高中生物解题技巧：高频材料分析题专练一基因工程与蛋白质工程

高中生物解题技巧：高频材料分析题专练（1）

基因工程与蛋白质工程

1.阅读下列资料，回答相关问题：

资料1:用小鼠制备的抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体做成的“早早孕试剂盒”，检测早孕的准确

率在90%以上。

资料2:葡萄糖异构的在工业上.应用广泛，为提高其热稳定性，朱国萍等人在确定第138位甘第酸为

目标级基酸后，用有效方法以脯氨酸替代甘氨酸,结果其最适反应温度提高了1012・C,使蛋白质空

旬结构更具刚性。

资料3:巴西是全球最大的甘蔗生产国，但是甘蔗容易受螟虫的侵害。2017年6月8日，巴西向世界

宣布，全球首款能抵抗螟虫的转基因甘蔗已培育成功，并且批准该品种进入市场：

1.资料1中，在该“单抗”的生产过程中，将作为抗原对小鼠进行接种后，从睥脏中提取

B淋巴细胞,并设法将其与鼠的骨髓瘤细胞融合,再用特定的选择培养基进行筛选,选出融合的杂种

细胞,对该细胞还需进行培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得足够数量的符合需要的

杂交瘤细胞:单克隆抗体最主要的优点有__________°

2.资料2中提到的生物技术属于________工程的范畴。在该实例中，直接需要操作的是

__________（选填“肽链结构”“蛋白质空间结构”“基因结构”）。

3.资料3中获得转基因甘蔗的过程中，核心步骤是°

2.请阅读以下资料：

资料1：某科研团队筛选出了抗寒柑橘的抗寒相关基因，并研究了抗寒相关基因的表达情

况，为实施柑橘抗寒基因工程并培育抗寒转基因柑橘奠定了基础。

资料2：拟南芥（2n=10）是生物学研究中常用的模式生物，具有生长周期短、繁殖力旺盛、

抗逆性强等优点。千禧果（樱桃小番茄）（2n=24）是近年来从樱桃番茄品种中优选培育出

来的一个新品种，也可以说是“升级版”西红柿。现以上述两种植物为材料，利用植物

体细胞杂交技术培育出新型植物。

回答下列问题：

（1）将资料1中抗寒基因作为目的基因，构建基因表达载体，为了能将外源基因插人质粒中，质

粒应具备的基本条件是0在培育某些转基因植物时，常用到农杆

菌转化法，其中农杆菌的作用是»

（2）在资料2中，可取拟南芥和千禧果的叶片，先用酶去除细胞壁，

获得具有活力的原生质体。酶解过程应在与植物细胞的溶液中进

行，否则在失去了细胞壁之后，原生质体会因而死亡。若不考虑可能的染

色体变异，获得的新型植物的根尖细胞在有丝分裂后期时染色体数目

为•

（3）资料1中利用抗寒基因获得转基因植物和资料2中培育出的新型植物，都需用到

技术，其依据的基本原理是，

3.阅读如下材料

材料甲：科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”；科学家采用

衣秤菌转化法培育出转基因烟草。

材料乙:T,溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T,溶菌前的基因进行改造，使其表达的T.

溶菌酶的第3位的异亮缎酸变为半胱级酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱缎酸之间形成了一个二硫

诩,提高了Ti溶菌酶的耐热性。

材料丙：几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质

脑基因转入植物体内，可增强K抗直菌病的能力.

回答下列问题：

1.材料甲属于基因工程的范畴,将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用法，构建基因

表达载体常用的工具酶有和DNA连接酶。在培育转基因植物时,常用农杆菌转化法,通过

衣杆菌的转化作用,就可以使进入植物细胞。

2.材料乙属于_____工程范畤。在该实例中，引起「溶菌酶空间间结构改变的原因是组成该陶

抗链的序列发生了改变。

3.材料丙中在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几「质的的mRNA,常选用嫩叶而不选用老

计作为实验材料,提取RMA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是_______o若获得的转基

为植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，

其可能的原因是。

4.阅读下列材料，完成下列各题。

材料：近年来由于生活水平的提高、多坐少动的生活方式等诸多因素，全球糖尿病发病率增

长迅速，糖尿病是影响人类健康的重大疾病。胰岛素是人体内唯一能够降血糖的激素，研究发现，

亚麻籽油中的。-亚麻酸能提高靶细胞对胰岛素的敏感度，从而增强胰岛素对血糖的调节作用。

1.利用基因工程结合细胞工程、胚胎工程生产人胰岛素为糖尿病患者带来了福音，请回答下列问题：

（1）首先对人胰岛素基因进行扩增，利用PCR进行扩增时，引物设计的依据是_________o将人

.痍岛素基因与载体结合成重组人胰岛素基因表达载体，此过程需要的酶是__________°

大肠杆菌是生产胰岛素常用的工程菌，但利用大肠杆菌得到的胰岛素需要进一步加工和修饰才能获

得生物活性，原因是。

（2）转人胰岛素基因牛可通过分泌乳汁来生产人胰岛素。在转入牛受精卵的基因表达载体中，人

挟岛素基因的前端必须含有o还需对胚胎的性别进行鉴定：在囊

如期取___________细胞进行性别鉴定。将培养到___________时期的胚胎进行移植，移植前需要对

受体进行___________处理，使胚胎能正常着床，最终获得表达人胰岛素的转基因牛。

（3）若在分子水平上判断获得的转基因牛中人胰岛素基因是否表达，可通过检测

_（填物质）进行确定。

2.实验小组将生理状况相似的健康小鼠随机均分为甲、乙两组，甲组每天补充一定量的a-亚麻酸,

乙组不补充，在相同且适宜的条件卜饲养。请回答卜列问题：

（1）饲养3周后，测定两组小鼠胰岛素浓度，然后给两组小鼠分别灌喂等量的前萄糖溶液，并立

即开始计时。1小时内每隔15分钟测定1次两组小鼠体内胰岛素浓度。记录实验数据，并预测实

3佥结果（用坐标曲线图表示）。

（2）胰岛素能使血糖浓度降低,其原因是.实验中给小鼠灌嗯葡萄犍的最

终目的是。

（3）若将实验中的“测定两组小鼠胰岛素浓度”改为“测定两组小鼠血糖浓度”，实验过程需将

“给两组小鼠分别灌喂等量的葡萄糖溶液”改为“”。

（4）研究发现，靶细胞膜上的胰岛素受体（InR）能影响葡萄糖转运载体（GLUT）的活性和细胞内

炎症因子的活性，且细胞内炎症因子对GLUT有抑制作用。请根据以上信息推测＜】-亚麻酸有助于

糖尿病患者血糖降低的作用机制是o

5.阅读下列材料，完成1、2题。

材料：染色体变异和基因突变均可能引起生物性状的改变，近年来，定点突变技术发展迅速，

CRISPR/Cas9基因编辑技术可以看成是基因工程的升级版，该技术自问世以来取得了不少成果，相

关研究表明，电离辐射能导致染色体片段断裂。

1.某二倍体植物的花色、叶形、茎形分别由三对等位基因控制遗传，基因型和表现型关系如表所示。

回答下列问题：

基因显性纯合杂合隐性纯合

A/a红花红花白花

B/b窄叶窄叶宽叶

C/c粗茎中粗茎细茎

（1）某红花窄叶植株与某白花宽叶植株杂交，品均为红花窄叫•，R自交后代中红花窄叶：红花宽

叶：白花窄叶：白花宽叶七9：3：3：1,控制花色和叶形的基因的遗传遵循定律，Fz中

红花宽叶植株自交后代中，表现型为红花宽叶植株的概率为0

（2）某红花细茎植株与某白花粗茎植株杂交，件均为红花中粗茎.件自交后代中红花细茎：红花

中粗茎：白花粗茎：2：1,F2中红花中粗茎植株与白花粗茎杂交后代的表现型及比例为

（3）研究发现，电离幅射能使C/c基因所在的染色体片段发生断裂，可随机结合在B/b所在染色

体的末端，形成末端易位，仅一条染色体发生这种易位的植株不可育。先将基因型为BbCc的植株

在幼苗时期用电离辐射处理，再将该植株自交并观察后代的表现型及比例，从而判定该植株是否发

生了易位及易位的类型（不考虑基因突变和片段交换）。

①若子代的表现型有________种，则该植株没有发生染色体易位：

②若，则该植株仅有一条染色体发生末端易位：

③若子代的表现型及比例为,则C/c基因所在染色体片段均发生了易

位，且C基因连在b基因所在的染色体卜，，基因连在R基因所在的染色体上：

④若子代的表现型及比例为，则C/c基因所在染色体片段均发生了易位，且C基

为连在B基因所在的染色体上，c基因连在b基因所在的染色体上。

2.科学家在嗜热链球菌基因组上整合了特定CRISPR序列后，发现该菌能抵抗某种病毒，研究发现

其原理是CRISPR/Cas9系统转录出的CRISPRRNA可以识别病毒的DNA序列，而Cas9能破坏病毒的

遗传物质。然而该技术也存在诸多问题，比如CRISPRRNA识别病毒DNA序列时不严格，可能出现

环重的“脱靶效应”。请回答下列问题：

（1）基因工程中选择特殊的限制酶作为“剪刀”，是因为其具备特定DNA序列的能力。

（2）构建基因表达载体时，应该使用_________种限制酶处理_________和__________°

（3）实际操作中，常用两种限制酶切割目的基因和运载体，该操作比只使用一种限制酶好的理由

是。

（4）为了使细菌能稳定获得对病毒的免疫力，在构建表达载体时应该包含这个部分。

“2007年，科学家在嗜热链球菌基因组上整合了特定CRISPR序列后，发现该菌能抵抗某种病毒”，

这句话表达了类似于基因工程这一步骤。CRISPRRNA识别病毒DNA序列时可

能出现严重“脱靶”，“脱靶”的机理可能是o

6.阅读下面的材料，完成下列问题。

科研人员建立了一种新的靶向基因敲除技术一一TALEN技术（原理见图）。TALEN技术使用的基因

敲除工具是由DNA识别域和核酸内切酶两个部分组成的蛋白质。科学家发现了一种细菌蛋白质

（TALE）,它的二连氨基酸（NI、NG、HD、NN,其中字母以I、G、H、D分别代表了一种氨基酸）

与四种碱基（A、G、C、T）有恒定的对应关系：NI识别A,NG识别T,HD识别C,与识别G°FokI

是一种形成二聚体后具有核酸内切酶活性的蛋白单体。因此，可以利用TALE作为DKA识别域，用

FokI二聚体定点切断DNAO

TALE蛋门左再

|把基因左例序列||犯基因右例序列|

TALE雷白右鬻

科学家发现水稻植株无论是否具有光周期敏感蛋白基因P,在短•日照条件下均表现为雄性可育。在

长日照条件下，具有光周期敏感蛋白的水稻雄性才能表现出雄性可育。基因P只在单倍体花粉细胞

中表达，使其能够合成淀粉。科研人员使用TALEN技术对水稻基因P进行靶向敲除，以得到光敏雄

性不育水稻新品种。

（1）在TALEN技术的设计中，选择使用FokI单体而不直接使用FokI二聚体，这样能减少对D\A

的切割，保证了基因敲除的靶向性。为了让TALEN技术能用于各种不同生物、不同基

因的敲除，没有与TALE蛋白结合的FokI二聚体对DNA的切割应（填“具有”或“不

具有“）类似于限制函的“限制性”。

（2）若TALE蛋白左臂所识别的基因P的序列为“一TGACC—”，则TALE蛋白左臂对应的二连氨基

峻序列应为o用这种方法，可以确定TALE蛋白的氨基酸序列，

进而人工合成TALE蛋白基因，然后将TALE蛋白基因与___________基因进行融合，得到融合基因。

（3）科研人员用图乙所示的质粒为载体，其中的潮霉素抗性基因作为标记基因，作用是

-0应选用酶将该质粒与融合基因构建为重组质粒，并将融合基因设法导入

到水稻愈伤组织中，再利用___________技术获得T。植株。

RamWI切点

（4）由于基因靶向敲除成功的概率比较低，所以科研人员培育T”植株时应保证__________日照条

件，待其自花受粉得到T“再将“植株,并在开花期随机选择一部分植株

1勺花粉进行鉴定，鉴定方法是0若观察到某植株的花粉全部未被染成蓝色，则该植株

为所需的纯合光敏雄性不育新品种.

（5）与传统的雄性不育水稻品种相比，光敏雄性不育新品种的优势在于它能实现自交繁殖并保留

雄性不育特性，这是因为o

答案以及解析

1.答案：1.人绒毛膜促性腺激素；克隆化；特异性强、灵敏度高，并可大量制备

2.蛋白质；基因结构；3.基因表达载体的构建（或：构建基因表达载体）；

解析：1.资料1中，用小鼠制备抗人绒毛膜促性腺激素的单克隆抗体，因此作为抗原的是人绒毛膜促

性腺激素;对用特定选择培养基筛选出的杂交痛细胞还需进行克隆化培养和抗体检测。单克隆抗体

具有特异性强、灵敏度高，并可大量制备等优点。

2.资料2中提到的生物技术属于蛋白质工程的范畴，该技术是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蛋白质的技术，因此其直接操作的对象是基因结构。

3.基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建；为了避免目的基因和载体的自身连接成环和反向连

接，使用两种能产生不同黏性未翊的（不同）限制酶对目的基因和载体分别进行切割。

2.答案：（1）具有一个至多个限制酶切割位点：感染植物细胞并将目的基因转移到植物细胞中（2）

纤维素酶和果胶：渗透压相等：在低浓度溶液中吸水涨破或在过高浓度溶液中过度失水：68（3）

植物组织培养：植物细胞具有全能性

解析：（1）题中的关键信息是“为了能将外源基因插入质粒中”,所以该质粒应具备的基本条件

是具有一个至多个限制酶切割位点农杆菌可感染植物细胞并将目的基因转移到植物细胞中。（2）

植物体细胞杂交之前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁.且酶解过程应在与植物

加胞等渗透压的溶液中进行，否则原生质体会在低浓度溶液中吸水:张破或在高浓度溶液中过度火水

而死亡。不考虑体细胞杂交可能发生的染色体变异，新型植物的染色体数目等于拟南芥染色体数目

和千格果染色体数目之和，即为34,在根尖细胞有丝分裂后期，染色体数目加倍，即为68。（3）

二者共用的技术为植物组织培养，植物组织培养技术依据的原理是植物细胞具有全能性。

3.答案：1.显微注射法；限制性核酸内切酶；目的基因

2.蛋白质；氨基酸；3.防止R\A降解；目的基因的转录或翻译异常

解析：

（1）构建表达载体的过程:用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA,使目的基因和

载体DNA的两端形成相同的粘性末端。然后用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起,形成

表达载体。迄今为止，显微注射技术是最为有效的一种将目的基因导入动物细胞的方法。所以，将基

因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法。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。通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞,并将其插入到植物细胞中染色

体的DNA上。

（2）由题意可知，科学家对编码T.溶菌酶的基因进行改造,对现有蛋白质进行改造,属于蛋白质工程

范畴。在该实例中，组成该酶肽链的额基酸序列发生了改变，进而改变了T”溶菌髓的空间结构。

（3）在提取RNA时，为了防止RNA降解,提取液中需添加RNA酶抑制剂。由题意可知，几丁质酶基因已

经整合到植物的基因组中，但转基因植株抗真菌病的能力没有提高，说明转基因植株没有合成几「

质酶.可能的原因是几丁质酶基因的转录或翻译异常“

4.答案：1.（1）一段人胰岛素基因的核昔酸序列：限制性核酸内切酶（限制酶）、DNA连接酶；

大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体，无法对合成的胰岛素进行加工（合理即可）

（2）乳腺蛋白基因的启动子：滋养层；桑根胚（或囊胚）：同期发情

（3）人胰岛素基因转录出的mRNA（或人胰岛素）

-（1）如图

相

对

胰

岛

素

浓

度

（2）其能促进组织细胞加速摄取、利用和储存循萄糖，抑制肝糖京的分解和非糖物质的转化：刺

激机体产生胰岛素

（3）给两组小鼠分别注射等量的胰岛素溶液

<4）a,亚麻酸能增强胰岛素对InR的激活能力，从而促进GLUT转运葡萄糖；同时增强InR对炎

症因子的抑制作用，降低炎症因子对CLLT的抑制能力，使靶细胞摄取葡萄糖的速率增大，降低血

糖浓度

解析：1.（1）运用PCR进行基因扩增时，需要先设计引物，引物的设计依据的是一段已知目的基

为的核甘酸序列。将人胰岛素基因与载体结合成重组人胰岛素基因表达载体，此过程需要的酶是切

割目的基因与载体的限制性核酸内切酶（限制萌），还有连接切割后的目的基因与载体的DNA连接

酶。因为大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体，无法对合成的胰岛素进行加工，所以利用大

扬杆菌得到的胰岛素需要进一步加工和修饰才能获得生物活性。（2）转人胰岛素基因牛可通过分

泌乳汁来生产人胰岛素，在转入牛受精卵的基因表达载体中，人胰岛素基因的前端必须含有乳腺蛋

白基因的启动子。在囊胚期取滋养层细胞进行性别鉴定。将转基因受精卵培养到桑根胚或囊胚期即

可进行胚胎移植，移植前要对受体进行同期发情处理，目的是让受体与供体具有相同的生理状态，

能接受并使移植的胚胎成活。（3）若在分子水平上判断获得的转基因牛中人胰岛素基因是否表达,

即需要检测人胰岛素基因是否转录出了mRNA,或者检测该基因是否翻译出了胰岛素。

2.（I）已知a-亚麻酸能提高靶细胞对胰岛素的敏感度，则甲组小鼠体内相对胰岛素浓度应较乙

组低，坐标曲线图见答案。（2）由于胰岛素能促进组织细胞加速摄取、利用和储存葡萄糖，抑制

肝糖原的分解和非糖物质的转化，所以具有降低血糖的作用。高浓度葡萄糖能够刺激胰岛B细胞产

生胰岛素，实验中给小鼠灌喂葡萄糖的最终目的是刺激机体产生胰岛素。（3）甲、乙两组实验的

自变量是是否补充。-亚麻酸，a-亚麻酸具有提高靶细胞对胰岛素的敏感度的作用，从而可以增

强胰岛素对血糖的调节作用.在以小鼠胰培素浓度为检测指标的条件下.需要给两组小鼠分别注射

等量的简萄糖来刺激机体产生胰岛素，若将实验中的“测定两组小鼠胰岛素浓度”改为“测定两组

小鼠血糖浓度”，需要给两组小鼠分别注射同等剂量的胰岛素，故实验过程需将“给两组小鼠分别

耀喂等量的葡萄糖溶液”改为“给两组小鼠分别注射等量的胰岛素溶液”。（4）己知亚麻酸

窕增强胰岛素对血糠的调节作用，根据靶细胞膜上的胰岛素受体（InR）能影响葡萄糖转运载体

（GLUT）的活性，推测a-亚麻酸能增强胰岛素对InR的激活能力，从而促进CLUT转运葡萄糖：

根据靶细胞膜上的胰岛素受体（InR）能影响细胞内炎症因子的活性，且细胞内炎症因子对GLUT有

抑制作用，推测。-亚麻酸能增强InR对炎症因子的抑制作用，降低炎症因子对GLUT的抑制能力,

使靶细胞摄取葩萄糖的速率增大，降低伽糖浓度。

5.答案：1.（1）基因的自由组合：5/6

（2）红花中粗茎:白花粗茎=1：1

（3）①6；②无子代：③窄叶细茎：窄叶中粗茎：宽叶粗茎=1：2：1

④窄叶粗茎：窄叶中粗茎：宽叶细茎=1：2：1

2.（1）识别和切割

（2）同；运载体；目的基因

（3）避免目的基因在运载体上反接，避免目的基因或者运载体自身环化，而不能有效地实现目的

基因与运载体的结合（合理即可）

（4）复制原点；构建表达载体：CRISPRRNA识别病毒DNA序列时并未严格按照碱基互补配对（合

理即可）

解析：本题考查基因的自由组合定律、染色体变异等相关知识。

（1）根据题意，件自交后代红花窄叶：红花宽叶：白花窄叶：白花宽叶=9：3：3：1,说明A/a、

B/b基因的遗传遵循基因的自由组合定律。E红花窄叶植株的基因型为AaBb,Fi中红花宽叶植株的

基因型及比例为AAbb：Aabb=l:2,故E中红花宽叶植株自交后代表现型为红花宽叶植株的概率为

l/3Xl+2/3X3/4=5/60

（2）根据题意，件均为红花中粗茎，件自交后代红花细茎：红花中粗茎：白花粗茎：2：1,说

明R红花中粗茎的基因型为AaCc,且基因A、c位于同一条染色体匕基因a、C位于另一条同源

染色体上。&中红花中粗茎植株（AaCc）与白花粗茎植株（aaCC）杂交后代的表现型及比例为红花

中粗茎（AaCc）:白花粗茎（aaCC）=1：1。

（3）根据（1）（2）分析，C/c基因和B/b基因遵循基因的自由组合定律。将基因型为BbCc的植

株在幼苗时期用电离辐射处理后，再让该植株自交。若子代的表现型有3X2=6种，则该植株没有

发生染色体易位：若无子代出现.说明该植株仅有一条染色体发生末端易位：若子代的表现型及比

例为窄叶细茎：窄叶中粗茎：宽叶粗茎=1：2：1,则C/c所在染色体片段均发生了易位，且C基因

连在b基因所在的染色体上，c基因连在B基因所在的染色体上；若子代的表现型及比例为窄叶粗

茎：窄叶中粗茎：宽叶细茎=1：2：1,则C/c所在染色体片段均发生了易位，且C基因连在B基因

所在的染色体匕c基因连在b基因所在的染色体匕

2.本题考查基因工程的原理和步骡，以及信息获取和综合运用能力。

<1）限制酶能特异性地识别DNA中的特定序列并从特定位点切割，

（2）构建基因表达载体就是将运载体和目的基因片段连接起来，为了保证连接时末端顺利结合，

目的基因和运载体应该有相同的末端，所以可以使用同种限制醒来达到这个目的。

（3）实际操作中，由于目的基因和运载体自身的两个末端完全相同，会出现目的基因、运载体自

身环化，以及目的基因在运载体上反向连接等问题，故采取两种不同的限制酶分别作用于目的基因

和运载体的两端，末端不同更能保证目的基因和运载体的正确结合。

（4）让细菌稳定获得该性状即能正常遗传，所以遗传物质要能正常地复制下去，即必须有复制原

点。“基因组上整合了特定CRISPR序列”这句话体现了将外源CRISPR序列和基因组片段结合，本

质上类似于目的基因和运载体的DNA片段间的结合，属于基因工程中的构建表达载体的步骤。

CRISPR/Cas9技术最大的问题在于其碱基识别可能会出错，这个过程可能类似于DNA复制中的自发

突变，识别错误的“脱靶”将导致其他DNA片段被错误的攻击。

5.答案：（1）非靶向（或随机）：不具有

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