江苏高三生物一轮复习：基因工程的应用（练习）

第59讲基因工程的应用

一、单项选择题

1.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.（2024・江苏卷）酵母菌是基因工程中常用的表达系统。下列相关叙述正确的是（C）

A.酵母菌培养液使用前要火活所有细菌，但不能灭活真菌

B.酵母菌是真核细胞，需放置在C02培养箱中进行培养

C.可用稀释涂布平板法对薛母菌计数

D.该表达系统不能对合成的蛋白质进行加工和修饰

【解析】培养液中细菌和真菌均需严格灭菌，A错误；酵母菌接种后放入28c左右的恒温培养箱中

培养，B错误；酵母菌是真核生物，具有内质网和高尔基体等细胞器，可对蛋白质进行复杂的加工，D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.步躲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；诱导堆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I［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④⑤

B.代表中心法则内容的是①②

C.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囚的结构进行分子设计，通过基囚合成或改造实现

【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.(2024・江西卷)丫一氨基丁酸在医药等领域有重要的应用价值。利用L-谷氨酸脱拨酶(GadB)催化L

一谷氨酸脱按是高效生产丫一氨基丁酸的重要途径之一。研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L—谷氨

酸脱瘦酶基因(gad8)导入生产菌株Eco〃A,构建了以L—谷氨酸钠为底物高效生产丫一氨基丁酸的菌株

E.cHiB,下列叙述正确的是(A)

_NeoI和I

O—On

质粒

(含多克隆位点)

NeoI和Kp”I

\J/gadB

浪酒酵母S

A.上图表明，可以从酿酒醉母S中分离得到H的基因gadB

B.发酵生产丫一氨基丁酸时，L一谷氨酸钠的作用是供能

C.E.coliA和E.coliB都能高效降解y—氨基丁酸

D.可以用其他酶替代NeoI和KpnI构建重组质粒

【解析】题意显示，发酵生产y—氨基丁酸时L一谷氨酸钠的作用是作为底物，B错误；E.coli

A中没有L一谷氨酸脱竣防，因而不能降解L一谷氨酸，而E.cHiB中含有该酣的基因，因而能高效降解丫

-氨基丁酸，C错误；图中质粒司目的基因上含有NeoI和Kp〃I的酶切位点，因而不可以川其他酶替代

NeoI和KpnI构建重组质粒，D错误。

二、多项选择题

6.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.将肠乳糖酹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现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由霉中，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T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，减少免疫排斥反应，A错误；作为乳腺生物反应器的动物体内所有

细抱都含有目的基因，但是只有乳腺细胞才能表达目的基因，C错误。

7.(2024•如皋期初)某生物制品公司将人的干扰素基因导入酹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)

干扰素

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子，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技术逆转录形成cDNA,需用到

逆转录酶和加陋，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，这样才能正常连接，B正确；起始密码子位于mRNA上，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久基体等，与使用大肠杆菌相比，使用酵母

菌作为受体细胞的优点是可以对干扰素进行加工，D正确。

三、非选择题

8.(2025・海门一诊)血凝素基因(HA)编码的血凝素是构成流感病毒囊膜纤突的主要成分。成熟的血凝素

包含HAI和HA2两个亚单位，其中HA1含有病毒与受体相互作用的位点。/gGFc基因片段(长度为717bp)

编码人IgG抗体中的一段小肽，常作为融合蛋白标签。蛋白质分泌依赖于信号肽的引导，本研究中用信号

肽IL—2ss代替HA自身信号肽，科研人员尝试构建IL—2SS/HAI/IgGFc融合蛋白表达载体，导入大炀杆

菌表达并分泌，请回答下列问题：

4夕凡•基因

限制幅识别序列

泰续，明

终

启动子EcoRI5/GAAriC3,

TSK止

EcoRN5'GATJ\TC3'

了

质粒A

，国

5554bpSacI5GAGCT

ClaI5,ATLGAT3,

BamHI5GGATCC3

织甘吉霉素抗性基因

引物引物?

1bp51bp694bp1()38bp1704bp

需嬲编舞列I隔。编搦列弓法d

RamHI

(1)信号肽编码序列的基本单位是脱氧核廿酸,HA信号肽的合成场所是宿主细胞的核糖体。

(2)本实验用信号肽IL-2SS代替HA自身信号肽有利于融合蛋白分泌到大肠杆菌细胞外,PCR扩增目

的基因时应该选择图中引物b和二。引物不能包含基因"41的终止密码子的编码序列，原因是防止产生的

HA1上不含IgGFc标签。

（3）应选择限制酶EcoRV来切割质粒A,然后直接将PCR产物与质粒A混合，同时最好加入T4DNA

连接酹（填“E.cHiDNA连接帜或“T4DNA连接酹”）,使得目的基因与质粒A相连。

（4）若目的基因与质粒A正向连接，“41基因转录时的模板链是图中的引物史在PCR时延伸而成；若

目的基因与质粒A反向连接，用痴〃HI和SacI同时切割重组质粒，完全酶切后的产物进行凝胶电泳，

其中最靠近加样孔的条带长度约5181（2分）bp。

（5）融合蛋白中的标签蛋白有利于目的蛋白的分离和纯化，基因工程生产HA1作为疫苗时，选择人

IgGFc作为标签的优点还有降低免疫低斤反应。

【解析】（1）由题图可知，信号肽编码序列是DNA分子片段，因此其基本单位是脱氧核甘酸。信号肽

的化学本质是蛋白质，合成场所是宿主细胞的核糖体。（2）/gG丘基因片段（长度为7176»编码人坨6抗体

中的一段小肽，常作为融合蛋白标签。HA1含有病毒与受体相互作用的位点。科研人员尝试构建IL-

2SS/HAl/IgGFc融合蛋白表达载体，并导入大肠杆菌表达和分泌，说明用信号肽IL-2SS代替HA自身信

号我有利于融合蛋白分泌到大肠杆菌细胞外。由图可知，引物b、c可与HA1两端的碱基序列结合，故PCR

扩增目的基因应选择图中引物b却引物c。若设计引物含有HAI的终止密码子，则核糖体读到终止密码子

时就停止翻译，会导致基因不能正常表达，则产生的HA1上不含IgGFc标签。（3）由图可知，限制

BEcoRV切割可产生平末端，其识别切割位点恰巧处于〃-2SS和/gGFc中间，可选择该酷对质粒进行

切割，然后直接将PCR产物与质粒A混合，同时加入T4DNA连接能使得目的基因与质粒A相连。（4）若

目的基因与质粒A正向连接，“41基因转录时的模板链是由图中的引物c在PCR时延伸而成。若目的基

因与质粒A反向连接，HA\基因片段长度为1038-51=987bp,重组质粒长度为5554+987=6541bp,

/gGFc基因片段长度为717bp,二者反向相连时，BamW\作用于HA1中，Sac1酶作用于IgGFc末端，

完全酶切后的产物的长度约为717+[987—（1038-694）1=1360,6541-1360=5181,其中最靠近加样孔

的条带长度约为5181bp。（5）基因工程生产HA1作为疫苗时，选择人IgGFc的优点在于降低免疫排斥反

应,

9.（2025•南京期初）东方果蝇繁殖力强，雌蝇产卵于果皮下，幼虫孵化后钻入果肉中蛀食，造成水果腐

烂，失去商品价值。研究发现，东方果蝇中以工基因转录出的前体RNA在加工过程中具有独特的性别选

择性剪接机制，仅雌果蝇的d◎基因转录出的前体RNA中内含子转录序列会被剪切掉。翅麻毒素A（RTA）

可通过破坏核糖体导致细胞死亡,利用以上信息研发雌性特异性致死基因系统来控制雌蝇的危害，请回答

下列问题：

"以基因T

k加基因[

融合基因J

注：Stop表示终止密码子对应的DNA序列，图1）

引冲引物c

一:三融合基因I

PCRI弓|物b引物d

‘㈤PCR

_______

肱囱域

卜昆合、变性

:=融一基因2

注：■表示突变的位点，

图3

（1）研究者获得如图1所示的融合基因1,进而得到转基因果蝇。

①首先，用PCR技术扩增dsx内含子，应选择图1中的引物是a、&（填字母）。在PCR反应体系中除

了添加模板、引物、耐高温的DNA聚合前、4和7NTP外，缓冲液中一般需要添加Mg三，其作用是激活

DNA聚合酶的活性。获得PCR产物后需要进行琼脂糖凝胶电泳实验以便进行相关基因测序。制作凝胶时，

将温热的琼脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合适大小的梳子，目的是形成加样孔。

②然后将扩增的4.状内含子序列插入R以基因的内部，再连接雌性特异性剪切识别序列,构建含融合

基因1的表达载体。

③最后将含融合基因1的表达载体导入东方果蝇的受精奥（填受体细胞名称）中进一步获得转基因果

蝇,判断转基因雌蝇中的成熟mRNA为图2中的C（填字母序号）。

（2）研究发现，RTA蛋白第212位甘氨酸替换为精氨酸会出现冷敏感效应（cs）,即当温度由29°C变为

IX9时,可抑制RTA蛋白对细胞的致死作用.利用此特性培育纯合转基因果悔.

①欲得到具有cs效应的RTAcs蛋白，先要推测对应的基因碱基序列,再经定点突变获得融合基因2（如

图3所示）。请在图3方框中画出可继续延伸的复性结果（2分），要求标明每条链的5'端和3,端。

如图所示：

♦-----------------------------------------1

；5：»3，

Iy95f,

②对转入融合基因2的果蝇进行以下操作：

i：在29℃收集雄性果蝇（Go）,

ii：Go与野生型果蝇杂交，筛选出转基因受精卵（GD。

iii：将每对亲本的受精卵（GO均分为两组，分别在18C和29C孵化培养，统计两组中雄性个体所占

比例,若18℃组雄性个体所占匕例小于29：C组,则说明Gi具有cs效应。

iv：在丑℃继续培养具有cs效应的Gi果蝇，并使其连续多代相互交配，得到转基因纯合子。

【解析】（l）PCR扩增时一对引物需要与模板的3'端结合，根据图1,扩增dsx内含子应选择的引物

是a、doPCR反应体系中加入的缓冲液一般添加Mg2+,因为Mg2+可以激活DNA聚合酶。为了形成加样

孔，所以制作凝胶时，将温热的琼脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合适大小的梳子。据图可知，融合基囚

包括R%基因和dsx内含子序列，故将扩增的内含子序列插入式以基因的内部，再连接胎性特异性剪

切识别序列。将目的基因导入动物细胞通常用受精卵作为对象。RTA基因表达出的鹿麻毒素A(RTA)可通

过破坏核糖体导致细胞死亡，由此可知，雌蝇特异性致死的原因是转基因雌蝇个体中含有完整的RTA基因，

能成功表达出薨麻毒素A(RTA),由此判断转基因雌蝇中的成熟mRNA为C。⑵欲得到具有cs效应的RTAcs

蛋白，可通过蛋白质工程实现，该技术中需根据氨基酸的序列推测对应的脱氧核甘酸序列，经定点突变获

得融合基因2。图中虚线方框中的两条链在延伸过程中，既可作为模板又可以起到引物的作用，使耐高温

的DNA聚合酶能够从两条链的3,端开始连接脱氧核甘酸，继续延伸的复性结果如答案所示。将每对亲

本的受精卵(GO均分为两组，分用在18℃和29℃孵化培养，统计两组中雄性个体所占比例，若G具有

cs效应，则18°C组雌性个体不会致死，雄性个体所占比例小于29℃组。在18℃时可抑制RTA蛋白对

细抱的致死作用，为通过多代自交得到转基因纯合子，应在18c继续培养具有cs效应的Gi果蝇。

10.(2025•苏州期初)/Ml基因和fat2基因控制的能分别调控两种多不饱和脂肪酸的合成，两种酶的共同

表达对于细胞内多不饱和脂肪酸的合成具有协同效应。2A肽是•种来源于病毒的短肽，受2A基因序列控

制，2A基因的转录产物可以通过“核糖体跳跃”断开位于2A肽尾端甘氨酸和盹氨酸之间的肽键，将2A

基因编码的蛋白分割成2个独立蛋白。图甲表示科研人员利用重叠延伸PCR技术成功构建融合基因fat\

—2A—%/2的过程。图乙表示构建成功的包含融合基因的重组质粒的部分片段，F1至F4、R：至R4表示

引物。通过基因工程成功实现了&八基因和向/2基因在大肠杆菌细胞内的共同表达。请回答式列问题：

用物甲

———-

3'

①fail3'

②5'5'

引物乙弓丽丁

PCR1PCR2

①ffail2A3'

②L5'

PCR3

'2A

I2A\fall

甲

,FlF2,F3F4

fatlfat2终止子

b链

R4R2

乙

⑴利用PCR技术可以实现在体外快速大量进行DNA扩增，其需要的物质条件为：DNA模板、4种

脱氧核甘酸、引物和耐高温的DNA_聚合酹。

(2)PCR3不需要引物，高温加热后fatl-2A和24一加2的双链解开，其中能正常延伸形成融合基因的

是①④(填序号)形成的杂交链。

(3)图乙所示基因在转录时应以工链为模板，为了确定向/I基因连接到质粒中且插入24序列的上游，

需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图乙中的引物ELq。

(4)为增加某油料作物种子中多不饱和脂肪酸含量，研究人员将该融合基因(命名为D)转入Ti质粒(图

丙i形成基因表达载体，将基因表达载体导入农杆菌，应用农杆菊转化法（图丁），最终获得多不饱和脂肪酸

含量较高的转基因作物品种。

♦启动于I终止子

Ti质粒部分片段，其余片段不含图中醐切位点

丙

农杆菌

加入潮客素

共培养转化

茶蛆

油菜外植体愈伤组织J龙熟后统计单株

单株收种种子萌发率

注：潮霉素能抑制植物细胞蛋白质合成而杀死植株

T

①Ti质粒部分片段如图丙所示，为使融合基因D成功与Ti质粒构建表达载体，PCR时需要在图乙引

物EL的5'端添加限制酶逛的识别位点，并在引物理的5'端添加限制酣应工的识别位点。

②为了获得含有基因表达载体的农杆菌，从功能角度分类，所用培养基属于选择培养基。将筛选出的

农杆菌浸泡过的作物愈伤组织进行植物组织培养，从外植体培养成试管苗需要用3/三种培养基。

③为研究转化过程中的D基因插入染色体位点情况，研究者筛选出转基因植株，成熟后自花传粉、单

株收种，将其种子播种于含潮霉素的选择培养基中（图丁），若种子萌发率为15/16,请在下图细胞中画出转

基因植株酶D基因（用D表示）在染色体的位置。（2分）

如图所示:

【解析】（l）PCR技术的物质条件为DNA模板、4种脱氧核甘酸、引物、耐高温的DNA聚合酷。（2）

只有①④结合形成的杂交链能延伸形成融合基因，因为②③结合形成的杂交链的缺口处是5'端，不能自

动延伸。（3）因为子链延伸的方向是5'-3',根据引物的方向可知转录时模板链是a链。为了确定自八

基因连接到质粒中且插入24序列的上游，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图乙中的引物F1、

R3。（4）①为使目的基因能够正常表达，目的基因应位于启动子和终止子之间，Ti质粒部分片段如图内所

示,为使融合基因D成功与Ti质粒构建表达载体，PCR时需要在图乙引物F1的5,端添加限制IWXMI

的以别位点，并在引物R2的5'端添加限制酶SacI的识别位点。②为了获得含有基因表达载体的农杆菌,

从功能角度来说，需使用含有抗生素的选择培养基进行筛选。从外植体培养成试管苗需要用3种培养基，

即诱导愈伤组织的形成、诱导芽的分化、诱导根的分化的培养基。③因为种子萌发率为15/16,所以转基

因植株含两个酶D基因，且位于非同源染色体ho

IL（2025•如皋期初）温度是影响微生物生长的重要因索，科研人员应用基因工程以实现通过温度控制工

程菌合成所需物质。

（1）为了提高实验成功率，需通过PCR技术扩增相关基因，以获得大量拷贝，PCR反应中的每次循环

可分为变性、狂性、延伸三步,利用PCR技术进行体外DNA史制过程中丕会（填"会”或“不会”）出现

冈崎片段，原因是DNA体外复制是先解旋再复制（DNA体外复制不形成复制义）。

（2）基因工程的核心步骤是基力表达载体的构建,该步骤使用的酶通常有限制酶、DNA连接酶。为实

现温度控制蛋白质合成，科研人员设计了如图1所示方案，将构建的载体导入大肠杆菌，获得转基因工程

菌，图中不同启动子均是RNA聚合酶的结合位点，其本身丕能（填“能”或“不能”）被转录,

”■祟%C蛋白二聚体

，L蛋白

c基因辎翎F基因繇・黑嘲额.

注一衣示抑制；启动子M为持续衣达启动子，肩动子R和启动