第59講基因工程的應用和蛋白質工程高中總復習·生物課程標準1.

舉例說明基因工程在農牧業、醫藥衛生及食品工業領域等方面的廣泛應

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、生產目標蛋白

的過程。1.破考點·抓必備2.研真題·扣教材3.驗收效·提能力目錄Contents01破考點·抓必備梳理歸納，鞏固基本知識考點一基因工程的應用1.

基因工程的一般應用2.

乳腺生物反應器cc提醒乳腺生物反應器是利用轉基因動物的乳汁生產藥用蛋白，而膀胱生物

反應器是利用轉基因動物的尿液生產藥用蛋白，其優點是不受動物的性

別、生長發育時期的限制，提取簡單高效。3.

利用基因工程菌生產藥物cc

1.

（選擇性必修3

P88正文）為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草

劑基因時只能以受精卵為受體。

（

×

）提示：對于植物來說受體細胞可以是普通的體細胞。2.

（選擇性必修3

P88正文）科學家利用轉基因技術培育了抗玉米螟玉

米，種植該玉米的農田就不需要進行防蟲管理了。

（

×

）提示：轉基因抗玉米螟玉米能夠抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害蟲?！痢?.

（選擇性必修3

P89正文）外源生長激素基因的表達可以使轉基因動物

生長得更快。

（

√

）4.

（選擇性必修3

P90正文）乳腺生物反應器是將藥用蛋白基因導入動物

的乳腺細胞中。

（

×

）提示：乳腺生物反應器是將藥用蛋白基因導入哺乳動物的受精卵中，但該

基因在乳腺細胞中表達。5.

（選擇性必修3

P90資料卡）由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直

接應用。

（

×

）提示：大腸桿菌細胞中沒有內質網、高爾基體等細胞器，獲得人的干擾素

后要經過進一步的加工和修飾才具有生物活性?！獭痢?/p>

1.

（2025·福建寧德期末）利用轉基因山羊乳腺生物反應器生產丁酰膽堿

酯酶，可治療有機磷中毒。下列敘述錯誤的是（

）A.

應該用山羊乳腺中特異表達的基因的啟動子構建基因表達載體B.

通過體細胞克隆可將丁酰膽堿酯酶基因傳遞給子代C.

通過顯微注射技術將基因表達載體導入山羊乳腺細胞D.

山羊乳腺細胞可將肽鏈加工成具有一定空間結構的丁酰膽堿酯酶√解析：

要得到轉基因山羊乳腺生物反應器，在構建基因表達載體時需

要山羊乳腺中特異表達的基因的啟動子，使目的基因只在乳腺細胞中表

達，A正確；通過顯微注射技術將基因表達載體導入山羊受精卵，C錯誤；

山羊乳腺細胞中含有內質網和高爾基體，可將肽鏈加工成具有一定空間結

構的丁酰膽堿酯酶，D正確。2.

（2025·山東煙臺模擬）紅細胞生成素（EPO）是人體內促進紅細胞生成的一種糖蛋白，可用于治療腎衰性貧血等疾病。由于天然EPO來源極為有限，某科研團隊采用基因工程培育轉基因羊作為乳腺生物反應器，使其能合成EPO。下列有關敘述錯誤的是（

）A.

構建基因表達載體時，需將EPO基因插入乳腺蛋白基因的啟動子的下游B.

一般情況下，該轉基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺細胞中表達C.

用顯微注射技術將含EPO基因的表達載體導入羊的乳腺細胞中可合成

并提取EPOD.

用PCR擴增人的EPO基因，需要一段已知的EPO基因核苷酸序列√解析：

啟動子是一段特殊序列結構的DNA片段，位于基因的上游，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，故構建基因表達載體時需將EPO基因（目的基因）插入乳腺蛋白基因的啟動子的下游，A正確；采用基因工程培育的轉基因羊作為乳腺生物反應器，能合成EPO，所以一般情況下，該轉基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺細胞中表達，B正確；用顯微注射技術將含EPO基因的表達載體導入羊的受精卵（將來發育成雌性個體）中，待其發育到一定階段可合成并提取EPO，C錯誤；用PCR擴增人的EPO基因，前提是需要一段已知的EPO基因核苷酸序列，以便根據這一序列合成引物，D正確。考點二蛋白質工程1.

蛋白質工程的概念2.

蛋白質工程的基本原理cccc3.

蛋白質工程的應用（1）醫藥工業方面：研發藥物，如延長干擾素的保存時間；降低小鼠單

克隆抗體誘發免疫反應的強度。（2）其他工業方面：改進酶的性能或開發新的工業用酶。（3）農業方面：通過改造某些參與調控光合作用的酶，增加糧食的產

量；改造微生物蛋白質的結構，設計優良微生物農藥，防治病蟲害。

1.

（選擇性必修3

P93正文）蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出

來的第二代基因工程，是涉及多學科的綜合科技工程。

（

√

）2.

（選擇性必修3

P93正文）蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直

接進行操作，定向改造分子的結構。

（

×

）提示：蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作

為基礎，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，以滿足人類生產和生活的需求。√×3.

（選擇性必修3

P94正文）蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基

酸序列。

（

×

）提示：蛋白質工程改變的是蛋白質分子的少數氨基酸。4.

（選擇性必修3

P96到社會中去）蛋白質工程的應用為酶制劑產業的發

展提供了強大助力。

（

√

）×√

1.

（2025·湖北孝感高中質檢）如圖表示蛋白質工程的操作過程，相關說

法錯誤的是（

）A.a、b過程分別是轉錄、翻譯B.

蛋白質工程中對蛋白質分子結構的了解是非常關鍵的工作C.

蛋白質工程是完全擺脫基因工程技術的一項全新的生物工程技術D.

蛋白質工程中可能構建出一種全新的基因√解析：

a過程是以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的轉錄過程，b過程

是以mRNA為模板合成具有一定氨基酸序列的多肽鏈的翻譯過程，A正

確；蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為

基礎，通過改造或合成基因，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋

白質，以滿足人類的生產和生活需求，因此蛋白質工程中對蛋白質分子結

構的了解是非常關鍵的工作，B正確；蛋白質工程是在基因工程的基礎

上，延伸出來的第二代基因工程，C錯誤；蛋白質工程中，可能根據已經

明確的蛋白質的結構構建出一種全新的基因，D正確。2.

（2025·山東聊城模擬）人體內的tPA蛋白能高效降解由血纖維蛋白凝聚

而成的血栓，然而為心肌梗死患者注射大劑量的基因工程tPA會誘發顱內

出血，其原因是tPA與血纖維蛋白結合的特異性不高。研究證實，通過某

技術將tPA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，可制造出性能優異的改良tPA蛋

白，進而顯著降低出血副作用。下列敘述正確的是（

）A.

該技術的關鍵是知道tPA蛋白基因的分子結構B.

該技術生產改良tPA蛋白的過程遵循中心法則C.

該技術是在蛋白質分子水平上直接改造蛋白質D.

該技術制造出的蛋白質在自然界早已存在√解析：

將tPA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸需要采用蛋白質工程技術，

該技術的關鍵是了解tPA蛋白的分子結構，A錯誤；該技術生產改良tPA蛋

白的過程遵循中心法則，B正確；該技術是在基因分子水平上通過改造基

因來實現對蛋白質的改造，C錯誤；該技術制造出的蛋白質是自然界不存

在的蛋白質，D錯誤。02研真題·扣教材探究分析，培養核心技能1.

（2022·江蘇高考6題）采用基因工程技術調控植物激素代謝，可實現作

物改良。下列相關敘述不合理的是（

）A.

用特異啟動子誘導表達iaaM（生長素合成基因）可獲得無子果實B.

大量表達ipt（細胞分裂素合成關鍵基因）可抑制芽的分化C.

提高ga2ox（氧化赤霉素的酶基因）的表達水平可獲得矮化品種D.

在果實中表達acs（乙烯合成關鍵酶基因）的反義基因可延遲果實成熟√解析：

生長素能促進果實發育，用特異啟動子誘導表達iaaM（生

長素合成基因）可獲得無子果實，A正確；大量表達ipt（細胞分裂素

合成關鍵基因），細胞分裂素含量升高，細胞分裂素和生長素的比例

高時，有利于芽的分化，B錯誤；赤霉素能促進細胞伸長，從而引起莖

稈伸長和植株增高，提高ga2ox（氧化赤霉素的酶基因）的表達水平使

赤霉素含量降低，從而獲得矮化品種，C正確；乙烯有催熟作用，在果

實中表達acs（乙烯合成關鍵酶基因）的反義基因，即是抑制乙烯的合

成，果實成熟會延遲，D正確。2.

（2021·遼寧高考14題）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（

）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：

在腈水合酶（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，即

加入連接肽需要通過改造基因實現，B正確；N1為蛋白質，蛋白質的合成

需要經過轉錄和翻譯兩個過程，C正確；酶具有高效性，檢測N1的活性需

先將其置于高溫環境，再與底物充分混合，D錯誤。溯源教材（1）每一種蛋白質分子都有與它所承擔功能相適應的獨特結構，如果氨

基酸序列改變或蛋白質的空間結構改變，就可能會影響其功能。

（見必

修1

P31正文）（2）酶的催化效率是無機催化劑的107～1013倍。

（見必修1

P81正文）（3）基因通過轉錄和翻譯來合成蛋白質。

（見必修2

P65～66正文）（4）蛋白質工程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。

（見選擇性必修3

P93正文）3.

（2024·河北高考22題）新城疫病毒可引起家禽急性敗血性傳染病，我

國科學家將該病毒相關基因改造為r2HN，使其在水稻胚乳特異表達，制備

獲得r2HN疫苗，并對其免疫效果進行了檢測?；卮鹣铝袉栴}：（1）實驗所用載體的部分結構及其限制酶識別位點如圖1所示。其中GtP

為啟動子，若使r2HN僅在水稻胚乳表達，GtP應為

?

啟動子。Nos為終止子，其作用為

。r2HN基因內部不含

載體的限制酶識別位點。因此，可選擇限制酶

和

?

對r2HN基因與載體進行酶切，用于表達載體的構建。胚乳特異表達基因

的終止轉錄Hind

ⅢEcoR

Ⅰ

解析：

基因表達載體的構建是基因工程實施的重要環節。植物基因

組含有多種類型的啟動子，如果使r2HN在水稻胚乳特異表達，基因表達載

體需要使用水稻胚乳特異表達基因的啟動子。表達載體中終止子的作用是

使目的基因的轉錄完成后及時終止。在構建基因表達載體時，選用的限制

酶不能破壞載體的啟動子、終止子等關鍵元件。若選用Kpn

Ⅰ會破壞啟動

子，選用Sac

Ⅰ會造成終止子的缺失，因此只能選用Hind

Ⅲ和EcoR

Ⅰ對

r2HN基因與載體進行酶切。（2）利用

方法將r2HN基因導入水稻愈傷組織。為檢測

r2HN表達情況，可通過PCR技術檢測

，通過

?

技術檢測是否翻譯出r2HN蛋白。解析：

對于植物遺傳轉化而言，目前應用較廣泛的是農桿菌轉化法

和花粉管通道法。本題對水稻愈傷組織的遺傳轉化只能采用上述兩種方法

中的農桿菌轉化法。目的基因表達包含兩個階段，即DNA轉錄和翻譯。檢

測r2HN是否成功表達，可利用PCR技術檢測r2HN是否轉錄，通過抗原—抗

體雜交技術檢測是否翻譯出目的蛋白。農桿菌轉化r2HN是否轉錄抗原—抗

體雜交（3）獲得轉基因植株后，通常選擇單一位點插入目的基因的植株進行研

究。此類植株自交一代后，r2HN純合體植株的占比為

。選擇純合

體進行后續研究的原因是

?。解析：

利用轉基因技術獲得的單一位點插入r2HN基因的水稻植株相

當于雜合子，自交一代即可獲得1/4的r2HN純合體植株。純合體植株自交

后代不發生性狀分離，更有利于進行后續研究。1/4子代不發生性狀分離（4）制備r2HN疫苗后，為研究其免疫效果，對實驗組雞進行接種，對照

組注射疫苗溶劑。檢測兩組雞體內抗新城疫病毒抗體水平和特異應答的

CD8＋T細胞（細胞毒性T細胞）水平，結果如圖2所示。據此分析，獲得的

r2HN疫苗能夠成功激活雞的

免疫和

免疫。體液細胞解析：由圖2的免疫實驗結果可知，當接種r2HN疫苗后，實驗組雞體內抗新城疫病毒抗體水平和特異應答的CD8＋T細胞水平均顯著高于對照組，說明該疫苗既可激活體液免疫，也可激活細胞免疫，進而提高機體對新城疫病毒的免疫力。（5）利用水稻作為生物反應器生產r2HN疫苗的優點是

?

?

。（答出兩點即可）解析：

利用水稻作為生物反應器生產r2HN疫苗具有多方面的優點，如水稻自花傳粉不易發生基因污染、安全性高，水稻種子蛋白易純化，水稻轉基因技術更加成熟，生產成本低。生產成本低；轉

基因水稻易獲得（或安全性高或種子蛋白易純化或水稻自花傳粉不易發生

基因污染）4.

（2024·湖南高考21題）百合具有觀賞、食用和藥用等多種價值，科研

人員對其進行了多種育種技術研究?；卮鹣铝袉栴}：（1）體細胞雜交育種。進行不同種百合體細胞雜交前，先用

?

去除細胞壁獲得原生質體，使原生質體融合，得到雜種細胞

后，繼續培養，常用

（填植物激素名稱）誘導愈

傷組織形成和分化，獲得完整的雜種植株。解析：

因植物細胞細胞壁的成分主要是纖維素和果膠，因此獲得原生質體的方法是用纖維素酶和果膠酶對植物細胞進行處理。得到原生質體后使原生質體融合，形成雜種細胞，再用生長素和細胞分裂素誘導愈傷組織形成和分化，從而獲得完整的雜種植株。纖維素酶

和果膠酶生長素和細胞分裂素（2）單倍體育種。常用

的方法來獲得單倍體植株，鑒

定百合單倍體植株的方法是

?

?。解析：獲得單倍體植株的常用方法是花藥離體培養；鑒定百合單倍體植株的方法是利用顯微鏡觀察根尖有絲分裂中期細胞中染色體的數目，如果染色體數目減少一半，則獲得的植株即為單倍體植株?；ㄋ庪x體培養利用顯微鏡觀察根尖有絲分裂中期細胞中染

色體的數目（3）基因工程育種。研究人員從野生百合中獲得一個抵抗尖孢鐮刀菌侵

染的基因pL，該基因及其上游的啟動子pL和下游的終止子結構如圖a。圖b

是一種Ti質粒的結構示意圖，其中基因gus編碼GUS酶，GUS酶活性可反

映啟動子活性。①研究腐原微生物對L的啟動子pL活性的影響。從圖a所示結構中獲取L，

首先選用

酶切，將其與相同限制酶酶切的Ti質粒連

接，再導入煙草。隨機選取3組轉基因成功的煙草（P1、P2和P3）進行病

原微生物脅迫，結果如圖c。由此可知：三種病原微生物都能誘導pL的活

性增強，其中

的誘導作用最強。Hind

Ⅲ、BamH

Ⅰ交鏈格孢②現發現栽培種百合B中也有L，但其上游的啟動子與野生百合不同，且抗

病性弱。若要提高該百合中L的表達量，培育具有高抗病原微生物能力的

百合新品種，簡要寫出實驗思路

?

?。利用轉基因技術將百合B中L基因的啟動

子替換為野生百合中L基因的啟動子pL解析：

根據目的片段以及質粒上限制酶的識別位點，若要獲得L并連

接到質粒上，可選用限制酶Hind

Ⅲ、BamH

Ⅰ進行酶切，以替換Ti質粒中

的啟動子，從而達到根據GUS酶活性反映啟動子活性的目的。根據圖c的結

果可知，交鏈格孢處理的每一組轉基因煙草中的GUS酶活性都最高，可確定其誘導作用最強。欲培育具有高抗病原微生物能力的百合新品種，可利用轉基因技術將百合B中L基因的啟動子替換為野生百合中L基因的啟動子pL。5.

（2022·湖南高考22題）水蛭是我國的傳統中藥材，主要藥理成分水蛭

素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工

程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性?；卮鹣铝袉栴}：（1）蛋白質工程流程如圖所示，物質a是

，物質b

是

。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻

相同，原因是

?。多肽鏈mRNA密碼子具有簡并性解析：

天然蛋白質合成的過程是按照中心法則進行的，而蛋白質工

程卻與之相反，它的基本思路是：從預期的蛋白質功能出發→設計預期的

蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序

列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質，因此圖中的物質a是具

有特定氨基酸序列的多肽鏈，物質b是mRNA，在生產過程中，物質b可能

不同，合成的蛋白質空間構象相同的原因是密碼子具有簡并性，即一種氨

基酸可能有幾個密碼子。（2）蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方

法有

、

?

和利用PCR技術擴增。PCR技術遵循的基本原理是

?

?。解析：

基因工程中獲取目的基因的常用方法有從基因文庫中獲取目

的基因、通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成和利用PCR技術擴增；

PCR技術遵循的基本原理是DNA的半保留復制。從基因文庫中獲取目的基因通過DNA合成儀用化學方法直接

人工合成DNA的半

保留復制（3）將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的

肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝

血活性差異主要與肽的

（填“種類”或“含量”）有關，導致其

活性不同的原因是

?

?。

種類提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同，

導致水蛭蛋白空間結構有不同程度的破壞

解析：

由圖可知，水解產物中的肽含量隨著酶解時間的延長均上升，且差別不大；而水解產物中抗凝血活性有差異，經酶甲處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后相對穩定，經酶乙處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲處理后的酶解產物的抗凝血活性最終高于經酶乙處理后的，差異明顯，據此推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關，導致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時間和酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度的破壞。（4）若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天

然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設計思路：

?

?

?

?

?。解析：該實驗的目的是比較三種物質的抗凝血活性差異，實驗設計思路為將等量的蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素分別與同一種動物的等量血液混合，觀察并記錄血液凝固時間即可。取3支試管，分

別加入等量的蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然

水蛭素；酒精消毒后，用注射器取同一種動物（如家兔）血液，立即將等

量的血液分別加入3支試管中，靜置相同時間，統計3支試管中血液凝固時

間03驗收效·提能力跟蹤訓練，檢驗學習效果1.

（2025·江西南昌質檢）基因工程廣泛應用于農牧業、醫藥衛生和食品

工業等方面。有關說法錯誤的是（

）A.

乳腺生物反應器可用于生產藥物B.

干擾素是一種具有干擾細菌復制作用的糖蛋白C.

基因工程技術可用于提高作物和畜產品的產量D.

將某些病毒的抗病基因導入植物中，可培育轉基因抗病植物解析：

干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，B錯誤。12345√2.

（2025·湖南永州一中高三月考）運用基因工程構建的生物反應器可實

現藥用蛋白的批量生產，目前常用的生物反應器有乳腺生物反應器和膀胱

生物反應器，其構建過程如下：構建藥用蛋白基因的表達載體，并將表達

載體導入動物的受精卵中，然后從這個受精卵發育而成的個體的乳汁或者

尿液中提取藥用蛋白。下列相關說法錯誤的是（

）A.

構建乳腺生物反應器時，需將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子

等重組在一起B.

在轉基因動物的乳腺細胞或膀胱上皮細胞以外的細胞中不含有藥用蛋白

基因C.

與乳腺生物反應器相比，膀胱生物反應器不受性別和年齡的限制D.

將表達載體導入哺乳動物的受精卵時，常采用顯微注射技術√12345解析：

啟動子是RNA聚合酶識別和結合的位點，可用于驅動基因

的轉錄，構建乳腺生物反應器時，需將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因

的啟動子等重組在一起，以保證目的基因在乳腺細胞中表達，A正確；

受體細胞是動物的受精卵，所以在轉基因動物的乳腺細胞或膀胱細胞

以外的其他細胞中也含有藥用蛋白基因，只是沒有表達，B錯誤；“乳

腺細胞生物反應器”只能從哺乳期雌性個體的乳汁中獲取產物，與

“乳腺細胞生物反應器”相比，“膀胱生物反應器”的優點是雌雄個

體的尿液中都可提取到產物，且不受性別、年齡等限制，因而受體來

源更廣泛，C正確；將表達載體導入哺乳動物的受精卵（全能性最高）

時，常采用顯微注射技術，D正確。123453.

（2025·河南天一大聯考）如圖表示構建重組質粒和篩選含人胰島素原基因的細菌的過程，其中Ⅰ和Ⅱ表示抗性基因，①～⑦表示過程，其他數字表示菌落。下列有關敘述正確的是（

）注：⑦過程表示用滅菌絨布從含氨芐青霉素培養基中蘸取菌種，再按