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考点13 基因工程
考点一 基因工程
（一）重组DNA 技术的基本工具
（二）基因工程的基本操作程序
（三）基因工程的应用
（四）蛋白质工程的原理和应用
考点一基因工程技术的基本操作步骤
1、基因工程技术的基本步骤：
（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR 技术扩增和人工合成。
（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标
记基因等，启动子在基因的首段，它是RNA 聚合酶的结合位点，能控制着转录的开始；终止子在基因的尾
端，它控制着转录的结束；标记基因便于目的基因的鉴定和筛选。
（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样，将目的基因导入植物细胞的
方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；
将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。
（4）目的基因的检测与鉴定。 分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA 是否插入目的基因--
DNA 分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白
质--抗原-抗体杂交技术，个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。
考点二 PCR 扩增目的基因
1.PCR 技术扩增目的基因
（1）原理：DNA
双链复制
（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA
解链；
第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补
DNA
链；
第三步：加热至70～75℃，热稳定
DNA
聚合酶从引物起始互补链的合成。
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种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法
农杆菌转化法、基因枪
法、花粉管通道法
显微注射技术
感受态细胞法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程
以农杆菌转化法为例：
将目的基因插入Ti 质粒的
TDNA 上
↓
转入农杆菌中
↓
导入植物细胞
↓
整合到受体细胞的DNA
上
提纯含目的基
因的表达载体
↓
显微注射
↓
受精卵发育
↓
具有新性
状的个体
Ca2＋处理细胞
↓
感受态细胞
↓
基因表达载体与
感受态细胞混合
↓
感受态细胞
吸收DNA 分子
考点三 基因工程的应用
1．科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动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，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
2．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。
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3．目前，科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体的基因组中导
入某种调节因子，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。
考点四 蛋白质工程的原理以及应用
1．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。
2．基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，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。
3．蛋白质工程的基本思路是：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（如下图）。
蛋白质工程的基本思路
考点一基因工程技术的基本操作步骤
1．下列关于质粒的说法正确的是（ ）
A．质粒上需要有复制原点、启动子和终止子
B．细菌的基因只存在于质粒上
C．质粒是存在于拟核外的大型环状DNA 分子
D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一
2.下列利用菜花进行“DNA 的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是（ ）
A．根据DNA 在不同浓度的NaCl 溶液中的溶解度不同，可去除部分杂质
B．在切碎的菜花中加入一定量的洗涤剂和食盐，充分研磨，过滤后弃去滤液
C．用蒸馏水将NaCl 溶液浓度调至0.14mol/L，DNA 的溶解度最大
D．将白色丝状物溶解在NaCl 溶液中，加入二苯胺试剂后振荡，观察颜色变化
3.伯格首先在体外进行了 DNA 改造的研究，成功地构建了第一个体外重组 DNA 分子。下列相关叙述正确
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的是（ ）
A．不同的DNA 分子必须用同一种限制酶切割，才能产生相同的黏性末端
B．DNA 连接酶、DNA 聚合酶，RNA 聚合酶和逆转录酶都能催化形成磷酸二酯键
C．当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA 的两条链分别切开时，产生的是平末端
D．E·coliDNA 连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端
3.下列关于基因工程技术及应用叙述正确的是（ ）
A．重组DNA 技术所用的工具酶是限制酶，连接酶和运载体
B．基因治疗主要是针对有缺陷的细胞进行修复
C．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D．只要目的基因进入受体细胞就能成功表达
4.菜油（油菜籽油）中含有芥酸，在烹调时芥酸常可挥发成具有辣嗓子味道的气体，使人难受。如果芥酸
含量过高，则可能使婴幼儿、青少年发育迟缓，危害人的心脏，甚至造成心脏坏死与心脏脂肪沉积等疾病。
基因G 和g 控制油菜籽中芥酸的含量，下图是科研人员利用高芥酸的品种培育能稳定遗传的低芥酸抗病品
种（基因R 为抗病基因）的过程。下列有关叙述错误的是（ ）
A．过程①往往需要使用γ 射线处理大量的实验材料
B．过程②采用的是DNA 重组技术，过程③采用的方法是杂交育种
C．过程②与③操作顺序互换，对育种进程和结果没有影响
D．若要缩短育种年限，在过程②之后可进行单倍体育种
5.早在新冠疫情暴发初期，我国就布局了5 条疫苗研发的技术路线，包括了灭活疫苗、腺病毒载体疫苗、
重组蛋白疫苗、减毒流感病毒载体疫苗和核酸疫苗。当前我国全民免费接种的主要是灭活疫苗；而科学家
陈薇院士团队自主研制腺病毒载体疫苗具有安全、高效、引发的不良反应少的优点。下图所示为科学家陈
薇教授团队研制腺病毒载体疫苗的原理。
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(1)上图所示过程中必须用到的酶有__________，腺病毒的作用是__________。
(2)获取目的S 蛋白基因是各种疫苗研制途径需要解决的首要问题，通常采用以下两种方法，一是利用
__________后，PCR 技术扩增得到基因S；二是完成__________后，直接人工合成基因S。
(3)新冠病毒检测采用RT-PCR 技术与荧光定量PCR 结合，其中荧光定量PCR 技术是将得到的DNA 进行大量
复制，再使用__________对复制得到的DNA 进行检测，并进行荧光标记，该过程利用了__________的原理。
6.乳酸菌是乳酸的传统生产菌，但耐酸能力较差，影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强，但不产生乳酸。研
究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因（LDH）导入酿酒酵母，获得能产生乳酸的工程菌株。图1 为乳酸和乙醇
发酵途径示意图，图2 为构建表达载体时所需的关键条件。
(1)乳酸菌发酵时，对气体条件的要求是________，酿酒酵母的最适生长温度约为________。
(2)据图2 分析，利用PCR 技术扩增LDH 需要设计引物，引物的作用是___________，扩增n 次后，需要的
引物1 的数量至少是________。研究发现，真核生物起始密码子序列偏好 ATG，为保证扩增出的LDH 以正
确方向插入质粒需要利用双酶切技术，设计引物1 的5'端序列时，应考虑________。
(3)为了筛选出含重组质粒的酿酒酵母，需要将重组质粒导入__________酿酒酵母菌株，在_________的固
体培养基上筛选出转基因酿酒酵母，并进行鉴定。
考点二 PCR 扩增目的基因
1.RT-PCR 是将RNA 的逆转录和cDNA 的聚合酶链式扩增相结合的技术。目前国际均以RT-PCR 检测呈阳性作
为感染新型冠状病毒肺炎的“金标准”相关叙述错误的是（ ）
A．RT-PCR 反应体系中需要添加逆转录酶和耐高温的DNA 聚合酶
B．RT-PCR 也需要经过高温变性、低温复性和中温延伸
C．RT-PCR 模拟了新冠病毒在人体细胞内增殖的主要过程
D．标本保存与运输不当可能导致RT-PCR 检测呈假阴性
2.1993 年诺贝尔化学奖授予了美国科学家莫里斯，以表彰其在PCR 技术发明过程中的突出贡献。PCR 全称
为聚合酶链式反应，是一种DNA 体外复制技术。下列相关叙述正确的是（ ）
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A．PCR 过程中所需的两种引物能互补配对
B．升高PCR 的退火温度有利于增加目标产物量
C．PCR 过程中需要用解旋酶打开DNA 双链
D．热稳定DNA 聚合酶可将脱氧核苷酸与引物3′端相连
3.下列有关“细胞内DNA 复制”和“PCR 技术”的叙述，正确的是（ ）
A．两者都必须通过解旋酶的催化解开双螺旋结构
B．两者都需要以脱氧核苷酸为原料，ATP 进行供能
C．两者子链都是从5'→3'方向连续延伸合成
D．两者和模板链结合的引物不都是单链DNA
4.下列有关PCR 技术的说法，错误的是（ ）
A．PCR 是一项在生物体外复制特定的DNA 片段的核酸合成技术
B．PCR 技术的原理是DNA 双链复制
C．利用PCR 技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列
D．PCR 扩增中需要解旋酶解开双链DNA
5.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二氧化碳固定到合成
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
6.核酸检测阳性是确诊新冠肺炎的重要标准，新冠病毒是RNA 病毒，核酸检测是通过荧光定量PCR 检测受
测者体内是否有病毒的核酸。以下是核酸检测过程图：
由图可知，具体检测过程是：
(1)首先采集受测者的痰液、咽拭子、血液等样本，从中提取病毒的________，通过_______过程得到
cDNA，再在体外利用________技术对cDNA 进行扩增，该技术包括________三个步骤。
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(2)PCR 技术扩增目的基因的前提是______________________。
(3)诱导动物细胞融合的过程中常用到灭活的病毒，灭活是指用物理或化学手段使病毒失去________， 但
并不破坏病毒的________________结构。
(4)除核酸检测外，抗体检测也是筛查新冠肺炎患者的重要手段，其原理是：____________。如果检测结果
为阳性，则表明：_________________（答出两种可能的原因）。
(5)有报道称，某荷兰学者获得了一种能特异中和新冠病毒的单克隆抗体，该抗体通过结合冠状病毒刺突蛋
白，改变其结构，使得其无法结合宿主细胞，理论上具有防止多种冠状病毒感染的潜力，也可用于新冠病
毒感染者的检测与治疗。单克隆抗体具有____________的优点，但目前科学家并没有大规模生产新冠病毒
的单克隆抗体用于临床疗，请分析可能的原因是________________________________。
考点三 基因工程的应用
1.下列关于基因工程应用的叙述，正确的是
A．基因治疗的实质就是把缺陷基因诱变成正常基因
B．DNA 分子杂交可应用于基因诊断
C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒
D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
2.下列关于基因工程应用的叙述，正确的是（ ）
A．我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt 抗虫蛋白基因
B．利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医学产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白
基因转入了动物的乳腺细胞中
C．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用
D．为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体
3.Anti 基因是小型猪器官表面的抗原基因，人工合成的reAnti 基因的模板链与Anti 基因的模板链互补。科
学家利用合成的reAnti 基因培育出转基因猪，用于解决人类器官移植后免疫排斥的问题。回答下列问题：
(1)科学家可利用____________技术获取大量reAnti 基因。要想成功获取上述转基因猪，需要实施基因工程。
基因工程的核心步骤是____________，这一关键操作的目的是：①使目的基因____________；②使目的基
因能够表达和发挥作用。
(2)转基因猪的细胞核中是否含有reAnti 基因和Anti 基因这两种基因？____________（填“是”或“否”）。
转基因猪可以用于人类器官移植的原因是____________。
4.据报道，研究人员提取了重症联合免疫缺陷患儿的骨髓， 插入目的基因拷贝， 将修饰 的细胞重新输回
患者体内。最终结果令人惊叹：经过治疗，16 名患儿中有 14 名免疫系统 得到了修复，还有很多基本治
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愈。这是基因治疗的典型成功案例。理论上， 基因治疗可以 治愈很多人类遗传疾病。但实际上， 科研
人员实施安全有效的基因治疗却并非易事，他们 面临许多挑战， 首先要明确疾病的遗传基础， 其次要
寻找合适的载体作用于机体的发病组 织，同时还要能避免意外的后果。经过科研人员的不懈努力和探索，
基因治疗技术进步明显，终于顺利地获得了临床批准。根据以上材料， 回答以下问题：
(1)基因治疗属于_______（生物技术）的应用范畴，这种技术的生物学原理是________________________。
(2)对遗传病患者实施基因治疗，获得目的基因后，需构建包括_____________ （至少答三个）的基因表达
载体。
(3)基因治疗常选用逆转录病毒作为目的基因载体， 但需敲除病毒的包装蛋白基因，原因 是
____________________________________________。
(4)构建基因表达载体后， 可______________________ ；也可在体外将基因表达载体导入 受体细胞， 形
成______________________ ，体外培养后再输回患者体内。
(5)从遗传物质变化和免疫调节角度看，基因治疗可能导致的意外后果分别是___________。
考点四 蛋白质工程的原理以及应用
1.猪胰岛素用于人体时，降低血糖效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使
猪胰岛素能用于治疗人类的糖尿病，以下操作中最佳方案是（ ）
A．修饰和改造猪胰岛素中的氨基酸种类与序列
B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素
C．将猪和人的胰岛素混合在一起治疗人体糖尿病
D．根据人胰岛素氨基酸排列顺序设计制造一种全新的胰岛素
2．下列有关利用乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是（ ）
A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中提取
B．两者都是基因工程在医药卫生领域的应用
C．前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般不能加工成熟
D．动物和微生物的基因结构与人体的基因结构均相同
3.已知生物体内有一种蛋白质（P），该蛋白质是一种转运蛋白，由305 个氨基酸组成。如果将P 分子中
158 位的丝氨酸变成亮氨酸，240 位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质（P1）不但保留P 的功能，
而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
（1）从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的__________进行改造。
（2）以P 基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成_____基因，所获得的基因表达
时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括___________的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流
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动，即：____________。
（3）蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过___________和
_____________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，在经表达、纯化获得蛋白质，之后
还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
4.已知新冠病毒的S 抗原基因编码的S 蛋白在感染人体细胞的过程中起到关键作用，S 蛋白与人细胞膜上
ACE2 受体结合后，新冠病毒入侵人体细胞。我国陈薇院士团队成功开发了一种以人复制缺陷腺病毒为载体
的重组新型冠状病毒基因疫苗，目前已获批上市。回答下列问题：
(1)制备腺病毒载体新冠疫苗时，首先需在_____的作用下，以新冠病毒的遗传物质RNA 为模板经过逆转录
得到S 抗原基因后，利用PCR 技术扩增S 抗原基因的体系中需加入_____酶。
(2)腺病毒DNA 上有_____，便于S 抗原基因插入，S 抗原基因整合进腺病毒基因组时，需将S 抗原基因插在
腺病毒载体的启动子和终止子之间，使S 抗原基因能_____，从而激发人体产生抵抗新冠病毒的抗体和记忆
细胞。
(3)研究人员还可将S 蛋白注入动物体内，一段时间后从其脾脏中获取浆细胞，与骨髓瘤细胞融合，并利用
选择培养基筛选出_____的杂交瘤细胞。接着经过多次筛选并在体外培养，获得针对S 蛋白的单克隆抗体，
该单克隆抗体最主要优点是_____。
(4)将新冠病毒灭活制成的灭活疫苗对预防新冠肺炎也有很好的效果，这种疫苗免疫程序是两针免疫，接种
间隔为3-8 周，间隔时间过长、过短都可能影响免疫预防的效果，原因可能是_____。
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