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第35 讲 基因工程及生物技术的安全性与伦理问题
内容要求——明考向
近年考情——知规律
（1）概述基因工程的诞生；（2）阐明基因工程的原理及
技术（含PCR 技术）；（3）举例说明基因工程在农牧、
食品及医药等行业的应用；（4）概述蛋白质工程的原
理及应用；（5）举例说出日常生活中的转基因产品及
影响；（6）中国禁止生殖性克隆人；（7）举例说明生物
武器对人类的威胁；（8）DNA 的粗提取与鉴定（活
动）；（9）利用PCR 扩增DNA 片段并完成电泳鉴定，
或运用软件进行虚拟PCR 实验（活动）；（10）搜集文
献资料，就“转基因食品是否安全”展开辩论（活
动）；（11）搜集“转基因食品是否安全”及关于设计
试管婴儿的资料（活动）。
2021·湖北卷（7）、2021·辽
宁卷（24）、2021·天津卷
（16）、2021·全国乙卷
（38）、2021·山东卷（25）、
2021·全国甲卷（38）、
2021·河北卷（24）、2021·
广东卷，（22）、2020·全国
卷Ⅲ（38）、2019·全国卷
Ⅰ（38）
考点一 重组DNA 技术的基本工具与基本操作程序
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生物学（配人教版）Q 新教材（琼津京… ）\\ 考点自主梳理.tif" \*
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1.基因工程的概念
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2.基因工程的基本工具 3 种工具，其中有2 种工具酶
（1）限制性内切核酸酶 限制酶是一类酶，而不是一种酶
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提醒 ①将一个基因从DNA 分子上切割下来需要切两处，同时产生四个黏性末
端或平末端。
②限制酶不切割自身DNA 的原因是原核生物DNA 分子中不存在该酶的识别序
列或识别序列已经被修饰。
（2）DNA 连接酶
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（3）载体
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3.基因工程的基本操作程序
（1）目的基因的筛选与获取
①目的基因的获取方法：人工合成目的基因、利用PCR 获取和扩增目的基因、通
过构建基因文库来获取目的基因。
②利用PCR 获取和扩增目的基因
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提醒 ①在PCR 过程中实际加入的为dNTP（即dATP、dGTP、dTTP、dCTP），既可
作为合成DNA 子链的原料，又可为DNA 的合成提供能量。
②引物是一小段单链的DNA 或RNA，作为新子链的合成起点，只能结合在母链
的3′端，使DNA 聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。
③真核细胞和细菌的DNA 聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR 反应缓冲溶液中
一般要添加Mg2＋。
（2）基因表达载体的构建——核心
①目的：
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使目的基因能够表
达和发挥作用。
②组成：
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③构建过程：
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生物学（配人教版）Q 新教材（琼津京…）\\X296.tif" \* MERGEFORMATINET
（3）将目的基因导入受体细胞
只有该步骤没涉及到碱基互补配对原则
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提醒 ①农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti 质粒的T－DNA 上，第二次拼接（非人工操
作）是指插入目的基因的T－DNA 拼接到受体细胞的染色体DNA 上；第一次导入
是将含目的基因的Ti 质粒导入农杆菌，第二次导入（非人工操作）是指含目的基因
的T－DNA 导入受体细胞。
②导入的目的基因，可能存在于细胞质中，也可能整合到染色体DNA 上。存在于
染色体DNA 上的目的基因有可能通过花粉传播进入杂草或其他作物中，造成
“基因污染”。
（4）目的基因的检测与鉴定
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（1）DNA 连接酶能将两碱基间的氢键连接起来（×）
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（2）E.coli DNA 连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端（×）
（3）限制酶也可以识别和切割RNA（×）
（4）质粒是小型环状DNA 分子，是基因工程常用的载体（√）
（5）外源DNA 必在位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制（×）
（6）用PCR 方法扩增目的基因时需要设计两种引物（√）
（7）用PCR 方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列（√）
（8）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
（×）
（9）应用DNA 探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是
否完全表达（×）
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1.天然的质粒是否可以直接用做基因工程载体？为什么？
提示 不可以。具有能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因及对
受体细胞无害等特点的质粒才可以直接用作基因工程的载体。实际上天然的质粒
一般不完全具备上述条件，往往需要进行人工改造后才能用于基因工程操作。
2.PCR 可以扩增mRNA 吗？
提示 不可以，因为PCR 是用DNA 双链做模板的，不能直接用单链RNA 做
PCR，必须把mRNA 逆转录成单链cDNA 之后再做PCR。
3.你知道新型冠状病毒核酸检测试剂盒的检测原理吗？
提示 新型冠状病毒核酸检测试剂盒是用于快速进行体外定性检测新型冠状病毒
的医疗检测用品，它的工作原理是通过提取病人样本中的RNA，进行反转录聚合
酶链式反应（RT－PCR），通过扩增反应将样本中微量的病毒信息进行放大，最后
以荧光的方式读取信号。如果PCR 之后信号为阳性，那么就可以认为样本中存在
病毒（已经感染），反之表明样本中没有病毒（未感染）。
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1.限制酶的选择方法
根据目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割位点以及是否破坏目
的基因和标记基因等来确定限制酶的种类。
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（1）应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst Ⅰ；不能选择
酶切位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。
（2）为避免目的基因及质粒的自身环化、反向连接，也可使用不同的限制酶（非同
尾酶）切割目的基因所在片段和质粒（双酶切），如图甲可选择用Pst Ⅰ和EcoRⅠ
两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点）。
（3）切割质粒的限制酶不能同时切开质粒上的所有标记基因，即至少要保留一个
标记基因，以用于重组DNA 的鉴定和筛选，如图乙中的质粒不能使用Sma Ⅰ切
割。
2.标记基因的作用
标记基因可用于检测目的基因是否导入受体细胞：
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3.启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别
位置
作用
启动子
位于DNA 分子上
RNA 聚合酶识别和结合位点，启动转录
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过程
起始
密码子
位于mRNA 分子上
决定翻译的开始
终止子
位于DNA 分子上
决定转录的结束
终止
密码子
位于mRNA 分子上
决定翻译的结束
4.农杆菌转化法分析
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（1）构建基因表达载体需要两种工具酶：限制酶和DNA 连接酶。
（2）基因表达载体（重组质粒）导入农杆菌细胞时，要用Ca2＋处理农杆菌细胞，使
其处于感受态，有利于重组质粒的导入。
（3）将导入目的基因的受体细胞培育成完整的植株要用到植物组织培养技术。
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考向1 基因工程的基本工具，考查科学思维能力
1.（2021·湖北卷，7）限制性内切酶EcoR Ⅰ识别并切割 INCLUDEPICTURE "E:\
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材（琼津京…）\\21S106.tif" \* MERGEFORMATINET
双链DNA，
用EcoR Ⅰ完全酶切果蝇基因组DNA，理论上得到DNA 片段的平均长度（碱基
对）约为（ ）
A.6
B.250
C.4 000
D.24 000
答案 C
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解析 据题意可知，限制性内切核酸酶EcoR Ⅰ的识别序列为
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物学（配人教版）Q 新教材（琼津京…）\\21S106.TIF" \* MERGEFORMATINET
则理论上，该序列出现的概率为1/（4×4×4×4×4×4）＝1/4 096，
即4 096 个碱基对序列中会出现一个限制性内切核酸酶EcoR Ⅰ的识别序列，故
用限制性内切核酸酶EcoR Ⅰ完全酶切果蝇基因组DNA，理论上得到DNA 片段
的平均长度（碱基对个数）约为4 000，C 符合题意。
2.（2021·全国乙卷，38）用DNA 重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更
符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶，其中4 种限制性内
切核酸酶的切割位点如图所示。
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回答下列问题：
（1）常用的DNA 连接酶有E.coliDNA 连接酶和T4 DNA 连接酶。上图中
酶切割后的DNA 片段可以用E.coli DNA 连接酶连接。上图中
酶切割后的DNA 片段可以用T4 DNA 连接酶连接。
（2）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
。
（3）DNA 重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA 分子上有复制
原点，可以保证质粒在受体细胞中能 ；质粒DNA 分子上有
，便于外源DNA 插入；质粒DNA 分子上有标记基因（如某种抗生素抗性基因），
利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是
__________________________________________________________________。
（4）表达载体含有启动子，启动子是指__________________________________。
答案 （1）EcoR Ⅰ、Pst Ⅰ EcoR Ⅰ、Sma Ⅰ、Pst Ⅰ、EcoR Ⅴ （2）磷酸二酯键
（3）自我复制 限制酶切割位点 用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够
存活的即为含有质粒载体的宿主细胞 （4）RNA 聚合酶识别、结合和驱动转录的
一段DNA 序列
解析 （1）由题图可以看出，EcoRⅠ、Sma Ⅰ、Pst Ⅰ、EcoR Ⅴ切割后分别形成黏
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性末端、平末端、黏性末端和平末端，E.coli DNA 连接酶可用于连接黏性末端，T4
DNA 连接酶可用于连接黏性末端和平末端。（2）DNA 连接酶催化DNA 链的5′端
与另一DNA 链的3′端生成磷酸二酯键。（3）复制原点是在基因组上复制起始的一
段序列，可以保证质粒在宿主细胞中进行自我复制。质粒上有限制酶切割位点，该
位点可被限制酶切开并使外源目的基因插入其中。若质粒DNA 分子上有某种抗
生素抗性基因，则可以用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为
含有质粒载体的宿主细胞。（4）启动子是RNA 聚合酶识别和结合的部位，有了它
才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。
考向2 结合PCR 技术的应用，考查科学思维能力
3.（2021·湖北卷，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）
为了减少反应中非特异条带的产生，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 PCR 过程中，引物和模板不完全配对会形成非特异条带，增加模板DNA 的
量不会减少反应中非特异条带的产生，A 错误；延长热变性的时间，有利于双链
DNA 解聚为单链，不能减少反应中非特异条带的产生，B 错误；延长延伸的时间，
有利于合成新的DNA 链，但不能减少反应中非特异条带的产生，C 错误；在一定
温度范围内，选择较高的复性温度可减少引物和模板间的非特异性结合，D 正确。
4.（2021·全国甲卷，38）PCR 技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染
了某种病原菌，医生进行了相关操作：①分析PCR 扩增结果；②从病人组织样本
中提取DNA；③利用PCR 扩增DNA 片段；④采集病人组织样本。回答下列问题：
（1）若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是 （用数字序号表
示）。
（2）操作③中使用的酶是
。PCR 反应中的每次循环可分为变性、复性、
三步，其中复性的结果是 。
（3）为了做出正确的诊断，PCR 反应所用的引物应该能与 特异性结合。
（4）PCR（聚合酶链式反应）技术是指 。该技
术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
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答案 （1）④②③① （2）耐高温的DNA 聚合酶 延伸 两种引物通过碱基互补
配对分别与两条单链DNA 模板结合 （3）病原菌DNA （4）一种在生物体外快
速扩增特定DNA 片段的技术
解析 （1）为了检测病人是否感染了某种病原菌，首先应采集病人组织样本，然后
从病人组织样本中提取DNA，利用PCR 扩增DNA 片段后，再分析PCR 扩增结果，
所以正确的操作顺序是④②③①。（2）PCR 技术中用到的DNA 聚合酶是耐高温的
DNA 聚合酶，PCR 反应中的每次循环可分为变性、复性和延伸三步。复性是温度
下降到50 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA 结合。
（3）PCR 反
应所用引物要根据需要扩增的目标DNA 的碱基序列来设计，要检测是否感染病
原菌，应根据该病原菌的DNA 碱基序列合成引物，这样PCR 反应所用的引物会
与某种病原菌的DNA 特异性结合。（4）PCR 技术是一项在生物体外复制特定
DNA 片段的核酸合成技术，通过这一技术，可以在短时间内大量扩增目的基因。
考向3 结合基因工程的操作程序，考查科学实践能力
5.（2022·中原名校联盟）某质粒上有Sal Ⅰ、Hind Ⅲ、BamH Ⅰ三种限制酶切割位
点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐
烟草的过程，如下图所示。请回答下列问题：
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生物学（配人教版）Q 新教材（琼津京…）\\1S721.tif" \* MERGEFORMATINET
（1）将目的基因导入植物细胞，采用最多的方法是农杆菌转化法。其中用到的质粒
是 ；该质粒含有一段特殊的DNA 片段，称为 。该方法中农杆菌
的作用是__________________________________________________。
（2）在构建重组质粒时，和只用一种酶切割目的基因的两端及质粒相比，选用
Hind Ⅲ和Sal Ⅰ两种酶的好处是________________________________________。
（3）含有目的基因的农杆菌可根据标记基因进行筛选。若农杆菌在含有氨苄青霉
素和四环素的培养基上都可以生长繁殖，农杆菌中是否已含有目的基因？
（填“是”或“否”）。为什么？________________________________________。
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（4）将已经转化的农杆菌进行如下操作，筛选出符合要求的农杆菌。先把转化的农
杆菌接种到A 培养基中培养，长出菌落后，用无菌牙签挑取A 上的单个菌落，分别
接种到B（含氨苄青霉素）和C（含四环素和氨苄青霉素）两个培养基的相同位置
上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。含目的基因的菌落位于B 或C 上的哪
些菌落中？请在图中相应的位置上圈出来。
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答案 （1）Ti 质粒 TDNA 感染烟草细胞，把目的基因插入到烟草细胞的染色
体DNA 上 （2）防止目的基因自连和质粒自连，以提高带有目的基因的重组质粒
的合成效率；防止目的基因与质粒反向连接
（3）否 含有目的基因的质粒中抗四环素基因被破坏
（4）
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生物学（配人教版）Q 新教材（琼津京… ）\\ 题后反思.TIF" \*
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如何筛选出含有目的基因的受体细胞
（1）原理：将目的基因插入含有两种抗生素抗性基因的载体时，如果插入某种抗生
素抗性基因内部，则会导致该抗生素抗性基因失活。如下图，目的基因插入四环素
抗性基因内部，则四环素抗性基因失活。
（2）被转化的细菌有三种：含环状目的基因的细菌、含重组质粒的细菌、含自身环
化质粒的细菌。
（3）筛选方法：将混合处理后的细菌先放在含氨苄青霉素的培养基上培养，能生长
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的是含重组质粒的细菌和含自身环化质粒的细菌，如图1、2、3、4、5 菌落，再利用
无菌的绒布影印到含有四环素的培养基上，如图能生长的菌落为2、3、4，则在含
四环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌落，如图1、5 菌落。最后，可在含
氨苄青霉素的培养基上挑取1、5 菌落进行培养。
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考点二 DNA 的粗提取与鉴定、DNA 片段的扩增及电泳鉴定
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1.DNA 的粗提取与鉴定
（1）原理
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生物学（配人教版）Q 新教材（琼津京…）\\X299A.tif" \* MERGEFORMATINET
（2）方法步骤
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提醒 ①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本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料，原因是哺乳动物成熟的红
细胞无细胞核（无DNA）。可选用鸡血细胞作为材料。
2.DNA 片段的扩增及电泳鉴定
（1）实验基础
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（2）PCR 实验操作步骤
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（3）DNA 的测定：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。
提醒 ①为避免外源DNA 等因素的污染，PCR 实验中使用的微量离心管、枪头和
蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。
②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，避免试剂的污染。
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（1）在溶有DNA 的NaCl 溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色（×）
（2）DNA 不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精（√）
（3）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 ℃储存（×）
（4）在凝胶中DNA 分子的迁移速率只与DNA 分子的大小相关（×）
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选择性必修3 P74“探究·实践”
1.DNA 的粗提取实验中过滤能否用滤纸代替纱布？
提示 不可以，因为DNA 会被吸附到滤纸上而大量损失，影响最终提取的DNA
量。
选择性必修3 P84“探究·实践”
2.DNA 片段电泳鉴定的原理是什么？
提示 DNA 分子在碱性条件下（pH 8.0 的缓冲液）带负电，在电场力的驱动下，从
负极向正极在琼脂糖凝胶的孔洞中蠕动；核酸染料带正电，在电场力的驱动下，从
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正极向负极运动，遇到DNA 就嵌入其中完成染色，但这个颜色可见光下看不到，
需要紫外光激发。
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考向1 结合DNA 的粗提取和鉴定，考查科学探究能力
1.（2019·江苏卷，10）下列关于DNA 粗提取与鉴定的叙述，错误的是（ ）
A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA 量相近
B.DNA 析出过程中，搅拌操作要轻柔以防DNA 断裂
C.预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNA
D.用二苯胺试剂鉴定DNA 需要进行水浴加热
答案 A
解析 哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核和细胞器，不能提取到DNA，鸡血、菜
花、豌豆、菠菜等都具有细胞核，可以通过不同的方法提取DNA，用同样方法从等
体积兔血和鸡血中提取的DNA 量差异很大，A 错误；为防止DNA 断裂，在DNA
析出过程中搅拌操作要轻柔且沿着一个方向，B 正确；DNA 不溶于酒精溶液，但是
细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液，预冷的酒精溶液可用来进一步纯化粗提的
DNA，C 正确；在沸水浴的条件下，DNA 遇二苯胺会被染成蓝色，因此，用二苯胺
试剂鉴定DNA 需要进行水浴加热，D 正确。
2.（2021·山东卷，13）粗提取DNA 时，向鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水并搅拌，
过滤后所得滤液进行下列处理后再进行过滤，在得到的滤液中加入特定试剂后容
易提取出DNA 相对含量较高的白色丝状物的处理方式是（ ）
A.加入适量的木瓜蛋白酶
B.37～40 ℃的水浴箱中保温10～15 分钟
C.加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精
D.加入NaCl 调节浓度至2 mol/L→过滤→加入NaCl 调节浓度至0.14 mol/L
答案 A
解析 粗提取DNA 时，向鸡血细胞溶液中加入一定量的蒸馏水，鸡血细胞吸水涨
破，释放内容物，过滤后DNA 存在于滤液中，但DNA 主要与蛋白质结合以染色体
的形式存在，所以使用木瓜蛋白酶，可以分解蛋白质，DNA 仍然存在于得到的滤
液中，然后加入体积分数为95%的冷却的酒精，使其溶解度下降，DNA 析出，呈白
色丝状物。A 正确；保温不会分解蛋白质，也不会析出DNA，B 错误；C 选项是最后
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析出DNA 时使用，属于提纯步骤，C 错误；加入NaCl 调节浓度至2 mol/L，此浓度
下DNA 溶解度高，溶解在滤液中，而逐渐调节NaCl 浓度至0.14 mol/L 的过程中，
DNA 溶解度下降，会析出，与题干后面“得到的滤液中加入特定试剂……”不相
符，D 错误。
考向2 围绕DNA 片段的扩增及电泳鉴定，考查社会责任
3.（2022·河北衡水调研）下列有关电泳的叙述，不正确的是（ ）
A.电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程
B.待测样品中DNA 分子的大小和构象、凝胶的浓度等都会影响DNA 在电泳中的
迁移速率
C.进行电泳时，带电粒子会向着与其所带电荷相同的电极移动
D.PCR 的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定
答案 C
解析 DNA 分子具有可解离的基团，在一定的pH 下，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，即带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程，A 正确，C 错误。
4.（2022·山东济南调研）人类胰岛素基因位于第11 号染色体上，长度为8 416 bp，
人类胰岛素的氨基酸序列已知。回答下列相关问题。
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（1）上图是利用PCR 技术获取人胰岛素基因的方法，除了此方法外，还可以利用
的方法是______________________________________________。
（2）利用PCR 技术获取人胰岛素基因，在缓冲液中除了要添加模板和引物外，还
需要添加的物质有_____________________________________________。
（3）经过 轮循环可以得到所需的目的基因，一个DNA 分子经过5 轮循环，
需要引物A 个，从PCR 的过程和DNA 分子的特点，试着写出设计引物需
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要注意的问题：___________________________________________、
______________________________________________（答出2 点即可）。
（4）利用SDS－凝胶电泳分离不同DNA 分子，迁移速度取决于 。
（5）利用图示方法获取的目的基因，直接构建基因表达载体后导人大肠杆菌，
（填“ 能” 或“ 不能”）表达出人胰岛素，理由是
_________________________________________。
答案 （1）从基因文库获取或人工合成 （2）四种脱氧核苷酸和耐高温的DNA 聚
合酶 （3）3 31 引物自身不能有互补序列；引物之间不能有互补序列
（4）DNA 分子的大小 （5）不能 因为此方法获得的目的基因中含有内含子，大
肠杆菌无法正常识别内含子，而对内含子部分转录的mRNA 进行翻译，导致合成
的蛋白质出现错误
解析 （3）题图中引物A 和引物B 在DNA 片段内部，根据PCR 的过程和DNA 分
子半保留复制的特点可知，前两轮循环产生的4 个DNA 分子的两条链均不等长，
第三轮循环产生的DNA 分子存在等长的两条核苷酸链，即目的基因。其过程图如
下：
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第一轮：
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第二轮：
由①得到的DNA 分子如下：
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由②得到的DNA 分子如下：
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第三轮：由①可得
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由②可得
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从理论上推测，一个DNA 分子经n 次循环合成的DNA 分子为2n个，脱氧核苷酸
链数为2n＋1，新合成的脱氧核苷酸链数为2n＋1－2，而每合成一条脱氧核苷酸链需
要一个引物，所以共需要消耗2n＋1－2 个引物，即25＋1－2＝62 个，其中引物A 为
31 个。设计引物时需要注意以下几点：引物自身及引物之间不能有互补序列，以防
止自身或相互连接，引物长度适当，引物能与目的基因两侧特异性结合等。（4）在
凝胶中DNA 分子的迁移速度与凝胶的浓度、DNA 分子的大小和构象等有关。（5）
图示获得的目的基因含有外显子和内含子，因此直接将含有此目的基因的表达载
体导入大肠杆菌并不能表达出胰岛素，原因是大肠杆菌无法正常识别内含子而对
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内含子部分转录的mRNA 进行翻译，导致合成的蛋白质出现错误。
考点三 基因工程的应用及蛋白质工程
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1.基因工程的应用
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提醒
①动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。
②原核生物的基因（如抗虫基因）可以作为真核生物（棉花）的目的基因。
③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，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。
2.蛋白质工程 第二代基因工程，可生产自然界中不存在的蛋白质
（1）概念
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）操作手段和结果
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（3）基本思路
3.蛋白质工程与基因工程的区别和联系
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（1）将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
（√）
（2）利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是
因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中（×）
（3）由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用（×）
（4）蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质（√）
（5）蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结
构（×）
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1.基因工程培育的抗虫、抗病作物有哪些优点？
提示 减少环境污染，降低生产成本。
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2.蛋白质工程为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造？
提示 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，被改造的蛋白质无法遗传。
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考向1 结合基因工程的应用考查科学探究的能力
1.（2021·山东威海一模）下列生物技术操作对遗传物质的改造，不能遗传给子代的
是（ ）
A.将含胰岛素基因的表达载体转入大肠杆菌，筛选获得的基因工程菌
B.通过植物体细胞杂交获得的番茄—马铃薯杂种植株
C.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗
D.将生长激素基因导入奶牛受精卵，培育出能分泌含生长激素乳汁的奶牛
答案 C
解析 将含胰岛素基因的表达载体转入大肠杆菌，筛选获得的基因工程菌可以通
过二分裂的方式遗传给子代，A 不符合题意；通过植物体细胞杂交获得的番茄—
马铃薯杂种植株，遗传物质发生改变，可以通过无性繁殖遗传给子代，B 不符合题
意；将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞，只是淋巴细胞含有这个基因，其生殖细胞
没有该基因，因此不能遗传给子代，C 符合题意；将生长激素基因导入奶牛受精卵
受精卵含有生长激素基因，受精卵培育成的奶牛含有该基因，因此可以遗传给子
代，D 不符合题意。
2.（2021·山东青岛期中）采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培
育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，
正确的是（ ）
A.人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目等于凝血因子氨基酸数目的3 倍
B.该技术的利用可以定向改变生物的遗传性状，使种群的基因库发生改变
C.在转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
D.人凝血因子基因开始转录后，DNA 连接酶以DNA 分子的一条链为模板合成
mRNA
答案 B
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解析 因为真核生物的基因中存在非编码区，而编码蛋白质的是编码区的外显子，
并且终止密码子不编码氨基酸，所以凝血因子基因编码区的碱基对数目应大于凝
血因子氨基酸数目的3 倍，A 错误；该技术可以定向改变生物的遗传性状（使转基
因山羊的乳汁中含有人凝血因子），使种群的基因库发生改变，B 正确；因为目的
基因导入受精卵中，而转基因羊的每一个体细胞都是由受精卵有丝分裂而来的，
所以转基因羊的所有体细胞都含有人凝血因子基因，C 错误；人凝血因子基因开
始转录后，RNA 聚合酶以DNA 分子的一条链为模板，同时以核糖核苷酸为原料
催化合成mRNA，D 错误。
考向2 结合蛋白质工程考查科学思维能力
3.（2021·广东卷，22）非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建
多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中
国科学家设计了4 步酶促反应的非细胞合成路线（见下图），可直接用淀粉生产肌
醇（重要的医药食品原料），以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并
可以提高产率。
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回答下列问题：
（1）研究人员采用PCR 技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，
获得酶基因的方法还有_________________________________（答出两种即可）。
（2）高质量的DNA 模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量
DNA 模板时必须除去蛋白，方法有______________________________________
_____________________________（答出两种即可）。
（3）研究人员使用大肠杆菌BL21 作为受体细胞、pET20b 为表达载体分别进行4
种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备 细胞。为了检测目的
基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法有 。
（4）依图所示流程，在一定的温度、pH 等条件下，将4 种酶与可溶性淀粉溶液混合
组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是
。在分子水平上，可以通过改变 ，从而改变蛋白质的结构，实现
对酶特性的改造和优化。
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答案 （1）从基因文库中获取、人工合成 （2）酶解法或高温处理 （3）感受态
抗原—抗体杂交技术 （4）不能获得肌醇或肌醇产量较低 酶相对应的脱氧核苷
酸序列
解析 （1）获得目的基因的方法除PCR 技术外，还有从基因文库中获取、人工合
成等方法。（2）蛋白酶可分解蛋白质，但不会分解DNA；蛋白质在高温条件下会变
性失活，而DNA 虽然在高温时会变性，但在低温时又会复性，因此在制备高质量
的DNA 模板时，去除蛋白可采用酶解法或高温处理。（3）将大肠杆菌作为基因工
程的受体细胞时，首先应用Ca2＋处理，使其成为能吸收外界DNA 的感受态细胞。
检测目的基因是否成功表达出酶蛋白可采用抗原—抗体杂交技术。
（4）酶的作用条件有适宜的温度、pH 等，温度过低，酶的活性会降低，温度过高、
强酸或强碱的情况下，酶的活性会降低甚至失活，依据题图所示流程，在一定的温
度、pH 等条件下，将4 种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系，这4 种酶的
最适反应条件不同，会导致可溶性淀粉的分解效率降低。可通过蛋白质工程实现
对酶特性的改造和优化，在分子水平上，改变酶相对应的脱氧核苷酸序列，从而改
变酶蛋白的结构，最终实现优化酶特性的目的。
考点四 生物技术的安全性与伦理问题
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1.转基因产品的安全性
（1）争论焦点：在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。
（2）正确态度：理性看待转基因技术要做到建立在完备的相关科学知识基础之上；
看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响；要靠确凿的证
据和严谨的逻辑进行思考和辩论。
（3）我国方针：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.关注生殖性克隆人
（1）生殖性克隆和治疗性克隆
①生殖性克隆：是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。
②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
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替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。
（2）我国禁止生殖性克隆人的“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。
（3）警惕用细胞研究和人类基因组编写计划等新技术研究生殖性克隆人。
3.禁止生物武器
（1）生物武器
①种类：病菌类、病毒类和生化毒剂类等。
②特点：致病能力强，攻击范围广。
③散布途径：直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布。
（2）禁止生物武器
我国主张全面禁止和彻底销毁生物武器等各类大规模杀伤性武器。
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（1）科学家将外源生长素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率（×）
（2）转入油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中（√）
（3）如果转基因植物的外源基因源于自然界，则不会存在安全性问题（×）
（4）生殖性克隆和治疗性克隆两者有着本质的区别（√）
（5）“设计试管婴儿”与“试管婴儿”相比在植入前需要对胚胎进行遗传学诊断
（√）
（6）中国政府禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆（√）
（7）中国反对生物武器，但中国在特殊情况下可以生产生物武器（×）
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考向 结合生物技术的安全性和伦理问题，考查社会责任
1.（2021·北京顺义一模）现代生物技术造福人类的同时，也可能引起一系列的安全
和伦理问题，下列说法不恰当的是（ ）
A.我国政府不支持任何生殖性克隆人实验
B.我国主张全面禁止和彻底销毁生物武器
C.只要有证据表明转基因产品有害，就应禁止该技术的应用
D.我国已经对转基因食品和转基因农产品实施产品标识制度
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答案 C
解析 我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），但不反对治疗性克隆，A 正确；我国主张全面禁止和
彻底销毁生物武器等各类大规模杀伤性武器，B 正确；对于转基因产品，我们应该
客观公正地看待它，有益的推广，有害的禁止，但不能禁止该技术的应用，C 错误；
我国已经对转基因食品和转基因农产品实施产品标识制度，以尊重人们的知情权
和选择权，D 正确。
2.（2021·山东百师联盟联考）2018 年11 月，世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿
诞生。这项研究用到了能够精确定位并修饰基因的基因编辑技术，即基因编辑时
用约为头发二十分之一细的针把Cas9 蛋白和特定的RNA 引导序列注入受精卵中，
对CCR5 基因进行修改，预期婴儿出生后能天然抵抗人类免疫缺陷病毒，关于该
技术的安全性问题，下列说法错误的是（ ）
A.基因编辑时，引导序列可能发生变异，导致剪切错误，造成不可预知的后果
B.经过基因编辑的个体，有可能影响基因选择性表达，而导致其他疾病的产生
C.将基因编辑技术应用于治疗性克隆，符合人类伦理道德
D.只要加强监管、完善法律法规、完善技术手段，不需担心基因编辑技术的安全性
答案 D
解析 基因编辑时的引导序列是RNA，RNA 的碱基序列改变可能导致识别错误，
导致剪切错误，造成不可预知的后果，A 正确；基因编辑后，基因的序列发生改变，
基因的表达具有选择性，可能会受到影响，基因选择性表达受干扰后，容易导致某
些疾病的产生，B 正确；生殖性克隆不符合人类伦理道德，治疗性克隆符合人类伦
理道德，将基因编辑技术应用于治疗性克隆，符合人类伦理道德，C 正确；可以加
强监管、完善法律法规、完善技术手段，但基因编辑技术仍存在一定的安全性问题，
D 错误。
3.（2022·福建宁德期末）中国首例设计试管婴儿的父母均为地中海贫血基因的携
带者，为了挽救患有重度地中海贫血的姐姐，用他的脐带血帮助姐姐进行造血干
细胞移植。下列相关说法正确的是（ ）
A.该婴儿的获得运用了体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植和基因工程等技术
B.移植前需对胚胎进行遗传学诊断
C.姐姐康复后所生的孩子不含地中海贫血基因
D.表明我国已放开设计试管婴儿技术的研究与应用
答案 B
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解析 设计试管婴儿运用了体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植和遗传学诊断等
技术，A 错误；移植前需对胚胎进行遗传学诊断，从中选择符合要求的胚胎，B 正
确；姐姐进行造血干细胞移植没有改变其基因，故姐姐康复后所生的孩子仍含地
中海贫血基因，C 错误；设计试管婴儿会带来伦理道德问题，我国未放开设计试管
婴儿技术的研究与应用，D 错误。
重温真题 经典再现
1.（2020·天津卷，6）在天花病毒的第四代疫苗研究中，可利用天花病毒蛋白的亚单
位（在感染和致病过程中起重要作用的成分）制作疫苗。注射该疫苗可诱导机体产
生识别天花病毒的抗体。下列分析错误的是（ ）
A.可通过基因工程途径生产这种疫苗
B.天花病毒蛋白的亚单位是该病毒的遗传物质
C.该方法制备的疫苗不会在机体内增殖
D.天花病毒蛋白的亚单位是疫苗中的抗原物质
答案 B
解析 题述疫苗是利用天花病毒蛋白的亚单位制作的，而利用基因工程可生产已
存在的蛋白质或多肽，故可通过基因工程途径生产这种疫苗，A 正确；天花病毒的
遗传物质是核酸，B 错误；该方法制备的疫苗的本质是蛋白质的亚单位，不会在机
体中增殖，C 正确；题干信息显示，天花病毒蛋白的亚单位是在感染和致病过程中
起重要作用的成分，而抗原是能够刺激机体产生（特异性）免疫应答的物质，因此
天花病毒蛋白的亚单位是疫苗中的抗原物质，D 正确。
2.（2020·北京卷，12）为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中
克隆的重金属转运蛋白（HMA3）基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中
（如图）。
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为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3 基因，同时避免内源HMA3
基因的干扰，在进行PCR 扩增时，应选择的引物组合是（ ）
A.①＋③
B.①＋②
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C.③＋②
D.③＋④
答案 B
解析 图示中克隆的重金属转运蛋白（HMA3）基因与外源高效启动子连接，导入
杨树基因组中，若要检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3 基因，同
时避免内源HMA3 基因的干扰，可利用导入的HMA3 基因与外源高效启动子连
接的特点进行检测，即需要检测是否含有高效启动子序列和HMA3 基因序列，在
引物①和③中应选择引物①，引物②和④中可选择任意一种，综合可得应选择的
引物组合是①＋②，即B 正确，A、C、D 错误。
3.（2021·辽宁卷，24 节选）PHB2 蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动
物PHB2 蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因，研究者从基因数据库中获取了该蛋
白的基因编码序列（简称phb2 基因），大小为0.9 kb（1kb＝1 000 碱基对），利用大
肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题：
（1）为获取phb2 基因，提取该动物肝脏组织的总RNA，再经 过程得到
cDNA，将其作为PCR 反应的模板，并设计一对特异性引物来扩增目的基因。
（2）图1 为所用载体图谱示意图，图中限制酶的识别序列及切割位点见下表。为使
phb2 基因（该基因序列不含图1 中限制酶的识别序列）与载体正确连接，在扩增的
phb2 基因两端分别引入 和 两种不同限制酶的识别序列。经过这
两种酶酶切的phb2 基因和载体进行连接时，可选用 （填“E.coliDNA 连
接酶”或“T4 DNA 连接酶”）。
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图1
相关限制酶的识别序列及切割位点
名称
识别序列
及切割位点
名称
识别序列
及切割位点
Hind Ⅲ
A↓AGCTT
TTCGA↑A
EcoR Ⅰ
G↓AATTC
CTTAA↑G
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PvitⅡ
CAG↓CTG
GTC↑GAC
Pst Ⅰ
CTGC↓AG
GA↑CGTC
Kpn Ⅰ
G↓GTACC
CCATG↑G
BamH Ⅰ
G↓GATCC
CCTAG↑G
注：箭头表示切割位点
（3）转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞，使其处于 的生理状态，以提高
转化效率。
（4）将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养，随机挑取菌
落（分别编号为1、2、3、4）培养并提取质粒，用（2）中选用的两种限制酶进行酶切，
酶切产物经电泳分离，结果如图2， 号菌落的质粒很可能是含目的基因的
重组质粒。
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图2
注：M 为指示分子大小的标准参照物；小于0.2 kb 的DNA 分子条带未出现在图中
答案 （1）逆转录 （2）EcoR Ⅰ Pvit Ⅱ T4DNA 连接酶 （3）感受态
（4）3
解析 （1）利用RNA 获得cDNA 的过程称为逆转录。（2）根据启动子和终止子的
生理作用可知，目的基因应导入启动子和终止子之间。图1 中可看出，两者之间存
在于三种限制酶切点，但是由于KpnⅠ在质粒上不止一个酶切位点，所以应该选
择EcoR Ⅰ和Pvit Ⅱ两种不同限制酶的识别序列；根据Pvit Ⅱ的酶切序列，切出
了平末端，所以构建基因表达载体时，应该用T4 DNA 连接酶连接质粒和目的基
因。（3）转化时用CaCl2处理大肠杆菌细胞，使其处于感受态的生理状态，以提高
转化效率。（4）由于这些菌落都可以生长在含有氨苄青霉素的培养基中，因此都含
有质粒，重组质粒包含了目的基因和质粒，如果用EcoR Ⅰ和Pvit Ⅱ两种酶切割
重组质粒电泳后将获得含有质粒和目的基因两条条带，由于phb2 基因大小为0.9
kb，所以对应菌落3 的电泳图。
4.（2020·全国卷Ⅲ，38 改编）W 是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟
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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。
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回答下列问题：
（1）步骤①中需要使用的工具酶有 。步
骤②和③所代表的操作分别是 和 。步骤④称为 。
（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 （答出2 点即可）的限制。
（3）一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色
体DNA 所含的遗传信息 （填“ 相同” 或“ 不同”），原因是
___________________________________________________________。
（4）从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技
术有 （答出2 点即可）。
答案 （1）限制性内切核酸酶、DNA 连接酶 显微注射 体外培养 胚胎移植
（2）性别、年龄 （3）相同 两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵
（4）体外受精、胚胎移植
解析 （1）步骤①是基因表达载体的构建过程，该过程需要使用的工具酶有限制
性内切核酸酶（限制酶）和DNA 连接酶，用限制酶分别切割载体和目的基因，用
DNA 连接酶将目的基因和载体连接起来。步骤②和③所代表的操作分别是显微注
射和体外培养。步骤④是将早期胚胎植入到代孕母体内，称为胚胎移植。
（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
物的性别和年龄的限制。（3）乳腺上皮细胞和膀胱上皮细胞都是体细胞。一般来说，
在同一动物个体中，其体细胞都是由同一个受精卵分裂、分化而来的，细胞在分裂、
分化过程中，其细胞核中染色体DNA 所含的遗传信息一般是不变的，因此两种上
皮细胞的染色体DNA 所含的遗传信息相同。（4）据题述流程可知，胚胎工程中所
用到的主要技术有体外受精、胚胎移植等。
5.（2021·河北卷，24）采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉（Cd）在土壤中过量
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积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd 富集到植物体内，进行后续处理（例如，收
集植物组织器官异地妥善储存），可降低土壤中Cd 的含量。为提高植物对Cd 污染
土壤的修复能力，研究者将酵母液泡Cd 转运蛋白（YCFl）基因导入受试植物，并
检测了相关指标。
回答下列问题：
（1）为获取YCFl 基因，将酵母细胞的全部DNA 提取、切割后与载体连接，导入受
体菌的群体中储存，这个群体称为 。
（2）将DNA 序列插入Ti 质粒构建重组载体时，所需要的两种酶是 。
构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因，其作用是
。
（3）进行前期研究时，将含有YCFl 基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜，
采用最多的方法是 。研究者进一步获得了转YCFl 基因的不育
杨树株系，采用不育株系作为实验材料的目的是
。
（4）将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd 污染的土壤中，半年后测定植
株干重（图1）及不同器官中Cd 含量（图2）。据图1 可知，与野生型比，转基因植株
对Cd 具有更强的 （填“耐性”或“富集能力”）；据图2 可知，对转基因
植株的 进行后续处理对于缓解土壤Cd 污染最为方便有效。
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（5）已知YCFl 特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析，转基因杨树比
野生型能更好地适应高Cd 环境的原因是 。
相较于草本植物，采用杨树这种乔木作为Cd 污染土壤修复植物的优势在于
（写出两点即可）。
答案 （1）基因文库 （2）限制酶和DNA 连接酶 供重组DNA 的鉴定与选择
（3）农杆菌转化法 避免目的基因在自然界中传播 （4）耐性 叶 （5）转基因杨
树可利用Cd 转运蛋白将Cd 搬运至液泡内，防止Cd 破坏细胞核以及各种细胞器，
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减少Cd 对细胞的损伤 杨树是多年生植物，更有利于持续储存Cd，且杨树更高
大，吸收的Cd 更多（写出两点即可）
解析 （1）将含有某种生物不同基因的许多DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，
各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。（2）构建基因表达载
体时，需用限制酶分别切割含目的基因的DNA 和质粒，用DNA 连接酶将目的基
因片段与切割后的质粒连接。基因表达载体上的标记基因可用来鉴别受体细胞中
是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。（3）将目的基因导入植
物细胞的常用方法是农杆菌转化法。用不育杨树株系作为实验材料可避免花粉传
播造成的基因污染问题。（4）从题图1 可知，转基因植株的干重比野生型大，说明
其对Cd 的耐性更强。由题图2 可知，与野生型相比，转基因植株叶中Cd 含量比根
和茎中Cd 含量增加的幅度大，因此对转基因植株的叶进行后续处理，更有助于缓
解土壤Cd 污染。（5）由于YCFl 特异定位于植物细胞的液泡膜上，可将Cd 转运至
液泡中，防止Cd 破坏细胞核以及各种细胞器，减少Cd 对细胞的损伤，从而使转基
因杨树能更好地适应高Cd 环境。相对于草本植物，杨树是多年生植物，更有利于
持续储存Cd，且杨树更高大，对Cd 污染土壤的修复更具优势。
课后·分层训练
（时间：35 分钟）
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考点一 重组DNA 技术的基本工具与基本操作程序
1.（2022·东北育才中学联考）下列有关DNA 连接酶的说法，正确的是（ ）
A.DNA 连接酶和限制酶的作用恰好相反，DNA 连接酶可以将限制酶切开的双链
DNA 片段“缝合”起来
B.DNA 连接酶和DNA 聚合酶一样能连接单链DNA 片段
C.E.coli DNA 连接酶可以连接有平末端的DNA 片段，也能连接有黏性末端的
DNA 片段
D.T4 DNA 连接酶只能连接有平末端的DNA 片段
答案 A
解析 DNA 连接酶不能连接单链DNA 片段，DNA 聚合酶是将单个脱氧核苷酸加
到已有的核苷酸片段上，B 错误；E.coli DNA 连接酶只能连接有黏性末端的DNA
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片段，C 错误；T4 DNA 连接酶既可以连接有黏性末端的DNA 片段，也可以连接有
平末端的DNA 片段，D 错误。
2.（2022·北京民族大学附中期末）下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以
下相关叙述，正确的是（ ）
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A.⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异
B.③侵染植物细胞后，重组Ti 质粒整合到④的染色体上
C.④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状
D.②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA 聚合酶参与
答案 A
解析 ⑤为转基因植物，只要表现出抗虫性状就说明转入的目的基因成功表达了，
基因工程的原理是基因重组，属于可遗传变异，A 正确；③侵染植物细胞后，重组
Ti 质粒上的T－DNA 整合到棉花细胞的染色体上，B 错误；受体细胞的染色体上
可能含抗虫基因，但不代表该基因就一定成功表达，因此不能确定⑤是否表现出
抗虫性状，C 错误；基因表达载体的构建需要限制性内切核酸酶和DNA 连接酶参
与，D 错误。
3.（2021·山东济宁联考）图甲、乙中标注了相关限制酶的酶切位点。下列关于培育
转基因大肠杆菌的叙述错误的是（ ）
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A.若通过PCR 获取该目的基因，应该选用引物甲和引物丙
B.图中质粒和目的基因构建表达载体，应选用Bcl Ⅰ和Hind Ⅲ剪切
C.若将基因表达载体导入受体细胞中，需选用Ca2＋处理法
D.在受体细胞中，氨苄青霉素抗性基因和目的基因可同时表达
答案 D
解析 通过PCR 获取目的基因时，两种引物分别和目的基因的两条单链结合，并
沿相反的方向合成子链，故选用引物甲和引物丙，A 正确；由甲图可知，选用
BamHⅠ会破坏两种抗性基因，结合乙图可确定应选择BclⅠ和HindⅢ剪切，B 正
确；将目的基因导入大肠杆菌常采用Ca2＋处理法，C 正确；构建重组质粒时目的基
因插入氨苄青霉素抗性基因中，故氨苄青霉素抗性基因被破坏不能表达，D 错误。
考点二 DNA 的粗提取与鉴定、DNA 片段的扩增及电泳鉴定
4.（2020·江苏卷，17）生物学实验常呈现“五颜六色”的变化。下列实验中溶液颜
色变化的叙述正确的是（ ）
A.在新鲜的梨汁中加入斐林试剂，混匀后在加热条件下由无色变成砖红色
B.在厌氧发酵的果汁中加入酸性重铬酸钾溶液，混匀后由蓝色变成灰绿色
C.在DNA 溶液中加入二苯胺试剂，混匀后在沸水浴条件下逐渐变成蓝色
D.在氨基酸溶液中加入双缩脲试剂，混匀后逐渐变成紫色
答案 C
解析 斐林试剂为蓝色，在新鲜的梨汁中加入斐林试剂，混匀后在加热条件下由
蓝色变成砖红色，A 错误；厌氧发酵时果汁中有酒精生成，在厌氧发酵的果汁中加
入酸性重铬酸钾溶液，混匀后由橙色变成灰绿色，B 错误；在DNA 溶液中加入二
苯胺试剂，混匀后在沸水浴条件下逐渐变成蓝色，C 正确；蛋白质和多肽中含有肽
键，与双缩脲试剂可发生作用，产生紫色反应，但氨基酸中不含有肽键，不能与双
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缩脲试剂发生紫色反应，D 错误。
考点三 基因工程的应用及蛋白质工程
5.（2022·山西太原质检）中华鲟是地球上最古老的脊椎动物之一，被誉为“水中大
熊猫”。研究者试图利用蛋白质工程技术改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加
适应现在的水域环境。以下说法错误的是（ ）
A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构
B.改造蛋白质是通过改造基因而实现的
C.中华鲟的相关蛋白质被改造的过程同样遵循中心法则
D.改造后的中华鲟产生的后代不具有改造后的蛋白质
答案 D
解析 可以通过改造基因来定向改变蛋白质分子的结构，A、B 正确；蛋白质工程
的设计思路实际上是中心法则的逆推，因此中华鲟的相关蛋白质被改造的过程同
样遵循中心法则，C 正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造
后的中华鲟产生的后代也具有改造后的蛋白质，D 错误。
6.（2022·安徽合肥市质检）红细胞生成素（EPO）是体内促进红细胞生成的一种激
素物质，是当今最成功的基因工程药物，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然
EPO 来源极为有限，目前临床使用的红细胞生成素主要来自基因工程技术生产的
重组人红细胞生成素（rhEPO）。其简要生产流程如图，下列相关叙述正确的是（
）
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A.过程①用到的工具酶有DNA 聚合酶、限制酶和DNA 连接酶
B.构建的重组表达载体中终止子的作用是终止翻译过程
C.检测重组细胞是否表达出rhEPO 常用抗原—抗体杂交技术
D.用乳腺生物反应器生产EPO 可将人EPO 基因导入哺乳动物体细胞获得
答案 C
解析 过程①构建基因表达载体，需用限制酶切割目的基因和载体，并用DNA 连
接酶连接，该过程无需DNA 聚合酶参与，A 错误；终止子的作用是终止转录过程，
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B 错误；检测重组细胞是否表达出rhEPO，可利用抗原—抗体特异性结合的原理，
采用抗原—抗体杂交技术检测，C 正确；采用细胞培养生产EPO 成本比较高，可以
采用乳腺生物反应器，将基因表达载体转入雌性哺乳动物受精卵中，使EPO 基因
在转基因动物的乳腺细胞中表达，通过分泌的乳汁来生产EPO，目前还不能直接
用高度分化的体细胞克隆哺乳动物，D 错误。
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7.（2021·山东滨州一模）构建基因表达载体时，可利用碱性磷酸单酯酶催化载体的
5′－P 变成5′－OH，如图所示。将经过该酶处理的载体与外源DNA 连接时，由于
5′－OH 与3′－OH 不能连接而形成切口（nick）。下列说法错误的是（ ）
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A.经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生自身环化
B.外源DNA 也必须用碱性磷酸单酯酶处理
C.T4 DNA 连接酶可连接黏性末端和平末端
D.重组DNA 经过2 次复制可得到不含nick 的子代DNA
答案 B
解析 将经过碱性磷酸单酯酶处理的载体与外源DNA 连接时，由于5′－OH 与3′
－OH 不能连接而形成切口（nick），因此经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生
自身环化，A 正确；外源DNA 不能用碱性磷酸单酯酶处理，如用碱性磷酸单酯酶
处理，载体与外源DNA 不能连接形成重组DNA，B 错误；T4 DNA 连接酶可连接
黏性末端和平末端，C 正确；DNA 进行半保留复制，1 个重组DNA 经过2 次复制，
可得到2 个不含nick 的子代DNA，D 正确。
8.（2022·华师一附中调研）图1 为生产转基因抗虫棉时使用的质粒，图2 为生产转
基因抗虫棉时所用目的基因侧翼涉及的限制酶的酶切位点。
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（1）为了高效地构建基因表达载体，最好选用 （填限制酶名称）同时酶
切质粒和目的基因。
（2）为了筛选出基因表达载体，需要将DNA 连接酶处理后的溶液与大肠杆菌混合
在一起进行培养，为了促使大肠杆菌吸收外源DNA，需要用 处理大肠杆
菌使其处于感受态。随后再将大肠杆菌涂布在含 的培养基中培养，一般
情况下这样培养出来的大肠杆菌有两种类型：一种是结合了目的基因的质粒，一
种是未结合目的基因的质粒。可以加入 分别去切割两种质粒，其中结合
了目的基因的质粒在酶切后能产生目的基因。
（3）图示质粒在设计时插入了T－DNA 序列，并且将启动子、多克隆位点和终止
子序列插入到T－DNA 中（注：插入不会破坏T－DNA 的作用），T－DNA 的作用
是 。
（4）有人担心基因工程中使用的抗性基因可转移至近缘生物中，本例中的质粒能
否有助于降低氨苄青霉素抗性基因转移到近缘生物的风险？
______________________________________________________
为什么？__________________________________________________
答案 （1）HindⅢ和BamHⅠ
（2）CaCl2（或Ca2＋） 氨苄青霉素 HindⅢ和BamHⅠ
（3）将插入T－DNA 中的DNA 序列转移并整合到受体细胞染色体DNA 上
（4）能 只有T－DNA 之间的DNA 序列可以转移至染色体DNA 上，本例中氨苄
青霉素抗性基因不能转移到染色体DNA 上，个体发育过程中会随着细胞分裂而
逐渐丢失，因而不会转移至近缘生物中
解析 （1）高效构建基因表达载体宜采用双酶切，即选用HindⅢ和BamHⅠ同时
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切割质粒和目的基因。（2）使用Ca2＋或CaCl2处理可以使大肠杆菌处于易于吸收
外源DNA 的感受态。筛选时需要用到抗性基因，在本质粒中抗性基因是氨苄青霉
素抗性基因，因此在重组体筛选时需要用到含氨苄青霉素的培养基。使用DNA 连
接酶连接后的重组质粒中，原来切割质粒和目的基因的限制酶酶切位点在重组质
粒中再次出现，可以使用同样的限制酶（HindⅢ和BamHⅠ）将重组质粒再次切开。
（3）T－DNA 的作用是将相应的DNA 序列转移并整合到受体细胞染色体DNA 上
（4）因为T－DNA 中插入启动子、多克隆位点和终止子之后并不影响T－DNA 的
作用，所以T－DNA 会把T－DNA 中插入的DNA 片段转移到染色体DNA 上，这
样氨苄青霉素抗性基因将无法转移到染色体DNA 上而保留在细胞质中，细胞质
中的DNA 无法稳定的保存和复制，将会随着个体发育过程中细胞分裂次数的增
加而丢失，从而降低了抗性基因转移的风险。
9.（2021·天津卷，16）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。下图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。
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（1）乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为 。
（2）获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下：
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG 转变为真核
生物偏好的ATG，且能通过双酶切以正确方向插入质粒，需设计引物1 和2。其中
引物1 的5′端序列应考虑 和 。
②将上述PCR 产物和质粒重组后，导入大肠杆菌，筛选、鉴定，扩增重组质粒。重
组质粒上有 ，所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性，易被本
物种的转录系统识别并启动转录，因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列
（填“能”或“不能”）在大肠杆菌中高效表达。
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株，在 的固体培养
基上筛选出转基因酿酒酵母，并进行鉴定。
（3）以葡萄糖为碳源，利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵，结果既产生乳酸，也
产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量，下列措施中不合理的是 （单选）。
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH 基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
答案 （1）细胞质基质 （2）①包含BamHⅠ的识别序列 将GTG 改为ATG ②
原核生物复制原点 不能 ③缺失尿嘧啶 （3）B
解析 （1）酵母细胞厌氧发酵即无氧呼吸的场所为细胞质基质。（2）①设计引物1
的5′端序列，应考虑将编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG 转变为真核
生物偏好的ATG，以便目的基因在酵母细胞中更好的表达；由图2 乳酸脱氢酶基
因（LDH）左侧含GTG 序列可知，该基因左侧应与质粒上的启动子相连接，则引物
1 的5′端需要引入BamHⅠ的识别序列。②将重组质粒导入大肠杆菌，重组质粒上
有原核生物复制原点，所以能在大肠杆菌中扩增。由于启动子存在物种特异性，而
重组质粒上带有酿酒酵母基因的启动子，故重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列在
大肠杆菌中不能高效表达。③在缺乏尿嘧啶的选择培养基上，不能合成尿嘧啶的
酿酒酵母菌株不能生存，导入重组质粒的酿酒酵母菌株因为获得了尿嘧啶合成酶
基因而可以正常生存，从而起到筛选作用。（3）进一步优化发酵条件，使其更有利
于转基因酿酒酵母的繁殖，可以提高其乳酸产量，A 正确；由于启动子存在物种特
异性，使用乳酸菌LDH 基因自身的启动子，在酵母细胞中不能高效表达，B 错误；
敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因，使酿酒酵母不能产生乙醇，从而提高乳酸产
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量，C 正确；对转基因酿酒酵母进行诱变育种，可能会出现乳酸的高产菌株，D 正
确。
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