高考生物專題：現(xiàn)代生物技術(shù)(一) 考綱要求無(wú)憂資源.

1、高考二輪復(fù)習(xí)生物教案（10）現(xiàn)代生物技術(shù)（一）【考綱要求】知識(shí)內(nèi)容要求（1）基因工程的誕生（2）基因工程的原理及技術(shù)（3）基因工程的應(yīng)用（4）蛋白質(zhì)工程（5）轉(zhuǎn)基因生物的安全性（6）生物武器對(duì)人類的威脅（7）生物技術(shù)中的倫理問(wèn)題【知識(shí)網(wǎng)絡(luò)】【教法指引】 遺傳工程在內(nèi)容上和必修2教材中的基因工程相似，但是必修2中的基因工程主要側(cè)重于基本原理的闡述，而本專題主要側(cè)重于基因工程基本技術(shù)及應(yīng)用前景的介紹，4個(gè)考點(diǎn)中有2個(gè)要求為，是選修3中的一重要命題領(lǐng)域?？v觀近幾年高考中，命題主要集中在“基因工程的原理、技術(shù)和應(yīng)用”，賦分比重較大。生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題，是新課標(biāo)增加的章節(jié)，聯(lián)系生活實(shí)際較多，涉及

2、了人們生活的方方面面，與生態(tài)安全、疾病治療、基因檢測(cè)、克隆人、試管嬰兒等，是社會(huì)討論關(guān)注的焦點(diǎn)，近幾年高考中屢有出現(xiàn)。本專題復(fù)習(xí)時(shí)需要注意：1、注意基因工程中采用的生物技術(shù)的原理，同時(shí)加強(qiáng)關(guān)鍵生物學(xué)術(shù)用語(yǔ)的記憶，比如“顯微注射技術(shù)”、“基因表達(dá)載體”和“花粉管通道法”等，避免回答問(wèn)題時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)別字；2、注重于其它專題的相互聯(lián)系?？v觀高考命題，本部分單純考查基因工程的題目越來(lái)越少，特別是在一些理綜試題中，與胚胎工程、克隆技術(shù)、組織培養(yǎng)等知識(shí)綜合考查學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力的試題所占比重有所增加?！緦ｎ}要點(diǎn)】 本專題的重點(diǎn)就是基因工程的原理、技術(shù)及其應(yīng)用，這是高考的重點(diǎn)、熱點(diǎn)，也是我們復(fù)習(xí)的重點(diǎn)。本專

3、題的知識(shí)可歸納如下：一、基因工程的概念1.基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃贒NA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。2. 理論基礎(chǔ) DNA是遺傳物質(zhì)的證明 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的確立遺傳密碼的破譯3.技術(shù)支持 基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn) 工具酶的發(fā)現(xiàn) DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)現(xiàn) DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的問(wèn)世 PCR技術(shù)的發(fā)明二、基因工程的基本工具1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）（1）來(lái)源：主要是從微生物中分離

4、純化出來(lái)的（2）功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)，因此具有專一性。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式即黏性末端和平末端。2.“分子縫合針”DNA連接酶(1)兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：相同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。區(qū)別：E·coliDNA連接酶來(lái)源于T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái)；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。(2)與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個(gè)

5、核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)輸車”載體（1）載體具備的條件：能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存；具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入；具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。（2）最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀DNA分子。（3）其它載體：噬菌體、動(dòng)植物病毒三、基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的獲取1.目的基因是指：編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因2.目的基因的獲取方法： 從供體細(xì)胞直接提取主要是原核生生物基因 從基因文庫(kù)中獲取 利用mRNA反轉(zhuǎn)錄

6、形成 利用PCR擴(kuò)增技術(shù) 人工化學(xué)法合成3PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因（1）原理：DNA復(fù)制（2）過(guò)程：加熱至9095DNA解鏈冷卻到5560，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈加熱至7075，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補(bǔ)鏈的合成。第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建1.構(gòu)成：目的基因啟動(dòng)子終止子標(biāo)記基因（1）啟動(dòng)子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，能啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ，位于基因的尾端，終止基因的轉(zhuǎn)錄。（3）標(biāo)記基因：一段特殊的基因序列，主要是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的

7、細(xì)胞篩選出來(lái)，常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。2.構(gòu)建：以質(zhì)粒作載體為例第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1.轉(zhuǎn)化：是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。2.常用的轉(zhuǎn)化方法：受體細(xì)胞不同導(dǎo)入方法有所不同植物細(xì)胞：最常用的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等，受體細(xì)胞可以是植物體細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞：最常用的是顯微注射技術(shù)，受體細(xì)胞多是受精卵微生物細(xì)胞：先用Ca2+ 處理細(xì)胞，使其成為感受態(tài)細(xì)胞，再將重組表達(dá)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過(guò)程，受體細(xì)胞多為大腸桿菌第四步：目的基因的檢測(cè)和表達(dá)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染

8、色體DNA上是否插入了目的基因DNA分子雜交檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA用標(biāo)記的目的基因作探針與mRNA雜交檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原抗體雜交有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定，如轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物是否出現(xiàn)抗蟲(chóng)性狀。特別提醒：在基因工程操作步驟中，只有第三步將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不需要堿基互補(bǔ)配對(duì)，其余三個(gè)步驟都涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)。四、基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程的應(yīng)用植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲(chóng)、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。提高抗逆性常用抗蟲(chóng)基因：用于抗蟲(chóng)（殺蟲(chóng)）的基因主

9、要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。常用抗病基因：抗病毒基因病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因抗真菌基因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因其他抗逆基因：環(huán)境條件對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)會(huì)造成很大影響，并且這些影響是多方面的，因此，抗逆性基因也有多種多樣，如抗鹽堿和干旱的調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍基因、抗除草劑基因等等。改良植物品質(zhì)由于人們的食品含有的營(yíng)養(yǎng)不平衡，不能滿足人們對(duì)食品的要求，可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使植物能夠合成某些本來(lái)不能合成的物質(zhì)。如科學(xué)家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。生產(chǎn)藥物基因

10、工程不但促進(jìn)了傳統(tǒng)技術(shù)的變革，也為人類提供了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)難以得到的許多昂貴藥品，并已形成基因工程制藥業(yè)的雛形。目前諸如人胰島素、人生長(zhǎng)激素、人腦激素、干擾素、乙肝疫苗、蛋白C、組織血纖維蛋白溶酶原激活劑等數(shù)十種基因工程藥物已實(shí)現(xiàn)商品化。此外，還有促紅細(xì)胞生成素、白細(xì)胞介素2、腎素、心鈉素等一大批珍貴藥品正處于試用或臨床試驗(yàn)階段。動(dòng)物基因工程的應(yīng)用用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度：由于外援生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)得更快，將這類基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率，如轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)。用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。如有些人對(duì)牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會(huì)出現(xiàn)過(guò)敏、

11、腹瀉、惡心等不適癥狀，科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，這樣所獲得的牛奶其它成分不受影響，但乳糖的含量大大減低。用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體：目前，人體移植器官短缺是一個(gè)世界性的難題，用其它動(dòng)物的器官替代，又會(huì)出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象，現(xiàn)在，科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對(duì)一些動(dòng)物的器官進(jìn)行改造，培育出沒(méi)有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官?；蛑委煾拍睿喊颜；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。方法：體外基因治療和體內(nèi)基因治療體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種相關(guān)細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入

12、患者體內(nèi)，這種方法叫做體外基因治療。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi)基因治療。特別說(shuō)明：對(duì)于遺傳病的治療最根本的方法是進(jìn)行基因替換或修復(fù)?；蛑委煹淖罴褧r(shí)期理論上是受精卵時(shí)期，這樣可以使個(gè)體的每個(gè)細(xì)胞都含有正?；颍诂F(xiàn)實(shí)生活中是不可能的，因?yàn)椴豢赡苊總€(gè)人都在受精卵時(shí)期進(jìn)行基因檢查；其次是對(duì)患者進(jìn)行相關(guān)細(xì)胞的基因替換，如對(duì)于遺傳性糖尿病患者，只對(duì)胰腺的B細(xì)胞進(jìn)行基因替換，該個(gè)體就能正常分泌胰島素，糖尿病得以治療，但這種局部細(xì)胞的基因替換，并沒(méi)有改變其它部位細(xì)胞的基因，如精原細(xì)胞，其后代很大可能還會(huì)患遺傳性糖尿病。過(guò)程（以鐮刀形細(xì)胞貧血癥的治療為例）步驟過(guò)程獲取正常

13、的血紅蛋白基因用限制性核酸內(nèi)切酶從人的DNA分子中切取血紅蛋白基因形成重組載體用同一種限制性核酸內(nèi)切酶在載體DNA上切開(kāi)一個(gè)切口，用DNA連接酶將正常血紅蛋白基因連接在載體DNA上，形成重組載體重組載體的轉(zhuǎn)化與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導(dǎo)入患者的造血干細(xì)胞中，并將重組載體插入到染色體。用選擇培養(yǎng)基篩選出含重組質(zhì)粒的造血干細(xì)胞。將含正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞回輸給患者骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞輸入患者骨髓中，此造血干細(xì)胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細(xì)胞，以根治鐮刀形細(xì)胞貧血癥五、蛋白質(zhì)工程1.實(shí)質(zhì)：根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，通過(guò)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自

14、然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)。2.基本原理預(yù)期蛋白質(zhì)功能測(cè)定蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）合成具有預(yù)期功能的蛋白質(zhì)3.應(yīng)用通過(guò)改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性合成嵌合抗體改變蛋白質(zhì)的活性4.蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別蛋白質(zhì)工程基因工程實(shí)質(zhì)通過(guò)改造基因，以定向改造或生產(chǎn)人來(lái)需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得符合人類需要的生物類型會(huì)生物產(chǎn)品結(jié)果可以合成自然界不存在的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出的第二代基因工程六、生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題1.轉(zhuǎn)基因生物的安全性爭(zhēng)論

15、轉(zhuǎn)基因生物與食品安全對(duì)食品安全性的影響轉(zhuǎn)基因食品：轉(zhuǎn)基因食品是通過(guò)遺傳工程改變植物種子中的脫氧核糖核酸，然后把這些修改過(guò)的再?gòu)?fù)合基因轉(zhuǎn)移到另一些植物種子內(nèi)，從而獲得在自然界中無(wú)法自動(dòng)生長(zhǎng)的植物物種。上世紀(jì) 80年代末，科學(xué)家們開(kāi)始把10多年分子研究的成果運(yùn)用到轉(zhuǎn)基因食品上，1995年成功地生產(chǎn)出抗雜草黃豆，并在市場(chǎng)上出售。又經(jīng)過(guò)7年的努力，現(xiàn)在他們利用基因技術(shù)已批量生產(chǎn)出抗蟲(chóng)害、抗病毒、抗雜草的轉(zhuǎn)基因玉米、黃豆、油菜、土豆、西葫蘆等。目前，轉(zhuǎn)基因食品的主要產(chǎn)地是美國(guó)、加拿大、歐盟、南非、阿根廷等。 正反兩種觀點(diǎn)的比較觀點(diǎn)存在安全問(wèn)題（反方）不存在安全問(wèn)題（正方）論據(jù)反對(duì)“實(shí)質(zhì)性等同”擔(dān)心出現(xiàn)滯

16、后效應(yīng)擔(dān)心出現(xiàn)新的過(guò)敏源擔(dān)心營(yíng)養(yǎng)成分改變“實(shí)質(zhì)性等同”只是評(píng)價(jià)的起點(diǎn)，而不是終點(diǎn)多環(huán)節(jié)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩栽u(píng)價(jià)科學(xué)家對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)的態(tài)度至今未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品影響人體健康的實(shí)例說(shuō)明：實(shí)質(zhì)性等同原則是指轉(zhuǎn)基因生物與自然存在的傳統(tǒng)生物在相同條件下進(jìn)行性狀表現(xiàn)的比較。轉(zhuǎn)基因生物與生物安全對(duì)生物多樣性的影響正反兩種觀點(diǎn)的比較觀點(diǎn)引起生物安全問(wèn)題（反方）不存在生物安全問(wèn)題（正方）論據(jù)擴(kuò)散到種植區(qū)之外變成野生種類可能重組出新的有害病原體有可能形成用除草劑除不去的“超級(jí)雜草”可能成為“入侵的外來(lái)物種”生命力有限存在生殖隔離，難與其他植物雜交花粉的傳播距離和存活時(shí)間有限新性狀的表現(xiàn)必須具有一定的條件和配套的種植技術(shù)外來(lái)物

17、種入侵 指有意或無(wú)意的人類活動(dòng)，將某物種從一個(gè)地區(qū)引入其他地區(qū)，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成明顯的損害。危害性主要表現(xiàn)在：破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)或林業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的損害（即爆發(fā)生物災(zāi)害）造成生物多樣性減少有些外來(lái)植物產(chǎn)生的花粉可能成為新的過(guò)敏轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響觀點(diǎn)引起環(huán)境安全問(wèn)題（反方）不存在環(huán)境安全問(wèn)題（正方）論據(jù)打破物種原有界限可能造成二次污染重組出有害的病原微生物毒蛋白可能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體不會(huì)改變生物原有的分類地位減少農(nóng)藥的使用保護(hù)農(nóng)田土壤環(huán)境2.生物技術(shù)的倫理問(wèn)題反對(duì)者觀點(diǎn)支持者觀點(diǎn)克隆人嚴(yán)重違反了人類倫理道德、沖擊現(xiàn)有的婚姻、家庭等傳統(tǒng)的道德觀念人為制

18、造心理和社會(huì)地位上不健全的人技術(shù)不成熟可能孕育出嚴(yán)重生理缺陷的孩子這是一項(xiàng)科學(xué)研究，只有通過(guò)實(shí)踐才能使之成熟可以通過(guò)胚胎分割、基因診斷、染色體檢查等方法解決不成熟的部分設(shè)計(jì)試管嬰兒把試管嬰兒當(dāng)做人體零配件工廠，是對(duì)生命的不尊重胚胎也是生命，拋棄、殺死多余胚胎無(wú)異于“謀殺”設(shè)計(jì)試管嬰兒是為了救人，是救患者的最好、最快捷的辦法之一提供骨髓中的造血干細(xì)胞并不會(huì)對(duì)試管嬰兒造成損害利用臍帶血中的造血干細(xì)胞是更符合倫理道德的。基因身份證目前人類對(duì)基因結(jié)構(gòu)、基因間相互作用缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，通過(guò)基因檢測(cè)還不能達(dá)到預(yù)防疾病人類的多基因遺傳病既與基因有關(guān)又與環(huán)境和生活習(xí)慣有關(guān)。有某種基因的人不一定患病，基因正常的人也不一定不患病基因檢測(cè)結(jié)果會(huì)給受檢者帶來(lái)巨大的心理壓力造成基因歧視有些遺傳性疾病在后代中發(fā)病率很高，通過(guò)基因檢測(cè)可以及早采取預(yù)防措施，適時(shí)治療，達(dá)到挽救患者生命的目的。對(duì)于基因歧視現(xiàn)象，可以通過(guò)正確的科學(xué)知識(shí)傳播、倫理道德教育和立法得以解決。特別