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考点50 基因工程的应用及蛋白质工程
考法1 基因工程的应用
1. 基因工程在农牧业方面的应用
具体应用
目的基因
作用
受体生物
备注
转基因抗虫植物
Bt 基因
当Bt 抗虫蛋白被分
解为多肽后，多肽与
害虫肠道上皮细胞的
特异性受体结合，导
致细胞膜穿孔
棉花、水
稻、玉米
等
①抗虫但不抗病毒、细
菌、真菌等；②培育抗虫
作物的优点是减少环境污
染、降低生产成本；③Bt
基因来自苏云金杆菌
转基因抗病植物
某些病毒、真菌等的
抗病基因
抗病毒作用；抗真菌
作用
烟草、甜
椒等
引起植物生病的微生物有
病毒、细菌、真菌三大类
转基因抗除草剂植
物
降解或抵抗某种除草
剂的基因
在喷洒除草剂时，田
间杂草会被杀死而作
物不会受到损伤
油菜、甜
菜、大
豆、玉米
改良植物的品质
含必需氨基酸的蛋白
质编码基因、与花青
素代谢有关的基因
①控制合成的蛋白质
含必需氨基酸较多；
②改变花瓣的颜色
玉米、矮
牵牛等
必需氨基酸种类、数量越
多的食物营养价值越高
提高动物生长速率
生长激素基因
促进生长，提高生长
速率
鲤鱼
注意不能导入生长素基因
改善畜产品的品质
肠乳糖酶基因
将乳糖分解，降低牛
奶中乳糖的含量
奶牛
部分人对乳糖不耐受
2. 基因工程在医药卫生领域的应用
具体应用
目的基因
作用
受体生物
备注
转基因动物生产药
物（乳腺生物反应
器）
药用蛋白基因+乳腺
中特异表达的基因的
启动子
分泌乳汁来生产所需
要的药品
牛和山羊
（雌性）
已生产出的药品有抗凝血
酶、血清白蛋白、生长激
素和α-抗胰蛋白酶
做器官移植的供体
向器官供体基因组中
导入某种调节因子
①抑制抗原决定基因
的表达；②不能合成
相应抗原
猪
选择猪的器官作替代品的
原因：猪的内脏构造、大
小、血管分布与人的极为
相似；体内隐藏的、可导
致人类疾病的病毒少
基因工程药品
控制药品合成的相应
基因，如人的胰岛素
合成相应的药品，如
胰岛素、干扰素、乙
大肠杆
菌、酵母
选择微生物作受体的原
因：繁殖快、单细胞、遗
1
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基因、干扰素基因、
乙肝疫苗基因
肝疫苗等
菌等
传物质少。干扰素是一种
具有干扰病毒复制作用的
糖蛋白
乳腺生物反应器
原理：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。
乳腺生物反应器的四大优点
（1）产量高，易收获目标产品，产品可以随乳汁分泌而排出动物体外。
（2）目标产品的质量好，乳腺组织不仅具有按照遗传信息流向合成蛋白质的能力，而且具备全面的修饰和加工蛋白质的能
力，如糖基化、羧基化、磷酸化以及分子组装等，微生物和植物都不具备这种全面的蛋白质后加工能力。
（3）产品生产成本低。
（4）从乳汁中提取产品，操作比较简单。
生产的目标医药产品
（1）血浆蛋白，包括血纤蛋白原、抗胰蛋白酶等。
（2）第二代医用蛋白，如抗体、乳清蛋白、乳铁蛋白等。
（3）“人源化牛奶”，即用人的乳蛋白基因替代牛的乳蛋白基因后，获得的一种与人奶相似的“基因工程奶”。
3. 基因工程在食品工业方面的应用
具体应用
目的基因
作用
受体生物
备注
用工程菌生产食品
添加剂
如牛凝乳酶基因等
生产凝乳酶
大肠杆菌、黑
曲霉、酵母菌
用基因工程的方法，使外
源基因得到高效表达的菌
类为基因工程菌
【典例1】（2023•湖南模拟）运用基因工程构建的生物反应器可实现药用蛋白的批量生产，目前常用的生
物反应器有乳腺生物反应器和膀胱生物反应器，其构建过程如下：构建药用蛋白基因的表达载体，并将表
达载体导入动物的受精卵中，然后从这个受精卵发育而成的个体的乳汁或者尿液中提取药用蛋白。下列相
关说法错误的是（ ）
2
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A．构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起
B．在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不含有药用蛋白基因
C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制
D．将表达载体导入哺乳动物的受精卵时，常采用显微注射技术
【分析】基因工程的工具：（1）限制酶：能够识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一
条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。（2）DNA 连接酶：连接的是两个核苷酸之间的
磷酸二酯键。（3）运载体：常用的运载体：质粒、动植物病毒。
【解答】解：A、启动子是RNA 聚合酶识别和结合的位点，可用于驱动基因的转录，构建乳腺生物反
应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起，以保证目的基因在乳腺细胞中表达，
A 正确；
B、受体细胞是动物的受精卵，所以在转基因动物的乳腺细胞或膀胱细胞以外的其他细胞中也含有药用
蛋白基因，只是没有表达，B 错误；
C、乳腺细胞生物反应器”只能从哺乳期雌性个体的乳汁中获取产物，与“乳腺细胞生物反应器”相比，
“膀胱生物反应器”的优点是雌雄个体的尿液中都可提取到产物，且不受性别、年龄等限制，因而受体
来源更广泛，C 正确；
D、将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术，方法的受体细胞多是受精卵，D 正确。
故选：B。
【点评】本题主要考查基因工程的相关知识，意在考查考生理解所学知识要点，把握知识间内在联系的
能力，能够运用所学知识，对生物学问题作出准确的判断，难度适中。
【典例2】（2023•历下区校级模拟）下列关于基因工程及其应用的叙述，错误的是（ ）
A．花粉管通道法可以用微量注射器将含有目的基因的DNA 溶液直接注入子房中
B．只要从转基因棉花中检测到Bt 抗虫蛋白，就代表转基因抗虫棉培育成功
C．Bt 抗虫蛋白被分解为多肽后与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔
D．干扰素是一种糖蛋白，科学家用基因工程方法从大肠杆菌细胞内获得了干扰素
【分析】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；
（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；
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（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。
【解答】解：A、用微量注射器将含有目的基因的DNA 溶液直接注入子房中利用了花粉管通道法，A
正确；
B、转基因棉花是否培育成功还要对棉花进行个体生物学水平的检验，即对棉花进行抗虫接种检验，B
错误；
C、Bt 毒蛋白进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质被降解为相对分子质量比较小、有毒的多肽。
多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，使细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡，C 正确；
D、科学家用基因工程方法从大肠杆菌细胞内获得了对机体免疫调节非常重要的干扰素，D 正确。
故选：B。
【点评】本题考查基因工程及其应用的相关知识，要求考生理解识记有关技术的原理及操作步骤，掌握
各操作步骤中需要注意的细节，能将教材中的知识结合题中信息进行迁移应用。
【典例3】（2023•肥城市模拟）2022 年1 月7 日，美国马里兰州的医生首次将基因编辑猪的心脏移植到人
类患者身上。如果异种移植可以实现，将可明显缓解器官紧缺的问题。然而心脏移植过程中会发生缺血再
灌注损伤（IRI），可能导致心脏坏死。研究发现，IRI 通过促进Caspase 8 等一系列凋亡基因的表达，导致
细胞凋亡最终引起器官损伤。根据Caspase 8 基因合成的小干扰RNA（siRNA）可以使Caspase 8 基因沉默，
有效抑制IRI 所致的器官损伤。图1 是利用猪的心肌细胞开展siRNA 作用研究的示意图，图2 是此研究可
能用到的4 种限制酶及其切割位点，回答下列问题：
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（1）图中步骤②构建重组质粒需要使用
等工具酶。DNA 连接酶催化目的基因
片段与质粒载体片段之间形成的化学键是
。
（2）与直接将siRNA 导入猪的心肌细胞相比，通过重组质粒将siRNA 对应的DNA 序列导入心肌细胞
的优点是
（答出一点）。导入过程最常用的方法是
，
（3）研究人员根据Caspase 8 基因的碱基序列，设计了三种序列分别导入猪的心肌细胞，通过测定靶基
因Caspase 8 的mRNA 含量来确定最优序列。测定mRNA 含量时，需提取心肌细胞的总RNA，经过
过程得到cDNA，再进行PCR 扩增，测定PCR 产物量，结果如图3 所示，据此判断最优
序列是
。
（4）将猪心脏移植到人体面临的最大挑战是免疫排斥反应，这是因为免疫系统会把外来器官当作抗原
（“非己”）成分进行攻击。请说出一种解决这一问题的思路：
（
利用基因工程的方法）。异体移植易出现免疫排斥，但胚胎移植却能够在受体子宫内存活，胚胎移植能
够在受体内存活的前提条件是
。
【分析】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。
（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、花粉管通道法等；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钙离子处理法（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。
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【解答】解：（1）图中步骤②为构建基因表达载体的过程，构建重组质粒需要使用DNA 连接酶和限
制酶等工具酶。限制酶能在DNA 特定位置将其切开，DNA 连接酶能催化目的基因片段与质粒载体片段
之间形成的磷酸二酯键。
（2）通过重组质粒将siRNA 对应的DNA 序列导入心肌细胞可持续产生siRNA，可使靶基因长时间沉
默。这是与直接将siRNA 导入猪的心肌细胞表现的优点，将重组质粒导入过程常用显微注射法实现。
（3）研究人员根据Caspase 8 基因的碱基序列，设计了三种序列分别导入猪的心肌细胞，通过测定靶基
因Caspase 8 的mRNA 含量来确定最优序列。测定mRNA 含量时，需提取心肌细胞的总RNA，经过逆
转录过程得到cDNA，再进行PCR 扩增，通过测定PCR 产物量进而推测相关基因的表达量，图3 结果
显示，序列2 引起的PCR 产物量最少，说明相关基因被沉默，因而可判断抑制效果最好的是序列2。
（4）对于人体而言，猪的器官属于外来物质，免疫系统会把外来器官当作抗原成分进行攻击；故免疫
排斥反应是将猪心脏移植到人体面临的最大挑战；利用基因工程技术将猪与免疫排斥有关的抗原基因敲
除，转入一些人类特有蛋白的基因，将猪细胞伪装成人的细胞等方面可能解决这一问题。异体移植易出
现免疫排斥，但胚胎移植却能够在受体子宫内存活，原因是受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免
疫排斥反应，因而胚胎移植成功。
故答案为：
（1）限制酶、DNA 连接酶 磷酸二酯键
（2）可持续产生siRNA，使靶基因长时间沉默 显微注射法
（3）逆转录 序列2
（4）可以利用基因工程技术将免疫排斥有关猪的抗原基因敲除或转入一些人类特有蛋白的基因，将猪
细胞伪装成人的细胞 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
【点评】本题主要考查的是基因工程的基本操作的相关知识，意在考查学生对基础知识的理解掌握，难
度适中。
【变式1】（2023•武汉模拟）常见的启动子可分为三类：组成型启动子，驱动基因在所有细胞、组织和器
官中持续表达；组织特异性启动子，调控基因只在某些特定的部位中表达；诱导型启动子，通常在光、盐
等信号作用下，使目的基因的转录水平有所提高。下列叙述错误的是（ ）
A．启动子是一段有特殊序列结构的DNA 片段，位于基因的上游
B．细胞分化与组织特异性启动子的调控有关，与组成型启动子无关
C．乳腺生物反应器的构建需要将组织特异性启动子与目的基因连接
D．盐诱导型启动子在高盐环境中被激活，可增加农作物的抗逆性
【分析】动物基因工程的应用：培育快速生长的转基因动物，如转基因绵羊、转基因鲤鱼；改善畜产品
品质的转基因动物，如乳汁中含乳糖较少的转基因牛；生产药物的转基因动物，如利用乳腺生物反应器
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生产药物；作器官移植供体的转基因动物，如无免疫排斥的转基因猪。
【解答】解：A、启动子是RNA 聚合酶的识别和结合位点，启动子是一段有特殊序列结构的DNA 片段，
位于基因的上游，A 正确；
B、根据题干信息“组成型启动子，驱动基因在所有细胞、组织和器官中持续表达”，所以在细胞分化
过程中，与组成型启动子有关，B 错误；
C、组织特异性启动子，调控基因只在某些特定的部位中表达，而乳腺生物反应器需要将组织特异性启
动子与目的基因连接，导入细胞中，保证基因在乳腺细胞中表达，C 正确；
D、诱导型启动子通常在光、盐等信号作用下，使目的基因的转录水平有所提高，而盐诱导型启动子在
高盐环境中被激活，可增加农作物的抗逆性，D 正确。
故选：B。
【点评】本题主要考查基因工程的相关知识，要求学生有一定的理解分析能力，能够结合题干信息和所
学知识进行分析应用。
【变式2】（2023•福建三模）我国科学家将人类的生长激素（GH）基因导入鲤鱼的受精卵，培育出能快速
生长的转基因鲤鱼。下列叙述错误的是（ ）
A．转基因鲤鱼可以合成GH，说明转基因鲤鱼和人共用一套遗传密码子
B．GH 基因在转基因鲤鱼和人细胞内的表达过程均需要核糖体和线粒体参与
C．GH 基因在转基因鲤鱼和人细胞内转录时形成的碱基对种类不同
D．若替换转基因鲤鱼GH 基因中的一个碱基对，则仍可能在其体内检测到GH
【分析】基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA 重组和转基因技术，赋予生
物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品；基因工程是在 DNA 分子水平
上进行设计和施工的，又叫做DNA 重组技术。
【解答】解：A、转基因鲤鱼可以合成GH，可以说明转基因鲤鱼和人共用一套遗传密码子，A 正确；
B、GH 基因的表达分为转录和翻译两个过程，翻译的场所在核糖体，所需要的能量由线粒体提供，鲤
鱼和人细胞中都含有核糖体和线粒体，B 正确；
C、GH 基因在转基因鲤鱼和人细胞内转录时形成的碱基对种类相同，都是A
U
﹣、T
A
﹣、G
C
﹣、C﹣
G，C 错误；
D、由于密码子具有简并性，因此若替换转基因鲤鱼GH 基因中的一个碱基对，转录出的mRNA 上密码
子对应的氨基酸种类不变，则仍可能在其体内检测到GH，D 正确。
故选：C。
【点评】本题考查基因工程的相关知识，意在考查学生的识记能力和判断能力，运用所学知识综合分析
问题的能力是解答本题的关键。
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【变式3】（2023•河南模拟）人乳铁蛋白具有很强的抑菌作用，研究人员利用转基因牛的膀胱生物反应器
来合成并分泌人的乳铁蛋白，回答下列问题：
（1）构建转基因牛的膀胱生物反应器的核心步骤为
，为使人乳铁蛋
白基因在牛的膀胱上皮细胞中特异性表达，在此步骤中应将
接入重组质粒，用
方法将其导入牛的
细胞，选用这种细
胞作为受体细胞的原因是
。
（2）将上述转基因细胞培育成早期胚胎的过程中需要定期更换培养液，目的是
。形成早期胚胎后，可以通过
技术获得更多的
转基因牛。
（3）可以从转基因牛的
中获取人乳铁蛋白，为验证转基因牛生产的乳铁蛋白是否具有与生物
体自身产生的乳铁蛋白相同的抑菌作用，可使用的材料有乳铁蛋白基因缺陷小鼠，转基因牛生产的小鼠
乳铁蛋白，小鼠体内提取的乳铁蛋白，肺炎双球菌，请将下表中实验思路补全。
组别
1
2
3
小鼠类型
乳铁蛋白基因缺陷小鼠B
D
注射试剂
A
C
生理盐水
感染微生物
肺炎双球菌
肺炎双球菌
肺炎双球菌
观察小鼠是否患败血症
及症状轻重（是否死亡）
【分析】基因工程是指按照人们的意愿进行严格的设计，并通过体外DNA 重组和转基因转移技术等，
赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需求的新的生物类型和生物产品。
【解答】解：（1）基因表达载体的构建操作目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传
给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。该步骤是基因工程的核心。所以构建转基因牛的膀胱
生物反应器的核心步骤为基因表达载体的构建，为使人乳铁蛋白基因在牛的膀胱上皮细胞中特异性表达，
在此步骤中应将膀胱上皮细胞中特异性表达的启动子（和人乳铁蛋白基因） 接入重组质粒，该过程为
动物基因工程，所以用显微注射方法将其导入牛的受精卵细胞，选用这种细胞作为受体细胞的原因是受
精卵的全能性高，易发育成完整个体，细胞大，易操作。
（2）将上述转基因细胞培育成早期胚胎的过程中需要定期更换培养液，目的是清除代谢产物，防止细
胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，为细胞提供充足营养物质。形成早期胚胎后，可以通过胚胎分割
技术获得更多的转基因牛，且形成的子代性状基本相同。
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（3）由题干信息可知，利用转基因牛的膀胱生物反应器来合成并分泌人的乳铁蛋白，可以从转基因牛
的尿液中获取人乳铁蛋白。验证转基因牛生产的乳铁蛋白是否具有与生物体自身产生的乳铁蛋白相同的
抑菌作用，实验的自变量为是否含有转基因牛生产的乳铁蛋白，所以小鼠类型应保持一致，第2、3 组
为对照组，实验思路如下：
组别
1
2
3
小鼠类型
乳铁蛋白基因缺陷小鼠B 乳铁蛋白基因缺陷小鼠
D 乳铁蛋白基因缺陷
小鼠
注射试剂
A 转基因牛生产的小鼠
乳铁蛋白
C 小鼠体内提取的乳铁蛋
白
生理盐水
感染微生物
肺炎双球菌
肺炎双球菌
肺炎双球菌
观察小鼠是否患败血症
及症状轻重（是否死亡）
故答案为：
（1）基因表达载体的构建 膀胱上皮细胞中特异性表达的启动子（和人乳铁蛋白基因） 显微注
射 受精卵受精 卵的全能性高，易发育成完整个体，细胞大，易操作
（2）清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，为细胞提供充足营养物质 胚胎
分割
（3）尿液
B：乳铁蛋白基因缺陷小鼠
D：乳铁蛋白基因缺陷小鼠
A：转基因牛生产的小鼠乳铁蛋白
C：小鼠体内提取的乳铁蛋白（乳铁蛋白的量不作要求）
【点评】本题考查了基因工程的相关知识，掌握基因工程的基本过程是解题的关键。
考法2 蛋白质工程
1. 蛋白质工程
（1）概念
①基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
②手段：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
③目的：满足人类生产和生活的需求
（2）崛起的缘由：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。
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（3）基本原理
①天然蛋白质合成的过程
a.原理：按照中心法则进行。
b.过程：基因→表达→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→形式生物功能
②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
（4）蛋白质工程与基因工程的对比
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
实质
改造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
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类
型或生物产品
结果
可以生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的第二代基因工程
2. 蛋白质工程的应用
胰岛素改造
抑制胰岛素的聚合，研发出速效胰岛素类似物产品
干扰素改造
延长了保存时间
单克隆抗体改造
将小鼠单克隆抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，减轻了小鼠单克隆
抗体引发的免疫反应，增强了治疗效果
工业用酶的改进或开发
利用蛋白质工程获得酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高酶
的使用价值
农业方面酶的改造
（1）改造某些参与调控光合作用的酶，以提高光合作用的效率，增加粮食产
量。
（2）设计优良的微生物农药，增强病虫害防治效果。
【典例1】（2023•五华区校级模拟）如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列相关叙述正确的是（ ）
A．图中⑤、⑥过程分别是转录、翻译
B．蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质，不需要对基因进行操作
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C．根据蛋白质的氨基酸序列推测出的mRNA 的碱基序列是唯一的
D．蛋白质工程的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求
【分析】1、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或
基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（基因
工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）；
2、蛋白质工程的基本途径：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，找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因，从而获得所需要的蛋白质。
【解答】解：A、图中⑤、⑥过程分别是翻译、折叠，④过程是转录，A 错误；
B、蛋白质工程是通过改造或修饰基因来实现的，可见蛋白质工程是通过对基因操作实现的，B 错误；
C、一种氨基酸可能对应多种密码子，所以根据蛋白质的氨基酸序列推测出的mRNA 的碱基序列不是唯
一的，C 错误；
D、蛋白质工程的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求，但实际是通过改造和修
饰基因实现的，D 正确。
故选：D。
【点评】本题考查蛋白质工程的相关知识，要求考生识记蛋白质工程的概念、原理、基本途径，明确蛋
白质工程的直接操作对象是基因，再结合所学的知识准确判断各选项。
【典例2】（2023•河南模拟）人体肝脏细胞中的乙醛脱氢酶2（ALDH2）是人体酒精代谢中的关键酶，研
究人员欲通过相应技术改造ALDH2，使其具有较好的溶解性。回答下列问题：
（1）研究人员可采用定点诱变PCR 技术对
进行改造，这属于
工程的操作环节，该工程的基本途径是
。
（2）利用一定的方法在ALDH2 基因中部引入定点突变（G/C 碱基对变为A/T），若N 链为转录的模板
链，则定点突变后的ALDH2 基因转录合成的mRNA 中该位点对应的碱基为
。
（3）得到突变成功的ALDH2 基因后，用乙图所示质粒构建基因表达载体，需在甲图ALDH2 基因的左
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侧添加
酶切序列，右侧添加
酶切序列。构建完成后导入大肠杆菌细胞中，
使用含
的培养基进行筛选。
【分析】蛋白质工程概念及基本原理
（1）蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合
成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求（基因工程在原
则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。
（2）蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。
（3）蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。
（4）基本途径：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核
苷酸序列（基因），最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。
【解答】解：（1）采用定点诱变PCR 技术对乙醛脱氢酶2（ALDH2）基因进行改造，这属于蛋白质工
程的操作环节。蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰
或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。该工
程的基本途径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→找到相对
应的脱氧核苷酸序列（基因）。
（2）据甲图可知定点突变（G/C 碱基对变为A/T）后ALDH2 基因的N 链该位点为碱基T，转录后
mRNA 中该位点对应的碱基为A。
（3）得到突变成功的ALDH2 基因后，用乙图所示质粒构建基因表达载体时，为防止破坏潮霉素抗性
基因，应选择HindⅢ和BglⅡ进行酶切。由于甲图中基因转录的方向为从右至左，再依据质粒中启动子
和终止子的位置可判断需在ALDH2 基因的左侧添加BglⅡ酶切序列，右侧添加HindⅢ酶切序列。重组
质粒中含有潮霉素抗性基因（标记基因），当构建完成后导入大肠杆菌细胞中，使用含潮霉素的培养基
进行筛选。
故答案为：
（1）乙醛脱氢酶2（ALDH2）基因 蛋白质 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→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
（2）A
（3）BglⅡHindⅢ潮霉素
【点评】本题主要考查基因工程、蛋白质工程的相关知识，意在考查考生理解所学知识要点，把握知识
间内在联系的能力，能够运用所学知识，对生物学问题作出准确的判断，难度适中。
【变式1】（2023•大连二模）水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素是具有抗凝血作用的蛋白质。
通过蛋白质工程操作用赖氨酸替代水蛭素第47 位的天冬酰胺，可提高其抗凝血活性，相关流程如图，据图
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分析，下列叙述错误的是（ ）
A．上述研究中目前直接的操作对象是水蛭素基因
B．蛋白质工程进行中难度最大的操作是改造水蛭素基因
C．指导c 形成的新水蛭素基因的碱基序列可能不同
D．改造后的水蛭素需要与天然水蛭素进行抗凝血活性比较
【分析】1、蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质的结构→推测应
有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列；
2、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，通过基因修饰或基因合
成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。也就是说，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，是包含多学科的综合科技工程领域。
【解答】解：A、图示是的蛋白质工程的过程，蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发→
设计预期的蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列，故操作对象是水蛭
素基因，A 正确；
B、蛋白质工程进行中难度最大的操作是对于蛋白质的高级结构不了解，B 错误；
C、物质b 是mRNA，物质a 是氨基酸序列多肽链，mRNA 可能不同，所以指导c 形成的新水蛭素基因
的碱基序列可能不同，C 正确；
D、改造后的水蛭素需要与天然水蛭素进行抗凝血活性进行比较，D 正确。
故选：B。
【点评】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，通过基因修饰或基
因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。也就是说，
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，是包含多学科的综合科技工程领域。
学生需要熟记各种生物技术与工程的基本操作。
【变式2】（2023•怀仁市校级四模）甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的口感，研究人员
利用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了转基因植株。如图1、图2 分别为甜蛋白
基因编码链（仅示部分碱基）和Ti 质粒的示意图，其中①～⑤表示不同位点。回答下列问题：
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（1）获取甜蛋白基因时，通常是在细胞内提取mRNA，一般先通过
得到DNA，再经
获取大量甜蛋白基因，酶切后再连接到Ti 质粒上。如表为不同限制酶的作用位点，在构建甜
蛋白基因表达载体时，应选用的限制酶是
。
限制酶
BamHⅠ
PstⅠ
XhoⅠ
XbaⅠ
识别序列和切割位点
5'G↓GATCC3'
5'C↓TGCAG3'
5'C↓TCGAG3'
5'T↓CTAGA3'
（2）研究人员利用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，依据农杆菌的侵染特点，甜蛋
白基因应插入到Ti 质粒的
上，经过转化作用，进入黄瓜细胞，并将其插入到
，从而使其稳定表达。对载体Ti 质粒进行改造时，需要插入多个限制酶单一
切点，应选择在图2 中的位点
（填序号）处插入。
（3）转入甜蛋白基因后的黄瓜细胞，转化后应在培养基中添加
（填“潮霉素”或“卡那霉
素”），筛选转化成功的愈伤组织。若要获得产甜蛋白能力更强的基因，可以对甜蛋白基因进行改造，
最终得到更多的甜蛋白，该过程可以通过蛋白质工程完成，基本思路为
（用文字和箭头表
示）。
【分析】1、基因工程技术的基本步骤：
（1）目的基因的筛选和获取：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。（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。
2、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，
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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；基本流程为：预期蛋白质
功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。
【解答】解：（1）以mRNA 为模板获得DNA 的过程称为逆转录；体外大量扩增目的基因可采用PCR
技术；根据表格可知，目的基因两端的限制酶是XhoⅠ和XbaⅠ，因此构建基因表达载体时应选用限制酶
XhoⅠ和XbaⅠ。
（2）Ti 质粒上的T
DNA
﹣
可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA 上。根据这一特点，
应将目的基因（甜蛋白基因）插入到Ti 质粒的T
DNA
﹣
上，通过农杆菌的转化作用，就可以把目的基
因整合到植物细胞（黄瓜细胞）中染色体的DNA 上。构建基因表达载体时，目的基因应该插在启动子
和终止子之间，因此为使目的基因准确表达，对载体Ti 质粒进行改造时，需要插入多个限制酶单一切
点，应选择在图2 中的位点③处插入。
（3）据图可知，T
DNA
﹣
中含有的标记基因是潮霉素抗性基因，故转化后应在培养基中添加潮霉素筛
选转化成功的愈伤组织；若要获得产甜蛋白能力更强的基因，可以对甜蛋白基因进行改造，最终得到更
多的甜蛋白，该过程可以通过蛋白质工程完成，基本思路为预期甜蛋白的功能→设计甜蛋白的结构→推
测应有的氨基酸序列→找到对应的基因序列。
故答案为：
（1）逆转录 PCR 技术 XhoⅠ和XbaⅠ
（2）T
DNA
﹣
黄瓜细胞染色体的DNA 上 ③
（3）潮霉素 预期甜蛋白的功能→设计甜蛋白的结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的基因序
列
【点评】本题结合图表，考查基因工程和蛋白质工程的相关知识，要求考生识记基因工程的操作步骤，
掌握各操作步骤中需要注意的细节；识记蛋白质工程的原理，能结合图中和表中信息准确答题。
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考点51 生物技术的安全性与伦理问题
一、生物技术的安全性与伦理问题
1. 转基因产品的安全性
（1）转基因成果
①基因工程菌——重组微生物
②基因制药：乳腺生物反应器——转基因动物
③转基因农作物：具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状。
（2）对转基因产品安全性的争论：主要在食品安全、生物安全等方面存在激烈的争论。
（3）理性看待转基因技术
①需要以完备的相关科学知识为基础，即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。
②制定政策和法规，最大限度地保证转基因技术和产品的安全性。
2. 关注生殖性克隆人
我国政府的态度：禁止生殖性克隆人，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
3. 禁止生物武器
（1）生物武器种类：致病菌类、病毒类和生化毒剂类等。
（2）传播途径：可直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散步，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵
入人、畜体内。
（3）我国政府支持《禁止生物武器公约》的宗旨和目标，在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武
器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考法1 生物技术的安全性与伦理问题
1. 转基因产品的安全性
（1）转基因产品存在安全性的原因：一方面目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有
限，另一方面外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。
（2）转基因生物的优缺点
优点
缺点
①解决粮食短缺问题；
②大大减少农药的使用量，减少环境污染；
③增加食物营养，提高附加值；
①可能出现新的过敏原或重组形成新的病原体；
②可能产生抗除草剂的杂草；
③可能使疾病的传播跨越物种障碍；
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④增加食物种类，提升食物品质；
⑤提高生产效率，带动相关产业发展
④可能会损害生物多样性；
⑤可能会对人类生活环境造成二次污染
（3）目前对转基因产品安全问题的应对策略
①由这项技术研发出来的产品需要经过一系列的安全性评价，符合相应标准后才能上市；
②理性看待转基因技术要做到建立在完备的科学知识基础上；
③社会舆论导向正确往往有利于促进科学技术的发展；
④我国方针是研究上要大胆，坚持自主创新，推广上要慎重，做到确保安全，管理上要严格，坚持依法监
管。
2. 与克隆技术相关的分析
（1）克隆的生殖方式：无性生殖。
（2）克隆产生的后代与亲代不一定完全相同的原因：细胞质基因可能不同；发育过程中可能发生基因突
变或染色体变异；后天生长的环境条件的影响。
（3）克隆的分类：根据其目的和水平不同，可分为治疗性克隆和生殖性克隆。
①两种克隆的定义：治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受
损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个
体。
②二者的区别与联系
治疗性克隆
生殖性克隆
目的
治疗人类疾病
用于生育，产生新个体
水平
细胞水平
个体水平
联系
都属于无性繁殖，产生新个体、新组织的遗传信息与亲代相同
3. 设计试管婴儿技术与试管婴儿技术的比较
设计试管婴儿技术
试管婴儿技术
技术手段
需进行遗传诊断，筛选出符合要求的胚胎
不需要进行遗传诊断
实践应用
用于白血病、贫血病等疾病的治疗
解决不孕不育
联系
二者都是体外受精，经过体外早期胚胎发育，再进行胚胎移植；都是有性生殖
示意图
①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿的过程
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【典例1】（2023•莱芜区校级模拟）下列关于生物安全的叙述，正确的是（ ）
A．消除生物武器威胁、防止生物武器及其技术和设备扩散是生物安全防控的重要方面
B．生殖性克隆和治疗性克隆都涉及细胞核移植技术，中国政府不接受任何克隆实验
C．只要有证据表明某种转基因产品有害，就应该全面禁止转基因技术的应用
D．设计试管婴儿与试管婴儿技术技术流程基本相同，都需要进行特定基因的检测
【分析】生物安全在农业领域中，指遗传修饰生物（如转基因作物）对人体及生态系统造成的安全性问
题；在生态领域中，指外来有害生物的引进和扩散，对人类生产和健康造成不利影响的各种传染病、害
虫、真菌、细菌、线虫、病毒和杂草等。除此之外，生物安全还包括生物遗传资源流失、实验室生物安
全、微生物耐药性、生物恐怖袭击等。生物安全是人的健康、动植物健康、生态环境健康三者安全统一
的概念。
【解答】解：A、在生物恐怖威胁不断上升、全球传染病疫情频发的情况下，消除生物武器威胁、防止
生物武器扩散是生物安全防控的重要方面，A 正确；
B、克隆人技术并未完全成熟。中国政府不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验，
但是不反对治疗性克隆，B 错误；
C、转基因技术中，只要有证据表明产品有害，就应该禁止该产品的使用，而不是禁止转基因技术的应
用，C 错误；
D、试管婴儿技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚
胎后，再经移植后产生后代的技术，不需要进行基因检测；设计试管婴儿技术是通过体外受精获得许多
胚胎，然后从中选择符合要求的胚胎，再经移植后产生后代的技术，需要进行基因检测，D 错误。
故选：A。
【点评】本题考查生物安全的相关知识，意在考查学生的识记能力和判断能力，运用所学知识综合分析
问题的能力是解答本题的关键。
【典例2】（2023•温州二模）转基因产品是指利用基因工程技术获得的生物制品，其安全性问题一直是大
众关注和争论的热点。下列叙述错误的是（ ）
A．通过转基因育种可增加或消除原有生物品种的某些性状
B．转基因食品风险评估时还需考虑标记基因的安全性问题
C．严格选择种植区域可减少转基因作物发生外源基因扩散的可能性
D．转基因作物的长期、大规模种植不利于侵染力更强的害虫的出现
【分析】转基因生物的安全性问题：食物安全（滞后效应、过敏源、营养成分改变）、生物安全（对生
物多样性的影响）、环境安全（对生态系统稳定性的影响）。
【解答】解：A、基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出
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更符合人们需要的新的生物类型和产品；转基因产品是指利用基因工程技术而获得的生物制品，故通过
转基因育种，按照人们的需要，可增加或消除原有生物品种的某些性状，A 正确；
B、在基因表达载体上，除了有目的基因、启动子、终止子等外，还需要标记基因，故转基因食品风险
评估时还需考虑标记基因的安全性问题，B 正确；
C、转基因作物所携带的外源基因在使得作物高产的同时，也可能会向自然界扩散，从而打破自然界原
有的物种平衡，严格选择种植区域可减少转基因作物发生外源基因扩散的可能性，C 正确；
D、转基因作物的长期、大规模种植，可能使目标害虫或非目标害虫对转基因作物的适应在群体水平上
产生抗性，有可能产生侵染力更强的“超级害虫”，造成更大的危害，D 错误。
故选：D。
【点评】本题考查转基因生物的安全性问题的相关知识，考生运用所学知识综合分析问题的能力是解答
本题的关键。
【变式1】（2023•河北二模）生物技术安全性问题一直备受人们的关切。下列观点错误的是（ ）
A．种植转基因植物可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性
B．在特殊情况下，国家可储存少量的生物武器用于研究
C．我国明确反对利用体外受精等技术培育“设计试管婴儿”
D．中国政府的态度是禁止生殖性克隆但不反对治疗性克隆
【分析】转基因生物的安全性问题：食物安全（滞后效应、过敏源、营养成分改变）、生物安全（对生
物多样性的影响）、环境安全（对生态系统稳定性的影响）。
治疗性克隆：指利用克隆技术产生特定细胞和组织（皮肤、神经或肌肉等）用于治疗性移植。
生殖性克隆：指将克隆技术用于生育目的，即用于产生人类个体。
中国政府：禁止生殖性克隆人，坚持四不原则（不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实
验），不反对治疗性克隆人。
【解答】解：A、种植转基因植物可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性，A 正确；
B、中国在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散，B
错误；
C、我国明确反对利用体外受精等技术培育“设计试管婴儿”，C 正确；
D、中国政府的态度是禁止生殖性克隆但不反对治疗性克隆，D 正确。
故选：B。
【点评】本题考查现代生物工程技术应用安全性及关注生物技术的伦理问题，意在考查学生识记和理解
能力，一般不会出错。
【变式2】（2022•山东模拟）生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，也引起了人们对它的安全性的关
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注，以及伦理道德的碰撞，带来新的困惑和挑战。下列关于生物技术的安全性和伦理问题的说法，错误的
是（ ）
A．抗虫棉的抗虫基因不会随着人们食用棉籽油进入人的细胞内
B．我国坚决反对治疗性克隆，不允许进行任何生殖性克隆人实验
C．通过转基因技术获得了高产、无农药残留的农副产品，可造福人类
D．生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点，世界各国都应抵制
【分析】1、转基因生物的安全性问题：食物安全（滞后效应、过敏源、营养成分改变）、生物安全
（对生物多样性的影响）、环境安全（对生态系统稳定性的影响），对待转基因技术的利弊，正确的做
法应该是趋利避害，不能因噎废食。
2、中国政府：禁止生殖性克隆人，坚持四不原则（不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆
人实验），不反对治疗性克隆人。
【解答】解：A、抗虫基因会随着棉籽油的加工被破坏，即使没有被破坏，抗虫基因进入人的消化道，
该基因也不会作用于人的肠道，在肠道内会被分解、消化吸收，A 正确；
B、治疗性克隆是利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织
和器官，从而达到治疗疾病的目的，其完全不同于克隆人，我国是赞同治疗性克隆的，B 错误；
C、通过转基因技术获得了高产、无农药残留的农副产品，减少了食品污染，可造福人类，C 正确；
D、生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点，世界各国都应抵制，D 正确。
故选：B。
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