第55讲 基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验
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.举例说明依据人类需要对原蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。3.活动：DNA的粗提取与鉴定实验。4.活动：利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。
考情分析 1.基因工程的应用和蛋白质工程 2022·河北卷，24；2022·广东卷，22；2022·全国乙卷，38；2022·湖南卷，22
2.DNA的粗提取与鉴定 2024·安徽卷，14；2024·河北卷，13；2024·山东卷，13；2023·福建卷，4；2023·广东卷，11；2022·山东卷，13
3.DNA片段的扩增与电泳鉴定 2024·海南卷，15；2024·浙江6月选考，20；2024·江西卷，19；2024·黑吉辽卷，7；2023·江苏卷，22；2023·山东卷，25；2022·辽宁卷，12；2022·江苏卷，24
考点一 基因工程的应用和蛋白质工程
INCLUDEPICTURE"核心要点再研.tif"
1.基因工程的应用——乳腺生物反应器
(1)操作过程
INCLUDEPICTURE"SW756.tif"
(2)比较乳腺生物反应器与膀胱生物反应器
①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，二者的优点：产量高、质量好、成本低、易提取，且不会对动物造成伤害。
②乳腺生物反应器是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产药用蛋白。
2.蛋白质工程的原理和应用
(1)蛋白质工程的概念
INCLUDEPICTURE"SW757.tif"
(2)蛋白质工程的基本原理
INCLUDEPICTURE"SW758-.tif"
(3)蛋白质工程的应用
INCLUDEPICTURE"SW759-.tif"
INCLUDEPICTURE"典型例题深研.tif"
考向1 围绕基因工程的应用，考查社会责任
1.(2025·河南名校联考)科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的番茄，被称之为“番茄乙肝疫苗”。具体操作是将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入番茄细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的番茄，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的是( )
A.实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物
B.含M的重组Ti质粒必须插入到番茄染色体DNA上
C.即使M在番茄中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定
D.番茄乙肝疫苗成本相对较低且易于储存
2.(2025·福州一中质检)研究者将含有铁蛋白肽基因和人干扰素基因的DNA片段分别制成探针，与从转基因奶牛的乳腺细胞、口腔上皮细胞、蹄部细胞中提取的mRNA分别进行杂交，结果如表所示。下列叙述正确的是( )
探针 乳腺细胞 口腔上皮细胞 蹄部细胞
乳铁蛋白肽基因探针 出现杂交带 未现杂交带 未现杂交带
人干扰素基因探针 出现杂交带 出现杂交带 出现杂交带
A.乳铁蛋白肽基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达
B.人干扰素基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达
C.表中两种基因探针所含的脱氧核苷酸的序列相同
D.乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是mRNA片段
考向2 结合蛋白质工程的原理和应用，考查社会责任
3.(2025·广东东莞模拟)干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可以用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析错误是( )
INCLUDEPICTURE"SW760.tif"
A.图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能
B.图中新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达
C.图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构
D.图中各项技术并没有涉及基因工程技术
4.(2025·江苏徐州调研)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，正确的是( )
A.DNA连接酶具有特异性，只能连接同一种限制性内切核酸酶切割形成的黏性末端
B.若能在植物细胞中检测到相应的目的基因，则说明基因工程项目获得成功
C.蛋白质工程需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代
D.将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，可通过花粉传播，从而引起基因污染
考点二 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
INCLUDEPICTURE"核心要点再研.tif"
1.DNA的粗提取与鉴定
(1)实验原理
INCLUDEPICTURE"SW761-.tif"
(2)实验步骤
INCLUDEPICTURE"SW762.tif"
(3)注意事项
①该实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。
②加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA的断裂，导致DNA不能形成丝状物。
③二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。
④在DNA进一步提纯时，选用预冷的体积分数为95%的酒精溶液的作用是溶解杂质和析出DNA。
2.DNA片段的扩增及电泳鉴定
(1)实验基础
INCLUDEPICTURE"Q138-.TIF"
(2)PCR实验操作步骤
INCLUDEPICTURE"Q139-.TIF"
(3)电泳鉴定：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为________的紫外灯下被检测出来。
INCLUDEPICTURE"名师解读.tif"
①为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。
②在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。
③电泳时，DNA的相对分子量越大，迁移速率越慢；DNA的相对分子量越小，迁移速率越快。
INCLUDEPICTURE"考点速览.tif"
(1)将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质。(2024·安徽卷，14D)( )
(2)鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变。(2024·山东卷，13C)( )
(3)在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快。(2024·黑吉辽卷，7C)( )
(4)琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来。(2024·黑吉辽卷，7D)( )
(5)配制PCR反应体系时，加入等量的4种核糖核苷酸溶液作为扩增原料。(2024·河北卷，13A)( )
(6)DNA鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色。(2023·广东卷，11D)( )
(7)粗提取DNA时的过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解。(2022·山东卷，13A)( )
(8)动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行。(2022·湖北卷，5)( )
(9)PCR技术中的DNA延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制。(2022·辽宁卷，12C)( )
INCLUDEPICTURE"典型例题深研.tif"
考向1 结合DNA的粗提取与鉴定，考查科学探究
1.(2024·安徽卷，14)下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是( )
A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低
B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA
C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物
D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质
2.(2024·山东卷，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法正确的是( )
A.整个提取过程中可以不使用离心机
B.研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后，应充分摇匀再倒入烧杯中
C.鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变
D.仅设置一个对照组不能排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰
考向2 结合DNA片段的扩增及电泳鉴定，考查科学探究
3.(2025·湖北武汉二中质检)染色质是由一定长度的核小体为基本单位构成的。将大鼠肝细胞中分离出的染色质用非特异性核酸酶水解后去除染色质蛋白，对得到的DNA片段进行凝胶电泳，结果如图所示。若先将染色质中的蛋白质去掉，后用同样的非特异性核酸酶处理，则得到长度随机的DNA片段。据此分析，下列有关叙述错误的是( )
INCLUDEPICTURE"SW763.tif"
A.凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来
B.染色质中的蛋白质可能对DNA具有保护作用
C.构成核小体的基本单位是脱氧核糖核苷酸和氨基酸
D.当DNA分子处于不同构象时，其在琼脂糖凝胶中的移动速率是一样的
4.(2024·黑吉辽卷，7)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验，下列叙述正确的是( )
A.琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小
B.凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置
C.在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快
D.琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来
INCLUDEPICTURE"关键真题必刷.tif"1.(2023·福建卷，4)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作，下列相关叙述正确的是( )
A.实验Ⅰ中，PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理
B.实验Ⅰ中，将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳，加样前应先接通电源
C.实验Ⅱ中，取洋葱研磨液的上清液，加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA
D.实验Ⅱ中，将白色丝状物直接加入到二苯胺试剂中并进行沸水浴，用于鉴定DNA
2.(2024·河北卷，13)下列相关实验操作正确的是( )
A.配制PCR反应体系时，加入等量的4种核糖核苷酸溶液作为扩增原料
B.利用添加核酸染料的凝胶对PCR产物进行电泳后，在紫外灯下观察结果
C.将配制的酵母培养基煮沸并冷却后，在酒精灯火焰旁倒平板
D.将接种环烧红，迅速蘸取酵母菌液在培养基上划线培养，获得单菌落
3.(2023·广东卷，11)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是( )
A.裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质
B.分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度
D.鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
4.(2024·山东卷，5)制备荧光标记的DNA探针时，需要模板、引物、DNA聚合酶等。在只含大肠杆菌DNA聚合酶、扩增缓冲液、H2O和4种脱氧核苷酸(dCTP、dTTP、dGTP和碱基被荧光标记的dATP)的反应管①～④中，分别加入如表所示的适量单链DNA，已知形成的双链DNA区遵循碱基互补配对原则，且在本实验的温度条件下不能产生小于9个连续碱基对的双链DNA区。能得到带有荧光标记的DNA探针的反应管有( )
反应管 加入的单链DNA
① 5′—GCCGATCTTTATA—3′3′—GACCGGCTAGAAA—5′
② 5′—AGAGCCAATTGGC—3′
③ 5′—ATTTCCCGATCCG—3′3′—AGGGCTAGGCATA—5′
④ 5′—TTCACTGGCCAGT—3′
A.①② B.②③
C.①④ D.③④
5.(2022·山东卷，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是( )
A.过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解
B.离心研磨液是为了加速DNA的沉淀
C.在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色
D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质
第55讲 基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验
考点一
核心要点·再研
2.(2)蛋白质的结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 (3)酶 蛋白质的结构
典型例题·深研
1.B [用PCR技术对M基因扩增时，需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链，A正确；含M的T－DNA插入到番茄染色体DNA上才能稳定存在和表达，而不是将整个Ti质粒插入到番茄染色体上，B错误；即使M在番茄中成功表达，也必须做个体生物学水平鉴定，来确定实际效果，C正确；番茄种植容易，成本相对较低且易储存，D正确。]
2.B [分析表格数据，乳铁蛋白肽基因探针只在乳腺细胞中出现杂交带，说明乳铁蛋白肽基因只在转基因奶牛的乳腺细胞中表达，A错误；人干扰素基因探针在多种细胞中出现杂交带，说明其可在转基因奶牛的多种体细胞中表达，B正确；两种基因探针所含的脱氧核苷酸的种类可能相同，但核苷酸的数量和排列顺序不一定相同，C错误；乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是有遗传效应的DNA片段，D错误。]
3.D [合成新的干扰素基因后，要构建基因表达载体在受体细胞中表达，涉及基因工程技术，D错误。]
4.C [DNA连接酶没有特异性，可以将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，A错误；基因工程成功与否通常需要检测目的基因是否成功表达所需的产物，通常通过蛋白质检测和个体生物学水平检测等进行鉴定，在植物细胞中检测到相应的目的基因，不能说明基因工程项目获得成功，B错误；蛋白质工程是第二代基因工程，也需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代，C正确；受精时只有精子的头部进入卵细胞，将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，不会通过花粉传播而引起基因污染，D错误。]
考点二
核心要点·再研
1.(1)不溶于 2 mol/L 二苯胺
2.(1)可解离 相反 琼脂糖凝胶电泳 大小和构象 (2)微量移液器 离心管 底部 PCR仪 (3)300 nm
考点速览
(1)× 提示 二苯胺试剂可以用于鉴定DNA，不能检测出溶液中是否含有蛋白质杂质。
(2)× 提示 鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变。
(3)× 提示 在琼脂糖凝胶电泳中，当电场作用时，DNA片段实际上是向正极迁移的，而不是向负极迁移。同时，DNA片段的迁移速率与其大小成反比，即DNA片段越长，迁移速率越慢。
(4)× 提示 琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。
(5)× 提示 应加入4种脱氧核苷酸作为PCR扩增原料。
(6)× 提示 需沸水浴加热。
(7)√
(8)× 提示 动、植物细胞的DNA提取不需要在无菌条件下进行。
(9)× 提示 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA链，只能催化单个的脱氧核苷酸添加到已有的核酸片段的3′端，故延伸过程需要引物参与。
典型例题·深研
1.D [若将研磨液更换为蒸馏水，则从细胞核中释放出的DNA量会减少，从而会降低DNA提取的效率，A正确；由于DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，所以利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA，B正确；DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2 mol/L的NaCl溶液，利用该原理可纯化DNA粗提物，C正确；二苯胺试剂可以用于鉴定DNA，不能检测出溶液中是否含有蛋白质杂质，D错误。]
2.A [在DNA的粗提取与鉴定实验中，可将获得的研磨液用纱布过滤后，在4 ℃的冰箱中放置几分钟，再取上清液倒入烧杯，也可以直接将研磨液用离心机进行离心后取上清液，A正确；研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后，DNA在上清液中，应将上清液倒入烧杯中，B错误；鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变，C错误；加入二苯胺试剂后沸水浴处理的时间要在5分钟以上，且要等到冷却后再观察结果，这样才可以观察到较为明显的显色反应，仅设置一个加二苯胺不加DNA的对照组可以排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰，D错误。]
3.D [染色质用核酸酶处理后，得到的是部分水解的染色质，但若先将染色质中的蛋白质去掉后，用同样的核酸酶处理，则得到长度随机的DNA片段，说明染色质中的蛋白质可能对DNA具有保护作用，B正确；染色质是由一定长度的核小体为基本单位构成的，核小体的组成成分是DNA和蛋白质，其基本单位是脱氧核苷酸和氨基酸，C正确；在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关，故当DNA分子处于不同构象时，其在琼脂糖凝胶中的移动速率可能不一样，D错误。]
4.A [琼脂糖凝胶的浓度会影响DNA分子在凝胶中的迁移率，因此琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小，A正确； 凝胶载样缓冲液指示剂的作用是指示电泳进度，B错误；在琼脂糖凝胶电泳中，DNA片段是向正极迁移的，且在同一电场作用下，DNA片段的迁移速率与其大小成反比，即DNA片段越长，迁移速率越慢，C错误；琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为
300 nm的紫外灯下被检测出来，D错误。]
关键·真题必刷
1.C [为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头、蒸馏水等在使用前都必须进行高压灭菌处理，移液器不需要进行高压灭菌处理，A错误；PCR产物进行凝胶电泳，应先加样后接通电源，B错误；DNA不溶于酒精，细胞中的某些蛋白质可溶于酒精，因此可取洋葱研磨液的上清液加入等体积冷酒精进行DNA的粗提取，C正确；鉴定DNA时，应先将白色丝状物溶解在2 mol/L的NaCl溶液中，再加入二苯胺试剂并进行沸水浴，D错误。]
2.B [配制PCR反应体系时，应加入4种脱氧核糖核苷酸溶液作为扩增原料，A错误；凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，B正确；配制的酵母培养基先进行高压蒸汽灭菌处理，并冷却至50 ℃左右时，再在酒精灯火焰旁倒平板，C错误；烧红的接种环需在酒精灯火焰旁冷却后才能蘸取菌液，否则会杀死菌种，D错误。]
3.D [裂解是加蒸馏水让细胞吸水涨破，释放出DNA等物质，A正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 mol/L的NaCl溶液，将溶液过滤，即可将混合物中的多糖、蛋白质等与DNA分离，B正确；DNA不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精，可以反复多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA纯度，C正确；将DNA溶解于NaCl，加入二苯胺试剂，沸水浴五分钟，待冷却后，能呈现蓝色，D错误。]
4.D [①反应管中的两种单链DNA部分互补配对： 则无延伸产物，②反应管中的1种单链DNA自身进行部分互补配对，，新合的“…”部分，无荧光标记的dATP，①②错误；③反应管中两种单链DNA部分互补配对， 新合成的“…”部分有带荧光标记的dATP，④反应管中1种单链DNA部分配对， 新合成的“…”部分有带荧光标记的dATP，且③④组双链DNA区都大于9个，③④正确。故选D。]
5.B [低温时DNA酶的活性降低，过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解，A正确；DNA溶解在研磨液中，离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，B错误；在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确；细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，可能有蛋白质不溶于酒精，在95%的冷酒精中与DNA一块析出，故粗提取的DNA中可能含有蛋白质，D正确。](共47张PPT)
基因工程的应用和蛋白质工程、dna的两个实验
第 55 讲
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.举例说明依据人类需要对原蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 3.活动：DNA的粗提取与鉴定实验。 4.活动：利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。 考情分析 1.基因工程的应用和蛋白质工程 2022·河北卷，24；2022·广东卷，22；2022·全国乙卷，38；2022·湖南卷，22
2.DNA的粗提取与鉴定 2024·安徽卷，14；2024·河北卷，13；2024·山东卷，13；2023·福建卷，4；2023·广东卷，11；2022·山东卷，13
3.DNA片段的扩增与电泳鉴定 2024·海南卷，15；2024·浙江6月选考，20；2024·江西卷，19；2024·黑吉辽卷，7；2023·江苏卷，22；2023·山东卷，25；2022·辽宁卷，12；2022·江苏卷，24
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目 录
基因工程的应用和蛋白质工程
2
DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
关键 · 真题必刷
3
考点一
基因工程的应用和蛋白质工程
核心要点·再研
典型例题·深研
1.基因工程的应用——乳腺生物反应器
(1)操作过程
(2)比较乳腺生物反应器与膀胱生物反应器
①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，二者的优点：产量高、质量好、成本低、易提取，且不会对动物造成伤害。
②乳腺生物反应器是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产药用蛋白。
2.蛋白质工程的原理和应用
(1)蛋白质工程的概念
(2)蛋白质工程的基本原理
蛋白质
的结构
氨基酸
序列
脱氧核苷酸序列
(3)蛋白质工程的应用
酶
蛋白质的结构
考向1 围绕基因工程的应用，考查社会责任
1.(2025·河南名校联考)科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的番茄，被称之为“番茄乙肝疫苗”。具体操作是将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入番茄细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的番茄，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的是( )
A.实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物
B.含M的重组Ti质粒必须插入到番茄染色体DNA上
C.即使M在番茄中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定
D.番茄乙肝疫苗成本相对较低且易于储存
B
解析 用PCR技术对M基因扩增时，需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链，A正确；
含M的T－DNA插入到番茄染色体DNA上才能稳定存在和表达，而不是将整个Ti质粒插入到番茄染色体上，B错误；
即使M在番茄中成功表达，也必须做个体生物学水平鉴定，来确定实际效果，C正确；
番茄种植容易，成本相对较低且易储存，D正确。
2.(2025·福州一中质检)研究者将含有铁蛋白肽基因和人干扰素基因的DNA片段分别制成探针，与从转基因奶牛的乳腺细胞、口腔上皮细胞、蹄部细胞中提取的mRNA分别进行杂交，结果如表所示。下列叙述正确的是( )
B
探针 乳腺细胞 口腔上皮细胞 蹄部细胞
乳铁蛋白肽基因探针 出现杂交带 未现杂交带 未现杂交带
人干扰素基因探针 出现杂交带 出现杂交带 出现杂交带
A.乳铁蛋白肽基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达
B.人干扰素基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达
C.表中两种基因探针所含的脱氧核苷酸的序列相同
D.乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是mRNA片段
解析 分析表格数据，乳铁蛋白肽基因探针只在乳腺细胞中出现杂交带，说明乳铁蛋白肽基因只在转基因奶牛的乳腺细胞中表达，A错误；
人干扰素基因探针在多种细胞中出现杂交带，说明其可在转基因奶牛的多种体细胞中表达，B正确；
两种基因探针所含的脱氧核苷酸的种类可能相同，但核苷酸的数量和排列顺序不一定相同，C错误；
乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是有遗传效应的DNA片段，D错误。
考向2 结合蛋白质工程的原理和应用，考查社会责任
3.(2025·广东东莞模拟)干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可以用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析错误是( )
D
A.图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能
B.图中新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达
C.图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构
D.图中各项技术并没有涉及基因工程技术
解析 合成新的干扰素基因后，要构建基因表达载体在受体细胞中表达，涉及基因工程技术，D错误。
4.(2025·江苏徐州调研)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，正确的是( )
A.DNA连接酶具有特异性，只能连接同一种限制性内切核酸酶切割形成的黏性末端
B.若能在植物细胞中检测到相应的目的基因，则说明基因工程项目获得成功
C.蛋白质工程需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代
D.将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，可通过花粉传播，从而引起基因污染
C
解析 DNA连接酶没有特异性，可以将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，A错误；
基因工程成功与否通常需要检测目的基因是否成功表达所需的产物，通常通过蛋白质检测和个体生物学水平检测等进行鉴定，在植物细胞中检测到相应的目的基因，不能说明基因工程项目获得成功，B错误；
蛋白质工程是第二代基因工程，也需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代，C正确；
受精时只有精子的头部进入卵细胞，将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，不会通过花粉传播而引起基因污染，D错误。
考点二 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
核心要点·再研
典型例题·深研
1.DNA的粗提取与鉴定
(1)实验原理
不溶于
2 mol/L
二苯
胺
(2)实验步骤
(3)注意事项
①该实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。
②加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA的断裂，导致DNA不能形成丝状物。
③二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。
④在DNA进一步提纯时，选用预冷的体积分数为95%的酒精溶液的作用是溶解杂质和析出DNA。
2.DNA片段的扩增及电泳鉴定
(1)实验基础
可解离
相反
琼脂糖凝胶电泳
大小和构象
(2)PCR实验操作步骤
微量移液器
离心管
底部
PCR仪
(3)电泳鉴定：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为______________的紫外灯下被检测出来。
300 nm
①为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。
②在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。
③电泳时，DNA的相对分子量越大，迁移速率越慢；DNA的相对分子量越小，迁移速率越快。
(1)将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质。(2024·安徽卷，14D)( )
提示 二苯胺试剂可以用于鉴定DNA，不能检测出溶液中是否含有蛋白质杂质。
(2)鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变。(2024·山东卷，13C)( )
提示 鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变。
(3)在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快。(2024·黑吉辽卷，7C)( )
提示 在琼脂糖凝胶电泳中，当电场作用时，DNA片段实际上是向正极迁移的，而不是向负极迁移。同时，DNA片段的迁移速率与其大小成反比，即DNA片段越长，迁移速率越慢。
×
×
×
(4)琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来。(2024·黑吉辽卷，7D)( )
提示 琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。
(5)配制PCR反应体系时，加入等量的4种核糖核苷酸溶液作为扩增原料。(2024·河北卷，13A)( )
提示 应加入4种脱氧核苷酸作为PCR扩增原料。
(6)DNA鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色。(2023·广东卷，11D)( )
提示 需沸水浴加热。
×
×
×
(7)粗提取DNA时的过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解。(2022·山东卷，13A)( )
(8)动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行。(2022·湖北卷，5)( )
提示 动、植物细胞的DNA提取不需要在无菌条件下进行。
(9)PCR技术中的DNA延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制。(2022·辽宁卷，12C)( )
提示 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA链，只能催化单个的脱氧核苷酸添加到已有的核酸片段的3′端，故延伸过程需要引物参与。
√
×
×
考向1 结合DNA的粗提取与鉴定，考查科学探究
1.(2024·安徽卷，14)下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是( )
A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低
B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA
C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物
D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质
D
解析 若将研磨液更换为蒸馏水，则从细胞核中释放出的DNA量会减少，从而会降低DNA提取的效率，A正确；
由于DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，所以利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA，B正确；
DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2 mol/L的NaCl溶液，利用该原理可纯化DNA粗提物，C正确；
二苯胺试剂可以用于鉴定DNA，不能检测出溶液中是否含有蛋白质杂质，D错误。
2.(2024·山东卷，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法正确的是( )
A.整个提取过程中可以不使用离心机
B.研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后，应充分摇匀再倒入烧杯中
C.鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变
D.仅设置一个对照组不能排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰
A
解析 在DNA的粗提取与鉴定实验中，可将获得的研磨液用纱布过滤后，在4 ℃的冰箱中放置几分钟，再取上清液倒入烧杯，也可以直接将研磨液用离心机进行离心后取上清液，A正确；
研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后，DNA在上清液中，应将上清液倒入烧杯中，B错误；
鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变，C错误；
加入二苯胺试剂后沸水浴处理的时间要在5分钟以上，且要等到冷却后再观察结果，这样才可以观察到较为明显的显色反应，仅设置一个加二苯胺不加DNA的对照组可以排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰，D错误。
考向2 结合DNA片段的扩增及电泳鉴定，考查科学探究
3.(2025·湖北武汉二中质检)染色质是由一定长度的核小体为基本单位构成的。将大鼠肝细胞中分离出的染色质用非特异性核酸酶水解后去除染色质蛋白，对得到的DNA片段进行凝胶电泳，结果如图所示。若先将染色质中的蛋白质去掉，后用同样的非特异性核酸酶处理，则得到长度随机的DNA片段。据此分析，下列有关叙述错误的是( )
D
A.凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长
为300 nm的紫外灯下被检测出来
B.染色质中的蛋白质可能对DNA具有保护作用
C.构成核小体的基本单位是脱氧核糖核苷酸和氨基酸
D.当DNA分子处于不同构象时，其在琼脂糖凝胶中的移动速率是一样的
解析 染色质用核酸酶处理后，得到的是部分水解的染色质，但若先将染色质中的蛋白质去掉后，用同样的核酸酶处理，则得到长度随机的DNA片段，说明染色质中的蛋白质可能对DNA具有保护作用，B正确；
染色质是由一定长度的核小体为基本单位构成的，核小体的组成成分是DNA和蛋白质，其基本单位是脱氧核苷酸和氨基酸，C正确；
在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关，故当DNA分子处于不同构象时，其在琼脂糖凝胶中的移动速率可能不一样，D错误。
A.凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来
B.染色质中的蛋白质可能对DNA具有保护作用
C.构成核小体的基本单位是脱氧核糖核苷酸和氨基酸
D.当DNA分子处于不同构象时，其在琼脂糖凝胶中的移动速率是一样的
4.(2024·黑吉辽卷，7)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验，下列叙述正确的是( )
A.琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小
B.凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置
C.在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快
D.琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来
A
解析 琼脂糖凝胶的浓度会影响DNA分子在凝胶中的迁移率，因此琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小，A正确；
凝胶载样缓冲液指示剂的作用是指示电泳进度，B错误；
在琼脂糖凝胶电泳中，DNA片段是向正极迁移的，且在同一电场作用下，DNA片段的迁移速率与其大小成反比，即DNA片段越长，迁移速率越慢，C错误；
琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，D错误。
关键 · 真题必刷
1.(2023·福建卷，4)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作，下列相关叙述正确的是( )
A.实验Ⅰ中，PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理
B.实验Ⅰ中，将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳，加样前应先接通电源
C.实验Ⅱ中，取洋葱研磨液的上清液，加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA
D.实验Ⅱ中，将白色丝状物直接加入到二苯胺试剂中并进行沸水浴，用于鉴定DNA
C
解析 为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头、蒸馏水等在使用前都必须进行高压灭菌处理，移液器不需要进行高压灭菌处理，A错误；
PCR产物进行凝胶电泳，应先加样后接通电源，B错误；
DNA不溶于酒精，细胞中的某些蛋白质可溶于酒精，因此可取洋葱研磨液的上清液加入等体积冷酒精进行DNA的粗提取，C正确；
鉴定DNA时，应先将白色丝状物溶解在2 mol/L的NaCl溶液中，再加入二苯胺试剂并进行沸水浴，D错误。
2.(2024·河北卷，13)下列相关实验操作正确的是( )
A.配制PCR反应体系时，加入等量的4种核糖核苷酸溶液作为扩增原料
B.利用添加核酸染料的凝胶对PCR产物进行电泳后，在紫外灯下观察结果
C.将配制的酵母培养基煮沸并冷却后，在酒精灯火焰旁倒平板
D.将接种环烧红，迅速蘸取酵母菌液在培养基上划线培养，获得单菌落
B
解析 配制PCR反应体系时，应加入4种脱氧核糖核苷酸溶液作为扩增原料，A错误；
凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，B正确；
配制的酵母培养基先进行高压蒸汽灭菌处理，并冷却至50 ℃左右时，再在酒精灯火焰旁倒平板，C错误；
烧红的接种环需在酒精灯火焰旁冷却后才能蘸取菌液，否则会杀死菌种，D错误。
3.(2023·广东卷，11)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是( )
A.裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质
B.分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度
D.鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
D
解析 裂解是加蒸馏水让细胞吸水涨破，释放出DNA等物质，A正确；
DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 mol/L的NaCl溶液，将溶液过滤，即可将混合物中的多糖、蛋白质等与DNA分离，B正确；
DNA不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精，可以反复多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA纯度，C正确；
将DNA溶解于NaCl，加入二苯胺试剂，沸水浴五分钟，待冷却后，能呈现蓝色，D错误。
4.(2024·山东卷，5)制备荧光标记的DNA探针时，需要模板、引物、DNA聚合酶等。在只含大肠杆菌DNA聚合酶、扩增缓冲液、H2O和4种脱氧核苷酸(dCTP、dTTP、dGTP和碱基被荧光标记的dATP)的反应管①～④中，分别加入如表所示的适量单链DNA，已知形成的双链DNA区遵循碱基互补配对原则，且在本实验的温度条件下不能产生小于9个连续碱基对的双链DNA区。能得到带有荧光标记的DNA探针的反应管有( )
D
反应管 加入的单链DNA
① 5′—GCCGATCTTTATA—3′
3′—GACCGGCTAGAAA—5′
② 5′—AGAGCCAATTGGC—3′
③ 5′—ATTTCCCGATCCG—3′
3′—AGGGCTAGGCATA—5′
④ 5′—TTCACTGGCCAGT—3′
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
5.(2022·山东卷，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是( )
A.过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解
B.离心研磨液是为了加速DNA的沉淀
C.在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色
D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质
B
解析 低温时DNA酶的活性降低，过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解，A正确；
DNA溶解在研磨液中，离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，B错误；
在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确；
细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，可能有蛋白质不溶于酒精，在95%的冷酒精中与DNA一块析出，故粗提取的DNA中可能含有蛋白质，D正确。限时练55 基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验(A组)
(时间：25分钟 分值：22分)
选择题1～11小题，每小题2分，共22分。
【对点强化】
考点一 基因工程的应用和蛋白质工程
1.(2025·辽宁大连测试)如图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制备“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。下列说法正确的是( )
INCLUDEPICTURE"SW764.tif"
A.“结合”过程需使用限制酶、Taq DNA聚合酶以及DNA连接酶
B.细菌B接种在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌
C.细菌B涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的是只有导入了重组质粒的细菌
D.生长激素基因导入了细菌B，说明“工程菌”制备成功
2.(2025·江苏盐城调研)人体内的t－PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，然而，为心梗患者注射大剂量的基因工程t－PA会诱发颅内出血，其原因是t－PA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实，通过某技术，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良t－PA蛋白，进而显著降低颅内出血。下列叙述错误的是( )
A.该技术的关键是了解t－PA蛋白基因的分子结构
B.该技术生产改良t－PA蛋白的过程遵循碱基互补配对原则
C.该技术是蛋白质工程
D.该技术的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程
3.(2025·海南适应)β－防御素是由H基因编码的抗菌肽，可构建重组毕赤酵母并通过其发酵作用实现量产。但重组毕赤酵母合成的β－防御素与人β－防御素的结构存在差异，因此β－防御素具有潜在的抗原性，如果用作防腐剂添加到食品中可能会引起人体发生过敏反应。蛋白质工程可改造β－防御素，减轻其引起的过敏反应。下列有关叙述正确的是( )
A.为减轻过敏反应，可改造H基因以去掉β－防御素中抗原性较强的部分
B.将改造后的H基因加上启动子再导入毕赤酵母，就可以使其完成表达
C.通过蛋白质工程获得的新型β－防御素与天然β－防御素属于同一种蛋白质
D.依据改造的β－防御素氨基酸序列可推测新β－防御素基因的核糖核苷酸序列
4.(2025·河北沧州质检)当CO和CO2同时存在时，T酶对CO的亲和力较低。研究人员将T酶中第108位的异亮氨酸变成苏氨酸后，大大提高了T酶对CO的亲和力，同时不影响T酶对CO2的亲和力。下列相关叙述错误的是( )
A.对T酶的结构进行改造，可通过改造T酶基因来实现
B.获得对CO亲和力高的T酶，不需要借助基因工程
C.改造结果说明T酶与CO和CO2的结合位点不同
D.改造T酶分子的前提是已知T酶的氨基酸序列及空间结构
5.(2025·江苏盐城八校考试)纤维素的酶解产物有着非常广泛的应用，但目前存在纤维素酶催化活性低、持续催化能力弱等问题，利用蛋白质工程对纤维素酶进行改造可能避免上述问题。下列叙述错误的是( )
A.需要通过蛋白质修饰直接对现有的纤维素酶进行改造
B.通过蛋白质工程能生产出自然界中不存在的纤维素酶
C.设计预期纤维素酶的结构是对其进行改造的重要步骤
D.酶解法实现了对纤维素的利用，对环境污染小甚至无污染
考点二 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
6.(2025·广东梅州模拟)不同生物的DNA的提取方法有所不同，DNA提取的原理和实验流程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是( )
INCLUDEPICTURE"SW765.tif"
A.破碎细胞在冷冻下进行，可将组织材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管，用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定
D.鉴定絮状物中DNA时，需用2 mol·L－1NaCl溶液溶解DNA后加入二苯胺试剂直接观察
7.(2025·广东梅州模拟)以菜花为材料提取DNA时，需将材料进行研磨，研磨液的成分常含有SDS(蛋白质变性剂)、EDTA(DNA酶抑制剂，稳定DNA活性)、Tris(缓冲剂)。下列有关叙述错误的是( )
A.若选择鸡血细胞为材料，则省去了研磨过程
B.SDS可以使蛋白质变性，便于DNA与蛋白质分离
C.EDTA可以防止DNA水解成核糖核苷酸
D.Tris可以调节溶液中的pH
8.(2025·河北衡水金卷)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增与电泳鉴定”实验的叙述，错误的是( )
A.选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高
B.研磨时需加入缓冲液，防止DNA在pH发生变化时降解或变性
C.在凝胶中，DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、构象等有关
D.PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当降低复性温度
【综合提升】
9.(2025·山东青岛调研)如图是利用猪唾液腺生产大量高纯度人神经生长因子(hNGF)的流程图，下列相关说法错误的是( )
INCLUDEPICTURE"SW767.tif"
A.人hNGF基因需与唾液淀粉酶基因的启动子等重组后再导入猪成纤维细胞A
B.人hNGF基因导入猪成纤维细胞可以采用显微注射的方法
C.为确保操作成功，需要对代孕猪C注射适量免疫抑制剂
D.猪唾液腺作为生物反应器具有不受性别限制的特点
10.(2025·江西南昌模拟)多年生野生大豆主要生活在澳大利亚等热带地区，具有遗传多样性丰富、抗性强、耐旱以及耐热等优势，也具有基因组庞大、高度杂合等特性，其丰富的遗传变异为重要农艺性状的挖掘和育种提供了宝贵资源。下列关于利用多年生野生大豆育种的叙述错误的是( )
A.利用转基因技术可将多年生野生大豆的优良基因转移到其他植物体内
B.利用同种多年生野生大豆随机授粉可获得具有多种优良性状的新品种
C.秋水仙素处理多年生野生大豆幼苗可能获得染色体数目加倍的多倍体
D.通过射线照射多年生野生大豆幼苗一定能获得具有更优良性状的植株
11.(2025·江苏高三调研)我国科研人员在实验室中通过构建多种酶催化体系的方法，首次实现了在细胞外从CO2固定到合成淀粉的过程。下列有关叙述错误的是( )
A.可采用PCR技术从不同物种的基因组中扩增得到多酶催化体系中的目标酶基因
B.在多酶催化体系中，可能会因为酶的最适反应条件不同而使反应中断
C.该方法可在分子水平上直接改变氨基酸的序列，实现对酶特性的改造和优化
D.若该科研成果成熟后推广应用，有助于摆脱耕地和自然环境限制，解决粮食危机
限时练55 基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验(A组)
1.B [“结合”过程即基因表达载体的构建过程，需使用限制酶、DNA连接酶，不需使用Taq DNA聚合酶，A错误；由于将人的生长激素基因导入质粒时破坏了四环素抗性基因的完整性，导入了重组质粒的细菌没有对四环素的抗性，在含有四环素的培养基上不能存活，能存活的是导入质粒A的细菌，B正确；导入重组质粒的细菌和导入质粒A的细菌，均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，C错误；生长激素基因导入了细菌B，并完成表达才能说明“工程菌”制备成功，D错误。]
2.A [将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸需要利用蛋白质工程技术，该技术的关键是了解t－PA蛋白质的分子结构，A错误。]
3.A [蛋白质工程通过改造基因来改造蛋白质，本题中为减轻过敏反应，可通过改造H基因，使β－防御素结构改变，去掉β－防御素中抗原性较强的部分，A正确；将改造后的H基因，加上启动子、终止子等元件，并构建基因表达载体，再导入毕赤酵母，才能使其完成表达，B错误；通过蛋白质工程获得的新型β－防御素在结构上与天然β－防御素不同，不属于同一种蛋白质，C错误；人β－防御素基因为DNA，所以依据改造的β－防御素氨基酸序列可推测新β－防御素基因的脱氧核糖核苷酸序列，D错误。]
4.B [要对蛋白质的结构进行改造，必须通过改造或合成基因来完成，故对T酶的结构进行改造，可通过改造T酶基因来实现，A正确；蛋白质工程又称为“第二代基因工程”，要获得对CO亲和力高的T酶，需要借助基因工程，B错误；改造之后大大提高了T酶对CO的亲和力，同时不影响T酶对CO2的亲和力，说明T酶与CO和CO2的结合位点不同，C正确；改造T酶分子的前提是已知T酶的氨基酸序列及空间结构，再据此推测相应的脱氧核苷酸序列，D正确。]
5.A [蛋白质工程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，需要对基因进行操作，A错误；与基因工程相比，蛋白质工程对基因进行改造，可以生产自然界没有的蛋白质，B正确；设计预期蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列是蛋白质工程的重要步骤，C正确；利用酶解法实现对纤维素的利用，从而避免了纤维素堆积对环境造成的污染，同时酶解法处理纤维素获得的产物可以被重新利用，因而可能不会造成污染，D正确。]
6.D [破碎细胞在冷冻下进行，可将组织材料冻裂，方便研磨，低温可以降低DNA酶的活性，防止DNA被降解，A正确；DNA不溶于酒精，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精，据此推测，溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质，B正确；DNA容易吸附在玻璃表面，使用塑料离心管可减少提取过程中DNA的损失，用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定，C正确；鉴定絮状物中DNA时，需用2 mol·L－1 NaCl溶液溶解DNA，向溶液中加入二苯胺试剂后，需要置于沸水中加热，冷却后观察溶液颜色的变化，D错误。]
7.C [鸡血细胞悬浮液作为实验材料，利用细胞吸水涨破的原理，省去了研磨过程，A正确；SDS是蛋白质变性剂，可使蛋白质结构变得松散，使染色体中DNA和蛋白质分离，B正确；DNA的基本单位是脱氧核苷酸，EDTA是DNA酶抑制剂，可以防止DNA水解成脱氧核苷酸，C错误；Tris是缓冲剂，可调节溶液中的pH，D正确。]
8.D [新鲜的菜花DNA含量丰富，易获取，选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高，A正确；研磨时需加入缓冲液，稳定溶液pH，防止DNA在pH发生变化时降解或变性，B正确；电泳鉴定DNA利用了DNA在电场的作用下，会向着与它所带电荷相反方向的电极移动，在凝胶中，DNA分子的迁移速率与凝胶浓度、DNA分子的大小、构象等有关，C正确；复性温度越低，引物和底物越容易结合，错配情况增多，造成PCR特异性降低，故PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当提高复性温度，D错误。]
9.C [在相同生理状态下，受体对植入的同种生物的胚胎几乎不发生免疫排斥反应，故不需要对代孕猪C注射适量免疫抑制剂，C 错误。]
10.D [不同植物的DNA具有相同的结构，利用转基因技术可将多年生野生大豆的优良基因转移到其他植物体内，A正确；因多年生野生大豆基因组庞大、高度杂合的特点，利用杂交育种的方式可将优良性状集中到某一个体，获得具有多种优良性状的品种，B正确；利用秋水仙素处理多年生野生大豆幼苗可诱导染色体数目加倍，获得多倍体，C正确；因基因突变具有随机性以及不定向性，通过射线进行诱变不一定能获得更优良的个体，D错误。]
11.C [获得的目的基因可利用PCR技术在体外反应体系中扩增，A正确；酶的作用条件较温和，不同的酶其适宜的温度和pH不同，在多酶催化体系中，可能会因为酶的最适反应条件不同而使反应中断，B正确；该方法在分子水平上，通过改变基因的碱基序列，间接改变氨基酸的序列，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化，C错误；该科研实现了在细胞外从二氧化碳固定到合成淀粉的过程，若成熟后推广应用有助于摆脱耕地和自然环境限制，解决粮食危机，D正确。](共21张PPT)
基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验(A组)
限时练55
(时间：25分钟 分值：22分)
考点一 基因工程的应用和蛋白质工程
1.(2025·辽宁大连测试)如图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制备“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。下列说法正确的是( )
B
A.“结合”过程需使用限制酶、Taq DNA
聚合酶以及DNA连接酶
B.细菌B接种在含有四环素的培养基上，能
生长的就是导入了质粒A的细菌
C.细菌B涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，
能生长的是只有导入了重组质粒的细菌
D.生长激素基因导入了细菌B，说明“工程菌”制备成功
解析 “结合”过程即基因表达载体的构建过程，需使用限制酶、DNA连接酶，不需使用Taq DNA聚合酶，A错误；
由于将人的生长激素基因导入质粒时破坏了四环素抗性基因的完整性，导入了重组质粒的细菌没有对四环素的抗性，在含有四环素的培养基上不能存活，能存活的是导入质粒A的细菌，B正确；
导入重组质粒的细菌和导入质粒A的细菌，均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，C错误；
生长激素基因导入了细菌B，并完成表达才能说明“工程菌”制备成功，D错误。
A.“结合”过程需使用限制酶、Taq DNA聚合酶以及DNA连接酶
B.细菌B接种在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌
C.细菌B涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的是只有导入了重组质粒的细菌
D.生长激素基因导入了细菌B，说明“工程菌”制备成功
2.(2025·江苏盐城调研)人体内的t－PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，然而，为心梗患者注射大剂量的基因工程t－PA会诱发颅内出血，其原因是t－PA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实，通过某技术，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良t－PA蛋白，进而显著降低颅内出血。下列叙述错误的是( )
A.该技术的关键是了解t－PA蛋白基因的分子结构
B.该技术生产改良t－PA蛋白的过程遵循碱基互补配对原则
C.该技术是蛋白质工程
D.该技术的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程
解析 将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸需要利用蛋白质工程技术，该技术的关键是了解t－PA蛋白质的分子结构，A错误。
A
3.(2025·海南适应)β－防御素是由H基因编码的抗菌肽，可构建重组毕赤酵母并通过其发酵作用实现量产。但重组毕赤酵母合成的β－防御素与人β－防御素的结构存在差异，因此β－防御素具有潜在的抗原性，如果用作防腐剂添加到食品中可能会引起人体发生过敏反应。蛋白质工程可改造β－防御素，减轻其引起的过敏反应。下列有关叙述正确的是( )
A.为减轻过敏反应，可改造H基因以去掉β－防御素中抗原性较强的部分
B.将改造后的H基因加上启动子再导入毕赤酵母，就可以使其完成表达
C.通过蛋白质工程获得的新型β－防御素与天然β－防御素属于同一种蛋白质
D.依据改造的β－防御素氨基酸序列可推测新β－防御素基因的核糖核苷酸序列
A
解析 蛋白质工程通过改造基因来改造蛋白质，本题中为减轻过敏反应，可通过改造H基因，使β－防御素结构改变，去掉β－防御素中抗原性较强的部分，A正确；
将改造后的H基因，加上启动子、终止子等元件，并构建基因表达载体，再导入毕赤酵母，才能使其完成表达，B错误；
通过蛋白质工程获得的新型β－防御素在结构上与天然β－防御素不同，不属于同一种蛋白质，C错误；
人β－防御素基因为DNA，所以依据改造的β－防御素氨基酸序列可推测新β－防御素基因的脱氧核糖核苷酸序列，D错误。
4.(2025·河北沧州质检)当CO和CO2同时存在时，T酶对CO的亲和力较低。研究人员将T酶中第108位的异亮氨酸变成苏氨酸后，大大提高了T酶对CO的亲和力，同时不影响T酶对CO2的亲和力。下列相关叙述错误的是( )
A.对T酶的结构进行改造，可通过改造T酶基因来实现
B.获得对CO亲和力高的T酶，不需要借助基因工程
C.改造结果说明T酶与CO和CO2的结合位点不同
D.改造T酶分子的前提是已知T酶的氨基酸序列及空间结构
B
解析 要对蛋白质的结构进行改造，必须通过改造或合成基因来完成，故对T酶的结构进行改造，可通过改造T酶基因来实现，A正确；
蛋白质工程又称为“第二代基因工程”，要获得对CO亲和力高的T酶，需要借助基因工程，B错误；
改造之后大大提高了T酶对CO的亲和力，同时不影响T酶对CO2的亲和力，说明T酶与CO和CO2的结合位点不同，C正确；
改造T酶分子的前提是已知T酶的氨基酸序列及空间结构，再据此推测相应的脱氧核苷酸序列，D正确。
5.(2025·江苏盐城八校考试)纤维素的酶解产物有着非常广泛的应用，但目前存在纤维素酶催化活性低、持续催化能力弱等问题，利用蛋白质工程对纤维素酶进行改造可能避免上述问题。下列叙述错误的是( )
A.需要通过蛋白质修饰直接对现有的纤维素酶进行改造
B.通过蛋白质工程能生产出自然界中不存在的纤维素酶
C.设计预期纤维素酶的结构是对其进行改造的重要步骤
D.酶解法实现了对纤维素的利用，对环境污染小甚至无污染
A
解析 蛋白质工程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，需要对基因进行操作，A错误；
与基因工程相比，蛋白质工程对基因进行改造，可以生产自然界没有的蛋白质，B正确；
设计预期蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列是蛋白质工程的重要步骤，C正确；
利用酶解法实现对纤维素的利用，从而避免了纤维素堆积对环境造成的污染，同时酶解法处理纤维素获得的产物可以被重新利用，因而可能不会造成污染，D正确。
考点二 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
6.(2025·广东梅州模拟)不同生物的DNA的提取方法有所不同，DNA提取的原理和实验流程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是( )
D
A.破碎细胞在冷冻下进行，可将组织
材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋
白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管，用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定
D.鉴定絮状物中DNA时，需用2 mol·L－1NaCl溶液溶解DNA后加入二苯胺试剂直接观察
解析 破碎细胞在冷冻下进行，可将组织材料冻裂，方便研磨，低温可以降低DNA酶的活性，防止DNA被降解，A正确；
DNA不溶于酒精，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精，据此推测，溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质，B正确；
DNA容易吸附在玻璃表面，使用塑料离心管可减少提取过程中DNA的损失，用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定，C正确；
鉴定絮状物中DNA时，需用2 mol·L－1 NaCl溶液溶解DNA，向溶液中加入二苯胺试剂后，需要置于沸水中加热，冷却后观察溶液颜色的变化，D错误。
A.破碎细胞在冷冻下进行，可将组织材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管，用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定
D.鉴定絮状物中DNA时，需用2 mol·L－1NaCl溶液溶解DNA后加入二苯胺试剂直接观察
7.(2025·广东梅州模拟)以菜花为材料提取DNA时，需将材料进行研磨，研磨液的成分常含有SDS(蛋白质变性剂)、EDTA(DNA酶抑制剂，稳定DNA活性)、Tris(缓冲剂)。下列有关叙述错误的是( )
A.若选择鸡血细胞为材料，则省去了研磨过程
B.SDS可以使蛋白质变性，便于DNA与蛋白质分离
C.EDTA可以防止DNA水解成核糖核苷酸
D.Tris可以调节溶液中的pH
C
解析 鸡血细胞悬浮液作为实验材料，利用细胞吸水涨破的原理，省去了研磨过程，A正确；
SDS是蛋白质变性剂，可使蛋白质结构变得松散，使染色体中DNA和蛋白质分离，B正确；
DNA的基本单位是脱氧核苷酸，EDTA是DNA酶抑制剂，可以防止DNA水解成脱氧核苷酸，C错误；
Tris是缓冲剂，可调节溶液中的pH，D正确。
8.(2025·河北衡水金卷)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增与电泳鉴定”实验的叙述，错误的是( )
A.选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高
B.研磨时需加入缓冲液，防止DNA在pH发生变化时降解或变性
C.在凝胶中，DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、构象等有关
D.PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当降低复性温度
D
解析 新鲜的菜花DNA含量丰富，易获取，选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高，A正确；
研磨时需加入缓冲液，稳定溶液pH，防止DNA在pH发生变化时降解或变性，B正确；
电泳鉴定DNA利用了DNA在电场的作用下，会向着与它所带电荷相反方向的电极移动，在凝胶中，DNA分子的迁移速率与凝胶浓度、DNA分子的大小、构象等有关，C正确；
复性温度越低，引物和底物越容易结合，错配情况增多，造成PCR特异性降低，故PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当提高复性温度，D错误。
9.(2025·山东青岛调研)如图是利用猪唾液腺生产大量高纯度人神经生长因子(hNGF)的流程图，下列相关说法错误的是( )
C
A.人hNGF基因需与唾液淀粉酶基因的启
动子等重组后再导入猪成纤维细胞A
B.人hNGF基因导入猪成纤维细胞
可以采用显微注射的方法
C.为确保操作成功，需要对代孕
猪C注射适量免疫抑制剂
D.猪唾液腺作为生物反应器具有
不受性别限制的特点
解析 在相同生理状态下，受体对植入的同种生物的胚胎几乎不发生免疫排斥反应，故不需要对代孕猪C注射适量免疫抑制剂，C 错误。
10.(2025·江西南昌模拟)多年生野生大豆主要生活在澳大利亚等热带地区，具有遗传多样性丰富、抗性强、耐旱以及耐热等优势，也具有基因组庞大、高度杂合等特性，其丰富的遗传变异为重要农艺性状的挖掘和育种提供了宝贵资源。下列关于利用多年生野生大豆育种的叙述错误的是( )
A.利用转基因技术可将多年生野生大豆的优良基因转移到其他植物体内
B.利用同种多年生野生大豆随机授粉可获得具有多种优良性状的新品种
C.秋水仙素处理多年生野生大豆幼苗可能获得染色体数目加倍的多倍体
D.通过射线照射多年生野生大豆幼苗一定能获得具有更优良性状的植株
D
解析 不同植物的DNA具有相同的结构，利用转基因技术可将多年生野生大豆的优良基因转移到其他植物体内，A正确；
因多年生野生大豆基因组庞大、高度杂合的特点，利用杂交育种的方式可将优良性状集中到某一个体，获得具有多种优良性状的品种，B正确；
利用秋水仙素处理多年生野生大豆幼苗可诱导染色体数目加倍，获得多倍体，C正确；
因基因突变具有随机性以及不定向性，通过射线进行诱变不一定能获得更优良的个体，D错误。
11.(2025·江苏高三调研)我国科研人员在实验室中通过构建多种酶催化体系的方法，首次实现了在细胞外从CO2固定到合成淀粉的过程。下列有关叙述错误的是( )
A.可采用PCR技术从不同物种的基因组中扩增得到多酶催化体系中的目标酶基因
B.在多酶催化体系中，可能会因为酶的最适反应条件不同而使反应中断
C.该方法可在分子水平上直接改变氨基酸的序列，实现对酶特性的改造和优化
D.若该科研成果成熟后推广应用，有助于摆脱耕地和自然环境限制，解决粮食危机
C
解析 获得的目的基因可利用PCR技术在体外反应体系中扩增，A正确；
酶的作用条件较温和，不同的酶其适宜的温度和pH不同，在多酶催化体系中，可能会因为酶的最适反应条件不同而使反应中断，B正确；
该方法在分子水平上，通过改变基因的碱基序列，间接改变氨基酸的序列，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化，C错误；
该科研实现了在细胞外从二氧化碳固定到合成淀粉的过程，若成熟后推广应用有助于摆脱耕地和自然环境限制，解决粮食危机，D正确。限时练55 基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验(B组)
(时间：30分钟 分值：60分)
【综合提升】
1.(16分)(2025·广东汕头模拟)人表皮生长因子(hEGF)能够促进表皮细胞生长，对皮肤相关疾病及刺激性食物导致的胃肠溃疡具有修复治疗价值。已知细胞膜肽Pep－1能够携带大分子物质进入细胞内部，为解决hEGF穿透表皮能力弱的问题，科学家将Pep－1基因和hEGF基因进行连接，获得融合蛋白(epEGF)基因(图a)，并将其与质粒A(图b)进行重组后导入大肠杆菌，制备由84个氨基酸组成的重组融合人表皮生长因子蛋白。
INCLUDEPICTURE"SW766.tif"
(1)(6分)研究者进行PCR扩增前根据epEGF基因设计了一对引物，据图a分析，该对引物序列的设计要求是______________________________________
和_______________________________________________________________。
实验中常用电泳技术鉴定目的基因，图c电泳结果中样品________(填“1”或“2”)对应的条带为epEGF基因的鉴定结果。
(2)(4分)转化大肠杆菌后进行筛选时，可将其接种在培养基①上培养(图d)，再利用灭菌的绒布在培养基①上印模，沾上菌落后转印至培养基②上培养。根据培养结果可知，________号菌落是成功转化的大肠杆菌，可挑出进一步接种到培养液中克隆化培养，培养过程中需在适宜转速的摇床中进行，目的是____________________________________________________________。
(3)(6分)由于天然EGF来源有限，有人尝试将hEGF基因用____________法导入豆科植物花生体细胞，通过____________技术培育成转基因植株并从根部细胞提取得到大量产物。与植物细胞相比，以大肠杆菌作为基因工程受体细胞的优缺点有哪些，请分别列举：__________________________________________
___________________________________________(各答1点即可)。
2.(12分)(2024·江西卷，19)植物体表蜡质对耐干旱有重要作用。研究人员通过诱变获得一个大麦突变体Cer1(纯合体)，其颖壳蜡质合成有缺陷(本题假设完全无蜡质)。初步研究表明，突变表型是因为C基因突变为c，使棕榈酸转化为16－羟基棕榈酸受阻所致(本题假设完全阻断)，符合孟德尔遗传规律。回答下列问题：
(1)(2分)在C基因两侧设计引物，PCR扩增，电泳检测PCR产物。如图泳道1和2分别是突变体Cer1与野生型(WT，纯合体)。据图判断，突变体Cer1中c基因的突变类型是________。
INCLUDEPICTURE"24GT155.tif"
(2)(5分)将突变体Cer1与纯合野生型杂交，F1全为野生型，F1与突变体Cer1杂交，获得若干个后代。利用上述引物PCR扩增这些后代的基因组DNA，电泳检测PCR产物，可以分别得到与如图泳道________和泳道________(从1～5中选择)中相同的带型，两种类型的电泳带型比例为________。
(3)(2分)进一步研究意外发现，16－羟基棕榈酸合成蜡质过程中必需的D基因(位于另一条染色体上)也发生了突变，产生了基因d1，其编码多肽链的DNA序列中有1个碱基由G变为T，但氨基酸序列没有发生变化，原因是
__________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)(3分)假设诱变过程中突变体Cer1中的D基因发生了使其丧失功能的突变，产生基因d2。CCDD与ccd2d2个体杂交，F1的表型为野生型，F1自交，F2野生型与突变型的比例为________；完善以下表格：
F2部分个体基因型 Ccd2d2 CCDd2
棕榈酸(填“有”或“无”) 有 有
16－羟基棕榈酸(填“有”或“无”) __①__ 有
颖壳蜡质(填“有”或“无”) 无 __②__
3.(12分)(2024·湖南卷，21)百合具有观赏、食用和药用等多种价值，科研人员对其进行了多种育种技术研究。回答下列问题：
(1)(2分)体细胞杂交育种。进行不同种百合体细胞杂交前，先用____________________去除细胞壁获得原生质体，使原生质体融合，得到杂种细胞后，继续培养，常用____________(填植物激素名称)诱导愈伤组织形成和分化，获得完整的杂种植株。
(2)(4分)单倍体育种。常用____________的方法来获得单倍体植株，鉴定百合单倍体植株的方法是_________________________________________________
____________________________________________________________。
INCLUDEPICTURE"24GT125.tif"
(3)(6分)基因工程育种。研究人员从野生百合中获得一个抵抗尖孢镰刀菌侵染的基因pL，该基因及其上游的启动子pL和下游的终止子结构如图a。图b是一种Ti质粒的结构示意图，其中基因gus编码GUS酶，GUS酶活性可反映启动子活性。
INCLUDEPICTURE"24GT126.tif"
①研究病原微生物对L的启动子pL活性的影响。从图a所示结构中获取L，首先选用____________酶切，将其与相同限制酶酶切的Ti质粒连接，再导入烟草。随机选取3组转基因成功的烟草(P1、P2和P3)进行病原微生物胁迫，结果如图c。由此可知：三种病原微生物都能诱导pL的活性增强，其中________的诱导作用最强。
②现发现栽培种百合B中也有L，但其上游的启动子与野生百合不同，且抗病性弱。若要提高该百合中L的表达量，培育具有高抗病原微生物能力的百合新品种，简要写出实验思路__________________________________________________
____________________________________________________________。
4.(20分)(2024·安徽卷，20)丁二醇广泛应用于化妆品和食品等领域。兴趣小组在已改造的大肠杆菌中引入合成丁二醇的关键基因X，以提高丁二醇的产量。回答下列问题。
(1)(5分)扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶，原因是_____________________________________________________________。
INCLUDEPICTURE"24GT88.tif"
(2)(5分)使用BamHⅠ和SalⅠ限制酶处理质粒和X基因，连接后转化大肠杆菌，并涂布在无抗生素平板上(如图)。在此基础上，进一步筛选含目的基因菌株的实验思路是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)(4分)研究表明，碳源和氮源的种类、浓度及其比例会影响微生物生长和发酵产物积累。如果培养基中碳源相对过多，容易使其氧化不彻底，形成较多的________________，引起发酵液pH下降。兴趣小组通过单因子实验确定了木薯淀粉和酵母粉的最适浓度分别为100 g·L－1和15 g·L－1。在此基础上，设置不同浓度的木薯淀粉(90 g·L－1、100 g·L－1、110 g·L－1)和酵母粉(12 g·L－1、15 g·L－1、18 g·L－1)筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，以获得较高发酵产量，理论上应设置________(填数字)组实验(重复组不计算在内)。
(4)(3分)大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高，其原因是_____________________________________________________________。
(5)(3分)发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经________________，最终获得发酵产品。
限时练55 基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验(B组)
1.(1)引物之间以及引物自身不能发生碱基互补配对，为了防止出现非特异性扩增片段，其长度不能过短，通常为20～30个核苷酸 在两个引物的5′端分别添加上限制酶BamHⅠ和XhoⅠ的识别序列 2 (2)2、5 有利于大肠杆菌和培养液充分接触，使大肠杆菌获得足够的营养进而快速生长 (3)农杆菌转化 植物组织培养 优点：大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等特点；缺点：大肠杆菌中合成的蛋白质没有经过内质网和高尔基体的加工，因而不具有生物活性
解析 (1)研究者进行PCR扩增前根据epEGF基因设计了一对引物，该对引物序列的设计要求是引物之间以及引物自身不能发生碱基互补配对，为了防止出现非特异性扩增片段，其长度不能过短，通常为20～30个核苷酸，并结合图a可知，还需要在设计的两个引物的5′端分别添加上限制酶BamHⅠ和XhoⅠ的识别序列。转基因的目的是制备由84个氨基酸组成的重组融合人表皮生长因子蛋白，根据基因对蛋白质合成的控制作用可推测，相关目的基因中含有的碱基对数目至少为84×3＝252(bp)，据此可推测，图c电泳结果中样品2对应的条带为epEGF基因的鉴定结果。(2)转化大肠杆菌后进行筛选时，可将其接种在培养基①上培养(图d)，因重组质粒在构建过程中氨苄青霉素抗性基因未被破坏，所以在该培养基上能生长的菌体包括成功导入重组质粒的大肠杆菌和导入质粒A的大肠杆菌，而后再利用灭菌的绒布在培养基①上印模，沾上菌落后转印至培养基②上培养。培养基②中添加了四环素，而重组质粒在构建过程中四环素抗性基因被破坏，因此成功导入重组质粒的大肠杆菌不具有四环素抗性，即目的菌在培养基②上不能生长，在培养基①上可以生长，因此，根据培养结果可知，2、5号菌落是成功转化的大肠杆菌，可挑出进一步接种到培养液中克隆化培养，培养过程中需在适宜转速的摇床中进行，这样可以使大肠杆菌和培养液充分接触，有利于大肠杆菌获得足够的营养而快速生长，同时也能提高营养液的利用率。(3)由于天然EGF来源有限，有人尝试将hEGF基因用农杆菌转化法导入豆科植物花生体细胞，通过植物组织培养技术培育成转基因植株并从根部细胞提取得到大量产物。与植物细胞相比，以大肠杆菌作为基因工程受体细胞的优点表现在大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等特点，但也有缺点，如大肠杆菌中合成的蛋白质没有经过内质网和高尔基体的加工，因而不具有生物活性。
2.(1)缺失突变 (2)1 3 1∶1 (3)由于密码子的简并，使突变前后转录产生的mRNA上该位点的密码子编码同一个氨基酸 (4)9∶7 ①有 ②有
解析 (1)根据电泳图结果可知，野生型(WT)基因C的条带大小为1 960 bp，突变体Cer1基因c的条带大小为1 100 bp，说明c基因是C基因发生碱基的缺失所产生的。(2)突变体Cer1(cc)与野生型(CC)杂交，F1基因型为Cc，F1与突变体Cer1(cc)杂交，后代基因型及比例为Cc∶cc＝1∶1，因此电泳检测杂交后代PCR产物，可得到与题图中泳道1和泳道3相同的带型，且比例为1∶1。(3)由于密码子的简并，使突变前后转录产生的mRNA上该位点的密码子编码同一个氨基酸，故一个碱基发生替换(由G变为T)后，DNA编码的氨基酸序列没有发生变化。(4)CCDD与ccd2d2个体杂交，F1基因型为CcDd2，自交后得到F2的基因型及比例为C_D_∶C_d2d2∶ccD_∶ccd2d2＝9∶3∶3∶1。当C和D都存在时(C_D_)，棕榈酸能转化成16－羟基棕榈酸，16－羟基棕榈酸再合成颖壳蜡质，故个体表现为野生型，②处填“有”；当C存在、D不存在时(C_d2d2)，棕榈酸能转化成16－羟基棕榈酸，但16－羟基棕榈酸不能合成颖壳蜡质，个体表现为突变型，故①处填“有”；当C不存在时(ccD_和ccd2d2)，棕榈酸不能转化成16－羟基棕榈酸，个体都表现为突变型，所以F2野生型与突变型的比例为9∶7。
3.(1)纤维素酶和果胶酶 生长素和细胞分裂素 (2)花药(或花粉)离体培养 利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞中染色体的数目 (3)①HindⅢ、BamHⅠ 交链格孢 ②利用转基因技术将百合B中L基因的启动子替换为野生百合中L基因的启动子pL
解析 (1)因植物细胞细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，因此获得原生质体的方法是用纤维素酶和果胶酶对植物细胞进行处理，得到原生质体后使原生质体融合，形成杂种细胞，再用生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织形成和分化，从而获得完整的杂种植株。(2)获得单倍体植株的常用方法是花药(花粉)离体培养；鉴定百合单倍体植株的方法是利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞中染色体的数目，如果染色体数目减少一半，则获得的植株为单倍体植株。(3)①根据目的片段以及质粒上限制酶的识别位点，若要获得pL并连接到质粒上，可选用限制酶HindⅢ、BamHⅠ进行酶切，以替换Ti质粒中的启动子，从而达到根据GUS酶活性反映启动子活性的目的。根据图c的结果可知，交链格孢的每一组转基因烟草中的GUS酶活性都最高可确定其诱导作用最强。②欲培育具有高抗病原微生物百合新品种，可利用转基因技术将百合B中L基因的启动子替换为野生百合中L基因的启动子pL。
4.(1)在PCR反应中，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而TaqDNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性(合理即可) (2)在平板中添加氯霉素，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中，在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成 (3)乳酸或酒精和CO2 9 (4)大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量热量(合理即可) (5)提取、分离和纯化
解析 (1)在PCR反应中，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而Taq DNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性，因此扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶。(2)质粒中含有四环素抗性基因和氯霉素抗性基因，而四环素抗性基因中含有限制酶BamHⅠ和SalⅠ的酶切位点，用限制酶BamHⅠ和SalⅠ处理质粒会破坏四环素抗性基因，而氯霉素抗性基因完整。使用限制酶BamHⅠ和SalⅠ处理质粒和X基因，连接后转化大肠杆菌，并涂布在无抗生素的平板上。在此基础上，若要进一步筛选含目的基因的菌株，则需要在平板中添加氯霉素，能够生长的菌落可能含有重组质粒或空质粒，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法(用无菌绒布轻盖在已长好菌落的原培养基上，然后不转动任何角度，“复印”至新的培养基上)影印到添加了四环素的培养基中，在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由含目的基因的菌株形成。(3)如果培养基中碳源相对较多，容易使其氧化不彻底，形成较多的乳酸或酒精和CO2，引起发酵液pH下降。由于木薯淀粉和酵母粉的浓度各有3个，若要筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，以获得较高发酵产量，理论上应设置3×3＝9(组)实验。(4)大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量热量，因此大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高。(5)如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。由于本实验的目的是提高丁二醇的产量，即获得代谢物。因此发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经提取、分离和纯化，最终获得发酵产品。(共25张PPT)
基因工程的应用和蛋白质工程、DNA的两个实验(B组)
限时练55
(时间：30分钟 分值：60分)
1.(2025·广东汕头模拟)人表皮生长因子(hEGF)能够促进表皮细胞生长，对皮肤相关疾病及刺激性食物导致的胃肠溃疡具有修复治疗价值。已知细胞膜肽Pep－1能够携带大分子物质进入细胞内部，为解决hEGF穿透表皮能力弱的问题，科学家将Pep－1基因和hEGF基因进行连接，获得融合蛋白(epEGF)基因(图a)，并将其与质粒A(图b)进行重组后导入大肠杆菌，制备由84个氨基酸组成的重组融合人表皮生长因子蛋白。
(1)研究者进行PCR扩增前根据epEGF基因设计了一对引物，据图a分析，该对引物序列的设计要求是_________________________________________
______________________________________________________________________________________
和_________________________________________
____________________。实验中常用电泳技术鉴定目的基因，图c电泳结果中样品________(填“1”或“2”)对应的条带为epEGF基因的鉴定结果。
引物之间以及引物自身不能发生碱基互补配对，为了防止出现非特异性扩增片段，其长度不能过短，通常为20～30个核苷酸
在两个引物的5′端分别添加上限制酶BamHⅠ和XhoⅠ的识别序列
2
(2)转化大肠杆菌后进行筛选时，可将其接种在培养基①上培养(图d)，再利用灭菌的绒布在培养基①上印模，沾上菌落后转印至培养基②上培养。根据培养结果可知，________号菌落是成功转化的大肠杆菌，可挑出进一步接种到培养液中克隆化培养，培养过程中需在适宜转速的摇床中进行，目的是____________________________________
_________________________________________。
2、5
有利于大肠杆菌和培养液充分接触，使大肠杆菌获得足够的营养进而快速生长
(3)由于天然EGF来源有限，有人尝试将hEGF基因用____________法导入豆科植物花生体细胞，通过____________技术培育成转基因植株并从根部细胞提取得到大量产物。与植物细胞相比，以大肠杆菌作为基因工程受体细胞的优缺点有哪些，请分别列举：______________________________
__________________________________________
________________________________________________________________________(各答1点即可)。
农杆菌转化
植物组织培养
优点：大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等特点；缺点：大肠杆菌中合成的蛋白质没有经过内质网和高尔基体的加工，因而不具有生物活性
解析 (1)研究者进行PCR扩增前根据epEGF基因设计了一对引物，该对引物序列的设计要求是引物之间以及引物自身不能发生碱基互补配对，为了防止出现非特异性扩增片段，其长度不能过短，通常为20～30个核苷酸，并结合图a可知，还需要在设计的两个引物的5′端分别添加上限制酶BamHⅠ和XhoⅠ的识别序列。转基因的目的是制备由84个氨基酸组成的重组融合人表皮生长因子蛋白，根据基因对蛋白质合成的控制作用可推测，相关目的基因中含有的碱基对数目至少为84×3＝252(bp)，据此可推测，图c电泳结果中样品2对应的条带为epEGF基因的鉴定结果。
(2)转化大肠杆菌后进行筛选时，可将其接种在培养基①上培养(图d)，因重组质粒在构建过程中氨苄青霉素抗性基因未被破坏，所以在该培养基上能生长的菌体包括成功导入重组质粒的大肠杆菌和导入质粒A的大肠杆菌，而后再利用灭菌的绒布在培养基①上印模，沾上菌落后转印至培养基②上培养。培养基②中添加了四环素，而重组质粒在构建过程中四环素抗性基因被破坏，因此成功导入重组质粒的大肠杆菌不具有四环素抗性，即目的菌在培养基②上不能生长，在培养基①上可以生长，因此，根据培养结果可知，2、5号菌落是成功转化的大肠杆菌，可挑出进一步接种到培养液中克隆化培养，培养过程中需在适宜转速的摇床中进行，这样可以使大肠杆菌和培养液充分接触，有利于大肠杆菌获得足够的营养而快速生长，同时也能提高营养液的利用率。
(3)由于天然EGF来源有限，有人尝试将hEGF基因用农杆菌转化法导入豆科植物花生体细胞，通过植物组织培养技术培育成转基因植株并从根部细胞提取得到大量产物。与植物细胞相比，以大肠杆菌作为基因工程受体细胞的优点表现在大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等特点，但也有缺点，如大肠杆菌中合成的蛋白质没有经过内质网和高尔基体的加工，因而不具有生物活性。
2.(2024·江西卷，19)植物体表蜡质对耐干旱有重要
作用。研究人员通过诱变获得一个大麦突变体
Cer1(纯合体)，其颖壳蜡质合成有缺陷(本题假
设完全无蜡质)。初步研究表明，突变表型是因
为C基因突变为c，使棕榈酸转化为16－羟基棕
榈酸受阻所致(本题假设完全阻断)，符合孟德尔遗传规律。回答下列问题：
(1)在C基因两侧设计引物，PCR扩增，电泳检测PCR产物。如图泳道1和2分别是突变体Cer1与野生型(WT，纯合体)。据图判断，突变体Cer1中c基因的突变类型是________。
缺失突变
(2)将突变体Cer1与纯合野生型杂交，F1全为野生型，F1与突变体Cer1杂交，获得若干个后代。利用上述引物PCR扩增这些后代的基因组DNA，电泳检测PCR产物，可以分别得到与如图泳道________和泳道________(从1～5中选择)中相同的带型，两种类型的电泳带型比例为________。
(3)进一步研究意外发现，16－羟基棕榈酸合成蜡质过程中必需的D基因(位于另一条染色体上)也发生了突变，产生了基因d1，其编码多肽链的DNA序列中有1个碱基由G变为T，但氨基酸序列没有发生变化，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
1
3
1∶1
由于密码子的简并，使突变前后转录产生的mRNA上该位点的密码子编码同一个氨基酸
(4)假设诱变过程中突变体Cer1中的D基因发生了使其丧失功能的突变，产生基因d2。CCDD与ccd2d2个体杂交，F1的表型为野生型，F1自交，F2野生型与突变型的比例为________；完善以下表格：
F2部分个体基因型 Ccd2d2 CCDd2
棕榈酸(填“有”或“无”) 有 有
16－羟基棕榈酸(填“有”或“无”) ①____ 有
颖壳蜡质(填“有”或“无”) 无 ②____
9∶7
有
有
解析 (1)根据电泳图结果可知，野生型(WT)基因C的条带大小为1 960 bp，突变体Cer1基因c的条带大小为1 100 bp，说明c基因是C基因发生碱基的缺失所产生的。
(2)突变体Cer1(cc)与野生型(CC)杂交，F1基因型为Cc，F1与突变体Cer1(cc)杂交，后代基因型及比例为Cc∶cc＝1∶1，因此电泳检测杂交后代PCR产物，可得到与题图中泳道1和泳道3相同的带型，且比例为1∶1。
(3)由于密码子的简并，使突变前后转录产生的mRNA上该位点的密码子编码同一个氨基酸，故一个碱基发生替换(由G变为T)后，DNA编码的氨基酸序列没有发生变化。(4)CCDD与ccd2d2个体杂交，F1基因型为CcDd2，自交后得到F2的基因型及比例为C_D_∶C_d2d2∶ccD_∶ccd2d2＝9∶3∶3∶1。当C和D都存在时(C_D_)，棕榈酸能转化成16－羟基棕榈酸，16－羟基棕榈酸再合成颖壳蜡质，故个体表现为野生型，②处填“有”；当C存在、D不存在时(C_d2d2)，棕榈酸能转化成16－羟基棕榈酸，但16－羟基棕榈酸不能合成颖壳蜡质，个体表现为突变型，故①处填“有”；当C不存在时(ccD_和ccd2d2)，棕榈酸不能转化成16－羟基棕榈酸，个体都表现为突变型，所以F2野生型与突变型的比例为9∶7。
3.(2024·湖南卷，21)百合具有观赏、食用和药用等多种价值，科研人员对其进行了多种育种技术研究。回答下列问题：
(1)体细胞杂交育种。进行不同种百合体细胞杂交前，先用________________去除细胞壁获得原生质体，使原生质体融合，得到杂种细胞后，继续培养，常用__________________(填植物激素名称)诱导愈伤组织形成和分化，获得完整的杂种植株。
(2)单倍体育种。常用______________________的方法来获得单倍体植株，鉴定百合单倍体植株的方法是___________________________________________
__________________________________________________________________。
纤维素酶和果胶酶
生长素和细胞分裂素
花药(或花粉)离体培养
利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞
中染色体的数目
(3)基因工程育种。研究人员从野生百合中获得一个抵抗尖孢镰刀菌侵染的基因pL，该基因及其上游的启动子pL和下游的终止子结构如图a。图b是一种Ti质粒的结构示意图，其中基因gus编码GUS酶，GUS酶活性可反映启动子活性。
①研究病原微生物对L的启动子pL活性的影响。从图a所示结构中获取L，首先选用________________酶切，将其与相同限制酶酶切的Ti质粒连接，再导入烟草。随机选取3组转基因成功的烟草(P1、P2和P3)进行病原微生物胁迫，结果如图c。由此可知：三种病原微生物都能诱导pL的活性增强，其中__________________的诱导作用最强。
HindⅢ、BamHⅠ
交链格孢
②现发现栽培种百合B中也有L，但其上游的启动子与野生百合不同，且抗病性弱。若要提高该百合中L的表达量，培育具有高抗病原微生物能力的百合新品种，简要写出实验思路_____________________________________________________
__________________________________。
利用转基因技术将百合B中L基因的启动子替换为野生百合中L基因的启动子pL
解析 (1)因植物细胞细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，因此获得原生质体的方法是用纤维素酶和果胶酶对植物细胞进行处理，得到原生质体后使原生质体融合，形成杂种细胞，再用生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织形成和分化，从而获得完整的杂种植株。
(2)获得单倍体植株的常用方法是花药(花粉)离体培养；鉴定百合单倍体植株的方法是利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞中染色体的数目，如果染色体数目减少一半，则获得的植株为单倍体植株。
(3)①根据目的片段以及质粒上限制酶的识别位点，若要获得pL并连接到质粒上，可选用限制酶HindⅢ、BamHⅠ进行酶切，以替换Ti质粒中的启动子，从而达到根据GUS酶活性反映启动子活性的目的。根据图c的结果可知，交链格孢的每一组转基因烟草中的GUS酶活性都最高可确定其诱导作用最强。②欲培育具有高抗病原微生物百合新品种，可利用转基因技术将百合B中L基因的启动子替换为野生百合中L基因的启动子pL。
4.(2024·安徽卷，20)丁二醇广泛应用于化妆品和食品等领域。兴趣小组在已改造的大肠杆菌中引入合成丁二醇的关键基因X，以提高丁二醇的产量。回答下列问题。
(1)扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
在PCR反应中，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而TaqDNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性(合理即可)
(2)使用BamHⅠ和SalⅠ限制酶处理质粒和X基因，连接后转化大肠杆菌，并涂布在无抗生素平板上(如图)。在此基础上，进一步筛选含目的基因菌株的实验思路是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
在平板中添加氯霉素，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中，在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成
(3)研究表明，碳源和氮源的种类、浓度及其比例会影响微生物生长和发酵产物积累。如果培养基中碳源相对过多，容易使其氧化不彻底，形成较多的________________，引起发酵液pH下降。兴趣小组通过单因子实验确定了木薯淀粉和酵母粉的最适浓度分别为100 g·L－1和15 g·L－1。在此基础上，设置不同浓度的木薯淀粉(90 g·L－1、100 g·L－1、110 g·L－1)和酵母粉(12 g·L－1、15 g·L－1、18 g·L－1)筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，以获得较高发酵产量，理论上应设置________(填数字)组实验(重复组不计算在内)。
乳酸或酒精和CO2
9
(4)大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高，其原因是_____________________________________________________________________。
(5)发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经________________，最终获得发酵产品。
大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量热量(合理即可)
提取、分离和纯化
解析 (1)在PCR反应中，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而Taq DNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性，因此扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶。
(2)质粒中含有四环素抗性基因和氯霉素抗性基因，而四环素抗性基因中含有限制酶BamHⅠ和SalⅠ的酶切位点，用限制酶BamHⅠ和SalⅠ处理质粒会破坏四环素抗性基因，而氯霉素抗性基因完整。使用限制酶BamHⅠ和SalⅠ处理质粒和X基因，连接后转化大肠杆菌，并涂布在无抗生素的平板上。在此基础上，若要进一步筛选含目的基因的菌株，则需要在平板中添加氯霉素，能够生长的菌落可能含有重组质粒或空质粒，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法(用无菌绒布轻盖在已长好菌落的原培养基上，然后不转动任何角度，“复印”至新的培养基上)影印到添加了四环素的培养基中，在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由含目的基因的菌株形成。
(3)如果培养基中碳源相对较多，容易使其氧化不彻底，形成较多的乳酸或酒精和CO2，引起发酵液pH下降。由于木薯淀粉和酵母粉的浓度各有3个，若要筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，以获得较高发酵产量，理论上应设置3×3＝9(组)实验。
(4)大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量热量，因此大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高。(5)如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。由于本实验的目的是提高丁二醇的产量，即获得代谢物。因此发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经提取、分离和纯化，最终获得发酵产品。
