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第九单元 生物技术与工程
第54讲 基因工程的应用、蛋白质工程、生物技术的安全性与伦理问题
复习目标 1.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生领域等方面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.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题； 4.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。
考点1 基因工程的应用
(1)基因工程在农牧业方面的应用
类型 内容
转基因抗虫植 物 ①原理：从某些生物中分离出具有 功能的基因，将其导入作 物中培育出具有抗虫性的作物
②举例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等
转基因抗病植 物 ①原理：将来源于某些病毒、真菌等的 基因导入植物中，培 育出转基因抗病植物
②举例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等
转基因抗除草 剂植物 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作 物品种
抗虫
抗病
A基础知识重点疑难
1. 基因工程的应用
改良植物的品 质 提高植物的营养价值、观赏价值等
提高动物的生 长速率 将 基因导入动物体内，提高动物的生长速率
改善畜产品的 品质 如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的 中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响，解决了乳 糖不耐受这一问题
(2)基因工程在医药卫生领域的应用
①对微生物或动植物的细胞进行 改造，使它们能够生产药物。
②利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产 。
③基因工程技术可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。
外源生长激素
乳
汁
基因
药物
(3)在食品工业方面的应用：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
2. 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
笔记：优点：产品产量高，质量好，成本低，易提取
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 细菌和酵母菌等微生物的基 因结构与人类的基因结构有 较大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相 同 细菌合成的蛋白质可能没有 活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
目的基因导入方式 显微注射法 感受态细胞法(Ca2＋处理法)
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
产物提取 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
笔记：需要目的基因与乳腺蛋白基因的启动子重组在一起
提醒 乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是 利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，后者的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。
B拆解真题情境推理
[情境推理]
1. 人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是
。
提示：真核细胞的基因结构不同于原核细胞，其转录出的mRNA需加工后才能作为翻 译的模板，细菌中不存在此机制
2. 为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细 胞是什么？并说明理由。 。
提示：受精卵。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生长激素基因，全能性较高
3. (2024·河北卷节选)我国科学家将新城疫病毒相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚 乳特异性表达，制备r2HN疫苗，利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点 是 。(答出两点即可)
提示：成本低、生物安全性较高
C升华思维实战演练
基因工程的应用
1. (2024·新课标卷)某研究小组将纤维素酶基因(N)插入某种细菌(B1)的基因组中，构建 高效降解纤维素的菌株(B2)。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片 段；再经限制酶切割获得含N基因的片段甲，片段甲两端分别为M1与M2；利用 CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2。酶切位点(Ⅰ～ Ⅳ)、引物(P1～P4)的结合位置、片段甲替换区如图所示，→表示引物5‘→3’方向。 回答下列问题。
(1)限制酶切割的化学键是 。为保证N基因能在菌株B2中表达，在构建 片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，原因 是 。
解析：(1)限制酶切割的化学键为磷酸二酯键。在构建片段甲时，应将M1与M2片 段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，不破坏标记基因，且能保证N基 因正常表达。
(2)CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与 B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C和 。
解析：(2)RNA的碱基组成为A、U、G、C，DNA的碱基组成为A、T、G、C，向导 RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C、C—G、A—T、U—A。
磷酸二酯键
不破坏标记基因，且能保证N基因正常表达
C—G、A—T、U—A
解析：(3)用引物P1和P2进行PCR可扩增N基因，验证片段甲插入了细菌B1基因组，所 用的模板是B2菌株基因组DNA；用该模板与引物P3和P4进行PCR，因为P3不能与N基 因模板链结合，实验结果是检测不到扩增产物。
解析：(4)与秸秆焚烧相比，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是减少环境污 染、水解产生的葡萄糖可重复利用等。
B2菌
株基因组DNA
检测不到扩增产
物
减少环境污染、
水解产生的葡萄糖可重复利用(其他合理答案也可)
2. (2024·河北卷节选)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病，我国科学家将该病毒 相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚乳特异表达，制备获得r2HN疫苗，并对其免疫 效果进行了检测。
回答下列问题。
(1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子，若使 r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP应为 启动子。Nos为终 止子，其作用为 。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此，可 选择限制酶 和 对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的 构建。
图1
水稻胚乳中特异表达的基因
终止转录
HindⅢ
EcoRⅠ
解析：(1)根据题意可知，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，Gtp(启动子)应为水稻胚乳中 特异表达的基因的启动子。Nos为终止子，终止子具有终止转录的作用。r2HN基因内 部不含载体的限制酶识别位点。KpnⅠ破坏了启动子序列不能选用，终止子序列之外含 有SacⅠ的酶切位点不能选用，因此为了将目的基因插入到载体的启动子和终止子之 间，则需要用限制酶HindⅢ和EcoRⅠ对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的 构建。
(2)利用 方法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况， 可通过PCR技术检测 ，通过 技术检测是否翻译 出r2HN蛋白。
解析：(2)获得水稻愈伤组织后，通过农杆菌的侵染，使目的基因进入水稻细胞并完成 转化。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测转录的r2HN mRNA，可从转基因 水稻中提取蛋白质，用抗原—抗体杂交检测是否翻译出r2HN蛋白。
农杆菌转化
r2HN mRNA
抗原—抗体杂交
(3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自 交一代后，r2HN纯合体植株的占比为 。选择纯合体进行后续研究的原因 是 。
解析：(3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。单一 位点插入目的基因的植株，则相当于杂合体，杂合体自交，后代含有r2HN基因的纯合 体占1/4。由于纯合体自交后代不发生性状分离，具有遗传的稳定性，所以选择纯合体 进行后续研究。
1/4
纯合体自交后代不发生性状分离
(4)制备r2HN疫苗后，为研究其免疫效果，对实验组鸡进行接种，对照组注射疫苗溶 剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞) 水平，结果如图2所示。据此分析，获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的 免疫 和 免疫。
图2
体液
细胞
解析：(4)据题图可知，实验组的抗体水平和CD8＋T细胞水平都比对照组高，说明通过 体液免疫产生了抗体，通过细胞免疫产生了细胞毒性T细胞，即r2HN疫苗能够成功激 活鸡的体液免疫和细胞免疫。
考点2 蛋白质工程的原理和应用
A基础知识重点疑难
1. 对蛋白质工程概念的剖析
(1)基础：蛋白质分子的 及其与 的关系。
(2)手段：改造或合成基因。
(3)结果：对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。
2. 基本思路
结构规律
生物功能
3. 蛋白质工程与基因工程的比较
项 目 蛋白质工程 基因工程
区 别 过 程 从预期的蛋白质功能出发→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(基 因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白 质 获取目的基因→构建基因表达载体→ 将目的基因导入受体细胞→目的基因 的检测与鉴定
实 质 通过改造基因定向改造或生产人类所需 的蛋白质 通过基因重组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
项目 蛋白质工程 基因工程
区 别 结 果 可生产自然界中没有的蛋白质 只能生产自然界中已有的蛋白质
联 系 蛋白质工程是在 的基础上延伸出来的第二代基因工程，对现有蛋 白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因改造或基因合成实现
笔记：原因：蛋白质一般具有复杂的空间结构，基因的结构相对简单容易改造；改造 后的基因可以遗传给下一代，而直接改造蛋白质无法遗传
基因工程
4. 蛋白质工程的应用
(1)在医药方面
①利用蛋白质工程研发 。
②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 ，在一定条件下，可以 延长保存时间。
药物
丝氨酸
(2)在工业方面
①蛋白质工程被广泛用于改进 或开发新的工业用酶。
②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。
酶的性能
(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 的效率， 增加粮食的产量。
光合作用
A. 可根据预期蛋白质结构设计新型脱氨酶基因序列
B. 该研究可获得自然界中不存在的脱氨酶
C. 获得新型脱氨酶的过程不遵循中心法则
D. 新型脱氨酶可能成为基因编辑的新工具
C
解析：蛋白质工程可以根据预期的蛋白质结构设计新型脱氨酶基因序列，A正确；通 过对鉴定得到的58种脱氨酶进行改造，可以获得自然界中不存在的脱氨酶，B正确； 获得新型脱氨酶的过程仍然遵循中心法则，中心法则是遗传信息传递的基本规律，在 这个过程中涉及基因的表达等过程，C错误；新型脱氨酶可催化核酸中碱基的改变， 所以可能成为基因编辑的新工具，D正确。
2. (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。
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。
解析：(1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是水解蛋白质，使得DNA 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。
水解蛋白质，使得DNA与蛋
白质分离
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 。
解析：(2)本操作中获取目的基因的方法是人工合成和PCR技术扩增。
PCR技术扩增
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 。
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，其目的可能是同时实现两个目的基因的共同表 达及调控，从而提高目的基因转录的效率。
RNA聚合酶识别并结合的部位
提高目的基因转录的效率
(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。
解析：(4)结合基因表达载体的示意图，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。
HygBR
(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 。
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。
F3
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
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，本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，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，属于蛋白质工程，A、 B、C不符合题意，D符合题意。
D
考点3 生物技术的安全性和伦理问题
A基础知识重点疑难
1. 转基因成果
项 目 成果
转 基 因 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 因工程菌来生产 、药物
氨基酸
项目 成果
转基因 动物方面 ①将生长激素基因、生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一批 、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建立某些人类疾病的转基因动 物模型
转基因植
物方面 培育出了大批具有 、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物
生长迅速
抗虫
2. 理性看待转基因技术
争论
焦点 在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论
正确
态度 理性看待转基因技术要做到建立在完备的相关科学知识基础之上；人们的观 点受到复杂的政治、经济和文化等因素的影响；要靠确凿的证据和严谨的逻 辑进行思考和辩论
我国
方针 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
3. 关注生殖性克隆人
(1)治疗性克隆与生殖性克隆
类型
项目 治疗性克隆 生殖性克隆
区 别 目 的 治疗疾病 产生独立生存的新个体
产 物 细胞、组织、器官
联系 都属于无性生殖；遗传信息不变
(2)我国政府态度： 任何生殖性克隆人实验。
不赞成、不允许、不支持、不接受
4. 比较试管婴儿和设计试管婴儿
(1)试管婴儿和设计试管婴儿过程如图所示。
(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点
项目 试管婴儿 设计试管婴儿
不同点 过程 无图中d过程 多出图中d过程
技术
手段 无须进行遗传学诊断 进行
应用 主要解决不孕夫妇的生育问 题 主要用于血液病的治疗
相同点 进行体外受精、体外早期胚胎培养，经过胚胎移植，都是有性生殖
遗传学诊断
5. 禁止生物武器
种类 致病菌类、病毒类、生化毒剂类等
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
A. 由于存在生殖隔离，大量种植转基因抗除草剂农作物不存在安全性问题
B. 我国政府不反对治疗性克隆，可以有限制地进行生殖性克隆研究
C. 《禁止生物武器公约》规定在任何情况下都不发展、不生产生物武器，但可储存少 量的生物武器用于研究
D. 转基因的受体细胞通常限制在遗传上有特定缺陷的生物上
解析：转基因抗除草剂农作物可能通过花粉将抗除草剂基因传播到杂草中，存在安全 性问题，A错误；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，B错误。
D
不生
产
不储存
错误
A. 为使雌性动物超数排卵，可在其饲料中添加适量的促性腺激素
B. 可以使用雄性动物新鲜的精子与处于MⅡ期卵母细胞完成受精作用
C. 我国政府允许在医学上应用生殖性克隆人胚胎解决不孕不育
D. 为提高胚胎利用率，可采用胚胎分割等繁殖技术
解析：促性腺激素属于蛋白质类激素，在饲料中添加的促性腺激素因在动物的消化道 中被分解而失去促进超数排卵的作用，A错误；雄性动物新鲜的精子获能后才具备受 精能力，B错误；我国政府不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实 验，我国允许应用试管婴儿技术解决不孕不育，C错误；为提高胚胎利用率，可采用 胚胎分割、移植等无性繁殖技术实现，D正确。
D
溯源教材 找答案：采集到的卵母细胞和精子，要分别在体外进行成熟培养和 处理，然后才能用于体外受精，由以上可以推断B 。
获能
错误 第54讲 基因工程的应用、蛋白质工程、生物技术的安全性与伦理问题
复习目标 1.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生领域等方面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.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题； 4.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。
@考点1 基因工程的应用
考点1 基因工程的应用
A基础知识重点疑难
1.基因工程的应用
(1)基因工程在农牧业方面的应用
类型 内容
转基因抗虫植物 ①原理：从某些生物中分离出具有 抗虫 功能的基因，将其导入作物中培育出具有抗虫性的作物 ②举例：转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等
转基因抗病植物 ①原理：将来源于某些病毒、真菌等的 抗病 基因导入植物中，培育出转基因抗病植物 ②举例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等
转基因抗除草剂植物 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种
改良植物的品质 提高植物的营养价值、观赏价值等
提高动物的生长速率 将 外源生长激素 基因导入动物体内，提高动物的生长速率
改善畜产品的品质 如将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的 乳汁 中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响，解决了乳糖不耐受这一问题
(2)基因工程在医药卫生领域的应用
①对微生物或动植物的细胞进行 基因 改造，使它们能够生产药物。
②利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产 药物 。
③基因工程技术可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。
(3)在食品工业方面的应用：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
笔记：优点：产品产量高，质量好，成本低，易提取
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 细菌和酵母菌等微生物的基因结构与人类的基因结构有较大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的蛋白质可能没有活性
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(Ca2＋处理法)
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
产物提取 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
笔记：需要目的基因与乳腺蛋白基因的启动子重组在一起
提醒 乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，后者的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。
B拆解真题情境推理
[情境推理]
1.人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是
。
提示：真核细胞的基因结构不同于原核细胞，其转录出的mRNA需加工后才能作为翻译的模板，细菌中不存在此机制
2.为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是什么？并说明理由。 。
提示：受精卵。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生长激素基因，全能性较高
3.(2024·河北卷节选)我国科学家将新城疫病毒相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚乳特异性表达，制备r2HN疫苗，利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点是 。(答出两点即可)
提示：成本低、生物安全性较高
C升华思维实战演练
基因工程的应用
1.(2024·新课标卷)某研究小组将纤维素酶基因(N)插入某种细菌(B1)的基因组中，构建高效降解纤维素的菌株(B2)。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片段；再经限制酶切割获得含N基因的片段甲，片段甲两端分别为M1与M2；利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2。酶切位点(Ⅰ～Ⅳ)、引物(P1～P4)的结合位置、片段甲替换区如图所示，→表示引物5‘→3’方向。回答下列问题。
(1)限制酶切割的化学键是 磷酸二酯键 。为保证N基因能在菌株B2中表达，在构建片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，原因是 不破坏标记基因，且能保证N基因正常表达 。
解析：(1)限制酶切割的化学键为磷酸二酯键。在构建片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，不破坏标记基因，且能保证N基因正常表达。
(2)CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C和 C—G、A—T、U—A 。
解析：(2)RNA的碱基组成为A、U、G、C，DNA的碱基组成为A、T、G、C，向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C、C—G、A—T、U—A。
(3)用引物P1和P2进行PCR可验证片段甲插入了细菌B1基因组，所用的模板是 B2菌株基因组DNA ；若用该模板与引物P3和P4进行PCR，实验结果是 检测不到扩增产物 。
解析：(3)用引物P1和P2进行PCR可扩增N基因，验证片段甲插入了细菌B1基因组，所用的模板是B2菌株基因组DNA；用该模板与引物P3和P4进行PCR，因为P3不能与N基因模板链结合，实验结果是检测不到扩增产物。
(4)与秸秆焚烧相比，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是 减少环境污染、水解产生的葡萄糖可重复利用(其他合理答案也可) (答出2点即可)。
解析：(4)与秸秆焚烧相比，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是减少环境污染、水解产生的葡萄糖可重复利用等。
2.(2024·河北卷节选)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病，我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚乳特异表达，制备获得r2HN疫苗，并对其免疫效果进行了检测。
回答下列问题。
(1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP应为 水稻胚乳中特异表达的基因 启动子。Nos为终止子，其作用为 终止转录 。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此，可选择限制酶 HindⅢ 和 EcoRⅠ 对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。
图1
解析：(1)根据题意可知，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，Gtp(启动子)应为水稻胚乳中特异表达的基因的启动子。Nos为终止子，终止子具有终止转录的作用。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。KpnⅠ破坏了启动子序列不能选用，终止子序列之外含有SacⅠ的酶切位点不能选用，因此为了将目的基因插入到载体的启动子和终止子之间，则需要用限制酶HindⅢ和EcoRⅠ对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。
(2)利用 农杆菌转化 方法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测 r2HN mRNA ，通过 抗原—抗体杂交 技术检测是否翻译出r2HN蛋白。
解析：(2)获得水稻愈伤组织后，通过农杆菌的侵染，使目的基因进入水稻细胞并完成转化。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测转录的r2HN mRNA，可从转基因水稻中提取蛋白质，用抗原—抗体杂交检测是否翻译出r2HN蛋白。
(3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自交一代后，r2HN纯合体植株的占比为 1/4 。选择纯合体进行后续研究的原因是 纯合体自交后代不发生性状分离 。
解析：(3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。单一位点插入目的基因的植株，则相当于杂合体，杂合体自交，后代含有r2HN基因的纯合体占1/4。由于纯合体自交后代不发生性状分离，具有遗传的稳定性，所以选择纯合体进行后续研究。
(4)制备r2HN疫苗后，为研究其免疫效果，对实验组鸡进行接种，对照组注射疫苗溶剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平，结果如图2所示。据此分析，获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的 体液 免疫和 细胞 免疫。
图2
解析：(4)据题图可知，实验组的抗体水平和CD8＋T细胞水平都比对照组高，说明通过体液免疫产生了抗体，通过细胞免疫产生了细胞毒性T细胞，即r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。
@考点2 蛋白质工程的原理和应用
考点2 蛋白质工程的原理和应用
A基础知识重点疑难
1.对蛋白质工程概念的剖析
(1)基础：蛋白质分子的 结构规律 及其与 生物功能 的关系。
(2)手段：改造或合成基因。
(3)结果：对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。
2.基本思路
3.蛋白质工程与基因工程的比较
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 过程 从预期的蛋白质功能出发→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(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 通过改造基因定向改造或生产人类所需的蛋白质 通过基因重组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
区别 结果 可生产自然界中没有的蛋白质 只能生产自然界中已有的蛋白质
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，对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因改造或基因合成实现
笔记：原因：蛋白质一般具有复杂的空间结构，基因的结构相对简单容易改造；改造后的基因可以遗传给下一代，而直接改造蛋白质无法遗传
4.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面
①利用蛋白质工程研发 药物 。
②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
①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。
②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。
B升华思维实战演练
蛋白质工程
1.(2025·北京朝阳区期中)脱氨酶可催化核酸中碱基脱氨基，将C变为U，经复制使原碱基对C—G变为A—T。我国科学家利用人工智能辅助蛋白质结构预测，鉴定得到58种脱氨酶，并对其进行改造，获得有更高活性的新型脱氨酶。相关叙述错误的是( C )
A.可根据预期蛋白质结构设计新型脱氨酶基因序列
B.该研究可获得自然界中不存在的脱氨酶
C.获得新型脱氨酶的过程不遵循中心法则
D.新型脱氨酶可能成为基因编辑的新工具
解析：蛋白质工程可以根据预期的蛋白质结构设计新型脱氨酶基因序列，A正确；通过对鉴定得到的58种脱氨酶进行改造，可以获得自然界中不存在的脱氨酶，B正确；获得新型脱氨酶的过程仍然遵循中心法则，中心法则是遗传信息传递的基本规律，在这个过程中涉及基因的表达等过程，C错误；新型脱氨酶可催化核酸中碱基的改变，所以可能成为基因编辑的新工具，D正确。
2.(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。
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 水解蛋白质，使得DNA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 。
解析：(1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是水解蛋白质，使得DNA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 和 人工合成 。
解析：(2)本操作中获取目的基因的方法是人工合成和PCR技术扩增。
(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，其目的可能是 提高目的基因转录的效率 。
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，其目的可能是同时实现两个目的基因的共同表达及调控，从而提高目的基因转录的效率。
(4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置，用 HygBR 基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。
解析：(4)结合基因表达载体的示意图，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 。
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 D 。
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：(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，本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，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，属于蛋白质工程，A、B、C不符合题意，D符合题意。
@考点3 生物技术的安全性和伦理问题
考点3 生物技术的安全性和伦理问题
A基础知识重点疑难
1.转基因成果
项目 成果
转基因微 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、优质的基因工程菌来生产 氨基酸 、药物
转基因动 物方面 ①将生长激素基因、生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一批 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建立某些人类疾病的转基因动物模型
转基因植 物方面 培育出了大批具有 抗虫 、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物
2.理性看待转基因技术
争论 焦点 在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论
正确 态度 理性看待转基因技术要做到建立在完备的相关科学知识基础之上；人们的观点受到复杂的政治、经济和文化等因素的影响；要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论
我国 方针 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
3.关注生殖性克隆人
(1)治疗性克隆与生殖性克隆
类型 项目 治疗性克隆 生殖性克隆
区别 目的 治疗疾病 产生独立生存的新个体
产物 细胞、组织、器官
联系 都属于无性生殖；遗传信息不变
(2)我国政府态度： 不赞成、不允许、不支持、不接受 任何生殖性克隆人实验。
4.比较试管婴儿和设计试管婴儿
(1)试管婴儿和设计试管婴儿过程如图所示。
(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点
项目 试管婴儿 设计试管婴儿
不同点 过程 无图中d过程 多出图中d过程
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 主要用于血液病的治疗
相同点 进行体外受精、体外早期胚胎培养，经过胚胎移植，都是有性生殖
5.禁止生物武器
种类 致病菌类、病毒类、生化毒剂类等
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
B升华思维实战演练
生物技术的安全性和伦理问题
1.(2025·山东临沂期中)关于现代生物工程技术应用安全性的评价，下列叙述正确的是( D )
A.由于存在生殖隔离，大量种植转基因抗除草剂农作物不存在安全性问题
B.我国政府不反对治疗性克隆，可以有限制地进行生殖性克隆研究
C.《禁止生物武器公约》规定在任何情况下都不发展、不生产生物武器，但可储存少量的生物武器用于研究
D.转基因的受体细胞通常限制在遗传上有特定缺陷的生物上
解析：转基因抗除草剂农作物可能通过花粉将抗除草剂基因传播到杂草中，存在安全性问题，A错误；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，B错误。
溯源教材 找答案：《禁止生物武器公约》规定：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，由以上可以推断C 错误 。
2.(2025·广东梅州二模)医学和农业生产上经常应用胚胎工程技术，相关叙述正确的是( D )
A.为使雌性动物超数排卵，可在其饲料中添加适量的促性腺激素
B.可以使用雄性动物新鲜的精子与处于MⅡ期卵母细胞完成受精作用
C.我国政府允许在医学上应用生殖性克隆人胚胎解决不孕不育
D.为提高胚胎利用率，可采用胚胎分割等繁殖技术
解析：促性腺激素属于蛋白质类激素，在饲料中添加的促性腺激素因在动物的消化道中被分解而失去促进超数排卵的作用，A错误；雄性动物新鲜的精子获能后才具备受精能力，B错误；我国政府不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，我国允许应用试管婴儿技术解决不孕不育，C错误；为提高胚胎利用率，可采用胚胎分割、移植等无性繁殖技术实现，D正确。
溯源教材 找答案：采集到的卵母细胞和精子，要分别在体外进行成熟培养和 获能 处理，然后才能用于体外受精，由以上可以推断B 错误 。
提醒 完成限时跟踪检测(五十四)
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