2025届高考生物一轮复习新考案-大单元11生物技术与工程第60讲基因工程的应用(人教版2019)

第60讲基因工程的应用【课标内容】1．举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业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。考点1基因工程的应用考点落实1．基因工程在农牧业方面的应用分类导入目的基因转基因生物实例植物转基因抗虫植物外源__抗虫__基因抗虫棉花、玉米等转基因抗病植物某些病毒、真菌等的__抗病__基因抗病毒甜椒、番木瓜等转基因抗除草剂植物降解或抵抗某种__除草剂__的基因抗除草剂玉米、大豆等改良植物的品质富含__某些必需氨基酸__的蛋白质的基因富含赖氨酸的玉米与植物__花青素__代谢相关的基因颜色变异的矮牵牛动物提高动物的生长速率外源__生长激素__的基因转生长激素基因的鲤鱼改善畜产品的品质__肠乳糖酶__的基因转肠乳糖酶基因的奶牛解疑释惑(1)转基因作物的优点①减少化学杀虫剂的施用量，减少环境污染；②增加作物产量；③增加经济效益。(2)转基因哺乳动物的培育过程2．基因工程在医药卫生领域的应用(1)微生物制药(2)利用哺乳动物批量生产药物——__乳腺(房)生物反应器__(3)建立移植器官的工厂①技术方法：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。②对猪进行改造的两点理由：内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似；与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少。3．基因工程在食品工业方面的应用(1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用酶、__氨基酸__和__维生素__等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过__工业发酵__生产凝乳酶。(2)实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。概念思辨1．判断下列说法的正误：(1)农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。(×)(2)乳腺生物反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。(×)提示：乳腺生物反应器是把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，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中。(3)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。(√)2．科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在__膀胱上皮__细胞中特异性表达。它与乳腺生物反应器一样，具有__收集药用蛋白较容易__，且有__不会对动物造成伤害__的优点；且相比之下，还能不受__性别和年龄__的限制。典题说法考向1基因工程的应用(2023·北京卷)抗虫作物对害虫的生存产生压力，会使害虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，农业生产上会采取一系列措施。以下措施不能实现上述目标的是(B)A．在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子B．大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂C．转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植D．转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带解析：在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子，则常规种子长成的普通植株能为敏感性(不抗虫)个体提供生存空间，增加与抗虫个体的竞争，避免抗性基因频率升高过快，提高了抗虫棉的抗虫持久性；大面积种植转基因抗虫棉、施用杀虫剂，都会进一步选择并保存抗性强的个体，导致敏感性个体死亡，从而加快害虫种群抗性基因频率提高，不利于抗虫棉的抗虫持久性；将转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植以及转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带，作用机理相似：可以使敏感性个体存活，敏感性个体能与抗性强的棉铃虫进行竞争，不会导致抗性基因频率升高过快，提高了抗虫棉的抗虫持久性。(2023·常熟期中)采用基因工程将人凝血因子基因导入山羊受精卵，成功培育出了人凝血因子只存在于乳汁中的转基因羊。下列有关叙述正确的是(D)A．可以将人的凝血因子基因直接导入受精卵或乳腺细胞中B．乳腺生物反应器往往不受到羊生长发育的阶段和性别的限制C．人凝血因子基因只存在于该转基因羊的乳腺细胞中，而不存在于其他体细胞中D．需将人凝血因子基因与只在乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起解析：由于单独将目的基因导入受体细胞，目的基因在受体细胞中无法稳定存在和自我复制，故需要构建质粒载体才能导入受体细胞，A错误；雌性山羊发育到一定阶段才能产生乳汁，故乳腺生物反应器往往受羊生长发育的阶段和性别的限制，B错误；人凝血因子基因存在于该转基因羊所有细胞中，只是在乳腺细胞中选择性表达，C错误；需将人凝血因子基因与只在乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，以保证人凝血因子能在乳腺中正常表达，D正确。考向2结合情境考查基因工程(2024·南京零模)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于动植物中具有金属结合能力的蛋白质，决定该蛋白质合成的基因结构如图1所示，其中A链为编码链、B链为模板链。科研人员利用图2所示质粒构建枣树的MT基因重组DNA分子并导入大肠杆菌细胞，获得对重金属镉(Cd)具有吸附能力和耐受能力的MT工程菌。回答下列问题：eq\o(\s\up7(),\s\do5(图1))eq\o(\s\up7(),\s\do5(图2))注：XhoⅠ、KpnⅠ、PstⅠ为不同限制酶的识别位点：LacZ基因编码产生的β－半乳糖苷酶可以催化无色物质X－gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色；AmpR基因为氨苄青霉素抗性基因。(1)获取目的基因提取枣树细胞的__mRNA__，经逆转录获得cDNA。为了使PCR扩增后的产物按照正确的方向与已被酶切的载体连接，克隆MT基因时应选择的引物组合是__引物Ⅱ和引物Ⅲ__，并在其__5′__(选填“5′”或“3′”)末端分别添加限制酶__KpnⅠ和XhoⅠ__的识别序列。(2)构建重组DNA分子：启动子是__RNA聚合酶__识别并结合的部位；基因工程中构建用于原核生物的表达载体时，常用的启动子不包括以下哪一项？__D__(A．噬菌体基因启动子B．乳酸菌基因启动子C．大肠杆菌基因启动子D．枣树MT基因启动子)(3)导入、筛选和鉴定MT工程菌。①将得到的混合物导入用__Ca2+__处理的大肠杆菌完成__转化__实验。②将菌液稀释并涂布在含X－gal和氨苄青霉素的培养基上进行培养后，随机挑取__白色__的单菌落可获得MT工程菌。③欲进一步对MT工程菌进行鉴定，可将挑取出的MT工程菌与__普通大肠杆菌__分别接种至含__(一定浓度的重金属)镉__的LB液体培养基中，置于恒温培养箱中培养，适宜时间后检测菌种数量。(4)扩大菌种：将MT工程菌接种至发酵罐内进行扩增，培养过程中可定期取样并使用细菌计数板对__菌体__(选填“菌体”或“菌落”)进行直接计数，以评估增殖情况。发酵结束后，采用__过滤、沉淀__等方法获得所需的发酵产品。解析：(1)由题干可知，提取枣树细胞的某种物质后，需要经过逆转录获得cDNA，然后进行PCR才能获得MT基因，因此从枣树细胞中提取的物质是mRNA。PCR过程中，引物与模板链的3′端结合，因此应当选择引物Ⅱ和引物Ⅲ，这样才能使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。由题干可知，B链为模板链，转录的方向是沿着模板链的3′→5′，应将MT基因的左端与启动子一侧连接，由于目的基因中含有PstⅠ的识别序列，若在基因两侧添加PstⅠ识别序列，将来对MT基因进行切割时会破坏目的基因，同时为了保证MT基因正向连接到质粒上，应当在MT基因两侧连上不同的限制酶识别序列，故添加的限制酶序列分别是XhoⅠ和KpnⅠ限制酶序列，并且应添加在基因的外侧，才能不影响基因的序列，故添加在引物的5′端。(2)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，最终表达出人类需要的蛋白质。乳酸菌和大肠杆菌都是原核生物，启动子可以用于构建原核生物的表达载体；噬菌体是寄生于细菌中的病毒，可在特定细菌内繁殖，启动子可用于构建原核生物表达载体；枣树MT基因启动子只能在特定枣树细胞中发挥作用，不适合用于构建原核生物表达载体。(3)①大肠杆菌是原核生物，需要Ca2+处理，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，完成将基因表达载体导入受体细胞并在受体细胞内维持稳定和表达的过程，即转化过程。②在含有氨苄青霉素的培养基上，导入了空白质粒和重组质粒的大肠杆菌都可以形成菌落，但导入重组质粒的大肠杆菌LacZ基因被破坏，不能催化无色物质X－gal产生蓝色物质，是白色菌落，故应挑取白色单菌落进行培养。③操作获得的是对重金属镉(Cd)具有吸附能力和耐受能力的MT工程菌，因此欲进一步对MT工程菌进行鉴定，可将挑取出的MT工程菌与普通大肠杆菌分别接种到含有(一定浓度的重金属)镉的LB液体培养基中。(4)细菌计数板可对菌体直接计数，不能对菌落进行计数。若要获得发酵产品(微生物细胞本身)，可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。考点2蛋白质工程的原理和应用考点落实知识1蛋白质工程的原理1．对蛋白质工程的理解基础蛋白质分子的__结构规律__及其与__生物功能__的关系手段通过__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目的获得满足人类的生产和生活需求的__蛋白质__2．蛋白质工程崛起的缘由(1)基因工程在原则上只能生产__自然界中已存在的蛋白质__。(2)天然蛋白质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A．__预期功能__，B．__转录__，C．__翻译__。知识2蛋白质工程的应用1．在医药工业方面的应用，如研发速效__胰岛素类似物__，提高__干扰素__的保存期，改造抗体等。2．在酶方面的应用：改进酶的__性能__或__开发新的工业用酶__，如提高酶的催化活性、提高酶的稳定性等。3．在农业方面：除了改造某些重要的酶，如参与调控光合作用的酶，还用于设计优良微生物农药等。归纳总结蛋白质工程和基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程原理中心法则的逆推基因重组过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质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(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质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，因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现概念思辨1．判断下列说法的正误：(1)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。(×)提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。(2)基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。(×)提示：蛋白质工程的基本思路是按照中心法则相反的过程进行的。(3)根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。(×)提示：由于密码子的简并性等原因，根据某多肽链的一段氨基酸序列，不容易确定基因的脱氧核苷酸序列。(4)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。(√)2．为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质，而是通过基因改造或基因合成来完成的？提示：①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。②对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造容易操作，难度小得多。典题说法考向蛋白质工程(2023·徐州期末)研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列叙述错误的是(B)A．改造纤维素酶也需要构建基因表达载体B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的C．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传D．蛋白质工程可以改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质解析：蛋白质工程是对基因进行修饰改造或创造合成新基因(而不是直接改造mRNA实现的)，然后进行表达，故必须构建基因表达载体，A正确，B错误；改造后的蛋白质的性状能遗传给子代，因此经蛋白质工程改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传，C正确；蛋白质工程获得的是自然界没有的蛋白质，蛋白质工程可以改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质，D正确。(2021·辽宁卷)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0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(N1)。下列有关叙述错误的是(D)A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一B．加入连接肽需要通过改造基因实现C．获得N1的过程需要进行转录和翻译D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境解析：在N0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(N1)，则N1与N0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；蛋白质工程的作用对象是基因，故加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N1的化学本质是蛋白质，获得N1的过程需要进行转录和翻译，C正确；由于酶具有高效性，因此在检测N1的活性时需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。1．(2023·苏州期中)下列关于基因工程应用的叙述，错误的是(C)A．基因工程育种能够定向改造生物性状B．可以利用基因工程技术生产细胞因子、抗体、疫苗和激素等药物C．常将药用蛋白基因和乳腺中特有基因的启动子等重组在一起组成乳腺生物反应器D．以大肠杆菌为受体细胞生产的胰岛素，其结构可能与人体自身的胰岛素不完全相同解析：基因工程育种能根据人类的生产生活需求，定向改造生物性状，A正确；可利用转基因的工程菌大规模生产药物，如细胞因子、抗体、疫苗、激素等，B正确；制备乳腺生物反应器时，将目的基因(药用蛋白基因)和受精卵中乳腺蛋白基因的启动子重组，转基因动物就能通过分泌乳汁来生产药品，称为乳腺生物反应器，C错误；大肠杆菌是原核生物，无内质网和高尔基体，无法对胰岛素进行加工，以大肠杆菌为受体细胞生产的胰岛素，其结构可能与人体自身的胰岛素不完全相同，D正确。2．胰岛素是治疗糖尿病的特效药，但天然胰岛素在人体内的寿命只有几个小时。重症患者每天需要注射多次药物，增加了痛苦。通过蛋白质工程改变蛋白质的空间结构，以延长蛋白质的半衰期，可得到长效胰岛素，还可以增强其稳定性。如图是通过蛋白质工程获得长效胰岛素的过程。请分析回答：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新蛋白质模型的主要依据是__蛋白质(胰岛素)的预期功能__。(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与__载体__结合后，转移到__大肠杆菌等受体细胞__中，才能准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产上述长效胰岛素，需要用到的生物工程有__蛋白质工程__和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是__根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因__。3．(2024·淮安调研)乙烯具有促进果实成熟的作用，ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄细胞合成乙烯的两个关键酶。利用反义DNA技术(原理见图1)，可以抑制这两个基因的表达，从而使番茄具有耐储存、宜运输的优点，图2为融合ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因的反义表达载体的结构示意图。eq\o(\s\up7(),\s\do5(图1反义基因技术示意图))eq\o(\s\up7(),\s\do5(图2反义基因表达载体))(1)从番茄体内提取RNA作为模板，通过__逆转录(或反转录)__合成ACC氧化酶和ACC合成酶基因，合成的基因中__不含__(选填“含”或“不含”)启动子区域。(2)该技术首先需要合成ACC氧化酶和ACC合成酶的融合基因，通过PCR合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamHⅠ和XbaⅠ的酶切位点，ACC合成酶基因两端含SacⅠ和XbaⅠ的酶切位点，用限制酶__XbaⅠ__对上述两个基因进行酶切，再用DNA连接酶处理形成融合基因，相应的表达载体应用限制酶__BamHⅠ和SacⅠ__进行切割，确保融合基因能够插入载体中。(3)图2中的启动子2A11为特异性启动子，为了达到目的，启动子2A11应在番茄的__果实__(器官)中特异性启动基因转录。将融合基因__反向__(选填“正向”或“反向”)插入启动子下游即可构成反义融合基因。将图中表达载体与农杆菌菌液混合后，接种在含有__卡那霉素__的培养基中，可筛选出含有反义融合基因的农杆菌，再利用农杆菌转化法获得转基因番茄。2A11启动子和反义融合基因都应该位于T－DNA片段内，原因是__T－DNA可整合到植物细胞的染色体DNA上__。(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时，__不能__(选填“能”或“不能”)用放射性标记的ACC氧化酶基因片段做探针进行检测，理由是__番茄细胞内本来就存在ACC氧化酶基因__。(5)研究人员尝试从个体水平鉴定转基因是否成功，请设计实验方案并预测实验结果：__取转基因番茄和非转基因番茄，检测其乙烯含量(或同等条件下成熟程度)，若转基因番茄乙烯含量低(或成熟程度低)，说明转基因成功__。解析：(1)由RNA合成DNA的过程是逆转录过程；由于mRNA中没有启动子、终止子的对应碱基序列，且转录后内含子对应的碱基序列被切除，从部分基因文库中获取的DNA没有启动子、内含子和终止子等。(2)因为合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamHⅠ和XbaⅠ的酶切位点，ACC合成酶基因两端含SacⅠ和XbaⅠ的酶切位点，所以都可以用XbaⅠ对上述两个基因进行酶切，再将得到的两个基因用DNA连接酶连接形成融合基因，最后对相应的Ti质粒应用限制酶BamHⅠ和SacⅠ切割，把融合基因插入载体中。(3)分析题意可知，ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄细胞合成乙烯的两个关键酶，本技术是为了使番茄具有耐储存、宜运输的优点，故为了达到目的，启动子2A11应在番茄的果实中特异性启动基因转录；为了实现图1中反义基因的效果，将融合基因反向插入启动子2A11的下游即可构成反义融合基因。将图中表达载体与农杆菌菌液混合后，接种在含有卡那霉素的培养基中，能够存活的农杆菌含有反义融合基因，将筛选出含有反义融合基因的农杆菌再利用农杆菌转化法获得转基因番茄；由于T－DNA可整合到植物细胞的染色体DNA上，故2A11启动子和反义融合基因都应该位于T－DNA片段内。(4)由于番茄细胞内本来就存在ACC氧化酶基因，故在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时，不能用放射性标记的ACC氧化酶基因片段做探针进行检测。配套精练一、单项选择题1．人凝血酶Ⅲ是一种分泌蛋白，可预防和治疗急慢性血栓。重组人凝血酶Ⅲ是世界上首个上市的动物乳腺生物反应器生产的重组蛋白药物。下列有关说法正确的是(B)A．可从人细胞中提取mRNA后利用PCR技术获取和扩增目的基因B．目的基因的上游需连接在乳腺细胞中特异表达基因的启动子C．用显微注射技术将表达载体导入乳腺细胞来获得转基因动物D．用大肠杆菌作为受体细胞，可获得活性高的人凝血酶Ⅲ解析：可从人细胞中提取RNA后利用逆转录PCR技术获取目的基因，A错误；动物乳腺生物反应器需要使目的基因在乳腺细胞中表达，目的基因的上游需连接在乳腺细胞中特异表达基因的启动子，B正确；动物受精卵全能性最高，应用显微注射技术将表达载体导入受精卵来获得转基因动物，C错误；活性高的人凝血酶Ⅲ具有一定的空间结构，需要内质网和高尔基体的加工，但大肠杆菌是原核生物，不具有加工分泌蛋白的内质网和高尔基体，D错误。2．(2023·南京江宁测试)关于利用乳房生物反应器生产人白蛋白的转基因牛的叙述，正确的是(D)A．“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B．所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C．人们只有在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的，而在其他细胞中则是杂合的D．转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但因种种原因，不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白解析：“转基因动物”是指导入外源基因的动物，A错误；所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞表达出更多的人白蛋白，B错误；人们只有在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中才表达，C错误。3．(2024·南京调研)研究人员制备一种膀胱生物反应器，用其制备获得人体特殊功能蛋白A的基本过程如下图所示。下列叙述正确的是(C)A．步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、体外受精B．诱导雌性动物超数排卵所饲喂的激素能作用于特定细胞C．从卵巢采集的卵子通常需要培养成熟后与获能的精子进行体外受精D．早期胚胎培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸解析：图中①表示将目的基因导入受体细胞，该过程是导入动物受精卵，常用显微注射法，而②表示早期胚胎培养，A错误；诱导雌性动物超数排卵的激素是促性腺激素，该激素属于蛋白质类激素，饲喂会被分解而失去作用，B错误；从卵巢采集的卵子通常需要培养成熟后(培养到减数分裂Ⅱ中期)才可与获能的精子进行体外受精，C正确；早期胚胎培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2，目的是维持培养液的pH，D错误。4．下图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述不正确的是(D)A．代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤B．代表中心法则内容的是①②C．①代表转录，②代表翻译，④代表分子设计，⑤代表DNA合成D．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计，通过基因合成或改造实现解析：蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，通过基因合成或改造实现，D错误。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(C)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，将有助于摆脱耕地和自然环境限制，解决粮食危机解析：该方法可在分子水平上改造基因的碱基序列，间接改变氨基酸的序列，实现对酶特性的改造和优化。6．受伤的双子叶植物产生的酚类化合物可诱导毒力效应蛋白(Vir)基因表达产生Vir蛋白，其中VirD1/D2蛋白复合体可将Ti质粒上的一段T－DNA单链(T链)切下并形成VirD2－T链复合物。转移至植物细胞中的VirD2－T链复合物结合VirE2等蛋白形成T复合体进入细胞核，将T链随机整合到植物染色体上。相关叙述错误的是(D)A．农杆菌转化法将目的基因导入水稻细胞，可用酚类化合物处理提高转化效率B．VirD2－T链复合物结合VirE2等蛋白形成T复合体可避免T－DNA的胞内降解C．T－DNA的整合具有随机性，需经过筛选(抗性、荧光等)获得符合要求的转化苗D．T－DNA整合至植物细胞染色体上的过程不需要DNA聚合酶和DNA连接酶解析：农杆菌容易感染双子叶植物和裸子植物，对单子叶植物(如水稻)没有感染力，因为多数单子叶植物不能合成酚类化合物，可以通过在伤口施加相关酚类化合物而使单子叶植物成为农杆菌易感染的植物，从而提高转化效率，A正确；VirD2－T链复合物结合VirE2等蛋白形成T复合体进入细胞核，将T链随机整合到植物染色体上，可避免T－DNA在细胞内被降解，B正确；因为T－DNA的整合是随机的，经过转化的植物不一定都得到目的表型，还需经过筛选(抗性、荧光等)才能获得符合要求的转化苗，C正确；T－DNA随机整合到植物细胞染色体上需要DNA连接酶，D错误。二、多项选择题7．基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是(BD)A．为增加器官的来源，可对猪的器官进行改造以促进抗原决定基因的表达B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，可降低乳汁中乳糖含量C．作为乳腺生物反应器的动物体内只有乳腺细胞含目的基因D．将牛凝乳酶基因导入黑曲霉中，再通过工业发酵可生产凝乳酶解析：为增加器官的来源，可利用基因工程方法对猪的器官进行改造，将器官供体基因组导入某种调节因子，抑制或除去抗原决定基因，再通过诱导技术克隆猪器官代替人器官进行移植，A错误；作为乳腺生物反应器的动物体内所有细胞都含有目的基因，但是只有乳腺细胞才能表达目的基因，C错误。8．(2024·如皋期初)某生物制品公司将人的干扰素基因导入酵母菌生产人的干扰素，过程如下图所示。相关叙述正确的是(ABD)A．过程①可以提取mRNA通过RT－PCR技术获得，需用到逆转录酶和Taq酶B．过程②能实现的分子基础是细菌质粒和干扰素基因均为双螺旋结构C．带干扰素基因的质粒上必须有起始密码，才能驱动干扰素基因的表达D．使用酵母菌作为受体细胞与使用大肠杆菌相比，优点是可以对干扰素进行加工解析：过程①是目的基因的获取，可以提取mRNA通过RT－PCR技术获得，通过逆转录形成cDNA，需用到逆转录酶和Taq酶，A正确；过程②是基因表达载体的构建，能实现的分子基础是细菌质粒和干扰素基因均为双螺旋结构，这样才能正常导入，B正确；起始密码是位于mRNA上的，不在基因上，C错误；大肠杆菌为原核生物，而酵母菌为真核生物，细胞内含有内质网和高尔基体等，使用酵母菌作为受体细胞与使用大肠杆菌相比，优点是可以对干扰素进行加工，D正确。9．(2023·海安中学)Cre/loxP系统由Cre重组酶和两个loxP序列组成，常用于条件性基因操作。Cre重组酶可以介导两个loxP序列之间发生重组。loxP序列具有方向性，方向相同的loxP序列之间才能发生重组。根据上述信息，以下说法错误的是(BCD)A．当2个loxP序列在同一基因的两侧同方向存在时，可以将该基因切除B．当3个loxP序列在同一DNA上同方向存在时，最多形成2种重组的方式C．当2个loxP序列在同一基因的两侧反方向存在时，无法造成该基因的突变D．利用该系统对目的基因进行突变，需要在该基因两侧插入同方向loxP序列解析：如果2个loxP位点位于同一基因的两侧且方向相同时，Cre重组酶介导loxP间的序列切除，A正确；当3个loxP序列在同一基因的两侧且方向相同时，Cre重组酶介导loxP间的序列切除，因此最多形成3种重组的方式，B错误；如果两个loxP位点位于同基因上且方向相反时，Cre重组酶介导loxP间的序列反转，可以造成基因突变，C错误；在该基因两侧插入同方向的loxP序列，可以将该基因切除，D错误。三、非选择题10．(2023·苏州期中)棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)在昆虫体内脂质转运中发挥重要作用。为了明确载脂蛋白受体(LpR)基因在其卵巢发育及饥饿胁迫中的功能，科研人员研究了棉铃虫不同发育阶段以及饥饿处理对该基因表达的影响。这有助于解析载脂蛋白受体(LpR)基因参与棉铃虫卵巢发育过程中脂质转运以及应对饥饿胁迫的作用。请回答下列问题：(1)获取棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)基因：将棉铃虫样品置于预冷的研钵内，加入液氮研磨成粉末后迅速提取__总RNA(RNA)__，经__逆转录(反转录)__得到cDNA。(2)体外扩增棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)基因：①PCR加样操作：将上述cDNA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，该PCR反应体系中除模板和引物外，还需加入缓冲液(含Mg2+)、__TaqDNA聚合酶(耐高温的DNA聚合酶)__、__4种脱氧核苷酸(dNTP)__、H2O等。②设置PCR反应程序：PCR每次循环一般可以分为__变性__、__复性__和延伸三步，在延伸过程中，脱氧核苷酸连接在引物的__3′__端。(3)PCR结果分析：eq\o(\s\up7(),\s\do5(图1))eq\o(\s\up7(),\s\do5(图2))注：图1Egg：卵；1st：1龄幼虫；2nd：2龄幼虫；3rd：3龄幼虫；4th：4龄幼虫；5th：5龄幼虫；6th：6龄幼虫；P：蛹期；F：雌成虫；M：雌成虫。①图1为棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)基因在棉铃虫不同发育阶段的表达情况。据图可发现，棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)基因在__雌成虫(F)__中高表达，推测棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)可能与雌虫的生殖行为相关；同样的，该基因在卵内也高表达，这可能与__脂质__作为胚胎发育期的重要营养物质相关。②图2为饥饿胁迫对棉铃虫雌成虫卵巢中载脂蛋白受体(LpR)基因表达的影响，据图推测饥饿胁迫处理导致昆虫产卵量降低可能跟__载脂蛋白受体(LpR)基因表达受到抑制，从而减少了卵巢对脂质的摄入__有关。解析：(1)通过逆转录法获得棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)基因，首先将棉铃虫样品置于预冷的研钵内，加入液氮研磨成粉末后迅速提取总RNA，然后经逆转录得到cDNA。(2)①将上述cDNA进行PCR扩增，反应体系中除模板和引物外，还需加入缓冲液(含Mg2+)、TaqDNA聚合酶、4种脱氧核苷酸、H2O等。②PCR每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步，在延伸过程中，由于子链合成都是从5′端到3′端，因此脱氧核苷酸连接在引物的3′端。(3)①由图1可知，棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)基因在F(雌成虫)中高表达，推测棉铃虫载脂蛋白受体(LpR)可能与雌虫的生殖行为相关。同样该基因在卵内(Egg)也高表达，这可能与脂质作为胚胎发育期的重要营养物质相关。②由图2可知，随着时间延长，清水组(饥饿处理)载脂蛋白受体(LpR)基因表达相对值降低，说明载脂蛋白受体(LpR)基因表达受到抑制，从而减少了卵巢对脂质的摄入，从而导致昆虫产卵量降低。11．(2023·辽宁卷)天然β－淀粉酶大多耐热性差，不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β－淀粉酶基因，并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌，最终获得耐高温的β－淀粉酶。回答下列问题：(1)上述过程属于__蛋白质__工程。(2)PCR中使用的聚合酶属于__③__(填写编号)。①以DNA为模板的RNA聚合酶②以RNA为模板的RNA聚合酶③以DNA为模板的DNA聚合酶④以RNA为模板的DNA聚合酶(3)某天然β－淀粉酶由484个氨基酸构成，研究发现，将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺，耐热性明显提升。在图1所示的β－淀粉酶基因改造方案中，含已替换碱基的引物是__②__(填写编号)。eq\o(\s\up7(),\s\do5(图1))(4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达，由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外，基因表达载体中还应该有目的基因(即改造后的基因)和__标记基因__。eq\o(\s\up7(),\s\do5(图2))(5)目的基因(不含EcoRⅠ酶切位点)全长为1.5kb，将其插入BamHⅠ位点。用EcoRⅠ酶切来自不同大肠杆菌菌落的质粒DNA，经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度，这一操作的目的是__筛选导入目的基因的大肠杆菌__。正确连接的基因表达载体被EcoRⅠ酶切后长度为__5.7__kb。(6)采用PCR还能在分子水平上确定目的基因是否转录，根据中心法则，可通过__逆转录__反应获得PCR的模板。解析：(1)根据蛋白质的功能改变基因的结构，最终获得耐高温的β－淀粉酶，这属于蛋白质工程。(2)PCR的原理是DNA双链复制，利用的酶是耐热的DNA聚合酶，合成子链时是以DNA为模板。(3)根据β－淀粉酶的编码序列，替换的碱基在编码序列中，则利用的引物应该把编码序列全部扩增在内，则所用的引物是②③，再结合题意可知，β－淀粉酶第476位氨基酸替换，则含已替换碱基的引物是②。(4)作为基因工程载体的质粒应该包含：复制原点、限制酶的切割位点、标记基因、启动子和终止子，根据图示的表达载体可知应还要包括目的基因和标记基因。(5)目的基因通过表达载体导入大肠杆菌中，大肠杆菌菌落的质粒DNA，经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度，这一操作的目的是筛选出导入目的基因的大肠杆菌。正确连接的基因表达载体只有一个EcoRⅠ酶切位点，则切割后的长度为4.2＋1.5＝5.7kb。(6)转录是以DNA为模板合成RNA的过程，通过PCR在分子水平上确定目的基因是否转录，则需要以RNA为模板逆转录出DNA作为PCR反应的模板。12．(2023·海门中学)科学家将CRISPR/Cas9基因编辑系统导入农杆菌Ti质粒并进行改造，通过同源重组实现目的基因的精确插入，利用该方法已培育出了耐寒的玉米新品种(转入CXE－20耐寒基因，其表达产物CXE－20蛋白是一种植物获得耐寒性不可或缺的防冷冻蛋白)。图1表示构建转基因耐寒玉米重组质粒的过程，其中Cas9－gRNA是CRISPR/Cas9基因编辑系统基因，HRA是抗除草剂基因，HR1和HR2是同源重组序列，图2表示重组质粒与受体细胞核DNA重组的过程。请回答：eq\o(\s\up7(),\s\do5(图1))eq\o(\s\up7(),\s\do5(图2))(1)限制酶BamHⅠ、SacⅠ、HindⅢ、EcoRⅠ的识别序列分别是G↓GATCC、GAGCT↓C、A↓AGCTT、G↓AATTC，过程①所用引物如下，则过程②使用的限制酶是__SacⅠ和EcoRⅠ__。5′－CGCGAGCTCATGAGAAAGGGCCCGTGG－3′5′－CGGAATTCCTATCCCCAGAGAGGTAGCGA－3′(2)如图3表示Cas9－gRNA复合体切割DNA的示意图，其靶序列是5′－CGAAAG……GTACGT－3′，根据图中靶序列设计的gRNA中相应序列是__5′－ACGUAC……CUUUCG－3′__，Cas9－gRNA复合体切割DNA的__磷酸二酯__键使其断裂。eq\o(\s\up7(),\s\do5(图3))(3)用重组质粒转化玉米幼胚后，在培养基中加入__除草剂__筛选出导入目的基因幼胚。在转化玉米的过程中，使用改造后的Ti质粒的优点是__能