过程遵循中心法则(DNA→RNA→蛋白质),所以新的速效胰岛素生产过程中必须遵循中心法则。
考点三
生物技术的安全性
与伦理问题
1.转基因产品的安全性
(1)转基因成果。
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
发酵周期
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 ;
②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸;
③用基因工程菌生产药物
转基因 动物方面 ①培育 、 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 、 、 和耐储藏等新性状的作物
生长迅速
营养品质优良
抗虫
抗病
抗除草剂
(2)对转基因产品安全性的争论。
经济发展水平
安全性
1.(选择性必修3 P102相关信息)我国科学家将来自玉米的 基因与目的基因一起转入植物中,由于 可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性,因而可以防止 的传播。
细读教材
α-淀粉酶
α-淀粉酶基因
转基因花粉
(3)理性看待转基因技术。
①理性看待转基因技术。
政治
经济
文化
证据
逻辑
②我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的,就是研究上要大胆,坚持
;推广上要慎重,做到确保安全;管理上要 ,坚持依法监管。
自主创新
严格
2.关注生殖性克隆人
(1)治疗性克隆和生殖性克隆的比较。
类型 生殖性克隆 治疗性克隆
概念 通过克隆技术产生独立生存的新个体 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
目的
水平
联系 都属于无性生殖;产生新细胞、新组织或新个体,遗传信息相同
产生独立生存的新个体
治疗疾病
个体水平
细胞水平
(2)我国禁止生殖性克隆人。
①我国 任何生殖性克隆人实验。
②我国政府重视治疗性克隆所涉及的伦理问题,主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
(3)生殖性克隆与治疗性克隆的主要过程。
不赞成、不允许、不支持、不接受
2.(选择性必修3 P106正文)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
。
细读教材
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;在生殖性克隆过
程中,获得的胚胎移入母体的子宫内发育成胎儿
3.试管婴儿与设计试管婴儿的异同点
不 同 点 技术 手段 试管婴儿不需要进行遗传学诊断,设计试管婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断。
如图,设计试管婴儿比试管婴儿多了d过程:
应用 试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿用于白血病等疾病的治疗
相同点 都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过 ,都是有性生殖
胚胎移植
4.生物武器
(1)生物武器的种类、特点及散布途径。
种类 ①致病菌类:炭疽杆菌、霍乱弧菌等。
② 类:天花病毒、某些动物的痘病毒、通过基因工程改造的流感病毒等。
③生化毒剂类:肉毒杆菌毒素等
病毒
特点 ①致病性强;传染性强;人易感。
②较隐蔽:不易被发现;易传播(如气溶胶),发病有潜伏期,污染面积大、危害时间长。
③易得到:制备容易,成本低。
④传染途径多,治疗困难。
⑤受自然条件影响大
散布 途径 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
(2)我国政府的态度: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。
考向3　围绕生物技术安全性及伦理问题,考查社会责任
4.(2025·浙江6月选考,3)下列关于生物技术安全和伦理问题的叙述,错误的是
(　　)
A.反对设计完美婴儿
B.反对人的生殖性克隆
C.禁止生物武器的使用
D.禁止转基因技术的应用
核心考向·突破
把握方向·训练到位
D
【解析】 设计完美婴儿涉及基因编辑技术,可能引发基因歧视、破坏基因多样性等伦理问题,因此反对是合理的;生殖性克隆会冲击现有伦理体系,且克隆人存在技术风险,国际社会普遍反对;生物武器具有大规模杀伤性,国际公约明确禁止其研发和使用;转基因技术需在严格监管下合理应用
(如转基因作物),并非完全禁止。
5.(2025·湖北黄冈二模)下列有关生物技术安全性和伦理问题的观点,不合理的是(　　)
A.对于转基因技术,我们应该趋利避害,理性看待
B.我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆
C.我国不发展、不生产、不储存生物武器,并反对其扩散
D.对于基因检测应该保护个人遗传信息隐私权
B
【解析】 我国政府的态度是禁止生殖性克隆人,坚持四不原则(不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验),不反对治疗性克隆。
演练真题·感悟高考
1.(2024·浙江1月选考,1)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(　　)
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
D
【解析】 生物武器致病能力强、攻击范围广,我国奉行不发展、不生产、不储存生物武器的政策,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
2.(2022·辽宁卷,12)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
B
【解析】 预变性过程可促进模板DNA解旋,没有促进复制;后延伸过程是为了让引物延伸完全并让单链产物完全退火形成双链结构,可使目的基因的扩增更加充分;延伸过程仍需引物参与才能完成半保留复制;转基因品种不只需要检测是否含有目的基因,还需检测目的基因是否表达以及安全性问题。
3.(2025·云南卷,21)我国研究人员发明了生产维生素C的两步发酵法,流程如图甲。为了减少氧化葡糖杆菌竞争性消耗山梨糖,需要进行灭菌以结束第一步发酵。
在两步发酵法的基础上,我国研究人员进一步尝试用三菌混菌体系建立一步发酵法。在氧化葡糖杆菌(原始菌MCS)中利用基因工程技术导入大肠杆菌基因ccdB,得到工程菌IR3C。MCS和IR3C单菌培养时,活菌数变化曲线如图乙,MCS、IR3C分别与普通生酮基古龙酸菌和巨大芽孢杆菌进行三菌混菌发酵时,产物含量变化曲线如图丙。
回答下列问题。
(1)要使基因ccdB在IR3C中稳定遗传、表达并发挥作用,构建的基因表达载体除启动子外,还必须有　 。
标记基因、目的基因、终止子、复制原点
【解析】 (1)基因工程中构建的基因表达载体,除启动子外,还要有标记基因、目的基因、终止子、复制原点等。
(2)绘制图乙需统计活菌数,常用方法是　　　　　　 　　 。当活菌达到一定数量时,基因ccdB编码的蛋白质开始发挥作用,推测该蛋白质的作用是
　, 开始发挥作用的时间是　　　　 　　,判断理由是
　。
稀释涂布平板法
抑制细菌增殖
15 h
在15 h时,IR3C数量开始下降,而MCS数量还在上升
【解析】 (2)统计活菌数目常用稀释涂布平板法,从图乙看出,随着时间推移,种群数量不断增加,在15 h后,IR3C数量开始下降,而MCS数量仍在上升,所以推测转入的基因ccdB编码的蛋白质能抑制细菌增殖或诱导细菌凋亡,发挥作用的时间大约在15 h。
(3)基于图丙,利用IR3C三菌混菌发酵的产量　　　 (填“高于”或“低于”)
MCS三菌混菌发酵的产量,其原因是
　。
高于
ccdB基因编码的蛋白质抑制了工程菌
IR3C的增殖,减少了其对山梨糖的竞争性消耗,从而使更多山梨糖被用于合
成维生素C
【解析】 (3)由图丙可知,IR3C三菌混菌发酵产生的2-酮-L-古龙酸含量比MCS三菌混菌发酵产量高,因此可以推测,IR3C三菌混菌发酵的维生素C产量更高,可能的原因是ccdB基因编码的蛋白质抑制了工程菌IR3C的增殖,减少了其对山梨糖的竞争性消耗,从而使更多山梨糖被用于合成维生素C。
4.(2024·黑吉辽卷,25)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。
注: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　　　　　　　。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精,其目的是　　　　　　。
水解蛋白质
析出DNA
【解析】 (1)从苏云金杆菌提取DNA时,需加入蛋白酶,其作用是水解DNA酶等蛋白质,防止DNA被分解,也使得DNA容易与蛋白质分离。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精,其目的是溶解蛋白质等物质,析出不溶于酒精的DNA。
(2)本操作中获取目的基因的方法是　　　　　和　　　　　　　　。
PCR
人工合成
【解析】 (2)本操作中获取目的基因的方法是PCR技术扩增(天然序列部分)和人工合成。
(3)穿梭质粒中p35s为启动子,其作用是　　　　　　　　　　　　　　 ,驱动目的基因转录;插入两个p35s启动子,其目的可能是　
　。
RNA聚合酶识别并结合的部位
利于RNA聚合酶
的结合,提高目的基因的转录效率
【解析】 (3)穿梭质粒中p35s为启动子,其作用是RNA聚合酶识别并结合的部位,驱动目的基因转录;插入两个p35s启动子,利于RNA聚合酶的结合,增加目的基因的转录效率。
(4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置,用　　　　基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。
HygBR
【解析】 (4)结合基因表达载体的示意图,图中穿梭质粒上有KanR和HygBR两个标记基因,但KanR位于T-DNA序列外,可用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　　　　和　　　　。
F3
R2
【解析】 (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　　　　。
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
D
【解析】 (6)蛋白质工程是指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。本研究用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,属于蛋白质工程,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,未产生新的蛋白质,不属于蛋白质工程。
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