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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
【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
【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：
3
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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
。
【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
【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
4
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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
【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）
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
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要。
（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
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
【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
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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
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。
【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
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
【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）。
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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
【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
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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
【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
【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
【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
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
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