解密19基因工程（讲义）（教师版）

解密19基因工程考点热度★★★★★内容索引核心考点1重组DNA技术的基本工具 基因工程定义 有关核酸的方向性问题 重组DNA技术的基本工具 DNA的粗提取与鉴定核心考点2基因工程的基本操作程序 转基因抗虫棉的主要四个步骤 相关的基本概念 PCR技术 探究·实践DNA片段的扩增及电泳鉴定核心考点3基因工程的应用核心考点4蛋白质工程核心考点5生物技术的安全性与伦理问题 转基因产品的安全性 关注生殖性克隆人 禁止生物武器2022年高考题2021年高考题考点由高考知核心知识点预测基因工程（2022浙江卷）29.农杆菌转化法（2022全国乙卷）12.PCR技术、蛋白质工程（2022山东卷）13.DNA的粗提取与鉴定（2022山东卷）25.基因工程（2022北京卷）13.DNA的粗提取与鉴定（2022北京卷）21.基因工程（2022广东卷）12.基因工程（2022广东卷）22.基因工程（2022海南卷）20.基因工程（2022河北卷）24.基因工程（2022湖南卷）22.基因工程、蛋白质工程（2022湖北卷）22.基因工程（2022江苏卷）24.基因工程基因工程是选修教材中的重点考察内容之一，基因工程的基本操作程序、蛋白质工程的原理是重高频考点，山东卷北京卷兼顾了实验“DNA的粗提取与鉴定”。（2021湖北卷）7基因工程.（2021山东卷）4.基因工程（2021山东卷）5.基因工程（2021山东卷）13.DNA的粗提取与鉴定（2021天津卷）11、12.基因工程（2021全国卷甲）12.基因工程（2021全国卷乙）12.基因工程（2021浙江卷）29.细胞工程、基因工程（2021北京卷）16.基因工程（2021广东卷）22.基因工程（2021海南卷）25.基因工程（2021河北卷）24.基因工程（2021湖南卷）22.基因工程、细胞工程（2021辽宁卷）24.基因工程（2021天津卷）16.基因工程

核心考点1重组DNA技术的基本工具基因工程：基因工程是指按照人们的愿望，通过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，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。有关核酸的方向性问题：①① 核苷酸：② 一条脱氧核苷酸链（DNA单链）:123451’碳连碱基2’碳（脱氧核糖连无氧；核糖有氧）3’碳连羟基（OH）5’碳连磷酸⑥ tRNA的3’端结合氨基酸⑦ 翻译时核糖体的移动方向：沿着mRNA的5’3’方向移动⑧ 限制性内切核酸酶识别的序列：沿5’3’方向读取一端的3’碳上有游离的羟基（OH），叫3’端；另一端的5’碳上有游离的磷酸基团，叫5’端。一条核糖核苷酸链（RNA链）也是如此。③ DNA是由两条脱氧核苷酸链，按反向平行的方式构成④ DNA聚合酶：总是从引物的3’端连接脱氧核苷酸（沿着模板链的5’3’方向合成子链）⑤ RNA聚合酶：总是从引物的3’端连接核糖核苷酸（沿着模板链的5’3’方向合成子链）

重组DNA技术的基本工具限制性内切核酸酶——“分子手术刀”限制性内切核酸酶——“分子手术刀”DNA连接酶——“分子缝合针”基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

限制性内切核酸酶——“分子手术刀”：限制性内切核酸酶——“分子手术刀”：1、来源：2、对原核生物的作用：3、作用：作用：识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。结果：切割DNA成为两个DNA片段识别的序列：① 沿5’3’方向读取② 大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，少数4个、8个。③ 多数为回文序列

（因此，切割形成的黏性末端碱基序列：既相同，又互补）黏性末端：主要是原核生物防止外来病原物的侵害,将外源DNA切割保证自身安全当限制酶在它识别序列的中心轴线(图中虚线）两侧将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端；黏性末端特点：既相同，又互补当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。平末端：E.coliDNAE.coliDNA连接酶：T4DNA连接酶：① 从大肠杆菌中分离得到② 只能连接黏性末端，不能连接平末端③ 恢复磷酸二酯键① 从T4噬菌体中分离出来② 既能连接黏性末端，又能连接平末端，但连接平末端的效率相对较低③ 恢复磷酸二酯键DNA连接酶——“分子缝合针”基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”最常用的载体：质粒质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。质粒适合做载体的特点（载体必需具备的特点）：① 有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插入其中；② 能在受体细胞中进行自我复制，或可整合到受体细胞DNA上，随受体DNA同步复制；③ 这些质粒上常有特殊的标记基因，四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等，便于重组DNA分子的筛选；④ 对受体细胞无害。（真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。）在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体，动植物病毒等。

DNA的粗提取与鉴定一、原理一、原理1、DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精2、DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液NaCl浓度0.14mol/LDNA的溶解度O3、在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色二、过程洋葱（30g）+研磨液（10mL）研磨取上清液方法一：方法二：在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。析出DNA在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%)，静置2~3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA取出DNA方法一：方法二：用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分将溶液倒入塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min，取沉淀物（弃上清液）溶解DNA2mol/L的NaCl溶液鉴定DNA实验组：对照组：2mol/L的NaCl溶液+DNA+二苯胺试剂4mL→沸水浴5min2mol/L的NaCl溶液+二苯胺试剂4mL→沸水浴5min核心考点2基因工程的基本操作程序转基因抗虫棉的主要四个步骤：目的基因的筛选与获取目的基因的筛选与获取筛选合适的目的基因：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解利用PCR获取和扩增目的基因：人工合成；利用PCR技术扩增；通过构建基因文库获取获取目的基因的方法：基因表达载体的构建构建目的：让目的基因在受体细胞中：①稳定存在；②遗传给下一代；③表达和发挥作用构建过程：① 首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；② 然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段；③ 再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子基因表达载体的组成：

启动子：启动子：终止子相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停下来，它位于基因的下游，也是一段有特殊序列结构的DNA片段。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，紧挨转录的起始位点，它是RNA聚合酶识别和结合的部位。诱导型启动子：当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达。终止子：目的基因：（如，Bt抗虫蛋白基因）位于启动子和终止子之间。标记基因：（如，抗生素抗性基因）将含有目的基因的细胞筛选出来将目的基因导入受体细胞导入植物细胞：①花粉管通道法：可以用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注人子房中；可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊②农杆菌转化法：导入动物细胞：一般先用Ca2+处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。显微注射法利用显微注射将目的基因注入动物的受精卵中(图38)，这个受精卵将发育成为具有新性状的动物导入原核细胞：

目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定首先是分子水平的检测，包括：其次，还需要进行个体生物学水平的鉴定：① 通过PCR等技术检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因② 检测Bt基因是否转录出了mRNA；③ 从转基因棉花中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原一抗体杂交，检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白等。例如，通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。相关的基本概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。它主要是指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。（也可以是一些具有调控作用的因子）目的基因：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一获取目的基因的有效方法：PCR技术扩增目的基因的方法：引物：定义：①长度通常为20～30个核苷酸②PCR需要2种引物③有方向性④GC碱基对越多，复性温度越高，pcr反应越快。引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。（复制一段DNA需要两种引物）特点：使DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸作用：定义：

BtBt抗虫蛋白基因（简称Bt基因）苏云金杆菌通过产生苏云金杆菌伴孢晶体蛋白(Bt抗虫蛋白)，破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。当Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也没有特异性受体。因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生上述影响。农杆菌转化法农杆菌转化法① 可以将新鲜的从叶片上取下的圆形小片与农杆菌共培养，然后筛选转化细胞，并再生成植株；② 可以将花序直接浸没在含有农杆菌的溶液中一段时间，然后培养植株并获得种子，再进行筛选、鉴定等。1、转化：是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的TDNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。根据农杆菌的这种特点，如果将目的基因插入Ti质粒的TDNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞。随着转化方法的突破，用农杆菌侵染水稻、玉米等多种单子叶植物也取得了成功。2、农杆菌转化法的原理：3、具体操作方法：

PCR技术11、PCR：是聚合酶链式反应的缩写DNA复制所需的基本条件：2、PCR的原理：DNA半保留复制的原理DNA母链——提供DNA复制的模板4种脱氧核苷酸——合成DNA子链的原料DNA聚合酶——合成DNA子链的原料解旋酶——（断开氢键）打开DNA双链PCR所需的基本条件：缓冲溶液：耐高温的DNA聚合酶（TaqDNA聚合酶）一般要添加Mg2+，DNA聚合酶都需要Mg2+激活一般是含目的基因的DNADNA母链：4种脱氧核苷酸：四种脱氧核苷酸（dATP、dTTP、dGTP、dCTP）引物：2种控制温度33、PCR过程：（在PCR扩增仪（PCR仪)中自动完成）变性复性延伸90℃以上：双链DNA解聚为单链50℃左右：72℃左右：两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。溶液中的4种脱氧核苷酸（dNTP）在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。即：将4种脱氧核苷酸加到引物的3’端5、常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物4、结果a*2n（a：初始数量；n：循环的次数）30次左右

应用实例：应用实例：扩增某DNA片段：将引物设计在DNA片段的两端定点突变：从某一DNA上扩增其中的一部分：将引物设计在要扩增的DNA片段的两端在引物的外侧（5’端）加上需要的序列（如，限制酶切割位点，特定的启动子等）图中的酶a、酶b分别是限制酶酶a、酶b的识别序列

探究·实践DNA片段的扩增及电泳鉴定PCRPCR原理：（DNA半保留复制原理）利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器。一次PCR一般要经历30次循环。琼脂糖凝胶电泳原理：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。PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。方法步骤：（略）注意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.该实验所需材料可以直接从公司购买，缓冲液和酶应分装成小份，并在20℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。3.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。4.在进行操作时，一定要戴好一次性手套。核心考点3基因工程的应用基因工程在农业方面的基因工程在农业方面的的应用转基因生物目的基因优点转基因抗虫植物Bt抗虫蛋白基因减少虫害、减少农药污染转基因抗病植物某些病毒、真菌等的抗病基因减少病害、减少农药污染转基因抗除草剂植物降解或抵抗某种除草剂的基因（如，抗草甘膦基因）抗除草剂、提高农田管理效率改良植物的的品质必需氨基酸多的蛋白质编码基因；植物花青素代谢有关的的基因提高玉米的营养价值；改良花卉提高动物的生长速度外源生长激素基因提高鲤鱼的生长速率改善畜产品的品质肠乳糖酶基因使转基因奶牛的乳汁中减少乳糖含量，以利于乳糖不耐受的人食用牛奶。基因工程在医药卫生领域的应用生产基因工程药品利用转基因微生物利用大肠杆菌或酵母菌生产干扰素利用转基因动物将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组在一起，培育转基因克隆动物作为乳腺（乳房）生物反应器，生产医用蛋白利用转基因植物器官移植转基因克隆猪作为器官移植的的来源，可以避免免疫排斥反应在猪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。基因工程菌：基因工程在食品工业方面的应用淀粉酶、脂酶等：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。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，再通过工业发酵批量生产凝乳酶通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。降解多种污染物的“超级细菌”，也是通过基因工程生产的

核心考点4蛋白质工程蛋白质工程是指以蛋白质分子的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。它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。蛋白质工程蛋白质工程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。天冬氨酸途径合成赖氨酸：天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬酸β半醛二氢吡啶二羧酸L赖氨酸天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶抑制抑制如果我们将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍

蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的基本原理由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。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蛋白质工程的基本思路：蛋白质工程的应用问题、解决方法实现途径速效胰岛素问题：天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐解离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗效。解决方法：B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置改造胰岛素基因：使编码胰岛素B链第28位脯氨酸的碱基序列替换成编码天冬氨酸序列或重新编码B链28、29位氨基酸的序列使之成为赖氨酸、脯氨酸干扰素问题：干扰素在体外保存相当困难解决方法：将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸改造干扰素基因小鼠单克隆抗体问题：会使人产生免疫反应，从而导致它的治疗效果大大降低解决方法：将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上改造抗体基因

核心考点5生物技术的安全性与伦理问题转基因产品的安全性转基因成果令人叹为观止转基因成果令人叹为观止微生物适于进行基因改造的优点：微生物具有生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点理性看待转基因技术2016年，中央一号文件《中共中央国务院关于落实发展新理念加快农业现代化实现全面小康目标的若干意见》提出：加强农业转基因技术研发和监管，在确保安全的基础上慎重推广。同年8月，国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》指出：“十三五”期间要持续攻克转基因关键核心技术，其中包括建成规范的生物安全性评价技术体系，确保转基因产品安全。目前，我国已经逐步建立了与国际接轨并适合我国国情的转基因安全评价体系，这是世界上最严格的安全评价体系之一。理性看待转基因技术不是人云亦云，更不是诋毁科学创新、造谣惑众而是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；还应该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；最重要的是，要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。

相关的相关的法规：《农业转基因生物安全管理条例》《农业转基因生物安全评价管理办法》《农业转基因生物进口安全管理办法》《农业转基因生物标识管理办法》《农业转基因生物加工审批办法》《进出境转基因产品检验检疫管理办法》关注生殖性克隆人生殖性克隆人面临的伦理问题生殖性克隆人面临的伦理问题生殖性克隆：是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。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。大多数人对生殖性克隆人的研究持否定态度：生殖性克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用。克隆技术还不成熟：生殖性克隆人会面临些问题：流产、死胎和畸形儿等，这显然与人类传统的伦理道德是背道而驰的。我国禁止生殖性克隆人我国禁止生殖性克隆人我国政府一再重申四不原则：不赞成不允许不支持不接受任何生殖性克隆人实验原因如下：①克隆人只是某些人出于某种目的制造出的“产品”，没有“父母”，这可能导致他们在心理上受到伤害；②由于技术问题，可能孕育出有严重生理缺陷的克隆人；③克隆人的家庭地位难以认定，这可能使以血缘为纽带的父子、兄弟和姐妹等人伦关系消亡；④生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道德观念；⑤生殖性克隆人是对人类尊严的侵犯；⑥生殖性克隆人破坏了人类基因多样性的天然属性，不利于人类的生存和进化。我国我国的相关法规：《人类辅助生殖技术管理办法》《人类辅助生殖技术规范》《人类辅助生殖技术和人类精子库伦理原则》《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》《干细胞临床研究管理办法（试行）》例如：《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》规定：利用体外受精、体细胞核移植等技术获得的囊胚，其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14d；不得将这样获得的已用于研究的人囊胚植入人或任何其他动物的生殖系统。禁止生物武器生物安全生物安全：生物安全是指与生物有关的各种因素对社会、经济、人类健康以及生态环境所产生的危害或潜在风险。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。前事不忘，后事之师侵华日军侵华日军组建了从事细菌战的731部队和100部队，并在我国领土上修建了几十座细菌武器工厂，大量培养鼠疫、霍乱、伤寒和炭疽等一系列致命的传染性疾病的病原体。为了检验生产出来的细菌武器的效能，侵华日军曾用数千名中国人做实验。他们还曾在我国20多个地区使用了细菌武器，造成几十万老百姓死亡。1950年12月至1951年1月，在中国人民志愿军的打击下，美军从“三八线”南撤。在此过程中，他们散布了大量的天花病毒，使约3500人患上天花，约350人死亡。1952年初，美军又在志愿军控制区投下了细菌弹，散布了大量苍蝇、跳蚤等昆虫。经我国军事医学专家鉴定、这些昆虫带有可引起鼠疫、霍乱、伤寒、痢疾、脑膜炎和回归热等疾病的10多种致病菌。随后，美军又将细菌战扩大到我国东北的抚顺、安东、凤城、宽甸和临江等地。美国军队

对生物武器的威胁，不能掉以轻心对生物武器的威胁，不能掉以轻心1978年，天花就已经在地球上消失，但是某些国家至今仍然保存着天花病毒毒株。有报道称，有的国家已经研制出新型的鼠痘病毒，在实验室里，有人通过转基因技术把蜡状杆菌改造成像炭疽杆菌一样的致病菌；有人将生物毒素分基因与流感病毒的基因拼接在一起，然后再用基因工程的方法进行批量生产；也有人对流感病毒基因进行改造，以使具有某种易感基因的民族感染上这种病毒，而施放国的人却不易感染。威胁：应对措施：1972年4月，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《禁止试制、生产和储存并销毁细菌（生物）和毒剂武器公约》(简称《禁止生物武器公约》)，该公约于1975年3月生效。1984年11月，我国也加入了这一公约。1998年6月，中美两国元首在关于《禁止生物武器公约》议定书的联合声明中，重申了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。

2022年高考题29.回答下列（一）、（二）小题：（二）回答与植物转基因和植物克隆有关的问题：（4）在用农杆菌侵染的方法进行植物转基因过程中，通常要使用抗生素，其目的一是抑制___________生长，二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度___________时，通常会出现较多假阳性植株，因此在转基因前需要对受体进行抗生素的___________检测。（5）为提高培育转基因植株的成功率，植物转基因受体需具有较强的___________能力和遗传稳定性。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞内___________形态是否改变进行判断，也可通过观察分裂期染色体的___________，分析染色体组型是否改变进行判断。（6）植物转基因受体全能性表达程度的高低主要与受体的基因型、培养环境、继代次数和___________长短等有关。同时也与受体的取材有关，其中受体为___________时全能性表达能力最高。【答案】（4）①.农杆菌②.过低③.敏感性（5）①.再生②.细胞核③.形态特征和数量（6）①.培养时间②.受精卵【解析】（二）农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。根据农杆菌的这一特点，如果将目的基因插入到Ti质粒的TDNA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中染色体的DNA上。转化过程：目的基因插入Ti质粒的TDNA上农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。【小问1详解】产生淀粉酶的枯草杆菌的最适温度为5075℃，要快速分离枯草杆菌，先将土样加入无菌水制成枯草杆菌悬液，再将含有悬液的三角瓶置于80℃的水浴中保温一段时间，杀死不耐热的微生物。【小问2详解】将菌种的分离过程与菌种的产酶性能测定同时进行可以提高筛选效率。用稀释涂布平板法可以分离枯草杆菌，在培养基中添加淀粉作为唯一碳源，并且在培养基中添加KII2，能合成淀粉酶的枯草杆菌因为能利用淀粉而存活，同时淀粉由于被分解在菌落周围会出现透明圈，比较透明圈与菌落直径比值的大小，比值大的说明该菌株产酶性能较高。【小问3详解】要获得高产淀粉酶的枯草杆菌，可利用诱变育种，由于变异的不定向性，人工诱变后还需要再筛选才能获得高产淀粉酶的枯草杆菌。也可以利用转基因、原生质体融合等技术，从其他生物那里获得与高产淀粉酶有关的基因，进而获得相应的高产性状。【小问4详解】野生的农杆菌没有抗性基因，用于转化植物细胞的农杆菌一般在其T—DNA中插入一种抗生素抗性基因。抗生素的作用是抑制细菌生长，农杆菌属于细菌，在其侵染植物过程中，可以用另一种抗生素抑制农杆菌的生长，从而达到在后续实验中消除转化植物细胞中农杆菌的作用。具有TDNA中抗性基因的细胞能在含有相应抗生素的培养基上存活。当培养基中抗生素浓度过低时，很多没有抗性的细胞也存活下来，因此出现假阳性，故在转基因前要对受体进行抗生素的敏感性检测。【小问5详解】转基因植株要经过植物组织培育，要提高培育转基因植株的成功率，应该选再生能力和遗传稳定性较强的受体，这种受体全能性较高，能保持生物的性状。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞核形态是否改变进行判断，也可以直接在光学显微镜下观察分裂期染色体的形态特征和数量，分析染色体组型是否改变。【小问6详解】植物转基因受体全能性表达程度高低除了与受体基因型、培养环境、继代次数有关外，还与培养时间长短和受体的取材有关，受精卵是没分化的细胞，分裂和分化能力都很强，故受体为受精卵时全能性表达能力最高。（2022全国乙卷）12.新冠疫情出现后，病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题。（1）新冠病毒是一种RNA病毒，检测新冠病毒RNA（核酸检测）可以采取RTPCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA，这一过程需要的酶是______，再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。（2）为了确保新冠病毒核酸检测的准确性，在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的______来进行。PCR过程每次循环分为3步，其中温度最低的一步是______。（3）某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测（检测体内是否有新冠病毒抗体），若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明______（答出1种情况即可）；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明______。（4）常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S（具有抗原性）的编码序列（目的基因）。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是______。【答案】（1）逆转录酶##反转录酶（2）①.特异性核苷酸序列②.退火##复性（3）①.曾感染新冠病毒，已康复②.已感染新冠病毒，是患者（4）获取S蛋白基因→构建S蛋白基因与运载体的表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定（检测受体能否产生S蛋白）

【解析】【分析】PCR全称为聚合酶链式反应，是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术；过程：①高温变性：DNA解旋过程（PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开）；低温复性：引物结合到互补链DNA上；③中温延伸：合成子链。【小问1详解】分析题意可知，新冠病毒的遗传物质是RNA，而RTPCR法需要先得到cDNA，由RNA到DNA的过程属于逆转录过程，逆转录过程需要的酶是逆转录酶（反转录酶）。【小问2详解】PCR过程需要加入引物，设计引物时应有一段已知目的基因的核苷酸序列，在该过程中为了确保新冠病毒核酸检测的准确性，在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的特异性核苷酸序列来进行；PCR过程每次循环分为3步，分别为变性（9095℃）、复性（5560℃）、延伸（7075℃），故其中温度最低的一步是复性（或退火）。【小问3详解】某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测，若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明该个体曾经感染过新冠病毒，机体发生特异性免疫反应，产生抗体，将病毒消灭，则核酸检测为阴性，但由于抗体有一定的时效性，能在体内存在一段时间，故抗体检测为阳性；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明该个体体内仍含有病毒的核酸，机体仍进行特异性免疫过程，能产生抗体，则说明该人已经感染新冠病毒，为患者。【小问4详解】基因工程的基本操作流程是：获取目的基因→基因表达载体的构建（基因工程的核心）→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定，结合题意，本基因工程的目的是获得大量的S蛋白，故具体流程为：获取S蛋白基因→构建S蛋白基因与运载体的表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定（检测受体能否产生S蛋白）。（2022山东卷）13.关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是（）A.过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解B.离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C.在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质【答案】B【解析】【分析】DNA的粗提取与鉴定的实验原理是：①DNA的溶解性，DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的氯化钠溶液中的溶解度不同，利用这一特点可以选择适当浓度的盐溶液可以将DNA溶解或析出，从而达到分离的目的；②DNA不容易酒精溶液，细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，利用这一原理可以将蛋白质和DNA进一步分离；③在沸水浴的条件下DNA遇二苯胺会呈现蓝色。【详解】A、低温时DNA酶的活性较低，过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解，A正确；B、离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，B错误；C、在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确；D、细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，可能有蛋白质不溶于酒精，在95%的冷酒精中与DNA一块儿析出，故粗提取的DNA中可能含有蛋白质，D正确。故选B。（2022山东卷）25.某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAGP和FLAGP△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或P△的功能。（1）为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是_______、为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，该限制酶识别序列应添加在引物的______（填“3'端”或“5'端”）。（2）PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后，与编码FLAG的序列形成一个融合基因，如图甲所示，其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后，融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图甲分析，出现该问题的原因是______。修改扩增P基因时使用的带有EcoRⅠ识别序列的引物来解决该问题，具体修改方案是______。（3）融合蛋白表达成功后，将FLAGP、FLAGP△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质，分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测，检测结果如图丙所示。已知FLAGP和FLAGP△不能降解UBC，由①②③组结果的差异推测，药物A的作用是______；由②④组或③⑤组的差异推测，P△中缺失的特定序列的作用是______。（4）根据以上结果推测，药物A治疗该病的机理是______。【答案】（1）①.能与P基因母链的一段碱基序列互补配对、短单链核酸

②.5'端（2）①.P基因编码链的第一个碱基与EcoRⅠ识别序列的最后两个碱基编码一个氨基酸，导致mRNA的密码子被错位读取。

②.在引物中的EcoRⅠ识别序列3'端添加1个碱基（3）①.增强FLAGP与UBC的结合②.参与P与UBC的结合（4）药物A通过增强P与UBC结合促进P降解。【解析】【分析】PCR过程：①变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解旋为单链；②温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合；③延伸：当温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。【小问1详解】引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核苷酸，因此设计扩增P基因的引物，需要两种引物分别与两条模板链3'端的碱基序列互补。DNA聚合酶延伸时，是将脱氧核苷酸加到引物的3'端，为了不破坏目的基因，该限制酶识别序列应添加在引物的5'端。【小问2详解】融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同，说明P基因翻译时出错。由图可看出，在转录出的mRNA中，限制酶识别序列对应的最后两个碱基与P基因对应的第一个碱基构成一个密码子，导致读码框改变，翻译出的氨基酸序列改变，可通过在EcoRⅠ识别序列3'端添加1个碱基，使其碱基数目加上FLAG的碱基数目为3的倍数，这样能保证P基因转录出的mRNA上的读码框不改变，能够正常翻译。【小问3详解】①组仅添加UBC，处理后，用UBC抗体检测，不出现杂交带；②组添加UBC和FLAGP，出现杂交带；③组添加UBC、药物A和FLAGP，杂交带更加明显，说明药物A的作用是促进UBC与FLAGP的结合。由②④组或③⑤组的差异在于②③组使用FLAGP，出现杂交带；④⑤组使用FLAGP△，不出现杂交带，据此推测P△中缺失的特定序列是与UBC结合的关键序列。【小问4详解】根据（3）的分析推测，药物A促进UBC与FLAGP的结合，从而促进蛋白P被蛋白酶识别并降解，达到治疗的目的。【点睛】本题难点在于分析翻译出错的原因，需要结合翻译相关知识对图进行仔细分析方可得出结论。（2022北京卷）13.下列高中生物学实验中，对实验结果不要求精确定量的是（）A.探究光照强度对光合作用强度的影响B.DNA的粗提取与鉴定C.探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度D.模拟生物体维持pH的稳定【答案】B【解析】【分析】探究光照强度对光合作用强度的影响，自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，需要精确测定不同光照强度下光合作用强度，要求精确定量。【详解】A、探究光照强度对光合作用强度的影响，需要测定不同光照强度下光合作用强度，要求精确定量，A错误；B、DNA的粗提取与鉴定属于物质提取与鉴定类的实验，只需观察是否有相关现象，不需要定量，故对实验结果不要求精确定量，B正确；C、探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度，需要明确不同生长素类调节剂浓度下根的生长情况，要求定量，C错误；D、模拟生物体维持pH的稳定，需要用pH试纸测定溶液pH值，需要定量，D错误。故选B。（2022北京卷）21.生态文明建设已成为我国的基本国策。水中雌激素类物质（E物质）污染会导致鱼类雌性化等异常，并通过食物链影响人体健康和生态安全。原产南亚的斑马鱼，其肌细胞、生殖细胞等存在E物质受体，且幼体透明。科学家将绿色荧光蛋白（GFP）等基因转入斑马鱼，建立了一种经济且快速的水体E物质监测方法。（1）将表达载体导入斑马鱼受精卵的最佳方式是_______。（2）为监测E物质，研究者设计了下图所示的两种方案制备转基因斑马鱼，其中ERE和酵母来源的UAS是两种诱导型启动子，分别被E物质受体复合物和酵母来源的Gal4蛋白特异性激活，启动下游基因表达。与方案1相比，方案2的主要优势是_______，因而被用于制备监测鱼（MO）。（3）现拟制备一种不育的监测鱼SM，用于实际监测。SM需经MO和另一亲本（X）杂交获得。欲获得X，需从以下选项中选择启动子和基因，构建表达载体并转入野生型斑马鱼受精卵，经培育后进行筛选。请将选项的序号填入相应的方框中。Ⅰ.启动子：____。①ERE②UAS③使基因仅在生殖细胞表达的启动子（P生）④使基因仅在肌细胞表达的启动子（P肌）Ⅱ.基因：______A．GFPB.Gal4C.雌激素受体基因（ER）D.仅导致生殖细胞凋亡的基因（dg）（4）SM不育的原因是：成体SM自身产生雌激素，与受体结合后_______造成不育。（5）使拟用于实际监测的SM不育的目的是_______。【答案】（1）显微注射（2）监测灵敏度更高（3）①.②②.D（4）激活ERE诱导Gal4表达，Gal4结合UAS诱导dg表达，生殖细胞凋亡（5）避免转基因斑马鱼逃逸带来生物安全问题【解析】【分析】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。【小问1详解】将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法，所以将表达载体导入斑马鱼受精卵的最佳方式是显微注射法。【小问2详解】由图可知，方案1E物质受体复合物激活ERE，使GFP基因表达，方案2E物质受体复合物先激活ERE获得Gal4蛋白，然后Gal4蛋白激活UAS启动子，使GFP基因表达，方案2GFP蛋白表达量大，更灵敏。【小问3详解】MO和另一亲本（X）杂交获得SM，MO是方案2获得，所以亲本X启动子选择UAS。要获得SM是不育个体，MO是可育的所以X必须有仅导致生殖细胞凋亡的基因（dg）。【小问4详解】成体SM自身产生雌激素，与受体结合后形成复合物，激活ERE诱导Gal4表达，Gal4与UAS启动子结合诱导dg表达，使生殖细胞凋亡。【小问5详解】监测鱼属于转基因生物，目前安全性不确定，为了避免转基因斑马鱼逃逸带来生物安全问题，需要SM不育。（2022广东卷）12.λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化（如图），该线性分子两端能够相连的主要原因是（）A.单链序列脱氧核苷酸数量相等B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸C.单链序列的碱基能够互补配对D.自连环化后两条单链方向相同【答案】C【解析】【分析】双链DNA的两条单链方向相反，脱氧核糖与磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架，两条单链之间的碱基互补配对。【详解】AB、单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定该线性DNA分子两端能够相连，AB错误；C、据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定该线性DNA分子两端能够相连，C正确；D、DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。故选C。（2022广东卷）22.“绿水逶迤去，青山相向开”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气（含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业）为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。回答下列问题：（1）研究者针对每个需要扩增的酶基因（如图）设计一对________________，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。（2）研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是________________，终止子的作用是________________。（3）培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟缓的现象，推测其原因可能是________________，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。（4）这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了________________，体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于________________，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。【答案】（1）引物（2）①.作为标记基因，筛选含有基因表达载体的受体细胞②.终止转录，使转录在需要的地方停下来（3）二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长（4）①.废物的资源化②.不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳【解析】【分析】（1）PCR技术的原理是DNA半保留复制，是在体外大量复制DNA的技术，该技术的关键是Taq酶可以从引物的3’端延伸子链。（2）减缓温室效应，一方面要减少二氧化碳的排放，另一方面通过植树造林等手段增加大气中二氧化碳的消耗。【小问1详解】利用PCR技术扩增目标酶基因，首先需要根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物，引物与模板链结合后，Taq酶才能从引物的3’端延伸子链。【小问2详解】基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于筛选含有基因表达载体的受体细胞，终止子可终止转录，使转录在需要的地方停下来。【小问3详解】重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体大量用于合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以会导致生长迟缓。【小问4详解】根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术,以高污染企业排放的二氧化碳等一碳温室气体为原料，实现了废物的资源化，体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看,该技术生产丙酮的过程不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，所以具有广泛的应用前景和良好的社会效益。（2022海南卷）20.以我国科学家为主的科研团队将OSNL（即4个基因Oct4／Sox2／Nanog／Lin28A的缩写）导入黑羽鸡胚成纤维细胞（CEFs），诱导其重编程为诱导多能干细胞（iPS），再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞（iPGCs），然后将iPGCs注射到孵化2.5天的白羽鸡胚血管中，最终获得具有黑羽鸡遗传特性的后代，实验流程如图。回答下列问题。（1）CEFs是从孵化9天的黑羽鸡胚中分离获得的，为了获得单细胞悬液，鸡胚组织剪碎后需用___________________________处理。动物细胞培养通常需要在合成培养基中添加______________等天然成分，以满足细胞对某些细胞因子的需求。（2）体外获取OSNL的方法有______________（答出1种即可）。若要在CEFs中表达外源基因的蛋白，需构建基因表达载体，载体中除含有目的基因和标记基因外，还须有启动子和______________等。启动子是______________识别和结合的部位，有了它才能驱动____________________________。（3）iPS细胞和iPGCs细胞的形态、结构和功能不同的根本原因是______________。（4）诱导iPS细胞的技术与体细胞核移植技术的主要区别是__________。（5）该实验流程中用到的生物技术有________________（答出2点即可）。【答案】（1）①.胰蛋白酶、胶原蛋白酶等②.动物血清（2）①.PCR技术、人工合成法②.终止子③.RNA聚合酶④.目的基因转录出mRNA，最终表达出所需要的蛋白质（3）基因的选择性表达（4）诱导iPS细胞的技术是将已经分化的细胞诱导为类似胚胎干细胞的一种细胞（iPS），再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞（iPGCs）的技术，而细胞核移植技术是将动物的一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞内，使这个重组的细胞发育为胚胎，继而发育为动物个体的技术（5）基因工程、动物细胞培养【解析】【分析】胚胎干细胞（ES细胞）具有自我更新及多向分化潜能，为发育学、遗传学、人类疾病的发病机理与替代治疗等研究提供非常宝贵的资源。iPS细胞技术是借助基因导入技术将某些特定因子基因导入动物或人的体细胞，以将其重编程或诱导为ES细胞样的细胞，即iPS细胞。【小问1详解】动物细胞培养时，鸡胚组织剪碎后需用胰蛋白酶处理，以获得单细胞悬液。动物细胞培养时一般需要在合成培养基中添加血清等天然成分，以满足细胞对某些细胞因子的需求。【小问2详解】OSNL为目的基因，体外获取目的基因可通过PCR技术大量扩增或通过人工合成法来合成。基因表达载体中除目的基因外，还必须有启动子、终止子、复制原点和标记基因等。启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是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。【小问3详解】据图可知，由iPS细胞诱导形成iPGCs细胞经过了细胞分化，该过程遗传物质没有改变，导致其细胞的形态、结构和功能不同的根本原因是基因的选择性表达。【小问4详解】诱导iPS细胞的技术是将已经分化的细胞诱导为类似胚胎干细胞的一种细胞（iPS），再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞（iPGCs）的技术，而细胞核移植技术是将动物的一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞内，使这个重组的细胞发育为胚胎，继而发育为动物个体的技术。【小问5详解】由图可知，该实验流程中将OSNL基因导入鸡胚成纤维细胞利用了基因工程技术，诱导多能干细胞过程利用了动物细胞培养的技术。（2022河北卷）24.蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂（NaPI）和胰凝乳蛋白酶抑制剂（StPinlA）的基因单独或共同转化棉花，获得了转基因植株。回答下列问题：（1）蛋白酶抑制剂的抗虫机制是________。（2）________是实施基因工程的核心。（3）利用农杆菌转化法时，必须将目的基因插入到质粒的________上，此方法的不足之处是________。（4）为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译，可采用的检测技术有________（写出两点即可）。（5）确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后，还需进一步做抗虫的________以鉴定其抗性程度。下图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果，据结果分析________（填“NaPI”或“StPinlA”或“NaPI＋StPinlA”）转基因棉花的抗虫效果最佳，其原因是________。（6）基因突变可产生新的等位基因，在自然选择的作用下，昆虫种群的基因频率会发生________。导致昆虫朝着一定的方向不断进化。提此推测，胰蛋白酶抑制剂转基因作物长期选择后，某些害虫具有了抗胰蛋白酶抑制剂的能力，其分子机制可能是________（写出两点即可）。【答案】（1）调节害虫胰蛋白酶活性，从而使害虫不能正常消化食物达到抗虫的目的（2）#基因表达载体的构建##表达载体的构建#（3）①.TDNA②.该方法不适用与单子叶植物（4）基因DNA分子杂交技术、mRNA分子杂交技术、抗原抗体杂交技术（5）①.效果②.NaPI

③.饲喂NaPI转基因的虫体质量较对照组差，且每株棉铃数较对照组少（6）①.定向改变②.由于害虫发生基因突变后，在胰蛋白酶抑制剂的选择下，抗性基因频率逐渐增高，从而提升了其抗胰蛋白酶抑制剂的能力，或胰蛋白酶抑制剂基因发生突变后不能编码处胰蛋白酶抑制剂【解析】【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。（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；②检测目的基因是否转录出了mRNA；③检测目的基因是否翻译成蛋白质。个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。【小问1详解】蛋白酶抑制剂的抗虫机制是调节害虫胰蛋白酶活性，从而使害虫不能正常消化食物达到抗虫的目的。【小问2详解】基因工程的核心是基因表达载体的构建。【小问3详解】农杆菌转化法的原理：农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。根据农杆菌的这一特点，如果将目的基因插入到Ti质粒的TDNA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中染色体的DNA上。其不足之处是该方法不适用与单子叶植物。【小问4详解】目的基因是否整合的检测，在分子水平上可通过检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因、是否能转录处目的基因对应的mRNA、是否能合成目的基因所控制合成的蛋白质等；在个体水平可检测抗虫性、抗病性、活性等。即可利用基因DNA分子杂交技术、mRNA分子杂交技术、抗原抗体杂交技术等。【小问5详解】抗虫鉴定：确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后，还需进一步做抗虫的效果以鉴定其抗性程度。由图可知，NaPI转基因棉花的抗虫效果最佳，因为饲喂NaPI转基因的虫体质量较对照组差，且每株棉铃数较对照组少。【小问6详解】在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝一定方向不断进化。由于害虫发生基因突变后，在胰蛋白酶抑制剂的选择下，抗性基因频率逐渐增高，从而提升了其抗胰蛋白酶抑制剂的能力，或胰蛋白酶抑制剂基因发生突变后不能编码处胰蛋白酶抑制剂。（2022湖南卷）22.水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题:（1）蛋白质工程流程如图所示，物质a是_______，物质b是_______。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是_______________________。（2）蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有___________、__________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是____________________。（3）将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______（填“种类”或“含量”）有关，导致其活性不同的原因是______________________________。（4）若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路________________________________________。【答案】（1）①.氨基酸序列多肽链②.mRNA③.密码子的简并性（2）①.从基因文库中获取目的基因②.通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成③.DNA双链复制（3）①.种类②.提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏（4）取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物（如家兔）血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间【解析】【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。【小问1详解】据分析可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。【小问2详解】蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。【小问3详解】将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。【小问4详解】若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物（如家兔）血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。（2022湖北卷）22.“端稳中国碗，装满中国粮”，为了育好中国种，科研人员在杂交育种与基因工程育种等领域开展了大量的研究。二倍体作物M的品系甲有抗虫、高产等多种优良性状，但甜度不高。为了改良品系甲，增加其甜度，育种工作者做了如下实验；【实验一】遗传特性及杂交育种的研究在种质资源库中选取乙、丙两个高甜度的品系，用三个纯合品系进行杂交实验，结果如下表。杂交组合F1表现型F2表现型甲×乙不甜1/4甜、3/4不甜甲×丙甜3/4甜，1/4不甜乙×丙甜13/16甜、3/16不甜【实验二】甜度相关基因的筛选通过对甲、乙、丙三个品系转录的mRNA分析，发现基因S与作物M的甜度相关。【实验三】转S基因新品系的培育提取品系乙的mRNA，通过基因重组技术，以Ti质粒为表达载体，以品系甲的叶片外植体为受体，培有出转S基因的新品系。根据研究组的实验研究，回答下列问题：（1）假设不甜植株的基因型为AAbb和Aabb，则乙、丙杂交的F2中表现为甜的植株基因型有_____种。品系乙基因型为_______。若用乙×丙中F2不甜的植株进行自交，F3中甜∶不甜比例为_____。（2）下图中，能解释（1）中杂交实验结果的代谢途径有___________。（3）如图是S基因的cDNA和载体的限制性内切核酸酶（限制性核酸内切酶）酶谱。为了成功构建重组表达载体，确保目的基因插入载体中方向正确，最好选用_____________酶切割S基因的cDNA和载体。（4）用农杆菌侵染品系甲叶片外植体，其目的是________。（5）除了题中所示的杂交育种和基因工程育种外，能获得高甜度品系，同时保持甲的其他优良性状的育种方法还有___________（答出2点即可）。【答案】（1）①.7②.aabb③.1∶5（2）①③（3）XbaⅠ、HindⅡ（4）通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞（5）单倍体育种、诱变育种【解析】【分析】农杆菌转化法：取Ti质粒和目的基因构建基因表达载体、将基因表达载体转入农杆菌、将农杆菌导入植物细胞、将植物细胞培育为新性状植株。杂交育种：杂交→自交→选优；诱变育种：物理或化学方法处理生物，诱导突变；单倍体育种：花药离体培养、秋水仙素加倍；多倍体育种：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗；基因工程育种：将一种生物的基因转移到另一种生物体内。【小问1详解】甲为纯合不甜品系，基因型为AAbb，根据实验一结果可推得乙基因型为aabb，丙基因型为AABB，乙、丙杂交的F2基因型有3×3=9种，假设不甜植株的基因型为AAbb和Aabb，F2中表现为甜的植株基因型有7种。若用乙×丙中F2不甜的植株进行自交，F3中不甜比例=1/3+2/3×3/4=5/6，F3中甜∶不甜比例为1∶5。【小问2详解】不甜植株的基因型为AAbb和Aabb，只有A导致不甜，当A与B同时存在时，表现为甜，故选①③。【小问3详解】为了成功构建重组表达载体，不破坏载体关键结构和目的基因，确保目的基因插入载体中方向正确，最好选用XbaⅠ、HindⅡ酶切割S基因的cDNA和载体。【小问4详解】用农杆菌侵染品系甲叶片外植体，可以通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞。【小问5详解】除了题中所示的杂交育种和基因工程育种外，能获得高甜度品系，同时保持甲的其他优良性状的育种方法还有单倍体育种、诱变育种。（2022江苏卷）24.纤毛是广泛存在的细胞表面结构，功能异常可引起多种疾病。因此，研究纤毛形成的作用机制具有重要意义。请回答下列问题。（1）纤毛结构如图1所示，由细胞膜延伸形成的纤毛膜主要由中心体转变而来，中心体在有丝分裂中的功能是__________________。（2）某病人肾小管上皮细胞纤毛异常，为了分析纤毛相关基因X是否发生了变异，对基因X进行了PCR扩增与产物测序。从细胞样品中分离DNA时，可通过交替调节盐浓度将与核蛋白结合DNA分离出来，溶液中添加NaC1至2．0mo1/L的目的是__________________。PCR扩增时，需在__________________催化下，在引物__________________端进行DNA链的延伸，获得扩增产物用于测序。（3）为研究蛋白质X在细胞中的定位，构建绿色荧光蛋白GFP与X的融合蛋白，融合蛋白具有绿色荧光，可示其在细胞内位置。将XGFP基因融合片段M导入如图Ⅱ所示载体质粒Y，构建YM重组质粒（在EcoRⅤ位点插入片段）。请完成下表。分步实验目标简易操作、结果、分析PCR鉴定正向重组质粒YM（图Ⅱ中融合片段M中有白色的箭头，代表方向）①选择图Ⅱ引物_____________；②PCR目的产物约为_____________bp。确保M及连接处序列正确，YM的连接处上游含有HindIII+EcoRV的识别序列，下游含有EcoRV+BamHI的识别序列③质粒测序，图Ⅲ中正确的是____________（选填序列编号）检测融合蛋白定位④对照质粒YGFP（仅表达GFP）与实验质粒YM分别导入细胞，发现对照组整个细胞均有绿色荧光，而实验组荧光集中在纤毛基部，说明________________________。（4）为研究另一纤毛病相关基因Z表达的变化，采用荧光定量PCR法检测健康人与病人基因Z的转录水平。采集样本、提取总RNA，经_____________形成cDNA作为模板，PCR扩增结果显示，在总cDNA模板量相等的条件下，健康人Ct值为15，而病人Ct值为20（Ct值是产物荧光强度达到设定阈值时的PCR循环数）。从理论上估算，在PCR扩增20个循环的产物中，健康人样品的目的产物大约是病人的_____________倍。【答案】（1）与有丝分裂有关（参与纺锤体的形成，是纺锤体形成中心）（2）①.溶解DNA②.耐高温DNA聚合酶（Taq酶）③.3'（3）①.a、b②.1100③.Q3④.X蛋白参与中心体的形成（4）①.逆转录②.32【解析】【分析】PCR技术的条件：模板DNA、四种脱氧核苷酸、一对引物、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；PCR的操作过程：①高温变性：DNA解旋过程（PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开）；低温复性：引物结合到互补链DNA上；③中温延伸：合成子链。【小问1详解】中心体与有丝分裂有关，是纺锤体的组织中心。【小问2详解】从细胞样品中分离DNA时，可通过交替调节盐浓度将与核蛋白结合的DNA分离出来，DNA在2．0mo1/L的NaC1溶液中的浓度最大，高于或低于这一浓度，DNA的溶解度均会下降，因此实验过程中添加NaC1至2．0mo1/L的目的是溶解DNA。PCR扩增时，需在耐高温的DNA聚合酶（即Taq聚合酶）的催化下，在引物的3’端进行DNA链的延伸，获得扩增产物用于测序。【小问3详解】PCR扩增目的DNA片段时，在引物的3’端进行DNA链的延伸，据图可知，应选择图II中的引物a和引物b，PCR目的产物约为300+800=1100bp。确保M及连接处序列正确，YM的连接处上游含有HindIII+EcoRV的识别序列，下游含有EcoRV+BamHI的识别序列，根据题干信息构建YM重组质粒（在EcoRⅤ位点插入片段），YM的连接处测序后部分序列应含有HindIII和BamHI识别位点，根据各限制酶识别位点，应选择序列Q3。对照质粒YGFP（仅表达GFP）与实验质粒YM分别导入细胞，发现对照组整个细胞均有绿色荧光，而实验组荧光集中在纤毛基部，说明蛋白质X参与中心体的组成。【小问4详解】研究另一纤毛病相关基因Z表达的变化，采用荧光定量PCR法检测健康人与病人基因Z的转录水平。采集样本、提取总RNA，经逆转录形成cDNA作为模板，PCR扩增结果显示，在总cDNA模板量相等的条件下，健康人Ct值为15，而病人Ct值为20（Ct值是产物荧光强度达到设定阈值时的PCR循环数），说明病人基因Z表达较弱，设健康人Z基因的cDNA数为x，病人Z基因的cDNA数为y，则有x×215=y×220，从理论上估算，在PCR扩增20个循环的产物中，健康人样品的目的产物大约是病人的25=32倍。

2021年高考题（2021湖北卷）7.限制性内切酶EcoRI识别并切割双链DNA，用EcoRI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.4000 D.24000【答案】C【解析】【分析】限制性核酸内切酶能识别特定的DNA序列，切割特定的位点，在特定的碱基之间切割磷酸二酯键。【详解】据图可知，EcoRI的酶切位点有6个碱基对，由于DNA分子的碱基组成为A、T、G、C，则某一位点出现该序列的概率为1/4×1/4×1/4×1/4×1/4×1/4=1/4096，即4096≈4000个碱基对可能出现一个限制酶EcoRI的酶切位点，故理论上得到DNA片段的平均长度（碱基对）约为4000。C符合题意。故选C。（2021山东卷）4.我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化。下列说法正确的是（）A.“引子”的彻底水解产物有两种B.设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNAC.设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列D.土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别【答案】C【解析】【分析】根据题干信息“利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来”，所以可以推测“因子”是一段单链DNA序列，根据碱基互补配对的原则去探测古人类DNA中是否有与该序列配对的碱基序列。【详解】A、根据分析“引子”是一段DNA序列，彻底水解产物有磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基，共6种产物，A错误；B、由于线粒体中也含有DNA，因此设计“引子”的DNA序列信息还可以来自线粒体DNA，B错误；C、根据题干信息“利用现代人的DNA序列设计并合成了引子”，说明设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列，C正确；D、土壤沉积物中的古人类双链DNA需要经过提取，且在体外经过加热解旋后，才能与“