文档内容
第 62 课时 基因工程的应用、蛋白质工程、DNA 的两个重
要实验
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.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设
课标要求
计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。3.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。
2022·河北·T24 2022·广东·T22 2022·全
1.基因工程的应用
国乙·T38 2021·河北·T24
2022·湖南·T22 2021·辽宁·T14 2022·重
2.蛋白质工程的原理和应用
庆·T3
2023·广东·T11 2022·山东·T13 2021·山
考情分析 3.DNA的粗提取与鉴定
东·T13
2023·江苏·T22 2023·山东·T25 2023·浙
江6月选考·T19 2022·辽宁·T12 2022·
4.DNA片段的扩增与电泳鉴定
江苏·T24 2021·山东·T25 2021·全国甲
·T38
考点一 基因工程的应用
1．基因工程在农牧业方面的应用2．基因工程在医药卫生领域的应用
3．基因工程在食品工业方面的应用
判断正误
(1)科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米，种植该玉米的农田就不需要进行防虫管理了( × )
提示 转基因抗玉米螟玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害虫。
(2)乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中( × )
提示 乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入哺乳动物的受精卵中，但该基因在乳腺细胞中
表达。
(3)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌( √ )
(4)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用( × )
提示 大肠杆菌细胞中没有内质网、高尔基体等细胞器，获得人的干扰素后要经过进一步的
加工和修饰才具有生物活性。
1．基因工程用于提高植物抗逆能力，请思考回答下列转基因抗虫棉的相关问题：
(1)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？
提示 不能。抗虫基因具有专一性。
(2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？
提示 减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。
(3)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？
提示 会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。
2．为提高动物的生长速度，需要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 应该选择的受体细胞是受精卵。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．生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求？为什么？
提示 必须把目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起。因为只有连接了乳
腺蛋白基因的启动子，才能保证相应的目的基因在雌性动物泌乳期的乳腺细胞内表达。
归纳总结 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乳腺生物反应器需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。
考向一 基因工程的应用
1．(2024·南京高三模拟)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( )
A．“结合”过程需使用限制酶、TaqDNA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
答案 B
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，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．(2024·重庆高三诊断)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( )
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AB．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
答案 C
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。
考点二 蛋白质工程的原理和应用
1．蛋白质工程的概念
2．蛋白质工程与基因工程的异同
项目 蛋白质工程 基因工程
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→ 目的基因的筛选与获取→基因表达载
过程 找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列 体的构建→将目的基因导入受体细胞
(基因)或合成新的基因→获得所需要的 →目的基因的检测与鉴定
蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人
实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质
类所需的生物类型或生物产品
结果 可生产自然界中不存在的蛋白质 只能生产自然界中已存在的蛋白质
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
3.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。
判断正误
(1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列( × )
提示 蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸。
(2)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改造分子的结构( × )
提示 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。
(3)蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全
认识( √ )
(4)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性( √ )
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程
中形成的，它们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。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存
在的蛋白质。结合图示回答有关问题：
(1)写出流程图中字母代表的含义：
A．预期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；D.转录；E.翻译。
(2)图示字母中属于中心法则的过程有 D 、 E ，属于蛋白质工程的过程有 A 、 B 、 C 、 D 、 E 。
(3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操
作来实现？原因是什么？
提示 应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因：①蛋白质具有十分复
杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，而被
改造的蛋白质无法遗传。
(4)通过对Bt抗虫蛋白三维结构图及氨基酸序列进行分析，发现该蛋白质结构中一段由14个
氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt抗虫蛋白能使棉铃虫具有更高的致死率。若
要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt抗虫蛋白进行改造，以提高其致死率，请写出实验
设计思路。
提示 参照密码子表，找到合成该14个氨基酸的碱基序列所在的基因位置，将这些碱基序列进行缺失处理。
归纳总结 判断基因工程和蛋白质工程
(1)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、增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。
(2)如果合成的蛋白质是自然界中已存在的蛋白质(天然蛋白质)，则是基因工程；如果合成的
蛋白质与天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。
考向二 辨析蛋白质工程的原理和操作流程
3．(2024·扬州高三质检)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
答案 A
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。
4．蛋白质工程是基因工程的延伸，下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是( )
A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则
B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体
C．生产的蛋白质能在自然界中找到
D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
答案 D
解析 蛋白质工程最终也是通过基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；利用蛋白
质工程生产出自然界中不存在的蛋白质，满足实际需求，C错误；蛋白质工程是基因工程的
延伸，需要构建基因表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，B错误，D正确。
考点三 DNA 的粗提取与鉴定、DNA 片段的扩增与电泳鉴定1．DNA的粗提取与鉴定
(1)基本原理
(2)操作流程
注意 加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA
分子不能形成丝状沉淀。
2．DNA片段的扩增及电泳鉴定
(1)实验基础
①PCR原理：利用了 DNA 的热变性 原理。
②电泳：DNA分子具有可解离的基团，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用
下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。
③PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。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。
(2)PCR实验操作步骤(3)DNA的电泳鉴定：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。
判断正误
(1)提取DNA时，如果没有鸡血材料，可用猪血代替( × )
提示 猪为哺乳动物，其成熟红细胞中没有细胞核。
(2)DNA与蛋白质都溶于酒精( × )
提示 DNA不溶于酒精，某些蛋白质溶于酒精。
(3)为了节约资源，移液器上的枪头在实验过程中不必更换( × )
提示 为避免外源DNA等因素的污染，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。
(4)进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验所需的缓冲液和酶应分装成小份，并在20 ℃条件
下储存( × )
提示 PCR所用的缓冲液和酶应分装成小份，并在－20 ℃储存。使用前，将所需试剂从冰
箱拿出，放在冰块上缓慢融化。
(5)PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应( × )
提示 PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA链高温变性、低温复性及中温延伸。
(6)在凝胶中DNA分子的迁移速率只与DNA分子的大小有关( × )
提示 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。
可通过PCR技术扩增Bt抗虫蛋白基因的数量，PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来
鉴定，回答下列有关问题：
1．是否成功扩增出DNA片段，判断的依据是什么？
提示 可以通过在紫外灯下直接观察DNA条带的分布及粗细程度来评价扩增的结果。
2．进行电泳鉴定的结果如果不止一条条带，请分析产生这个结果的可能原因。
提示 如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有：引物设计不合理，它们与非目的序列有
同源性或容易聚合形成二聚体；复性温度过低；DNA聚合酶的质量不好等。考向三 辨析DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增与电泳鉴定
5．(2023·广东，11)“DNA的粗提取与鉴定”实验的基本过程：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
答案 D
解析 裂解是使细胞破裂释放出DNA等物质，针对不同的实验材料，可选择不同的方法破
坏细胞，如植物细胞可选择研磨的方法，而动物细胞可选择吸水涨破的方法，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的纯度，C正确；将DNA溶于NaCl
溶液中，加入二苯胺试剂，沸水浴加热5分钟，待冷却后，溶液能呈现蓝色，D错误。
6．(2021·湖北，16)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引
物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异
条带的产生，以下措施中有效的是( )
A．增加模板DNA的量
B．延长热变性的时间
C．延长延伸的时间
D．提高复性的温度
答案 D
解析 增加模板DNA的量可以提高反应速度，但不能有效减少非特异条带，A错误；延长
热变性的时间和延长延伸的时间会影响变性、延伸过程，但对于延伸中的配对影响不大，故
不能有效减少反应非特异条带的产生，B、C错误。
1．(选择性必修3 P )乳腺生物反应器是指将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动
90
子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发
育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。
2．(选择性必修3 P )用转基因动物(猪)作器官移植的供体，方法是在器官供体基因组中导入
91
某种调节因子，以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猪器官。
3．(选择性必修3 P )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
93
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。4．(选择性必修3 P )基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
93
5．(选择性必修3 P )对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完
94
成。
6．(选择性必修3 P )蛋白质工程的基本思路：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白
94
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。
7．(选择性必修3 P )DNA 的粗提取与鉴定的原理：DNA 不溶于酒精，但某些蛋白质溶于
74
酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解
度不同，它能溶于2_mol/L 的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，
因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。
8．(选择性必修3 P )PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。
84
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。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。
9．(2020·全国Ⅲ，38节选)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳
腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。
回答下列问题：
(1)步骤①中需要选择的启动子是膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子，选择该启动子的目的是
使 W 基因在膀胱上皮细胞中特异性表达 。步骤②所代表的操作是显微注射。
(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的性别、
年龄(答出2点即可)的限制。
10．(2019·海南，31节选)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，该蛋白质由
一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。天然的Y通常需要在低温条件下保
存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程
的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是 找到第 6 位氨基酸甲对应的碱基所在
的基因位置，参照密码子表，将第 6 位氨基酸甲对应的碱基替换为氨基酸乙的碱基 。
课时精练
一、选择题
1．(2022·山东，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
答案 B
解析 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。
2．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
答案 B
解析 含M的T－DNA插入到番茄染色体DNA上，才能稳定存在和表达，而不是整个Ti
质粒，B错误；即使M在番茄中成功表达，也必须进行个体生物学水平鉴定，来确定实际
效果，C正确。
3．(2021·辽宁，14)腈水合酶(N )广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。
0
利用蛋白质工程技术在N 的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水
0
合酶(N )。下列有关叙述错误的是( )
1
A．N 与N 氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
1 0
B．加入连接肽需要通过改造基因实现
C．获得N 的过程需要进行转录和翻译
1
D．检测N 的活性时先将N 与底物充分混合，再置于高温环境
1 1
答案 D
解析 在N 的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N )，则
0 1
N 与N 氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确；蛋白质工程
1 0
的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N 为蛋白质，蛋白质的
1
合成需要经过转录和翻译两个过程，C正确；酶具有高效性，检测N 的活性需先将其置于
1
高温环境，再与底物充分混合，D错误。
4．(2024·无锡高三调研)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T4 DNA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
答案 B
解析 由图可知，经步骤一酶切后的DNA片段一端是平末端，另一端是黏性末端，故步骤
一需要使用两种限制酶切割目的基因片段，A正确；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，步骤二使用的是外
切核酸酶Ⅲ，步骤三使用的是S1核酸酶，B错误；T4 DNA连接酶可连接平末端，故步骤
四宜选用T4 DNA连接酶处理DNA片段，C正确；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。
5．OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR 4个基因分别编码4种不同的酶，研究人员将这些基
因分别与叶绿体转运肽(引导合成的蛋白质进入叶绿体)基因连接，构建多基因表达载体(载体
中部分序列如图所示)，利用农杆菌转化法转化水稻，在水稻叶绿体内构建了一条新代谢途
径，提高了水稻的产量。下列叙述正确的是( )
A．4个基因转录时都以DNA的同一条单链为模板
B．应选用含卡那霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞
C．4个基因都在水稻叶绿体内进行转录、翻译
D．可用抗原—抗体杂交技术检测4种酶在转基因水稻中的表达量
答案 D
解析 由题图可知，在同一个T－DNA中OsGLO1启动子启动转录的方向与其他三个基因
不同，4个基因转录时不都以DNA的同一条单链为模板，A错误；卡那霉素抗性基因不在T
－DNA中，而潮霉素抗性基因在T－DNA中，应选用含潮霉素的培养基筛选被农杆菌转化
的水稻细胞，B错误；由题意可知，利用农杆菌转化法转化水稻，可使目的基因插入到水稻
细胞的染色体DNA上，所以与叶绿体转运肽基因连接的4个基因，在细胞核中进行转录，
在核糖体中进行翻译，由叶绿体转运肽引导合成的蛋白质进入叶绿体，C错误。
6．(2024·珠海高三调研)下列有关PCR操作过程的叙述，错误的是( )A．PCR实验中使用的微量离心管、枪头及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌
B．PCR所用缓冲液和酶从冰箱拿出之后，应缓慢融化
C．PCR所用的缓冲液和酶应分装成小份，并在常温下储存
D．在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
答案 C
解析 PCR所用缓冲液和酶从冰箱拿出之后，应放在冰块上缓慢融化，这样才能不破坏缓
冲液中稳定性较差的成分，同样保护酶的活性不被破坏，B正确；PCR 所用的缓冲液和酶
应分装成小份，并在－20 ℃储存，C错误。
7．科学家从转基因羊的羊奶中提取到治疗血栓性疾病的特效药——组织纤溶酶原激活剂
(tPA)。获得转基因羊的过程中，以下操作非必要的是( )
A．将tPA基因与羊乳腺特异表达启动子重组
B．将表达载体显微注射到羊受精卵中
C．将羊受精卵的核注入去核的卵母细胞中
D．将体外培养的胚胎移植到羊的子宫内
答案 C
解析 目的基因导入羊受精卵后可直接进行体外早期胚胎培养，不需要将受精卵的核注入去
核的卵母细胞中，C符合题意。
8．L－天冬氨酸－α－脱羧酶(PanD)能够催化β-丙氨酸的生成，但天然PanD酶活力较低且
易失活。研究人员通过易错PCR技术引入随机突变，对相应酶基因进行改造，再进行定向
筛选，最终第305位氨基酸替换后，获得活力和稳定性均较高的PanD。该技术与普通PCR
类似。已知Mg2＋可以提高已发生错配区域的稳定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶对底物的
专一性。下列说法正确的是( )
A．该研究运用了蛋白质工程技术直接对酶结构进行改造
B．易错PCR技术按照复性、变性、延伸三个步骤进行
C．易错PCR技术的操作过程中需要使用耐高温的解旋酶
D．为提高错配概率，可适当提高Mg2＋浓度和Mn2＋浓度
答案 D
解析 该研究运用了蛋白质工程技术，应直接对相应酶的基因进行改造，A错误；PCR利
用的原理是DNA半保留复制，每轮循环包括变性→复性→延伸三个步骤，B错误；易错
PCR技术的操作过程中需要使用耐高温的DNA聚合酶，PCR技术是通过高温使DNA解旋，
不需要另外加入解旋酶，C错误；由题意可知，Mg2＋可以提高已发生错配区域的稳定性，
Mn2＋可以降低DNA聚合酶对底物的专一性，为提高错配概率，可适当提高 Mg2＋浓度和
Mn2＋浓度，D正确。
9．(2024·盐城高三调研)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( )
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
答案 D
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
组成成分是蛋白质和DNA，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是不一样的，D错误。
二、非选择题
10．基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生领域和食品工业等方面展示出
广阔的前景。如图是通过基因工程获得转基因生物或产品的流程图，请回答下列问题：
(1)若要构建小鼠乳腺生物反应器批量生产人抗利尿激素，应先从人体______细胞中获取总
RNA，通过逆转录获得cDNA，再经PCR后获得抗利尿激素基因。与人体细胞中的基因相
比，该方法获取的抗利尿激素基因不具有______________________等组件。
(2)通过PCR技术可扩增目的基因，PCR的每次循环一般可以分为______________三步。一
条单链 cDNA 在 PCR 仪中进行 n 次循环，需要消耗______个引物。一般通过
____________________来鉴定PCR的产物。
(3)图中质粒A上m、n分别是启动子和终止子，RNA聚合酶在模板DNA链上的移动方向是
____________________。已知目的基因转录的模板链 b链，箭头处是限制酶的切点(Nco
Ⅰ：5′－C↓CATGG－3′；Nhe Ⅰ：5′－G↓GATCC－3′)，目的基因无法与载体A连接，
为了使目的基因成功表达，需要在目的基因两侧加接末端，b 链处加接末端 5′－____________。
(4)构建小鼠乳腺生物反应器时，科研人员需要将抗利尿激素基因与小鼠乳腺蛋白基因启动
子重组在一起，目的是______________________________________。膀胱生物反应器与乳腺
生物反应器相比，具有的显著优势在于不受转基因动物的______和______的限制，而且从尿
液中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。
答案 (1)下丘脑 启动子、终止子和内含子
(2)变性、复性、延伸 2n－1 琼脂糖凝胶电泳 (3)3′→5′ GATC (4)使抗利尿激素基
因在小鼠的乳腺中表达 性别 年龄
解析 (1)人抗利尿激素是由人体下丘脑细胞合成分泌的，若利用图示流程构建小鼠乳腺生
物反应器批量生产人抗利尿激素，应先从人体下丘脑细胞中获取总 RNA，通过逆转录获得
cDNA，再经PCR后获得抗利尿激素基因。由于成熟的mRNA只有编码区，是转录后经剪
接等过程形成的，故与人体细胞中的基因相比，该方法获取的抗利尿激素基因不具有的结构
是启动子、终止子和内含子。(3)转录时以DNA的一条链为模板合成RNA，RNA聚合酶在
模板DNA链上的移动方向是3′→5′。图中质粒A上m、n分别是启动子和终止子，箭头
处是限制酶的切点，由图示可知，质粒上有限制酶 Nco Ⅰ和Nhe Ⅰ的切割位点，已知目
的基因转录的模板链 b 链，结合图示启动子和终止子的方向可知，b 链 5′处应加接
GATC，即添加的是Nhe Ⅰ切割后的序列。(4)构建小鼠乳腺生物反应器时，科研人员需要
将抗利尿激素基因与小鼠乳腺蛋白基因启动子重组在一起，目的是使抗利尿激素基因在小鼠
的乳腺中表达；乳腺生物反应器只有雌性个体泌乳期才能制造产物，而膀胱生物反应器的显
著优势在于不受转基因动物的性别、年龄的限制，而且正常情况下尿液中没有蛋白质，所以
从尿液中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。
11．人胰岛素基因表达的最初产物是一条肽链构成的前胰岛素原，经图 2所示的过程形成具
生物活性的胰岛素。此后科学家又提出了利用基因工程改造大肠杆菌生产人胰岛素的两种方
法：AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段，利用工程菌
分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素；BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到
胰岛素基因，表达出胰岛素原后再用特定酶切掉C肽段。这两种方法使用同一种质粒作为
载体。请分析并回答下列问题：(1)由于密码子具有____________，AB法中人工合成的两种DNA片段均有多种可能的序列。
__________________(填“AB”“BCA”或“AB和BCA”)法获取的目的基因中不含人胰岛
素基因启动子。
(2)图1是利用基因工程生产人胰岛素过程中使用的质粒及目的基因的部分结构。为使目的
基因与载体正确连接，在设计PCR引物时可添加限制酶__________________的识别序列。
通过上述方法获得人的胰岛素基因后，需要通过PCR技术进行扩增，已知胰岛素基因左端
① 处 的 碱 基 序 列 为 — CCTTTCAGCTCA— ， 则 其 中 一 种 引 物 设 计 的 序 列 是
5′______________3′。
(3)β-半乳糖苷酶可以分解无色的X－gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。
经 Ca2＋处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后，将大肠杆菌接种到添加了
____________________的培养基上筛选出____色的菌落即为工程菌种。
(4)科学家利用蛋白质工程技术，研制出了赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，其皮下注射后
易吸收、起效快。获得赖脯胰岛素基因的途径是：从预期的蛋白质功能出发
→________________________→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
答案 (1)简并性 AB 和 BCA (2)XhoⅠ和 Mun Ⅰ —CTCGAGCCTTTCAGCTCA—
(3)氨苄青霉素和X－gal 白 (4)设计预期的蛋白质结构
12．(2022·湖南，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分
之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回
答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________________，物质b是__________。在生产过
程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是______________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有_______________、
______________________________和利用 PCR 技术扩增。PCR 技术遵循的基本原理是
_____________________________________________________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活
性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种
类 ” 或 “ 含 量 ” ) 有 关 ， 导 致 其 活 性 不 同 的 原 因 是___________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活
性差异，简要写出实验设计思路。
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
答案 (1)氨基酸序列多肽链 mRNA 密码子的简并性 (2)从基因文库中获取目的基因
通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 DNA半保留复制 (3)种类 提取的水蛭蛋白
的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏 (4)设置4组
试管，每组分别加入等量的改造后的水蛭素、用酶甲处理过的水蛭蛋白酶解产物、用酶乙处
理过的水蛭蛋白酶解产物、天然水蛭素，加入等量同种动物的新鲜血液，相同条件下观察凝
血需要的时间，凝血时间越长，抗凝血活性越高
解析 (3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量
随着酶解时间的延长均上升，且差别不大。水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，
随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，
抗凝血活性先上升后下降。经酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的
酶解产物的抗凝血活性，且差异明显。据此推测两种酶处理后酶解产物的抗凝血活性差异主
要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，
导致水蛭蛋白空间结构有不同程度的破坏。(4)抗凝血活性可通过观察凝血时间来确定。为
比较不同物质的抗凝血活性差异，可以设计向4组试管中分别加入等量改造后的水蛭素、用
酶甲处理过的水蛭蛋白酶解产物、用酶乙处理过的水蛭蛋白酶解产物、天然水蛭素，加入等
量的同种动物的新鲜血液，相同条件下观察凝血需要的时间，凝血时间越长，抗凝血活性越高。
