第60講基因工程的應用【課標內容】1．舉例說明基因工程在農牧、食品及醫藥等行業的廣泛應用改善了人類的生活品質；2．概述人們根據基因工程原理，進行蛋白質設計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質；3．舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造。考點1基因工程的應用考點落實1．基因工程在農牧業方面的應用分類導入目的基因轉基因生物實例植物轉基因抗蟲植物外源__抗蟲__基因抗蟲棉花、玉米等轉基因抗病植物某些病毒、真菌等的__抗病__基因抗病毒甜椒、番木瓜等轉基因抗除草劑植物降解或抵抗某種__除草劑__的基因抗除草劑玉米、大豆等改良植物的品質富含__某些必需氨基酸__的蛋白質的基因富含賴氨酸的玉米與植物__花青素__代謝相關的基因顏色變異的矮牽牛動物提高動物的生長速率外源__生長激素__的基因轉生長激素基因的鯉魚改善畜產品的品質__腸乳糖酶__的基因轉腸乳糖酶基因的奶牛解疑釋惑(1)轉基因作物的優點①減少化學殺蟲劑的施用量，減少環境污染；②增加作物產量；③增加經濟效益。(2)轉基因哺乳動物的培育過程2．基因工程在醫藥衛生領域的應用(1)微生物制藥(2)利用哺乳動物批量生產藥物——__乳腺(房)生物反應器__(3)建立移植器官的工廠①技術方法：利用基因工程技術對豬的器官進行改造，采用的方法是在器官供體的基因組中導入__某種調節因子__，以抑制__抗原決定基因__的表達，或設法除去__抗原決定基因__，然后再結合克隆技術，培育出不會引起__免疫排斥__反應的轉基因克隆豬器官。②對豬進行改造的兩點理由：內臟構造、大小、血管分布與人的極為相似；與靈長類動物相比，豬體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒少。3．基因工程在食品工業方面的應用(1)技術方法：利用基因工程菌生產食品工業用酶、__氨基酸__和__維生素__等。例如將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過__工業發酵__生產凝乳酶。(2)實例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。概念思辨1．判斷下列說法的正誤：(1)農業害蟲不會對轉基因抗蟲作物產生抗性。(×)(2)乳腺生物反應器就是把藥用蛋白基因導入動物的乳腺細胞中。(×)提示：乳腺生物反應器是把藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起，通過顯微注射法導入哺乳動物的受精卵中。(3)干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。(√)2．科學家培育出一種轉基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反應器時，應使藥用蛋白基因在__膀胱上皮__細胞中特異性表達。它與乳腺生物反應器一樣，具有__收集藥用蛋白較容易__，且有__不會對動物造成傷害__的優點；且相比之下，還能不受__性別和年齡__的限制。典題說法考向1基因工程的應用(2023·北京卷)抗蟲作物對害蟲的生存產生壓力，會使害蟲種群抗性基因頻率迅速提高，導致作物的抗蟲效果逐漸減弱。為使轉基因抗蟲棉保持抗蟲效果，農業生產上會采取一系列措施。以下措施不能實現上述目標的是(B)A．在轉基因抗蟲棉種子中混入少量常規種子B．大面積種植轉基因抗蟲棉，并施用殺蟲劑C．轉基因抗蟲棉與小面積的常規棉間隔種植D．轉基因抗蟲棉大田周圍設置常規棉隔離帶解析：在轉基因抗蟲棉種子中混入少量常規種子，則常規種子長成的普通植株能為敏感性(不抗蟲)個體提供生存空間，增加與抗蟲個體的競爭，避免抗性基因頻率升高過快，提高了抗蟲棉的抗蟲持久性；大面積種植轉基因抗蟲棉、施用殺蟲劑，都會進一步選擇并保存抗性強的個體，導致敏感性個體死亡，從而加快害蟲種群抗性基因頻率提高，不利于抗蟲棉的抗蟲持久性；將轉基因抗蟲棉與小面積的常規棉間隔種植以及轉基因抗蟲棉大田周圍設置常規棉隔離帶，作用機理相似：可以使敏感性個體存活，敏感性個體能與抗性強的棉鈴蟲進行競爭，不會導致抗性基因頻率升高過快，提高了抗蟲棉的抗蟲持久性。(2023·常熟期中)采用基因工程將人凝血因子基因導入山羊受精卵，成功培育出了人凝血因子只存在于乳汁中的轉基因羊。下列有關敘述正確的是(D)A．可以將人的凝血因子基因直接導入受精卵或乳腺細胞中B．乳腺生物反應器往往不受到羊生長發育的階段和性別的限制C．人凝血因子基因只存在于該轉基因羊的乳腺細胞中，而不存在于其他體細胞中D．需將人凝血因子基因與只在乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起解析：由于單獨將目的基因導入受體細胞，目的基因在受體細胞中無法穩定存在和自我復制，故需要構建質粒載體才能導入受體細胞，A錯誤；雌性山羊發育到一定階段才能產生乳汁，故乳腺生物反應器往往受羊生長發育的階段和性別的限制，B錯誤；人凝血因子基因存在于該轉基因羊所有細胞中，只是在乳腺細胞中選擇性表達，C錯誤；需將人凝血因子基因與只在乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起，以保證人凝血因子能在乳腺中正常表達，D正確。考向2結合情境考查基因工程(2024·南京零模)金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在于動植物中具有金屬結合能力的蛋白質，決定該蛋白質合成的基因結構如圖1所示，其中A鏈為編碼鏈、B鏈為模板鏈。科研人員利用圖2所示質粒構建棗樹的MT基因重組DNA分子并導入大腸桿菌細胞，獲得對重金屬鎘(Cd)具有吸附能力和耐受能力的MT工程菌。回答下列問題：eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖1))eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖2))注：XhoⅠ、KpnⅠ、PstⅠ為不同限制酶的識別位點：LacZ基因編碼產生的β－半乳糖苷酶可以催化無色物質X－gal產生藍色物質使菌落呈現藍色，否則菌落為白色；AmpR基因為氨芐青霉素抗性基因。(1)獲取目的基因提取棗樹細胞的__mRNA__，經逆轉錄獲得cDNA。為了使PCR擴增后的產物按照正確的方向與已被酶切的載體連接，克隆MT基因時應選擇的引物組合是__引物Ⅱ和引物Ⅲ__，并在其__5′__(選填“5′”或“3′”)末端分別添加限制酶__KpnⅠ和XhoⅠ__的識別序列。(2)構建重組DNA分子：啟動子是__RNA聚合酶__識別并結合的部位；基因工程中構建用于原核生物的表達載體時，常用的啟動子不包括以下哪一項？__D__(A．噬菌體基因啟動子B．乳酸菌基因啟動子C．大腸桿菌基因啟動子D．棗樹MT基因啟動子)(3)導入、篩選和鑒定MT工程菌。①將得到的混合物導入用__Ca2+__處理的大腸桿菌完成__轉化__實驗。②將菌液稀釋并涂布在含X－gal和氨芐青霉素的培養基上進行培養后，隨機挑取__白色__的單菌落可獲得MT工程菌。③欲進一步對MT工程菌進行鑒定，可將挑取出的MT工程菌與__普通大腸桿菌__分別接種至含__(一定濃度的重金屬)鎘__的LB液體培養基中，置于恒溫培養箱中培養，適宜時間后檢測菌種數量。(4)擴大菌種：將MT工程菌接種至發酵罐內進行擴增，培養過程中可定期取樣并使用細菌計數板對__菌體__(選填“菌體”或“菌落”)進行直接計數，以評估增殖情況。發酵結束后，采用__過濾、沉淀__等方法獲得所需的發酵產品。解析：(1)由題干可知，提取棗樹細胞的某種物質后，需要經過逆轉錄獲得cDNA，然后進行PCR才能獲得MT基因，因此從棗樹細胞中提取的物質是mRNA。PCR過程中，引物與模板鏈的3′端結合，因此應當選擇引物Ⅱ和引物Ⅲ，這樣才能使DNA聚合酶從引物的3′端開始連接脫氧核苷酸。由題干可知，B鏈為模板鏈，轉錄的方向是沿著模板鏈的3′→5′，應將MT基因的左端與啟動子一側連接，由于目的基因中含有PstⅠ的識別序列，若在基因兩側添加PstⅠ識別序列，將來對MT基因進行切割時會破壞目的基因，同時為了保證MT基因正向連接到質粒上，應當在MT基因兩側連上不同的限制酶識別序列，故添加的限制酶序列分別是XhoⅠ和KpnⅠ限制酶序列，并且應添加在基因的外側，才能不影響基因的序列，故添加在引物的5′端。(2)啟動子是RNA聚合酶識別和結合的部位，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA，最終表達出人類需要的蛋白質。乳酸菌和大腸桿菌都是原核生物，啟動子可以用于構建原核生物的表達載體；噬菌體是寄生于細菌中的病毒，可在特定細菌內繁殖，啟動子可用于構建原核生物表達載體；棗樹MT基因啟動子只能在特定棗樹細胞中發揮作用，不適合用于構建原核生物表達載體。(3)①大腸桿菌是原核生物，需要Ca2+處理，使其處于一種能吸收周圍環境中DNA分子的生理狀態，完成將基因表達載體導入受體細胞并在受體細胞內維持穩定和表達的過程，即轉化過程。②在含有氨芐青霉素的培養基上，導入了空白質粒和重組質粒的大腸桿菌都可以形成菌落，但導入重組質粒的大腸桿菌LacZ基因被破壞，不能催化無色物質X－gal產生藍色物質，是白色菌落，故應挑取白色單菌落進行培養。③操作獲得的是對重金屬鎘(Cd)具有吸附能力和耐受能力的MT工程菌，因此欲進一步對MT工程菌進行鑒定，可將挑取出的MT工程菌與普通大腸桿菌分別接種到含有(一定濃度的重金屬)鎘的LB液體培養基中。(4)細菌計數板可對菌體直接計數，不能對菌落進行計數。若要獲得發酵產品(微生物細胞本身)，可采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產品。考點2蛋白質工程的原理和應用考點落實知識1蛋白質工程的原理1．對蛋白質工程的理解基礎蛋白質分子的__結構規律__及其與__生物功能__的關系手段通過__改造__或__合成__基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質目的獲得滿足人類的生產和生活需求的__蛋白質__2．蛋白質工程崛起的緣由(1)基因工程在原則上只能生產__自然界中已存在的蛋白質__。(2)天然蛋白質的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻__不一定完全符合人類生產和生活的需要__。3．蛋白質工程的基本思路A．__預期功能__，B．__轉錄__，C．__翻譯__。知識2蛋白質工程的應用1．在醫藥工業方面的應用，如研發速效__胰島素類似物__，提高__干擾素__的保存期，改造抗體等。2．在酶方面的應用：改進酶的__性能__或__開發新的工業用酶__，如提高酶的催化活性、提高酶的穩定性等。3．在農業方面：除了改造某些重要的酶，如參與調控光合作用的酶，還用于設計優良微生物農藥等。歸納總結蛋白質工程和基因工程的比較項目蛋白質工程基因工程原理中心法則的逆推基因重組過程預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)獲取目的基因→構建基因表達載體→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定實質定向改造或生產人類所需蛋白質定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品(基因的異體表達)結果生產自然界沒有的蛋白質生產自然界已有的蛋白質聯系蛋白質工程是在基因工程基礎上延伸出的第二代基因工程，因為是對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，所以必須通過基因修飾或基因合成實現概念思辨1．判斷下列說法的正誤：(1)蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構。(×)提示：蛋白質工程中直接改造的是基因，不是蛋白質。(2)基因工程遵循中心法則，而蛋白質工程不遵循。(×)提示：蛋白質工程的基本思路是按照中心法則相反的過程進行的。(3)根據某多肽鏈的一段氨基酸序列，可以很容易地確定控制該肽鏈合成的基因的脫氧核苷酸序列。(×)提示：由于密碼子的簡并性等原因，根據某多肽鏈的一段氨基酸序列，不容易確定基因的脫氧核苷酸序列。(4)蛋白質工程是一項難度很大的工程，主要是因為人們對蛋白質復雜的高級結構沒有完全認識。(√)2．為什么蛋白質工程不是直接改造蛋白質，而是通過基因改造或基因合成來完成的？提示：①任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質也是無法遺傳下去的。②對基因進行改造比對蛋白質進行直接改造容易操作，難度小得多。典題說法考向蛋白質工程(2023·徐州期末)研究人員利用蛋白質工程將細菌纖維素酶的第137、179、194位相應氨基酸替換為賴氨酸后，纖維素酶熱穩定性得到了提高。下列敘述錯誤的是(B)A．改造纖維素酶也需要構建基因表達載體B．對纖維素酶的改造是通過直接改造mRNA實現的C．經改造后的纖維素酶熱穩定性提高這一性狀可遺傳D．蛋白質工程可以改造現有蛋白質或者制造新的蛋白質解析：蛋白質工程是對基因進行修飾改造或創造合成新基因(而不是直接改造mRNA實現的)，然后進行表達，故必須構建基因表達載體，A正確，B錯誤；改造后的蛋白質的性狀能遺傳給子代，因此經蛋白質工程改造后的纖維素酶熱穩定性提高這一性狀可遺傳，C正確；蛋白質工程獲得的是自然界沒有的蛋白質，蛋白質工程可以改造現有蛋白質或者制造新的蛋白質，D正確。(2021·遼寧卷)腈水合酶(N0)廣泛應用于環境保護和醫藥原料生產等領域，但不耐高溫。利用蛋白質工程技術在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)。下列有關敘述錯誤的是(D)A．N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩定性的原因之一B．加入連接肽需要通過改造基因實現C．獲得N1的過程需要進行轉錄和翻譯D．檢測N1的活性時先將N1與底物充分混合，再置于高溫環境解析：在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)，則N1與N0氨基酸序列有所不同，這可能是影響其熱穩定性的原因之一，A正確；蛋白質工程的作用對象是基因，故加入連接肽需要通過改造基因實現，B正確；N1的化學本質是蛋白質，獲得N1的過程需要進行轉錄和翻譯，C正確；由于酶具有高效性，因此在檢測N1的活性時需先將其置于高溫環境，再與底物充分混合，D錯誤。1．(2023·蘇州期中)下列關于基因工程應用的敘述，錯誤的是(C)A．基因工程育種能夠定向改造生物性狀B．可以利用基因工程技術生產細胞因子、抗體、疫苗和激素等藥物C．常將藥用蛋白基因和乳腺中特有基因的啟動子等重組在一起組成乳腺生物反應器D．以大腸桿菌為受體細胞生產的胰島素，其結構可能與人體自身的胰島素不完全相同解析：基因工程育種能根據人類的生產生活需求，定向改造生物性狀，A正確；可利用轉基因的工程菌大規模生產藥物，如細胞因子、抗體、疫苗、激素等，B正確；制備乳腺生物反應器時，將目的基因(藥用蛋白基因)和受精卵中乳腺蛋白基因的啟動子重組，轉基因動物就能通過分泌乳汁來生產藥品，稱為乳腺生物反應器，C錯誤；大腸桿菌是原核生物，無內質網和高爾基體，無法對胰島素進行加工，以大腸桿菌為受體細胞生產的胰島素，其結構可能與人體自身的胰島素不完全相同，D正確。2．胰島素是治療糖尿病的特效藥，但天然胰島素在人體內的壽命只有幾個小時。重癥患者每天需要注射多次藥物，增加了痛苦。通過蛋白質工程改變蛋白質的空間結構，以延長蛋白質的半衰期，可得到長效胰島素，還可以增強其穩定性。如圖是通過蛋白質工程獲得長效胰島素的過程。請分析回答：(1)構建新的蛋白質模型是蛋白質工程的關鍵，圖中構建新蛋白質模型的主要依據是__蛋白質(胰島素)的預期功能__。(2)通過人工合成DNA形成的新基因應與__載體__結合后，轉移到__大腸桿菌等受體細胞__中，才能準確表達。(3)若要利用大腸桿菌生產上述長效胰島素，需要用到的生物工程有__蛋白質工程__和發酵工程。(4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是__根據新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成新的胰島素基因__。3．(2024·淮安調研)乙烯具有促進果實成熟的作用，ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄細胞合成乙烯的兩個關鍵酶。利用反義DNA技術(原理見圖1)，可以抑制這兩個基因的表達，從而使番茄具有耐儲存、宜運輸的優點，圖2為融合ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因的反義表達載體的結構示意圖。eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖1反義基因技術示意圖))eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖2反義基因表達載體))(1)從番茄體內提取RNA作為模板，通過__逆轉錄(或反轉錄)__合成ACC氧化酶和ACC合成酶基因，合成的基因中__不含__(選填“含”或“不含”)啟動子區域。(2)該技術首先需要合成ACC氧化酶和ACC合成酶的融合基因，通過PCR合成出的ACC氧化酶基因兩端分別含限制酶BamHⅠ和XbaⅠ的酶切位點，ACC合成酶基因兩端含SacⅠ和XbaⅠ的酶切位點，用限制酶__XbaⅠ__對上述兩個基因進行酶切，再用DNA連接酶處理形成融合基因，相應的表達載體應用限制酶__BamHⅠ和SacⅠ__進行切割，確保融合基因能夠插入載體中。(3)圖2中的啟動子2A11為特異性啟動子，為了達到目的，啟動子2A11應在番茄的__果實__(器官)中特異性啟動基因轉錄。將融合基因__反向__(選填“正向”或“反向”)插入啟動子下游即可構成反義融合基因。將圖中表達載體與農桿菌菌液混合后，接種在含有__卡那霉素__的培養基中，可篩選出含有反義融合基因的農桿菌，再利用農桿菌轉化法獲得轉基因番茄。2A11啟動子和反義融合基因都應該位于T－DNA片段內，原因是__T－DNA可整合到植物細胞的染色體DNA上__。(4)在檢測番茄細胞中是否存在反義融合基因時，__不能__(選填“能”或“不能”)用放射性標記的ACC氧化酶基因片段做探針進行檢測，理由是__番茄細胞內本來就存在ACC氧化酶基因__。(5)研究人員嘗試從個體水平鑒定轉基因是否成功，請設計實驗方案并預測實驗結果：__取轉基因番茄和非轉基因番茄，檢測其乙烯含量(或同等條件下成熟程度)，若轉基因番茄乙烯含量低(或成熟程度低)，說明轉基因成功__。解析：(1)由RNA合成DNA的過程是逆轉錄過程；由于mRNA中沒有啟動子、終止子的對應堿基序列，且轉錄后內含子對應的堿基序列被切除，從部分基因文庫中獲取的DNA沒有啟動子、內含子和終止子等。(2)因為合成出的ACC氧化酶基因兩端分別含限制酶BamHⅠ和XbaⅠ的酶切位點，ACC合成酶基因兩端含SacⅠ和XbaⅠ的酶切位點，所以都可以用XbaⅠ對上述兩個基因進行酶切，再將得到的兩個基因用DNA連接酶連接形成融合基因，最后對相應的Ti質粒應用限制酶BamHⅠ和SacⅠ切割，把融合基因插入載體中。(3)分析題意可知，ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄細胞合成乙烯的兩個關鍵酶，本技術是為了使番茄具有耐儲存、宜運輸的優點，故為了達到目的，啟動子2A11應在番茄的果實中特異性啟動基因轉錄；為了實現圖1中反義基因的效果，將融合基因反向插入啟動子2A11的下游即可構成反義融合基因。將圖中表達載體與農桿菌菌液混合后，接種在含有卡那霉素的培養基中，能夠存活的農桿菌含有反義融合基因，將篩選出含有反義融合基因的農桿菌再利用農桿菌轉化法獲得轉基因番茄；由于T－DNA可整合到植物細胞的染色體DNA上，故2A11啟動子和反義融合基因都應該位于T－DNA片段內。(4)由于番茄細胞內本來就存在ACC氧化酶基因，故在檢測番茄細胞中是否存在反義融合基因時，不能用放射性標記的ACC氧化酶基因片段做探針進行檢測。配套精練一、單項選擇題1．人凝血酶Ⅲ是一種分泌蛋白，可預防和治療急慢性血栓。重組人凝血酶Ⅲ是世界上首個上市的動物乳腺生物反應器生產的重組蛋白藥物。下列有關說法正確的是(B)A．可從人細胞中提取mRNA后利用PCR技術獲取和擴增目的基因B．目的基因的上游需連接在乳腺細胞中特異表達基因的啟動子C．用顯微注射技術將表達載體導入乳腺細胞來獲得轉基因動物D．用大腸桿菌作為受體細胞，可獲得活性高的人凝血酶Ⅲ解析：可從人細胞中提取RNA后利用逆轉錄PCR技術獲取目的基因，A錯誤；動物乳腺生物反應器需要使目的基因在乳腺細胞中表達，目的基因的上游需連接在乳腺細胞中特異表達基因的啟動子，B正確；動物受精卵全能性最高，應用顯微注射技術將表達載體導入受精卵來獲得轉基因動物，C錯誤；活性高的人凝血酶Ⅲ具有一定的空間結構，需要內質網和高爾基體的加工，但大腸桿菌是原核生物，不具有加工分泌蛋白的內質網和高爾基體，D錯誤。2．(2023·南京江寧測試)關于利用乳房生物反應器生產人白蛋白的轉基因牛的敘述，正確的是(D)A．“轉基因動物”是指體細胞中出現了新基因的動物B．所謂“提高基因表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白基因C．人們只有在轉基因牛的乳汁中才能獲取人白蛋白，是因為人白蛋白基因只在轉基因牛的乳腺細胞中是純合的，而在其他細胞中則是雜合的D．轉基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因，但因種種原因，不發生轉錄、翻譯，故不能合成人白蛋白解析：“轉基因動物”是指導入外源基因的動物，A錯誤；所謂“提高基因表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞表達出更多的人白蛋白，B錯誤；人們只有在轉基因牛的乳汁中才能獲取人白蛋白，是因為人白蛋白基因只在轉基因牛的乳腺細胞中才表達，C錯誤。3．(2024·南京調研)研究人員制備一種膀胱生物反應器，用其制備獲得人體特殊功能蛋白A的基本過程如下圖所示。下列敘述正確的是(C)A．步驟①和②所代表的操作分別是顯微注射、體外受精B．誘導雌性動物超數排卵所飼喂的激素能作用于特定細胞C．從卵巢采集的卵子通常需要培養成熟后與獲能的精子進行體外受精D．早期胚胎培養過程中通常在培養液中通入5%的CO2刺激細胞呼吸解析：圖中①表示將目的基因導入受體細胞，該過程是導入動物受精卵，常用顯微注射法，而②表示早期胚胎培養，A錯誤；誘導雌性動物超數排卵的激素是促性腺激素，該激素屬于蛋白質類激素，飼喂會被分解而失去作用，B錯誤；從卵巢采集的卵子通常需要培養成熟后(培養到減數分裂Ⅱ中期)才可與獲能的精子進行體外受精，C正確；早期胚胎培養過程中通常在培養液中通入5%的CO2，目的是維持培養液的pH，D錯誤。4．下圖為蛋白質工程操作的基本思路，下列敘述不正確的是(D)A．代表蛋白質工程操作思路的過程是④⑤B．代表中心法則內容的是①②C．①代表轉錄，②代表翻譯，④代表分子設計，⑤代表DNA合成D．蛋白質工程的目的是對基因的結構進行分子設計，通過基因合成或改造實現解析：蛋白質工程的目的是對蛋白質的結構進行分子設計，通過基因合成或改造實現，D錯誤。5．我國科研人員在實驗室中通過構建多種酶催化體系的方法，首次實現了在細胞外從二氧化碳固定到合成淀粉的過程。下列有關敘述錯誤的是(C)A．可采用PCR技術從不同物種的基因組中擴增得到多酶催化體系中的目標酶基因B．在多酶催化體系中，可能會因為酶的最適反應條件不同而使反應中斷C．該方法可在分子水平上直接改變氨基酸的序列，實現對酶特性的改造和優化D．若該科研成果成熟后推廣應用，將有助于擺脫耕地和自然環境限制，解決糧食危機解析：該方法可在分子水平上改造基因的堿基序列，間接改變氨基酸的序列，實現對酶特性的改造和優化。6．受傷的雙子葉植物產生的酚類化合物可誘導毒力效應蛋白(Vir)基因表達產生Vir蛋白，其中VirD1/D2蛋白復合體可將Ti質粒上的一段T－DNA單鏈(T鏈)切下并形成VirD2－T鏈復合物。轉移至植物細胞中的VirD2－T鏈復合物結合VirE2等蛋白形成T復合體進入細胞核，將T鏈隨機整合到植物染色體上。相關敘述錯誤的是(D)A．農桿菌轉化法將目的基因導入水稻細胞，可用酚類化合物處理提高轉化效率B．VirD2－T鏈復合物結合VirE2等蛋白形成T復合體可避免T－DNA的胞內降解C．T－DNA的整合具有隨機性，需經過篩選(抗性、熒光等)獲得符合要求的轉化苗D．T－DNA整合至植物細胞染色體上的過程不需要DNA聚合酶和DNA連接酶解析：農桿菌容易感染雙子葉植物和裸子植物，對單子葉植物(如水稻)沒有感染力，因為多數單子葉植物不能合成酚類化合物，可以通過在傷口施加相關酚類化合物而使單子葉植物成為農桿菌易感染的植物，從而提高轉化效率，A正確；VirD2－T鏈復合物結合VirE2等蛋白形成T復合體進入細胞核，將T鏈隨機整合到植物染色體上，可避免T－DNA在細胞內被降解，B正確；因為T－DNA的整合是隨機的，經過轉化的植物不一定都得到目的表型，還需經過篩選(抗性、熒光等)才能獲得符合要求的轉化苗，C正確；T－DNA隨機整合到植物細胞染色體上需要DNA連接酶，D錯誤。二、多項選擇題7．基因工程自20世紀70年代興起后，在農牧業、醫藥衛生和食品工業等方面得到了飛速的發展。下列關于基因工程應用的敘述，正確的是(BD)A．為增加器官的來源，可對豬的器官進行改造以促進抗原決定基因的表達B．將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組，可降低乳汁中乳糖含量C．作為乳腺生物反應器的動物體內只有乳腺細胞含目的基因D．將牛凝乳酶基因導入黑曲霉中，再通過工業發酵可生產凝乳酶解析：為增加器官的來源，可利用基因工程方法對豬的器官進行改造，將器官供體基因組導入某種調節因子，抑制或除去抗原決定基因，再通過誘導技術克隆豬器官代替人器官進行移植，A錯誤；作為乳腺生物反應器的動物體內所有細胞都含有目的基因，但是只有乳腺細胞才能表達目的基因，C錯誤。8．(2024·如皋期初)某生物制品公司將人的干擾素基因導入酵母菌生產人的干擾素，過程如下圖所示。相關敘述正確的是(ABD)A．過程①可以提取mRNA通過RT－PCR技術獲得，需用到逆轉錄酶和Taq酶B．過程②能實現的分子基礎是細菌質粒和干擾素基因均為雙螺旋結構C．帶干擾素基因的質粒上必須有起始密碼，才能驅動干擾素基因的表達D．使用酵母菌作為受體細胞與使用大腸桿菌相比，優點是可以對干擾素進行加工解析：過程①是目的基因的獲取，可以提取mRNA通過RT－PCR技術獲得，通過逆轉錄形成cDNA，需用到逆轉錄酶和Taq酶，A正確；過程②是基因表達載體的構建，能實現的分子基礎是細菌質粒和干擾素基因均為雙螺旋結構，這樣才能正常導入，B正確；起始密碼是位于mRNA上的，不在基因上，C錯誤；大腸桿菌為原核生物，而酵母菌為真核生物，細胞內含有內質網和高爾基體等，使用酵母菌作為受體細胞與使用大腸桿菌相比，優點是可以對干擾素進行加工，D正確。9．(2023·海安中學)Cre/loxP系統由Cre重組酶和兩個loxP序列組成，常用于條件性基因操作。Cre重組酶可以介導兩個loxP序列之間發生重組。loxP序列具有方向性，方向相同的loxP序列之間才能發生重組。根據上述信息，以下說法錯誤的是(BCD)A．當2個loxP序列在同一基因的兩側同方向存在時，可以將該基因切除B．當3個loxP序列在同一DNA上同方向存在時，最多形成2種重組的方式C．當2個loxP序列在同一基因的兩側反方向存在時，無法造成該基因的突變D．利用該系統對目的基因進行突變，需要在該基因兩側插入同方向loxP序列解析：如果2個loxP位點位于同一基因的兩側且方向相同時，Cre重組酶介導loxP間的序列切除，A正確；當3個loxP序列在同一基因的兩側且方向相同時，Cre重組酶介導loxP間的序列切除，因此最多形成3種重組的方式，B錯誤；如果兩個loxP位點位于同基因上且方向相反時，Cre重組酶介導loxP間的序列反轉，可以造成基因突變，C錯誤；在該基因兩側插入同方向的loxP序列，可以將該基因切除，D錯誤。三、非選擇題10．(2023·蘇州期中)棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)在昆蟲體內脂質轉運中發揮重要作用。為了明確載脂蛋白受體(LpR)基因在其卵巢發育及饑餓脅迫中的功能，科研人員研究了棉鈴蟲不同發育階段以及饑餓處理對該基因表達的影響。這有助于解析載脂蛋白受體(LpR)基因參與棉鈴蟲卵巢發育過程中脂質轉運以及應對饑餓脅迫的作用。請回答下列問題：(1)獲取棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)基因：將棉鈴蟲樣品置于預冷的研缽內，加入液氮研磨成粉末后迅速提取__總RNA(RNA)__，經__逆轉錄(反轉錄)__得到cDNA。(2)體外擴增棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)基因：①PCR加樣操作：將上述cDNA作為PCR反應的模板，并設計一對特異性引物來擴增目的基因，該PCR反應體系中除模板和引物外，還需加入緩沖液(含Mg2+)、__TaqDNA聚合酶(耐高溫的DNA聚合酶)__、__4種脫氧核苷酸(dNTP)__、H2O等。②設置PCR反應程序：PCR每次循環一般可以分為__變性__、__復性__和延伸三步，在延伸過程中，脫氧核苷酸連接在引物的__3′__端。(3)PCR結果分析：eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖1))eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖2))注：圖1Egg：卵；1st：1齡幼蟲；2nd：2齡幼蟲；3rd：3齡幼蟲；4th：4齡幼蟲；5th：5齡幼蟲；6th：6齡幼蟲；P：蛹期；F：雌成蟲；M：雌成蟲。①圖1為棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)基因在棉鈴蟲不同發育階段的表達情況。據圖可發現，棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)基因在__雌成蟲(F)__中高表達，推測棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)可能與雌蟲的生殖行為相關；同樣的，該基因在卵內也高表達，這可能與__脂質__作為胚胎發育期的重要營養物質相關。②圖2為饑餓脅迫對棉鈴蟲雌成蟲卵巢中載脂蛋白受體(LpR)基因表達的影響，據圖推測饑餓脅迫處理導致昆蟲產卵量降低可能跟__載脂蛋白受體(LpR)基因表達受到抑制，從而減少了卵巢對脂質的攝入__有關。解析：(1)通過逆轉錄法獲得棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)基因，首先將棉鈴蟲樣品置于預冷的研缽內，加入液氮研磨成粉末后迅速提取總RNA，然后經逆轉錄得到cDNA。(2)①將上述cDNA進行PCR擴增，反應體系中除模板和引物外，還需加入緩沖液(含Mg2+)、TaqDNA聚合酶、4種脫氧核苷酸、H2O等。②PCR每次循環一般可以分為變性、復性和延伸三步，在延伸過程中，由于子鏈合成都是從5′端到3′端，因此脫氧核苷酸連接在引物的3′端。(3)①由圖1可知，棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)基因在F(雌成蟲)中高表達，推測棉鈴蟲載脂蛋白受體(LpR)可能與雌蟲的生殖行為相關。同樣該基因在卵內(Egg)也高表達，這可能與脂質作為胚胎發育期的重要營養物質相關。②由圖2可知，隨著時間延長，清水組(饑餓處理)載脂蛋白受體(LpR)基因表達相對值降低，說明載脂蛋白受體(LpR)基因表達受到抑制，從而減少了卵巢對脂質的攝入，從而導致昆蟲產卵量降低。11．(2023·遼寧卷)天然β－淀粉酶大多耐熱性差，不利于工業化應用。我國學者借助PCR改造β－淀粉酶基因，并將改造的基因與pLN23質粒重組后導入大腸桿菌，最終獲得耐高溫的β－淀粉酶。回答下列問題：(1)上述過程屬于__蛋白質__工程。(2)PCR中使用的聚合酶屬于__③__(填寫編號)。①以DNA為模板的RNA聚合酶②以RNA為模板的RNA聚合酶③以DNA為模板的DNA聚合酶④以RNA為模板的DNA聚合酶(3)某天然β－淀粉酶由484個氨基酸構成，研究發現，將該酶第476位天冬氨酸替換為天冬酰胺，耐熱性明顯提升。在圖1所示的β－淀粉酶基因改造方案中，含已替換堿基的引物是__②__(填寫編號)。eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖1))(4)為了使上述改造后的基因能在大腸桿菌中高效表達，由圖2所示的pLN23質粒構建得到基因表達載體。除圖示信息外，基因表達載體中還應該有目的基因(即改造后的基因)和__標記基因__。eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖2))(5)目的基因(不含EcoRⅠ酶切位點)全長為1.5kb，將其插入BamHⅠ位點。用EcoRⅠ酶切來自不同大腸桿菌菌落的質粒DNA，經瓊脂糖凝膠電泳確定DNA片段長度，這一操作的目的是__篩選導入目的基因的大腸桿菌__。正確連接的基因表達載體被EcoRⅠ酶切后長度為__5.7__kb。(6)采用PCR還能在分子水平上確定目的基因是否轉錄，根據中心法則，可通過__逆轉錄__反應獲得PCR的模板。解析：(1)根據蛋白質的功能改變基因的結構，最終獲得耐高溫的β－淀粉酶，這屬于蛋白質工程。(2)PCR的原理是DNA雙鏈復制，利用的酶是耐熱的DNA聚合酶，合成子鏈時是以DNA為模板。(3)根據β－淀粉酶的編碼序列，替換的堿基在編碼序列中，則利用的引物應該把編碼序列全部擴增在內，則所用的引物是②③，再結合題意可知，β－淀粉酶第476位氨基酸替換，則含已替換堿基的引物是②。(4)作為基因工程載體的質粒應該包含：復制原點、限制酶的切割位點、標記基因、啟動子和終止子，根據圖示的表達載體可知應還要包括目的基因和標記基因。(5)目的基因通過表達載體導入大腸桿菌中，大腸桿菌菌落的質粒DNA，經瓊脂糖凝膠電泳確定DNA片段長度，這一操作的目的是篩選出導入目的基因的大腸桿菌。正確連接的基因表達載體只有一個EcoRⅠ酶切位點，則切割后的長度為4.2＋1.5＝5.7kb。(6)轉錄是以DNA為模板合成RNA的過程，通過PCR在分子水平上確定目的基因是否轉錄，則需要以RNA為模板逆轉錄出DNA作為PCR反應的模板。12．(2023·海門中學)科學家將CRISPR/Cas9基因編輯系統導入農桿菌Ti質粒并進行改造，通過同源重組實現目的基因的精確插入，利用該方法已培育出了耐寒的玉米新品種(轉入CXE－20耐寒基因，其表達產物CXE－20蛋白是一種植物獲得耐寒性不可或缺的防冷凍蛋白)。圖1表示構建轉基因耐寒玉米重組質粒的過程，其中Cas9－gRNA是CRISPR/Cas9基因編輯系統基因，HRA是抗除草劑基因，HR1和HR2是同源重組序列，圖2表示重組質粒與受體細胞核DNA重組的過程。請回答：eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖1))eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖2))(1)限制酶BamHⅠ、SacⅠ、HindⅢ、EcoRⅠ的識別序列分別是G↓GATCC、GAGCT↓C、A↓AGCTT、G↓AATTC，過程①所用引物如下，則過程②使用的限制酶是__SacⅠ和EcoRⅠ__。5′－CGCGAGCTCATGAGAAAGGGCCCGTGG－3′5′－CGGAATTCCTATCCCCAGAGAGGTAGCGA－3′(2)如圖3表示Cas9－gRNA復合體切割DNA的示意圖，其靶序列是5′－CGAAAG……GTACGT－3′，根據圖中靶序列設計的gRNA中相應序列是__5′－ACGUAC……CUUUCG－3′__，Cas9－gRNA復合體切割DNA的__磷酸二酯__鍵使其斷裂。eq\o(\s\up7(),\s\do5(圖3))(3)用重組質粒轉化玉米幼胚后，在培養基中加入__除草劑__篩選出導入目的基因幼胚。在轉化玉米的過程中，使用改造后的Ti質粒的優點是__能