基因工程
考点一：基因工程的概念与工具
基因工程的概念
操作场所：生物体外。
操作技术：转基因等技术。
操作结果：赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
操作水平：DNA分子水平。
基因工程的原理
基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因（目的基因）在宿主细胞中稳定和高效地表达。
具体地说，基因工程就是在DNA分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
基因工程的诞生和发展
基因工程的诞生
（1）1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。
（2）1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
（3）1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。
（4）20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
（5）1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。
基因工程的发展
（1）1982年，第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市。
（2）1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。
（3）1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。
（4）1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。
（5）21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因序列的了解。
（6）2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。
DNA重组技术的基本工具
限制性内切核酸酶（又称限制酶）——“分子手术刀”
（1）来源：主要来自原核生物。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
（3）结果：产生黏性末端或平末端。
（4）应用：已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。
※EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同，说明限制酶具有专一性。
DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
（2）种类
种类 E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源 大肠杆菌 T4噬菌体
特点 缝合黏性末端 缝合黏性末端和平末端
作用 缝合双链DNA片段，恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键
基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
（1）种类
质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的、环状的、裸露的DNA分子，独立于拟核之外。
λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等。
（2）目的
将目的基因转运到宿主细胞中去。
在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
（3）必备条件
在宿主细胞中保存下来并大量复制。
有多个限制酶切割位点。
有一定的标记基因，便于筛选。
对受体细胞无害。
重组DNA分子的模拟操作
（1）材料用具：剪刀代表EcoRⅠ，透明胶条代表DNA连接酶。
（2）切割位点：
分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出—GAATTC—序列，并选G—A之间作切口进行“切割”。
再从另一条链上互补的碱基之间寻找EcoR Ⅰ相应的切口剪开。
（3）操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能互补配对；否则，说明操作有误。
5. DNA的粗提取与鉴定
实验原理
（1）DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精。
（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。
（3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。
实验步骤
称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。
漏斗中垫纱布，将研磨液过滤到烧杯中，4 ℃处理，取上清液。
在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液，静置2～3 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。
取两支20 ml的试管编号A、B，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂
混匀后，将试管置于沸水中加热5 min。
结果观察：A试管不变蓝，B试管变蓝色。
DNA连接酶与限制性内切核酸酶的比较
（1）区别
作用 应用
限制性核 酸内切酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA 连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 用于目的基因和载体的连接
（2）联系
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
不同点 模板 不需要模板 需要DNA的一条链为模板
作用对象 游离的DNA片段 单个的脱氧核苷酸
作用结果 形成完整的DNA分子 形成DNA的一条链
用途 基因工程 DNA复制
例题：为提高大豆对磷元素的吸收能力，研究人员利用农杆菌转化法将水稻的耐低磷基因OsPTF转移到大豆植株中，如图为重组Ti质粒上T-DNA的序列结构示意图。下列相关叙述不正确的是（ ）
A.以水稻RNA为模板通过反转录及PCR扩增可获得大量OsPTF基因
B.RNA聚合酶与启动子1识别并结合后，启动抗除草剂基因的转录
C.可用含除草剂的选择培养基筛选含有目的基因的大豆愈伤组织
D.用EcoRⅠ、BamHⅠ双酶切重组Ti质粒后，经电泳分离至少得到两条带
【答案】B
【解析】以水稻RNA为模板通过反转录可以合成cDNA，然后再以cDNA为模板利用PCR扩增可获得大量OsPTF基因，A正确；据图分析可知，抗除草剂基因位于启动子2的后面，因此RNA聚合酶与启动子2识别并结合后，启动抗除草剂基因的转录，B错误；由于图中T-DNA的序列中含有目的基因和抗除草剂基因，故可用含除草剂的选择培养基筛选含有目的基因的大豆愈伤组织，C正确；质粒为环状DNA，因此用EcoRⅠ、BamHⅠ双酶切重组Ti质粒后，至少会得到OsPTF基因片段及剩余部分的片段，D正确。
考点二：基因工程的基本操作程序
目的基因的筛选与获取
目的基因
概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。
筛选合适的目的基因
较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。
认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。
利用PCR获取和扩增目的基因
PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶。
过程：
变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链。
复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3′端合成子链。
重复循环多次。
结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增（约为2n）。
基因表达载体的构建——核心
构建基因表达载体的目的
（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。
（2）使目的基因能够表达和发挥作用。
基因表达载体的组成——两子启动和终止；目的基因在中间；标记基因来筛选。
基因表达载体的功能
（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。
（2）使目的基因表达和发挥作用。
将目的基因导入受体细胞
（1）转化含义：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
（2）转化方法
导入植物细胞
农杆菌转化法：将目的基因导入双子叶植物和裸子植物。
基因枪法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。
花粉管通道法：我国科学家独创的一种方法。
导入动物细胞
常用方法：显微注射技术。
常用受体细胞：受精卵。
导入微生物细胞
方法：
a.用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态（这种细胞称为感受态细胞）。
b.感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子。
受体细胞：原核细胞（使用最广泛的是大肠杆菌）。
原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等
目的基因的检测与鉴定
分子水平检测
（1）检测转基因生物DNA上是否插入了目的基因。
方法：DNA分子杂交技术。
（2）检测目的基因是否转录出mRNA。
方法：分子杂交技术。
（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质。
方法：抗原—抗体杂交技术。
个体水平鉴定：包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。
载体上标记基因的标记原理
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如图所示：
目的基因获取方法的选择
（1）如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过用受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中去获取目的基因。
（2）如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法人工合成。
（3）如果只知道扩增目的基因的两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，则可以通过PCR技术扩增目的基因。
PCR技术与DNA复制的比较
比较项目 DNA复制 PCR技术
区 别 解旋方式 解旋酶催化 DNA在高温下变性解旋
场所 细胞内（主要在细胞核内） 细胞外（主要在PCR扩增仪中）
酶 解旋酶、DNA聚合酶 耐热的DNA聚合酶
温度 细胞内温和条件 控制温度，需55 ℃～95 ℃高温
结果 合成DNA分子 合成DNA片段或基因
联系 （1）模板：均需要脱氧核苷酸双链作为模板 （2）原料：均为四种脱氧核苷酸 （3）酶：均需DNA聚合酶 （4）引物：都需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
将目的基因导入受体细胞的方法比较
生物类型 植物 动物 微生物
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
常用方法 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 显微注射技术 感受态细胞法
转化过程 目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA中→表达 目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→感受态细胞→表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的TDNA上；第二次拼接（非人工操作）是指插入目的基因的TDNA被拼接到受体细胞的染色体DNA上。第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌；第二次导入（非人工操作）是指含目的基因的TDNA导入受体细胞。
目的基因的检测与鉴定在不同方面的比较
类型 步骤 检测内容 方法 结果显示
分子检测 导入检测 目的基因是否导入受体细胞 DNA分子杂交技术（DNA和DNA之间） 是否成功显示出杂交带
表达检测 目的基因是否转录出mRNA 核酸分子杂交技术（DNA和mRNA之间） 是否成功显示出杂交带
目的基因是否翻译出蛋白质 蛋白质分子杂交（抗原和抗体之间） 是否成功显示出杂交带
个体生物学水平的鉴定 ①确定是否具有抗性及抗性程度 ②基因工程产品与天然产品的活性是否相同 ①抗虫或抗病的接种实验 ②基因工程产品与天然产品活性的比较 是否赋予了预期抗性或蛋白质活性
常见不同转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法
个体水平的鉴定实际上是检测目的基因是否表达出所控制的性状，不同的转基因生物检测方法不同。
转基因生物 检测方法 观察目标
抗虫植物 害虫吞食 害虫死亡
抗病毒（菌）植物 病毒（菌）感染 未侵染上病斑
抗盐植物 盐水浇灌 正常生长
抗除草剂植物 喷洒除草剂 正常生长
获取目的基因产物的转基因生物 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 细胞产物功能活性正常
例题1：基因工程的基本操作步骤如下图所示，其中甲、乙、丙表示结构，①表示过程。下列相关叙述正确的是（ ）
A.甲、乙分别表示含有抗性基因的质粒、受体细胞
B.①过程表示用有抗生素的培养基筛选目的基因的受体细胞
C.丙可以是单细胞、器官、植物或动物等
D.若要使丙表达人的蛋白质，则乙是能分裂的人体细胞
【答案】C
【解析】根据图示可知，甲为载体，可以是质粒，也可以是噬菌体或动植物病毒，A错误；①过程表示筛选含有目的基因的受体细胞的过程，对于基因工程来讲，标记基因不一定为抗性基因，也可以是荧光标记基因，因此，该过程不一定是用含有抗生素的培养基筛选含目的基因的受体细胞，B错误；基因工程的受体细胞可以是微生物、植物或动物，故丙可以是单细胞、器官、植物或动物，C正确；若要使丙表达人的蛋白质，乙可以为微生物或其他生物细胞，用其制备工程菌或生物反应器也可快速表达人的蛋白质，D错误。
例题2：（多选题）菊花是一种双子叶植物，易感桃蚜。桃蚜不但直接影响植物生长，还是多种植物病毒的传播媒介。雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长。某科研团队运用农杆菌转化法获得了转GNA基因菊花。下列有关叙述正确的是（ ）
A.受体细胞可以选择菊花叶片细胞或桃蚜细胞
B.将目的基因GNA插入到Ti质粒的T-DNA上构建表达载体
C.菊花外植体产生的酚类化合物能吸引农杆菌移向受体细胞
D.应用抗虫接种实验，检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度
【答案】BCD
【解析】由题意可知，某科研团队运用农杆菌转化法获得了转GNA基因菊花，故受体细胞可以选择菊花叶片细胞，但不能选择桃蚜细胞，A错误；T-DNA是可转移的DNA，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，因此需将目的基因GNA插入Ti质粒的T- DNA上构建表达载体，B正确；外植体上有切口，切口附近的细胞受到伤害，会分泌酚类化合物吸引农杆菌移向这些细胞，C正确；对转基因生物做抗虫或抗病的接种实验，可确定转基因生物是否具有抗性以及抗性的程度，D正确。
考点三：基因工程的应用
基因工程在农牧业方面的应用
发展
农牧业：1996-2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。2017年，我国转基因作物种植面积居世界第八位。
动物：第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑在美国获得批准上市。
实例
（1）转基因抗虫植物
技术方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。
实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
（2）转基因抗病植物
技术方法：将来源于病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
（3）转基因抗除草剂植物
技术方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。
实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
（4）改良植物的品质
技术方法：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。
实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
（5）提高动物的生长速率
技术方法：将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。
实例：转基因鲤鱼。
（6）改善畜产品的品质
技术方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。
实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。
基因工程在医药卫生领域的应用
（1）生产药物
常见的药物：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。
批量生产药物：乳腺（房）生物反应器。
（2）目的基因：药用蛋白基因。
（3）启动子：乳腺中特异性表达的基因的启动子。
（4）受体细胞：受精卵。
（5）培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种调节因子抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。
3. 基因工程在食品工业方面的应用
（1）技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵生产凝乳酶。
（2）实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 指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 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
受体基因结构与人类基因结构差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 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 感受态细胞法
生产条件 不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，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
生产设备 畜牧业生产、提取设备 发酵生产、提取设备
例题1：（多选题）下列有关基因工程应用的叙述，正确的是（ ）
A.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
B.可利用基因工程技术获得高产的青霉菌
C.基因治疗是对有遗传缺陷的细胞进行基因修复
D.乳腺生物反应器内只有乳腺细胞含有目的基因
【答案】AB
【解析】通过分子生物学和分子遗传学的技术，直接检测出分子结构水平和表达水平是否异常，从而对疾病进行判断，基因诊断利用的原理是DNA分子杂交，A正确；可利用基因工程技术获得高产的青霉菌，B正确；基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而不是对有遗传缺陷细胞进行基因修复，C错误；乳腺生物反应器的体内所有细胞都含有目的基因，但目的基因只在乳腺细胞中才表达，D错误。
例题2：（多选题）为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响，科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种，变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量，结果如表所示。下列分析错误的是（ ）
表达量品种 AtCIPK基因相对表达量 NtLE5基因的表达量
0天 7天
甲 5.31 1.01 1.81
乙 5.52 1.05 1.83
丙 7.05 1.26 3.08
丁 0 0.98 0.95
A.丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜光照和进行干旱处理
B.基因表达量的分析过程中不存在U-A碱基配对
C.除检测基因的表达量外，还需进行个体水平的检测
D.AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物对干旱的适应性
【答案】AB
【解析】丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜的光照并浇水使其正常生长，变量处理时，实验组和对照组停止浇水，A错误；检测基因表达量时先提纯RNA，用逆转录的方法得到DNA，定时定量分析特定基因的含量用于反映转录的情况，此过程中存在U-A碱基配对，B错误；除了检测基因的表达量，实验还需比较转基因烟草植株与普通烟草植株的生长量，用于检测转基因烟草的抗旱能力，C正确；由图中的数据可以看出，AtCIPK基因的相对表达量与抗干旱基因NtLE5的表达量呈正相关，说明AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物的抗旱能力，D正确。
考点四：蛋白质工程
蛋白质工程崛起的缘由
基因工程的不足
（1）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。
（2）不足：在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
天然蛋白质的不足
（1）天然蛋白质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。
（2）对天然蛋白质进行改造，应该从对基因的操作来实现，主要原因如下：
任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。
对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易，难度要小得多。
蛋白质工程的崛起
（1）理论和技术条件：分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。
（2）实例
蛋白质缺陷 改造措施 改造后效果
玉米中赖氨酸含量低 赖氨酸合成中两种酶的氨基酸被替换 玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍
蛋白质工程的基本原理
（1）概念
基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
手段：通过基因改造或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。
目的：获得满足人类的生产和生活需求的蛋白质。
与基因工程的关系：在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。
（2）原理
目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。
方法：改造基因或合成基因。
流程：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→找到相对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。
蛋白质工程流程图
①蛋白质 ②多肽链 ③mRNA ④目的基因
A推测应有的氨基酸系列 B找到并改变基因或合成新的基因 C转录 D翻译
蛋白质工程的应用
（1）医药工业方面
速效胰岛素类似物：改变氨基酸序列，抑制胰岛素的聚合。
干扰素：一个半胱氨酸替换为丝氨酸，延长保存时间。
单克隆抗体：将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低诱发免疫反应的强度。
（2）其他工业方面：广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶。
（3）农业方面
改造某些参与调控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率。
改造微生物蛋白质的结构，增强防治病虫害的效果。
基因工程与蛋白质工程的比较
基因工程和蛋白质工程二者在操作上的基本思路比较
（1）基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
（2）蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→多肽链应有的氨基酸序列→基因应有的碱基序列，可以创造出自然界不存在的蛋白质。
二者的区别与联系
基因工程 蛋白质工程
操作对象 基因 基因
操作水平 DNA分子水平 DNA分子水平
基本过程 目的基因的获取→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 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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
实质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品 定向改造或生产人类所需的蛋白质
结果 生产人类需要的基因产物（自然界已有的蛋白质） 可以创造出自然界不存在的新蛋白质
联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的
“三看法”判断基因工程和蛋白质工程
（1）看对基因的操作方法：
如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。
（2）看目的基因的合成方式：
基因工程和蛋白质工程中都可以通过反转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，或mRNA或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程技术。
（3）看合成的蛋白质种类：
如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。
例题：下列关于蛋白质工程及其应用的说法，正确的是（ ）
A. 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要
B. 蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能
C. 当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟
D. 蛋白质工程技术中操作对象是蛋白质或控制蛋白质合成的基因
【答案】A
【解析】蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程的实质是通过改变基因的结构达到改变蛋白质功能的目的，B错误；当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结构了解不够，C错误；蛋白质工程技术中的操作对象是控制蛋白质合成的基因，D错误。
考点五：基因生物的安全性与生物武器
转基因成果令人叹为观止
转基因微生物
（1）对微生物进行基因改造的原因：微生物的生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作。
（2）转基因酵母菌减少了啤酒酵母双乙酰的生成，缩短了啤酒的发酵期。
（3）用基因工程技术构建基因工程菌来生产氨基酸、药物等。
转基因动物
（1）将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜。
（2）将某些抗病毒的基因导入动物体内，培育了抵抗相应病毒的动物新品种。
（3）建立了某些人类疾病的转基因动物模型。
转基因植物
（1）科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状作物。利用转基因技术显著抑制番茄中乙烯形成酶的活性和乙烯的生成量，从而培育成了转基因耐储藏番茄。
（2）我国批准发放了转基因棉花、番木瓜、水稻和玉米等作物的生产应用安全证书。
（3）硕果累累的转基因成果在带给人们喜悦的同时，也促使人们关注转基因生物的安全性问题。
对转基因产品安全性的争论
争论的原因
（1）原本是自然造就的生命形式被人为改造后出现了全新特征。
（2）人们所生活的国家或社会不同，具有不同的价值观取向，对转基因技术就会产生不同的见解。
争论的方面：在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。
理性看待转基因技术
颁布和实施相关法规和政策：既维护了消费者对转基因产品的知情权和选择权，又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。
成立了国家农业转基因生物安全委员会：我国农业转基因生物安全管理权威的评价机构，为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。
我国对农业转基因生物实行标识制度
产品 标注
转基因生物、含有转基因生物或者转基因生物成分的产品 直接标注“转基因××”
转基因农产品的直接加工品 “转基因××加工品（制成品）”或者“加工原料为转基因××”
用农业转基因生物或用含有农业转基因生物成分的产品加工制成的产品，但最终销售产品中已不再含有或检测不出转基因成分的产品 “本产品为转基因××加工制成，但本产品中已不再含有转基因成分”或者标注为“本产品加工原料中有转基因××，但本产品中已不再含有转基因成分”
禁止生物武器
生物武器的种类
（1）生物武器的概念
生物武器是由生物战剂及其施放装置所组成的一种大规模杀伤性特种武器。生物战剂包括多种致病性微生物（细菌、病毒、立克次氏体及其毒素等）。施放装置包括炸弹、炮弹、气溶胶发生器、布洒器等。
（2）种类：包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类。
生物武器的特点
致病力强，多数具有传染性：某些生物战剂只需少量病原体侵入人体，就能引起发病，如几十个热杆菌侵入人体就能致病。某些生物战剂，如鼠疫杆菌等，有很强的传染性，在一定条件下能在人与人之间传播，长期流行。
污染面积广：生物战剂致病力强，气溶胶可随风飘散，在气象、地理条件适宜时，可造成大面积污染。
不易被发现：生物战剂气溶胶无色无味，加之多在黄昏、夜间、拂晓、多雾时秘密施放，不易被人发现。
有一定的潜伏期：生物战剂致病需经几小时至几天的时间。
传播途径多：呼吸、饮食、皮肤接触、昆虫叮咬等。
受自然条件影响大：风速、气温对气溶胶传播有影响，大雪、低温、干燥、日晒等能加速病菌的消亡。
生物武器的实例
（1）第二次世界大战期间，侵华日军修建了细菌武器工厂，大量培养鼠疫、霍乱等一系列致命的传染性疾病的病原体，在中国多个地区使用了细菌武器，造成几十万中国老百姓死亡。
（2）第二次世界大战后，美国获得了细菌武器，在战争中散布了大量的天花病毒，使用细菌弹，散布了大量携带多种致病菌的昆虫。
（3）通过转基因技术制造或改造的致病菌或病毒可以让大批无相应免疫能力的受感染者突然发病，而又无药可医。
对生物武器的威胁，不能掉以轻心
（1）有一些恐怖组织或个人在试图寻找各种大规模杀伤性武器，而生物武器相对容易获得，也便于携带和施放，一旦被利用，产生的危害是巨大的。
（2）转基因技术使得制造新型的致病菌成为可能。这些人类从来没有接触过的致病菌，可能让大批受感染者突然发病，而又无药可医，这样施放者便会造成敌对方公众极度恐慌，致使受害国一切活动瘫痪。
（3）禁止生物武器的公约
1972年4月10日，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《禁止试制、生产和储存并销毁细菌（生物）和毒剂武器公约》（简称《禁止生物武器公约》）。
中国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。
※对转基因生物安全性的争论
转基因生物的优缺点分析
优点 缺点
①解决粮食短缺问题 ②减少农药使用，减少环境污染 ③增加食物营养，提高附加值 ④增加食物种类，提升食物品质 ⑤提高生产效率，带动相关产业发展 ①可能产生新病毒或新过敏原 ②可能产生抗除草剂的杂草 ③可能使疾病的传播跨越物种障碍 ④可能会损害生物多样性 ⑤可能干扰生态系统的多样性
基因污染
（1）概念：基因污染是指人工组合的基因通过转基因作物或家养动物扩散到其他栽培作物或自然野生物种并成为后者基因的一部分。
（2）途径
转基因植物的相关基因通过花粉传播而进入附近的野生植物或邻近的非转基因农作物。
转基因作物在自然条件下存活并发育成为野生的、杂草化的转基因植物。
土壤微生物或动物肠道微生物吸收转基因作物后获得外源基因。
例题1：转基因技术的研究正以惊人的速度发展，越来越多地影响人类的生产和生活。科学家在转基因研究工作中会采取很多方法确保转基因产品的安全性，各个国家也都制定了相关法规和政策规范转基因技术的应用。下列有关说法错误的是（ ）
A.我国对农业转基因生物实行标识制度，如转基因动植物要直接标注“转基因××”
B.用农业转基因生物加工制成的产品一定含有转基因成分
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.利用转基因技术制造的新型致病菌可能导致大批受感染者突然发病而又无药可医
【答案】B
【解析】我国对农业转基因生物实行了标识制度，如直接标注“转基因××”“加工原料为转基因××”“本产品为转基因××加工制成，但本产品中已不再含有转基因成分”等字样，A正确、B错误；我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，C正确；利用转基因技术制造的新型致病菌，人类从来没有接触过，可能导致大批受感染者突然发病而又无药可医，D正确。
例题2：如同发明炸药时没有想把炸药用于人类互相残杀的战争中一样，科学家在创造DNA重组技术时，也不是为了用于战争，但却无法抵挡新技术在军事方面的运用，生物武器就这样出现了。下列关于生物武器的说法错误的是（ ）
A.生物武器难以检测，用其进行杀伤时可能并不会被马上察觉
B.生物武器没有明确的标识，潜在危害大
C.依靠科学力量和人类的文明合作，生物武器也可被适当发展
D.生物武器适应能力强，具有强大的感染力和致病力
【答案】C
【解析】生物武器难以检测，用其进行杀伤时可能并不会被马上察觉，A正确；生物武器没有明确的标识，潜在危害大，B正确；我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器，C错误；生物武器适应能力强，具有强大的感染力和致病力，D正确。
2基因工程
1.下列关于基因工程及转基因食品的安全性的叙述，正确的是( )
A.20世纪60年代，我国的“黑农五号”大豆是通过基因工程获取的
B.通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮食产量，减少农药使用
C.通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制性核酸内切酶处理运载体DNA
D.若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，则生产出来的甘蔗不存在安全性问题
2.下图为不同限制性核酸内切膀识别的序列及切割位置（箭头所指），下列叙述错误的是( )
A.图示4种限制性核酸内切酶均不能够识别和切割RNA分子内的核苷酸序列
B.若DNA上的碱基随机排列，NotI限制性核酸内切酶切割位点出现频率较其他三种限制性核酸内切酶高
C.酶切时使用两种限制酶同时处理是为了防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化
D.用酶BglII切出的目的基因与酶BamHI切割的质粒重组后，则不能再被这两种酶切开
3.PCR是体外快速大量扩增DNA的一种技术，下列关于PCR技术叙述错误的是( )
A.增加模板DNA的量可以提高反应速度
B.复性温度过低会造成引物与模板的结合位点增加
C.延伸时，DNA聚合酶从引物的5'端连接脱氧核苷酸
D.PCR反应体系中一般需加Mg2+以激活DNA聚合酶
4.某兴趣小组以洋葱为实验材料进行DNA的粗提取和鉴定，图1和图2表示其中的部分过程。下列叙述正确的是( )
A.将洋葱研磨后的滤液置于4℃冰箱中放置几分钟，取沉淀物离心后进行图1操作
B.图1中应选择体积分数为75%的预冷酒精溶液进行DNA的粗提取
C.图2中应将试管置于沸水浴中加热，待试管冷却后，可观察到试管2呈现蓝色
D.图2中试管1含有1mol·L-1的NaCl溶液，以便和试管2作对照
5.新冠病毒是一种RNA病毒，疫苗是控制其肆虐的最有效手段。我国科学家研发出的腺病毒载体重组新冠病毒疫苗（重组疫苗）是一种基因工程疫苗，其基本制备步骤是：将新冠病毒刺突蛋白（S）对应的相关序列连接到位于载体上的腺病毒基因组DNA中，重组载体经扩增后转入特定动物细胞，进而获得重组腺病毒并制成疫苗。关于该基因工程疫苗，下列叙述正确的是( )
A.为构建重组载体，可获取病毒遗传物质，再用限制酶将目的基因切下后进行连接
B.为提供针对新冠病毒的长期保护，需两次或更多次数地接种该重组疫苗
C.重组疫苗可指导合成新冠病毒增殖所需的多种蛋白质，以发挥更好的免疫效果
D.为保证安全性，制备重组疫苗时需删除腺病毒的某些增殖相关的基因
6.下列关于目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定的叙述，错误的是( )
A.农杆菌转化法或用微量注射器将含目的基因的DNA溶液注入子房中可获得种子，再经过筛选和鉴定获得稳定遗传的转基因植物
B.如果受体细胞是大肠杆菌，常用Ca2+处理大肠杆菌使其处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，再将含目的基因的DNA溶液加入培养基中
C.利用显微注射将目的基因注入动物的受精卵中，这个受精卵可发育成为具有新性状的动物
D.可通过PCR技术检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因及目的基因是否表达
7.如图表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时，从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫基因“放入”棉花细胞中，与棉花的DNA分子结合起来发挥作用的过程示意图。以下说法正确的是( )
A. 图中Ⅰ是质粒，步骤①常需用到限制酶和DNA聚合酶
B. 图中Ⅱ是含目的基因的重组T质粒，步骤②是将重组质粒导入农杆菌细胞
C. 用氯化钙处理棉花受体细胞，有利于含目的基因的重组质粒导入
D. 若将目的基因导入四倍体棉花的花粉，通过花粉离体培养获得的转基因抗虫棉一定能稳定遗传
8.呼吸道合胞病毒（RSV）是引起婴幼儿肺炎和支气管炎的首要致病病毒。F蛋白是RSV囊膜蛋白之一，但其构象不稳定。科研人员通过蛋白质工程构建了构象更加稳定的F蛋白，利用改造后的F蛋白研发的疫苗能引起小鼠和猴体内产生高浓度抗体。下列说法正确的是( )
A.改造前需要对F蛋白的氨基酸序列进行分析
B.F蛋白的改造过程不需要限制酶和DNA连接酶
C.将改造的F蛋白基因直接转入适当的微生物可获取大量F蛋白
D.通过蛋白质工程可制造出任何一种人类所需要的蛋白质
9.为使玉米获得抗除草剂性状，科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，可能会导致未转化的愈伤组织在含除草剂的培养基中生长。下列叙述正确的是( )
提示：原核生物DNA无内含子
A.T-DNA可将基因G转移并整合到农杆菌细胞的染色体DNA上
B.利用无色物质K和氨苄青霉素进行筛选1，可以获得农杆菌的蓝色菌落
C.利用无色物质K和除草剂进行筛选2，更易获得抗除草剂的转基因植株
D.构建基因表达载体时用两种限制酶就可防止酶切产物自身环化
10.幽门螺杆菌（Hp）属于一类致癌物，Hp与胃炎、消化性溃疡和胃癌等多种疾病有关，Hp的Ipp20基因能合成其特有的Ipp20蛋白质，科研人员据此利用基因工程制备Hp疫苗，该过程所选择的质粒数及操作步骤如图所示。回答下列问题：
（1）通过PCR扩增lpp20基因的反应需要在____溶液中进行，扩增Ipp20基因时的基本条件包括DNA模板、原料、TaqDNA聚合酶、____等。
（2）在PCR反应体系中一般需要加入Mg2+，原因是____科研人员探究了不同浓度的Mg2+对PCR扩增效果的影响，结果如表所示。科研人员认为PCR反应高效进行，Mg2+浓度并不是越高越好，据表分析，依据是___。
Mg2+浓度/Mm 0 2 3 4 5 6
Ipp20基因相对含量 - + ++ ++++- +++- +++
注：“-”表示未检测到Ipp20基因，“+”表示检测到Ipp20基因，且“+”越多，检测到的含量越多。
（3）已知在构建基因表达载体时使用了限制酶XhoⅠ和XbaⅠ切割质粒和Ipp20基因。科研人员采用了影印法筛选含有Ipp20基因的大肠杆菌，即使用无菌的线毡布压在培养基A（添加潮霉素）的菌落上，带出少许菌种，平移并压在培养基B（添加氯霉素）上。根据图示结果分析，含有lpp20基因的大肠杆菌应从培养基___中获取，理由是____。
11.下列关于DNA粗提取和PCR、电泳技术，叙述错误的是( )
A.可利用DNA不溶于酒精的特点来提取DNA
B.可利用洋葱研磨液离心后的沉淀物来提取DNA
C.PCR中通过调节温度来控制DNA双链的解聚
D.琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物时，需将核酸染料加入琼脂糖溶液中
12.电泳的原理：DNA被染色后带正电荷，在电场作用下，在琼脂凝胶中从正极向负极移动，DNA相对分子质量越小，移动速度越快，一段时间后，相对分子质量不同的DNA分子就相互分离开。用A和B两种限制酶同时和分别处理同一DNA片段，限制酶对应切点一定能切开，两种酶切位点及酶切产物电泳分离结果如图1和图2所示。下列叙述错误的是( )
图1 图2
A.图1中限制酶A、B识别的核苷酸序列不相同
B.图1中X代表的碱基对数为4500
C.推测图1中Y是限制酶B的酶切位点
D.推测图2中①是限制酶A处理得到的酶切产物
13.巢式PCR是指先后用外内引物扩增目的基因的方法。其原理为：先以比目的基因大的DNA片段为模板，用外引物（F1，R1）进行扩增，获得大量含目的基因的中间产物，再以扩增后的中间产物为模板，用内引物（F2，R2）扩增目的基因，如图所示。下列说法错误的是( )
A.PCR反应缓冲液中Mg2+的作用是激活DNA聚合酶
B.与传统PCR相比，巢式PCR能有效提高产物中目的基因的比例
C.由于和两套引物都互补的靶序列较少，该技术可大大提高扩增的特异性
D.如果两套引物一起加入反应体系中，外引物的复性温度应显著低于内引物
14.人葡萄糖脑苷脂酶(hGC)缺乏症是一种常染色体隐性遗传病，患者因缺乏hGC基因而不能合成hGC，导致脾脏肿大、梗死和破裂，所以通常活不过10岁。传统的治疗方法是从人的胎盘中提取hGC后注入人体，治疗价格十分昂贵。科学家现已将hGC基因通过农杆菌转化法成功转入烟草中，并高效表达，其过程如下图所示。下列说法正确的是( )
A.转化是指将hGC基因导入烟草细胞，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程
B.过程③一般采用显微注射将农杆菌导入烟草细胞
C.从含重组Ti质粒的农杆菌中获取hGC基因的表达产物可直接用于疾病治疗
D.从愈伤组织中提取蛋白质作为抗原进行抗原-抗体杂交检测hGC基因是否转录
15.科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品系，下列相关叙述错误的是( )
A.可以用不同的限制酶切割目的基因与载体以避免目的基因与载体的自身环化和随意连接
B.可通过农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞
C.含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株
D.通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细胞
16.进行DNA粗提取时，某同学将洋葱鳞茎充分研磨后进行过滤，滤液4℃保存5分钟后取上清液进行离心处理，得到上清液和沉淀物。下列相关叙述正确的是( )
A.研磨时加入洗涤剂是为了溶解细胞膜，使核DNA能够充分释放
B.上清液加人2mol/L的NaCI溶液,搅拌后逐渐析出白色丝状物DNA
C.上清液中加入预冷的酒精溶液，再次离心后从上清液分离出DNA
D.取沉淀物加入二苯胺试剂混匀后即可观察到试管中的溶液呈现蓝色
17.嵌合病毒是一种基因工程重组病毒，即利用一些已知特性的病毒毒株作为受体，以另一病毒毒株作为供体提供结构蛋白基因，替换掉受体毒株的相应位置的基因，从而构建出一种新型病毒。作为重组病毒，嵌合病毒在安全性上有一定的风险，其可能被制成生物武器。下列相关叙述错误的是( )
A.嵌合病毒是受体病毒毒株和供体病毒毒株融合形成的新型病毒
B.由嵌合病毒制成的生物武器可能具有目前人类难以预防和治疗的特点
C.我国对生物武器的观点是任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器
D.人体对嵌合病毒虽然能产生免疫反应，但嵌合病毒仍具有极大的危害性
18.自然界中很少出现蓝色的花，天然蓝色花产生的主要原因是花瓣细胞液泡中花青素在碱性条件下显蓝色。我国科学家利用链霉菌的靛蓝合成酶基因（idgS）及其激活基因（sfp）构建基因表达载体（如下图），通过农杆菌转化法导入白玫瑰中，在细胞质基质中形成稳定显色的靛蓝。下列叙述错误的是( )
A.上述获得蓝色玫瑰的方案中需要转入能调控液泡pH的基因
B.将idgS基因插入Ti质粒时使用的限制酶是SpeI和SacI
C.sfp和idgS基因具有各自的启动子，前者调控后者的表达
D.农杆菌可将Ti质粒上的T-DNA整合到白玫瑰染色体DNA上
19.棉蚜是棉花的主要害虫之一。雪花莲凝集素(GNA)与尾穗苋凝集素(ACA)具有良好抗蚜虫效果。研究人员将GNA基因与ACA基因连接成融合基因GA，并构建双抗虫基因的重组表达载体转入棉花，过程如下图。下列叙述错误的是( )
A.构建植物表达载体，应选用BsaBI、KpnI和XhoI酶切
B.KpnI、XhoI双酶切可确保融合基因与载体的正确连接
C.用农杆菌转化法将目的基因转入棉花愈伤组织需无菌操作
D.检测出棉花细胞中含有融合基因，说明抗蚜虫棉花培育成功
20.为了获得抗蚜虫棉花新品种，研究人员将雪花莲凝集素基因（GNA）和尾穗苋凝集素基因（ACA）与载体（pBI121）结合，然后导入棉花细胞。下列叙述正确的是( )
A.用限制酶BsaBI和DNA聚合酶处理两种基因可获得GNA-ACA融合基因
B.与只用KpnI相比，KpnI和XhoI处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确
C. 在含卡那霉素的培养基上能存活的植物细胞即为成功转入目的基因的细胞
D. 用PCR技术检测GNA和ACA基因成功导入棉花细胞后，棉花就一定表现抗蚜虫性状
21.如图是蛋白质工程中改造目的基因的一种技术路线。S1核酸酶可以去除双链DNA突出的单链区；外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3'末端逐个水解单核苷酸，可以产生不同长度的5'突出末端。下列叙述错误的是( )
A.步骤一需使用两种限制酶切割目的基因片段
B.步骤二、三分别使用了S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ
C.步骤四宜选用T4DNA连接酶处理DNA片段
D.质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种
22.已知B基因存在于水稻基因组中，其仅在体细胞和精子中正常表达，在卵细胞中不转录。研究人员将B基因编码蛋白的序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能)，然后构建重组表达载体导入到水稻愈伤组织中，过程如下图。下列有关叙述正确的是( )
A.启动子是一段有特殊序列的DNA片段，与DNA聚合酶识别并结合后启动基因转录
B.只能从水稻的体细胞中提取全部RNA进行逆转录后得到B基因编码蛋白的序列
C.过程②在培养基中加入卡那霉素以检测T-DNA是否整合到水稻细胞染色体DNA上
D.在鉴定和筛选转基因植株时，可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发荧光
23.玉米是我国乃至全球总产量最高的粮食作物，玉米植株一般为雌雄同株异花，同时也存在只有雄花序的雄株和只有雌花序的雌株。玉米的性别由独立遗传的两对等位基因（E/e和T/t）控制；其中E和T同时存在时，表现为雌雄同株异花；仅有T而没有E时，表现为雄株；t隐性纯合时，表现为雌株。
（1）选取雌雄同株纯合子和雌株进行杂交，获得F1后自交得到F2。若F2中不出现雄株，则亲本的基因型分别为__________；若F2中出现3/16雄株，则亲本的基因型分别为__________。
（2）若一雄株与一雌株杂交，子代中雌株占1/2，则亲本可能的基因型有____________________（写出两种基因型组合）。
（3）培育抗除草剂玉米可有效降低玉米种植中的劳动总量。草甘膦是目前世界上使用最广泛的除草剂，EPSPS基因是常用的抗草甘膦基因。分析回答下列问题：
①EPSPS基因某条链的末端序列如下图：
采用PCR技术获取和扩增EPSPS基因时，所需要的两种引物序列分别为__________（标出5'和3'端）。
②下表为相关限制酶及其识别序列，图2为经切割得到的目的基因及末端（除黏性末端序列外，其他碱基序列省略），图3为所使用的质粒，其中Tetr、Ampr为标记基因。
限制酶 BamHI BclI SmaI Sau3AI
识别位点及切割位点 -G↓GATCC- -T↓GATCG- -CCC↓GGG- -↓GATC-
据图3可知，将EPSPS基因导入玉米细胞的方法为__________；对质粒进行酶切应选用的两种限制酶为__________。
③用重组质粒转化玉米幼胚后，向培养基中加入草甘膦筛选出成功导入目的基因的幼胚。提取培养后的植株DNA，进行目的基因的检测和鉴定，从玉米细胞提取DNA过程中，加入预冷的酒精的目的是__________。
④下表为鉴定含EPSPS基因植株的4种方法。预测同一后代群体中，4种方法检出的含EPSPS基因植株的比例从小到大依次是____________________。
方法 检测对象 检测目标 检出的含G基因植株的比例
PCR扩增 基因组DNA EPSPS基因 X1
分子杂交 总mRNA EPSPS基因转录产物 X2
抗原—抗体杂交 总蛋白质 EPSPS基因编码的蛋白质 X3
喷洒除草剂 幼苗 抗草甘膦幼苗 X4
答案以及解析
1.答案：B
解析：B、通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮食产量，减少农药使用，B正确。
2.答案：B
解析：A、酶具有专一性，限制酶是专门切割DNA序列中一定部位的酶，所以图示4种限制性核酸内切酶均不能够识别和切割RNA分子内的核苷酸序列，A正确；
B、由于NotI限制性核酸内切酶识别的序列比其他三种酶的序列长，若DNA上的碱基随机排列，NotI限制性核酸内切酶切割位点出现频率较其他三种限制性核酸内切酶低，B错误；
C、两种不同的限制酶可产生不同的黏性末端，所以使用两种限制酶同时处理是为了防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化，C正确；
D、用酶BglⅡ切出的目的基因与酶BamHⅠ切割的质粒重组后，重组DNA分子序列为，6个脱氧核苷酸对序列既不能被限制酶BglⅡ识别，也不能被BamHⅠ识别，所以不可能被这两种酶切开，D正确。
故选B。
3.答案：C
解析：C.延伸时，DNA聚合酶从引物的3’端连接脱氧核苷酸，C错误。
4.答案：C
解析：A、将洋葱研磨后的滤液置于4℃冰箱中放置几分钟，再取上清液进行图1操作，A错误；B、图1中应选择体积分数为95%的预冷酒精溶液进行DNA的粗提取，B错误；C、在沸水浴条件下，DNA与二苯胺试剂发生反应呈蓝色，故图2中应将试管置于沸水浴中加热，待试管冷却后，可观察到试管2呈现蓝色，C正确；D、取两支20ml的试管，各加入物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液5ml，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解故图2中试管1含有2mol·L-1的NaCl溶液，以便和试管2作对照，D错误。
5.答案：D
解析：A、新冠病毒是一种RNA病毒，构建重组载体时，需要将新冠病毒刺突蛋白（S）对应的相关序列逆转录形成DNA，再与载体进行拼接，A错误；
B、该重组疫苗进入细胞后，可通过转录翻译形成数量较多的新冠病毒刺突蛋白（S），且该重组疫苗会整合到宿主细胞的基因组中，随着宿主细胞的增殖而复制，因此不需要两次或更多次数地接种该重组疫苗，B错误；
C、根据题意可知，重组疫苗可指导合成新冠病毒刺突蛋白（S），即只能合成一种蛋白，C错误；
D、为保证安全性，制备重组疫苗时删除了腺病毒的某些基因，使其在人体中无法增殖，但重组疫苗仍然可以诱发人体产生针对新冠病毒的特异性免疫应答，D正确。故选D
6.答案：D
解析：A、用农杆菌转化法或花粉管通道法，即用微量注射器将含有目的基因的DNA溶液直接注入子房中可获得种子，再经过筛选和鉴定获得稳定遗传的转基因植物，A正确；
B、如果受体细胞是大肠杆菌，常用Ca2＋处理大肠杆菌使其处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，再将含目的基因的DNA溶液加入培养基中，B正确；
C、利用显微注射将目的基因注入动物的受精卵中，由于目的基因的成功表达，这个受精卵可发育成为具有新性状的动物，C正确；
D、采用DNA分子杂交技术检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，检测目的基因是否表达可利用抗原一抗体杂交或个体水平的鉴定，D错误。
7.答案：B
解析：A、①是构建基因表达载体，其中I是质粒，步骤①常需用到限制酶和DNA连接酶，A错误； B、图中Ⅱ是含目的基因的重组T质粒，步骤②是将重组质粒导入农杆菌细胞，B正确； C、将含目的基因的重组质粒导入棉花受体细胞时，最常采用的方法是农杆菌转化法，氯化钙用于处理细菌细胞，C错误； D、若将目的基因导入四倍体棉花的花粉，通过花粉离体培养获得的转基因抗虫棉不一定能稳定遗传，如AAaa产生的花粉是Aa，则不能稳定遗传，D错误。
故选：B。
8.答案：A
解析：A、蛋白质工程的实质是改造基因，因此改造前需要对F蛋白的氨基酸序列进行分析，以便找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），A正确；
B、要对蛋白质进行改造，最终需要通过基因工程来实现，而基因工程需要的工具酶包括限制酶和DNA连接酶，因此F蛋白的改造过程需要限制酶和DNA连接酶，B错误；
C、将改造的F蛋白基因无法直接转入适当的微生物细胞内，需要通过载体运输，C错误；
D、基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质，但由于蛋白质的高级结构相当复杂，因此目前并不能制造出任何一种人类所需要的蛋白质，D错误。
故选 A。
9.答案：C
解析：A、将目的基因(基因G)插入到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（基因G)整合到玉米的愈伤组织细胞的染色体DNA上，农杆菌属于原核生物，无染色体，A错误；B、农杆菌属于原核生物，含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，故不会出现农杆菌的蓝色菌落，B错误；C、根据题意“转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，可能会导致未转化的愈伤组织在含除草剂的培养基中生长”可知，如果仅用除草剂进行筛选，愈伤组织表面残留的农杆菌会对筛选结果造成干扰，再根据题意“含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色”，农杆菌成功转化的愈伤组织会呈现蓝色，因此利用无色物质K和除草剂一起进行筛选2，更易于获得抗除草剂的转基因植株，C正确；D、构建基因表达载体时，若使用两种限制酶，且这两种限制酶切割产生的黏性末端不同，才能有效防止酶切产物自身环化，D错误。
10.答案：（1）缓冲；引物
（2）TagDNA聚合酶需要Mg2+激活；表中Mg2+浓度为4mM时，Ipp20基因相对含量最高，Mg2+浓度高于4mM时，Ipp20基因相对含量降低
（3）A；限制酶XhoⅠ和XbaⅠ切割后，重组质粒中不含有氯霉素抗性基因，因此含Ipp20基因的大肠杆菌不能在添加了氯霉素的培养基B中生长
解析：本题主要考查基因工程，考查学生的理解能力和解决问题能力。
（2）真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。从表中可以看出，在不含Mg2+的缓冲液中Ipp20基因几乎无法扩增，在一定的范围内，随着Mg2+浓度的增加，Ip20基因相对含量逐渐增加，当Mg2+浓度为4mM时，扩增效果最好，Mg2+浓度高于4mM后，扩增效果反而下降。
（3）质粒上含有潮霉素和氯霉素抗性基因，当基因表达载体导入大肠杆菌细胞中，无论Ipp20基因是否插入质粒上，大肠杆菌都能在含有潮霉素的培养基A中生长，当Ipp20基因插入质粒上，重组质粒不含有氯霉素抗性基因，含有Ipp20基因的大肠杆菌不能在添加了氯霉素的培养基B中生长，因此含有Ipp20基因的大肠杆菌菌落是3、5，可以从培养基A上获取。
11.答案：B
解析：A中DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可以根据该特性来提纯DNA,A正确；B中洋葱加入研磨液后离心后，DNA存在于上清液中，用上清液提取DNA，B错误；C中PCR技术包括高温变性(解链)—低温复性(引物和模板链结合)—中温延伸三个步骤，解旋过程不需要解旋酶的催化，而是利用了DNA在高温下变性的原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合，C正确；D中凝胶中的DNA需要与核酸染料结合，在波长为300nm的紫外灯下才被观察到，核酸染料加入琼脂糖溶液中，混合均匀，然后将温热的琼脂糖溶液倒入模具，D正确。故选：B。
12.答案：C
解析：A、酶具有专一性，不同的限制酶识别并切割不同的核苷酸序列，A正确；BC、从图2的A+B酶一组结果可知，限制酶A和B切完后总共有4个片段，长度分别为500、1500、3500、4500◇而图1表示酶A和B切割时只会得到3个片段，长度应该是3500、X、2000，所以可推测Y是限制酶A或限制酶B的酶切位点，X代表的碱基对数为4500,B正确，C错误；D、根据以上结论，若图1中有两个限制酶A的酶切位点，切割完后得到三个长度的片段：3500、(4500+1500)、500,正好与图2的①结果相符，故推测图2中①是限制酶A处理得到的酶切产物，D正确。故选C。
13.答案：D
解析：A、PCR技术的原理是细胞内DNA复制，需要Mg2+、模板、原料、能量、酶、引物等条件，PCR反应缓冲液中Mg2+的作用是激活DNA聚合酶，A正确；B、与传统PCR相比，巢式PCR用外引物扩增后获得含有目的基因的中间产物，再以扩增后的中间产物为模板，能有效提高产物中目的基因的比例，B正确；C、由于和两套引物同时都互补的靶序列较少，该技术可大大提高扩增的特异性，将需要的目的基因扩增出来，C正确；D、如果两套引物一起加入反应体系中，外引物复性温度要明显高于内引物，使外引物先进行反应，D错误。故选：D。
14.答案：A
解析：题图分析，图中①是目的基因表达载体的构建，②是将重组质粒导入农杆菌，③利用农杆菌转化法侵染烟草细胞，④培养含有目的基因的烟草细胞进行脱分化获得愈伤组织。A、转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，故这里的转化是指将hGC基因导入烟草细胞，并且在烟草细胞内维持稳定和表达的过程，A正确；B、过程③一般采用含重组质粒的农杆菌感染烟草细胞，即农杆菌转化法实现将目的基因导入烟草细胞的过程，B错误；C、应农杆菌属于原核生物，不含内质网和高尔基体，所表达的蛋白质还不具有相应的空间结构，没有活性，因此，从含重组Ti质粒的农杆菌中获取hGC基因的表达产物需加工后才可用于疾病治疗，C错误；D、可从愈伤组织中提取蛋白质作为抗原进行抗原﹣抗体交检测GC基因是否成表达并翻译质，D错误。故选A。
15.答案：D
解析：A、可以用两种不同的限制酶同时切割目的基因与载体以避免目的基因与载体的自身环化和随意连接，A正确；
B、可通过农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞，B正确；
C、植物细胞具有全能性，含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株，C正确；
D、通常通过检测目的基因产物来检测目的基因是否成功表达，通过采用DNA分子杂交技术检测目的基因是否已导入受体细胞，D错误。
故选D。
16.答案：A
解析：研磨时加人洗涤剂可溶解细胞膜，使DNA能够从细胞中释放出来，A正确；洋葱鳞茎研磨后取上清液进行离心处理后，得到上清液和沉淀物，上清液中含有DNA.DNA能溶解在2mol/L.的NaCI溶液中，B错误；在加入体积分数为95%的冷却酒精，经离心后，可在沉淀物中分离获得白色絮状物DNA.C错误；取沉淀物加入二苯胺试剂混匀后，沸水浴加热一段时间，待试管冷却后，溶液会出现蓝色，D错误。
17.答案：A
解析：分析题意可知，嵌合病毒是利用一些已知特性的病毒毒株作为受体，以另一病毒毒株作为供体提供结构蛋白基因，替换掉受体毒株的相应位置的基因，从而构建出的一种新型病毒，而不是二者融合形成的新型病毒，A项错误；虽然人体能对嵌合病毒产生免疫反应，但由于其是新型病毒，可能在改造过程中发生新的组合，制成的生物武器可能具有目前人类难以预防和治疗的特点，具有极大危害性，B、D项正确；我国对生物武器的观点是任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，C项正确。
18.答案：A
解析：A、靛蓝能够稳定显色，不受pH的影响，故本题方案中无需转入能调控液泡pH的基因，A错误； B、据图可知，idgS基因插入Ti质粒时使用的限制酶是SpeI和SacI，将sfp基因插入Ti质粒时若使用的限制酶是BamHI,B正确； C、sfp和idgS基因具有各自的启动子，表达是相互独立进行的，sfp是激活基因，表达产物能调控后者的表达，C正确； D、将目的基因导入植物细胞可采用农杆菌转化法，故农杆菌可将Ti质粒上的T-DNA整合到白玫瑰染色体DNA上，D正确。
故选：A。
19.答案：D
解析：A、由分析可知，构建植物表达载体过程中要选用BsaBI、KpnI和Xhol进行酶切，A正确；B、Kpnl、XhoI双酶切可使确保融合基因与载体产生相同的末端以确保二者的正确连接，B正确；C、用农杆菌转化法将目的基因转入棉花愈伤组织需无菌操作以防止杂菌污染干扰实验，C正确；D、检测出棉花细胞中含有融合基因，不定能说明抗蚜虫棉花培育成功，因为融合基因可能不能正常表达，还需作修饰处理，D错误。故选D。
20.答案：B
解析：由图可知，CNA、ACA都含有限制酶BsaBI的酶切位点，故用限制酶BsaBI和DNA连接酶处理两种基因可获得GNA-ACA融合基因，DNA聚合酶的作用是催化单个核苷酸连接，而DNA连接酶的作用是催化DNA片段连接，A错误；图中质粒与GNA-ACA融合基因上都含有KpnI和Xho I的酶切位点，与只用Kpn I相比，Kpn I和Xho I处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确，避免反向连接，B正确；由于载体上含有卡那霉素抗性基因，故在含卡那霉素的培养基上能存活的植物细胞为成功转入目的基因的细胞或含有普通质粒的细胞，C错误；PCR技术可用于基因探针的制备，用来检测目的基因是否导入受体细胞，GNA和ACA导入棉花细胞后不一定正常表达，所以不一定具有抗蚜虫性状，D错误。
21.答案：B
解析：A、步骤一需使用两种限制酶切割目的基因片段，可防止含目的基因的外源DNA片段自身环化，A正确；B、外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3'末端逐个水解单核苷酸，可以产生不同长度的5'突出末端，由图可知，步骤二应使用外切核酸酶Ⅲ，步骤三应使用S1核酸酶，B错误；C、T4DNA连接酶可连接平末端，故步骤四宜选用T4DNA连接酶处理DNA片段，C正确；D、质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种，因为外切核酸酶Ⅲ处理后可以获得不同长度的5'突出末端，D正确。故选B。
22.答案：D
解析：D、由于基因表达载体上有Luc基因，其表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光，所以在鉴定和筛选转基因植株时，可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光，D正确。故选D。
23.答案：（1）EETT×EEtt；EETT×eett
（2）eeTt×Eett或eeTt×eett或eeTt×EEtt
（3）5'-CTTGGATGAT-3'和5'-TCTGTTGAAT-3'；农杆菌转化法；BclⅠ和SmaⅠ；析出DNA（使DNA形成沉淀）；X4、X3、X2、X1
解析：（1）E和T同时存在时，表现为雌雄同株异花，有但没有E时，表现为雄株，有tt时表现为雌株，则E_T_为雌雄同株，eeT_为雄株，E_tt或eett为雌株，故纯合的雌雄同株基因型是EETT，纯合雌株基因型是EEtt或eett，若F2中没有雄株的出现，说明F2中不会出现eeT_，那么亲本中不会有e基因，所以亲本的基因型为EETT和EEtt,F1基因型为EETt。仅有T而没有E时，表现为雄株，若F2中出现3/16雄株，即F2中eeT_占3/16，可以推F1为EeTt，则亲本台基因型分别为EETT×eet。
（2）若一株雄株（eeT_）与一株雌株（E_tt或eett）杂交，后代雌株（E_tt或eett）占1/2，则亲本雄株基因型一定为eeTt，故亲本的基因型组合为eeTtxEett或eeTt×eetti或eeTtxEEtt。（3）①利用PCR扩增目的基因时，需要与模板的3'端（-OH端）结合，并遵循碱基互补配对原则据图可知，采用PCR技术获取和扩增EPSPS基因需要使用的引物序列为5'-CTTGGATGAT-3和5'TCTGTTGAAT-3'；②由图3可知，重组质粒中含有T-DNA，据此可知将EPSPS基因导入植物细胞的方法为农杆菌转化法；基因表达载体构建时，需要将目的基因和运载体切割出相同的末端，图示BamHⅠ会破坏目的基因，故若对质粒进行切害割时，选用的两种酶为BClⅠ和SmaⅠ；③DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，向滤液中加入冷却的体积分数为95%的酒精，静置2~3min，溶液中会出现白色丝状物，就是粗提取的DNA，加入预冷的酒精的目的是析出DNA（使DNA形成沉淀）④G基因导入受体细胞后（利用PCR扩增技术检测G基因），不一定转录形成mRNA（利用分子杂交技术检测G基因转录产物），转录形成的mRNA不一定翻译形成相应的蛋白质（用抗原—抗体杂交技术检测G基因编码的蛋白质），翻译形成相应的蛋白质不一定表现出抗除草剂性状（通过喷洒除草剂鉴别抗除草剂的幼苗），所以4种方法检出的含G基因植株的比例，从小到大依次是X4、X3、X2、X1。
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十五 基因工程
2024届高考生物解锁大单元一轮复习
思维导图
考点一：基因工程的概念与工具
1. 基因工程的概念
（1）操作场所：生物体外。
（2）操作技术：转基因等技术。
（3）操作结果：赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
（4）操作水平：DNA分子水平。
2. 基因工程的原理
基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因（目的基因）在宿主细胞中稳定和高效地表达。
具体地说，基因工程就是在DNA分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
3. 基因工程的诞生和发展
基因工程的诞生
（1）1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。
（2）1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
（3）1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。
（4）20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
（5）1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。
ü 基因工程的发展
（1）1982年，第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市。
（2）1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。
（3）1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。
（4）1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。
（5）21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因序列的了解。
（6）2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。
4. DNA重组技术的基本工具
ü 限制性内切核酸酶（又称限制酶）——“分子手术刀”
（1）来源：主要来自原核生物。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
（3）结果：产生黏性末端或平末端。
（4）应用：已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。
※EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同，说明限制酶具有专一性。
ü DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
（2）种类
种类 E·coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源 大肠杆菌 T4噬菌体
特点 缝合黏性末端 缝合黏性末端和平末端
作用 缝合双链DNA片段，恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键
ü 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
（1）种类
质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的、环状的、裸露的DNA分子，独立于拟核之外。
λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等。
（2）目的
将目的基因转运到宿主细胞中去。
在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
（3）必备条件
在宿主细胞中保存下来并大量复制。
有多个限制酶切割位点。
有一定的标记基因，便于筛选。
对受体细胞无害。
重组DNA分子的模拟操作
（1）材料用具：剪刀代表EcoRⅠ，透明胶条代表DNA连接酶。
（2）切割位点：
分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出—GAATTC—序列，并选G—A之间作切口进行“切割”。
再从另一条链上互补的碱基之间寻找EcoR Ⅰ相应的切口剪开。
（3）操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能互补配对；否则，说明操作有误。
5. DNA的粗提取与鉴定
ü 实验原理
（1）DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精。
（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。
（3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。
ü 实验步骤
（1）称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。
（2）漏斗中垫纱布，将研磨液过滤到烧杯中，4 ℃处理，取上清液。
（3）在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液，静置2～3 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。
（4）取两支20 ml的试管编号A、B，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂
（5）混匀后，将试管置于沸水中加热5 min。
（6）结果观察：A试管不变蓝，B试管变蓝色。
1. DNA连接酶与限制性内切核酸酶的比较
（1）区别
（2）联系
作用 应用
限制性核酸内切酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 用于目的基因和载体的连接
2. DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
不同点 模板 不需要模板 需要DNA的一条链为模板
作用对象 游离的DNA片段 单个的脱氧核苷酸
作用结果 形成完整的DNA分子 形成DNA的一条链
用途 基因工程 DNA复制
例题：为提高大豆对磷元素的吸收能力，研究人员利用农杆菌转化法将水稻的耐低磷基因OsPTF转移到大豆植株中，如图为重组Ti质粒上T-DNA的序列结构示意图。下列相关叙述不正确的是（ ）
A.以水稻RNA为模板通过反转录及PCR扩增可获得大量OsPTF基因
B.RNA聚合酶与启动子1识别并结合后，启动抗除草剂基因的转录
C.可用含除草剂的选择培养基筛选含有目的基因的大豆愈伤组织
D.用EcoRⅠ、BamHⅠ双酶切重组Ti质粒后，经电泳分离至少得到两条带
【答案】B
【解析】以水稻RNA为模板通过反转录可以合成cDNA，然后再以cDNA为模板利用PCR扩增可获得大量OsPTF基因，A正确；据图分析可知，抗除草剂基因位于启动子2的后面，因此RNA聚合酶与启动子2识别并结合后，启动抗除草剂基因的转录，B错误；由于图中T-DNA的序列中含有目的基因和抗除草剂基因，故可用含除草剂的选择培养基筛选含有目的基因的大豆愈伤组织，C正确；质粒为环状DNA，因此用EcoRⅠ、BamHⅠ双酶切重组Ti质粒后，至少会得到OsPTF基因片段及剩余部分的片段，D正确。
考点二：基因工程的基本操作程序
1. 目的基因的筛选与获取
ü 目的基因
（1）概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
（2）实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。
ü 筛选合适的目的基因
（1）较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
（2）实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。
（3）认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。
ü 利用PCR获取和扩增目的基因
（1）PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
（2）条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶。
（3）过程：
变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链。
复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3′端合成子链。
重复循环多次。
结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增（约为2n）。
2. 基因表达载体的构建——核心
ü 构建基因表达载体的目的
（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。
（2）使目的基因能够表达和发挥作用。
ü 基因表达载体的组成——两子启动和终止；目的基因在中间；标记基因来筛选。
ü 基因表达载体的功能
（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。
（2）使目的基因表达和发挥作用。
3. 将目的基因导入受体细胞
（1）转化含义：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
（2）转化方法
ü 导入植物细胞
农杆菌转化法：将目的基因导入双子叶植物和裸子植物。
基因枪法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。
花粉管通道法：我国科学家独创的一种方法。
ü 导入动物细胞
常用方法：显微注射技术。
常用受体细胞：受精卵。
ü 导入微生物细胞
方法：
a.用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态（这种细胞称为感受态细胞）。
b.感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子。
受体细胞：原核细胞（使用最广泛的是大肠杆菌）。
原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等
4. 目的基因的检测与鉴定
ü 分子水平检测
（1）检测转基因生物DNA上是否插入了目的基因。
方法：DNA分子杂交技术。
（2）检测目的基因是否转录出mRNA。
方法：分子杂交技术。
（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质。
方法：抗原—抗体杂交技术。
ü 个体水平鉴定：包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。
1. 载体上标记基因的标记原理
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如图所示：
2. 目的基因获取方法的选择
（1）如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过用受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中去获取目的基因。
（2）如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法人工合成。
（3）如果只知道扩增目的基因的两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，则可以通过PCR技术扩增目的基因。
3. PCR技术与DNA复制的比较
比较项目 DNA复制 PCR技术
区别 解旋方式 解旋酶催化 DNA在高温下变性解旋
场所 细胞内（主要在细胞核内） 细胞外（主要在PCR扩增仪中）
酶 解旋酶、DNA聚合酶 耐热的DNA聚合酶
温度 细胞内温和条件 控制温度，需55 ℃～95 ℃高温
结果 合成DNA分子 合成DNA片段或基因
联系 （1）模板：均需要脱氧核苷酸双链作为模板（2）原料：均为四种脱氧核苷酸（3）酶：均需DNA聚合酶（4）引物：都需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
4. 将目的基因导入受体细胞的方法比较
生物类型 植物 动物 微生物
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
常用方法 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 显微注射技术 感受态细胞法
转化过程 目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA中→表达 目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→感受态细胞→表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
5. 农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的TDNA上；第二次拼接（非人工操作）是指插入目的基因的TDNA被拼接到受体细胞的染色体DNA上。第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌；第二次导入（非人工操作）是指含目的基因的TDNA导入受体细胞。
6. 目的基因的检测与鉴定在不同方面的比较
类型 步骤 检测内容 方法 结果显示
分子检测 导入检测 目的基因是否导入受体细胞 DNA分子杂交技术（DNA和DNA之间） 是否成功显示出杂交带
表达检测 目的基因是否转录出mRNA 核酸分子杂交技术（DNA和mRNA之间） 是否成功显示出杂交带
目的基因是否翻译出蛋白质 蛋白质分子杂交（抗原和抗体之间） 是否成功显示出杂交带
个体生物学水平的鉴定 ①确定是否具有抗性及抗性程度②基因工程产品与天然产品的活性是否相同 ①抗虫或抗病的接种实验②基因工程产品与天然产品活性的比较 是否赋予了预期抗性或蛋白质活性
7. 常见不同转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法
个体水平的鉴定实际上是检测目的基因是否表达出所控制的性状，不同的转基因生物检测方法不同。
转基因生物 检测方法 观察目标
抗虫植物 害虫吞食 害虫死亡
抗病毒（菌）植物 病毒（菌）感染 未侵染上病斑
抗盐植物 盐水浇灌 正常生长
抗除草剂植物 喷洒除草剂 正常生长
获取目的基因产物的转基因生物 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 细胞产物功能活性正常
例题1：基因工程的基本操作步骤如下图所示，其中甲、乙、丙表示结构，①表示过程。下列相关叙述正确的是（ ）
A.甲、乙分别表示含有抗性基因的质粒、受体细胞
B.①过程表示用有抗生素的培养基筛选目的基因的受体细胞
C.丙可以是单细胞、器官、植物或动物等
D.若要使丙表达人的蛋白质，则乙是能分裂的人体细胞
【答案】C
【解析】根据图示可知，甲为载体，可以是质粒，也可以是噬菌体或动植物病毒，A错误；①过程表示筛选含有目的基因的受体细胞的过程，对于基因工程来讲，标记基因不一定为抗性基因，也可以是荧光标记基因，因此，该过程不一定是用含有抗生素的培养基筛选含目的基因的受体细胞，B错误；基因工程的受体细胞可以是微生物、植物或动物，故丙可以是单细胞、器官、植物或动物，C正确；若要使丙表达人的蛋白质，乙可以为微生物或其他生物细胞，用其制备工程菌或生物反应器也可快速表达人的蛋白质，D错误。
例题2：（多选题）菊花是一种双子叶植物，易感桃蚜。桃蚜不但直接影响植物生长，还是多种植物病毒的传播媒介。雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长。某科研团队运用农杆菌转化法获得了转GNA基因菊花。下列有关叙述正确的是（ ）
A.受体细胞可以选择菊花叶片细胞或桃蚜细胞
B.将目的基因GNA插入到Ti质粒的T-DNA上构建表达载体
C.菊花外植体产生的酚类化合物能吸引农杆菌移向受体细胞
D.应用抗虫接种实验，检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度
【答案】BCD
【解析】由题意可知，某科研团队运用农杆菌转化法获得了转GNA基因菊花，故受体细胞可以选择菊花叶片细胞，但不能选择桃蚜细胞，A错误；T-DNA是可转移的DNA，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，因此需将目的基因GNA插入Ti质粒的T- DNA上构建表达载体，B正确；外植体上有切口，切口附近的细胞受到伤害，会分泌酚类化合物吸引农杆菌移向这些细胞，C正确；对转基因生物做抗虫或抗病的接种实验，可确定转基因生物是否具有抗性以及抗性的程度，D正确。
考点三：基因工程的应用
1. 基因工程在农牧业方面的应用
ü 发展
（1）农牧业：1996-2017年，全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。2017年，我国转基因作物种植面积居世界第八位。
（2）动物：第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑在美国获得批准上市。
ü 实例
（1）转基因抗虫植物
技术方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。
实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
（2）转基因抗病植物
技术方法：将来源于病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
（3）转基因抗除草剂植物
技术方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。
实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
（4）改良植物的品质
技术方法：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。
实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
（5）提高动物的生长速率
技术方法：将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。
实例：转基因鲤鱼。
（6）改善畜产品的品质
技术方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。
实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。
2. 基因工程在医药卫生领域的应用
（1）生产药物
ü 常见的药物：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。
ü 批量生产药物：乳腺（房）生物反应器。
（2）目的基因：药用蛋白基因。
（3）启动子：乳腺中特异性表达的基因的启动子。
（4）受体细胞：受精卵。
（5）培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种调节因子抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。
3. 基因工程在食品工业方面的应用
（1）技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵生产凝乳酶。
（2）实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。
1. 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 指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 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
受体基因结构与人类基因结构差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 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 感受态细胞法
生产条件 不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，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
生产设备 畜牧业生产、提取设备 发酵生产、提取设备
例题1：（多选题）下列有关基因工程应用的叙述，正确的是（ ）
A.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
B.可利用基因工程技术获得高产的青霉菌
C.基因治疗是对有遗传缺陷的细胞进行基因修复
D.乳腺生物反应器内只有乳腺细胞含有目的基因
【答案】AB
【解析】通过分子生物学和分子遗传学的技术，直接检测出分子结构水平和表达水平是否异常，从而对疾病进行判断，基因诊断利用的原理是DNA分子杂交，A正确；可利用基因工程技术获得高产的青霉菌，B正确；基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而不是对有遗传缺陷细胞进行基因修复，C错误；乳腺生物反应器的体内所有细胞都含有目的基因，但目的基因只在乳腺细胞中才表达，D错误。
例题2：（多选题）为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响，科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种，变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量，结果如表所示。下列分析错误的是（ ）
A.丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜光照和进行干旱处理
B.基因表达量的分析过程中不存在U-A碱基配对
C.除检测基因的表达量外，还需进行个体水平的检测
D.AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物对干旱的适应性
表达量品种 AtCIPK基因相对表达量 NtLE5基因的表达量
0天 7天
甲 5.31 1.01 1.81
乙 5.52 1.05 1.83
丙 7.05 1.26 3.08
丁 0 0.98 0.95
【答案】AB
【解析】丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜的光照并浇水使其正常生长，变量处理时，实验组和对照组停止浇水，A错误；检测基因表达量时先提纯RNA，用逆转录的方法得到DNA，定时定量分析特定基因的含量用于反映转录的情况，此过程中存在U-A碱基配对，B错误；除了检测基因的表达量，实验还需比较转基因烟草植株与普通烟草植株的生长量，用于检测转基因烟草的抗旱能力，C正确；由图中的数据可以看出，AtCIPK基因的相对表达量与抗干旱基因NtLE5的表达量呈正相关，说明AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物的抗旱能力，D正确。
考点四：蛋白质工程
1. 蛋白质工程崛起的缘由
ü 基因工程的不足
（1）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。
（2）不足：在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
ü 天然蛋白质的不足
（1）天然蛋白质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。
（2）对天然蛋白质进行改造，应该从对基因的操作来实现，主要原因如下：
任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。
对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易，难度要小得多。
ü 蛋白质工程的崛起
（1）理论和技术条件：分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。
（2）实例
蛋白质工程的基本原理
（1）概念
基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
手段：通过基因改造或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。
目的：获得满足人类的生产和生活需求的蛋白质。
与基因工程的关系：在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。
（2）原理
蛋白质缺陷 改造措施 改造后效果
玉米中赖氨酸含量低 赖氨酸合成中两种酶的氨基酸被替换 玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍
目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。
方法：改造基因或合成基因。
流程：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→找到相对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。
蛋白质工程流程图
①蛋白质 ②多肽链 ③mRNA ④目的基因
A推测应有的氨基酸系列 B找到并改变基因或合成新的基因 C转录 D翻译
蛋白质工程的应用
（1）医药工业方面
速效胰岛素类似物：改变氨基酸序列，抑制胰岛素的聚合。
干扰素：一个半胱氨酸替换为丝氨酸，延长保存时间。
单克隆抗体：将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低诱发免疫反应的强度。
（2）其他工业方面：广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶。
（3）农业方面
改造某些参与调控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率。
改造微生物蛋白质的结构，增强防治病虫害的效果。
1. 基因工程与蛋白质工程的比较
ü 基因工程和蛋白质工程二者在操作上的基本思路比较
（1）基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
（2）蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→多肽链应有的氨基酸序列→基因应有的碱基序列，可以创造出自然界不存在的蛋白质。
ü 二者的区别与联系
基因工程 蛋白质工程
操作对象 基因 基因
操作水平 DNA分子水平 DNA分子水平
基本过程 目的基因的获取→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 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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
实质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品 定向改造或生产人类所需的蛋白质
结果 生产人类需要的基因产物（自然界已有的蛋白质） 可以创造出自然界不存在的新蛋白质
联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的
2. “三看法”判断基因工程和蛋白质工程
（1）看对基因的操作方法：
如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。
（2）看目的基因的合成方式：
基因工程和蛋白质工程中都可以通过反转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，或mRNA或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程技术。
（3）看合成的蛋白质种类：
如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。
例题：下列关于蛋白质工程及其应用的说法，正确的是（ ）
A. 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要
B. 蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能
C. 当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟
D. 蛋白质工程技术中操作对象是蛋白质或控制蛋白质合成的基因
【答案】A
【解析】蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程的实质是通过改变基因的结构达到改变蛋白质功能的目的，B错误；当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结构了解不够，C错误；蛋白质工程技术中的操作对象是控制蛋白质合成的基因，D错误。
考点五：基因生物的安全性与生物武器
1. 转基因成果令人叹为观止
ü 转基因微生物
（1）对微生物进行基因改造的原因：微生物的生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作。
（2）转基因酵母菌减少了啤酒酵母双乙酰的生成，缩短了啤酒的发酵期。
（3）用基因工程技术构建基因工程菌来生产氨基酸、药物等。
ü 转基因动物
（1）将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜。
（2）将某些抗病毒的基因导入动物体内，培育了抵抗相应病毒的动物新品种。
（3）建立了某些人类疾病的转基因动物模型。
ü 转基因植物
（1）科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状作物。利用转基因技术显著抑制番茄中乙烯形成酶的活性和乙烯的生成量，从而培育成了转基因耐储藏番茄。
（2）我国批准发放了转基因棉花、番木瓜、水稻和玉米等作物的生产应用安全证书。
（3）硕果累累的转基因成果在带给人们喜悦的同时，也促使人们关注转基因生物的安全性问题。
1. 对转基因产品安全性的争论
ü 争论的原因
（1）原本是自然造就的生命形式被人为改造后出现了全新特征。
（2）人们所生活的国家或社会不同，具有不同的价值观取向，对转基因技术就会产生不同的见解。
ü 争论的方面：在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。
2. 理性看待转基因技术
（1）颁布和实施相关法规和政策：既维护了消费者对转基因产品的知情权和选择权，又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。
（2）成立了国家农业转基因生物安全委员会：我国农业转基因生物安全管理权威的评价机构，为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。
（3）我国对农业转基因生物实行标识制度
产品 标注
转基因生物、含有转基因生物或者转基因生物成分的产品 直接标注“转基因××”
转基因农产品的直接加工品 “转基因××加工品（制成品）”或者“加工原料为转基因××”
用农业转基因生物或用含有农业转基因生物成分的产品加工制成的产品，但最终销售产品中已不再含有或检测不出转基因成分的产品 “本产品为转基因××加工制成，但本产品中已不再含有转基因成分”或者标注为“本产品加工原料中有转基因××，但本产品中已不再含有转基因成分”
1. 禁止生物武器
ü 生物武器的种类
（1）生物武器的概念
生物武器是由生物战剂及其施放装置所组成的一种大规模杀伤性特种武器。生物战剂包括多种致病性微生物（细菌、病毒、立克次氏体及其毒素等）。施放装置包括炸弹、炮弹、气溶胶发生器、布洒器等。
（2）种类：包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类。
ü 生物武器的特点
（1）致病力强，多数具有传染性：某些生物战剂只需少量病原体侵入人体，就能引起发病，如几十个热杆菌侵入人体就能致病。某些生物战剂，如鼠疫杆菌等，有很强的传染性，在一定条件下能在人与人之间传播，长期流行。
（2）污染面积广：生物战剂致病力强，气溶胶可随风飘散，在气象、地理条件适宜时，可造成大面积污染。
（3）不易被发现：生物战剂气溶胶无色无味，加之多在黄昏、夜间、拂晓、多雾时秘密施放，不易被人发现。
（4）有一定的潜伏期：生物战剂致病需经几小时至几天的时间。
（5）传播途径多：呼吸、饮食、皮肤接触、昆虫叮咬等。
（6）受自然条件影响大：风速、气温对气溶胶传播有影响，大雪、低温、干燥、日晒等能加速病菌的消亡。
生物武器的实例
（1）第二次世界大战期间，侵华日军修建了细菌武器工厂，大量培养鼠疫、霍乱等一系列致命的传染性疾病的病原体，在中国多个地区使用了细菌武器，造成几十万中国老百姓死亡。
（2）第二次世界大战后，美国获得了细菌武器，在战争中散布了大量的天花病毒，使用细菌弹，散布了大量携带多种致病菌的昆虫。
（3）通过转基因技术制造或改造的致病菌或病毒可以让大批无相应免疫能力的受感染者突然发病，而又无药可医。
ü 对生物武器的威胁，不能掉以轻心
（1）有一些恐怖组织或个人在试图寻找各种大规模杀伤性武器，而生物武器相对容易获得，也便于携带和施放，一旦被利用，产生的危害是巨大的。
（2）转基因技术使得制造新型的致病菌成为可能。这些人类从来没有接触过的致病菌，可能让大批受感染者突然发病，而又无药可医，这样施放者便会造成敌对方公众极度恐慌，致使受害国一切活动瘫痪。
（3）禁止生物武器的公约
1972年4月10日，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《禁止试制、生产和储存并销毁细菌（生物）和毒剂武器公约》（简称《禁止生物武器公约》）。
中国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。
※对转基因生物安全性的争论
1. 转基因生物的优缺点分析
2.基因污染
（1）概念：基因污染是指人工组合的基因通过转基因作物或家养动物扩散到其他栽培作物或自然野生物种并成为后者基因的一部分。
（2）途径
转基因植物的相关基因通过花粉传播而进入附近的野生植物或邻近的非转基因农作物。
转基因作物在自然条件下存活并发育成为野生的、杂草化的转基因植物。
土壤微生物或动物肠道微生物吸收转基因作物后获得外源基因。
优点 缺点
①解决粮食短缺问题②减少农药使用，减少环境污染③增加食物营养，提高附加值④增加食物种类，提升食物品质⑤提高生产效率，带动相关产业发展 ①可能产生新病毒或新过敏原②可能产生抗除草剂的杂草 ③可能使疾病的传播跨越物种障碍④可能会损害生物多样性⑤可能干扰生态系统的多样性
例题1：转基因技术的研究正以惊人的速度发展，越来越多地影响人类的生产和生活。科学家在转基因研究工作中会采取很多方法确保转基因产品的安全性，各个国家也都制定了相关法规和政策规范转基因技术的应用。下列有关说法错误的是（ ）
A.我国对农业转基因生物实行标识制度，如转基因动植物要直接标注“转基因××”
B.用农业转基因生物加工制成的产品一定含有转基因成分
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.利用转基因技术制造的新型致病菌可能导致大批受感染者突然发病而又无药可医
【答案】B
【解析】我国对农业转基因生物实行了标识制度，如直接标注“转基因××”“加工原料为转基因××”“本产品为转基因××加工制成，但本产品中已不再含有转基因成分”等字样，A正确、B错误；我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，C正确；利用转基因技术制造的新型致病菌，人类从来没有接触过，可能导致大批受感染者突然发病而又无药可医，D正确。
例题2：如同发明炸药时没有想把炸药用于人类互相残杀的战争中一样，科学家在创造DNA重组技术时，也不是为了用于战争，但却无法抵挡新技术在军事方面的运用，生物武器就这样出现了。下列关于生物武器的说法错误的是（ ）
A.生物武器难以检测，用其进行杀伤时可能并不会被马上察觉
B.生物武器没有明确的标识，潜在危害大
C.依靠科学力量和人类的文明合作，生物武器也可被适当发展
D.生物武器适应能力强，具有强大的感染力和致病力
【答案】C
【解析】生物武器难以检测，用其进行杀伤时可能并不会被马上察觉，A正确；生物武器没有明确的标识，潜在危害大，B正确；我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器，C错误；生物武器适应能力强，具有强大的感染力和致病力，D正确。
