高三生物一輪復(fù)習(xí)課件【知識精講+拓展提升】 基因工程和生物技術(shù)的安全性與倫理問題

第37講基因工程和生物技術(shù)的安全性與倫理問題考點三基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程1．基因工程的應(yīng)用方面應(yīng)用成果舉例農(nóng)牧業(yè)方面植物轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻、馬鈴薯等轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等改良植物品質(zhì)提高玉米中賴氨酸含量等動物提高動物的生長速率轉(zhuǎn)基因鯉魚改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量降低考點三基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程P87-P91續(xù)上表

醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域?qū)ξ⑸锘騽又参锏募?xì)胞進行基因改造細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物乳腺生物反應(yīng)器(乳房生物反應(yīng)器)建立移植器官工廠轉(zhuǎn)基因克隆動物器官食品工業(yè)方面基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等其他應(yīng)用培育出可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”，經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源等1．利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的已整合藥用蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)基因小鼠分泌的乳汁中檢測不到藥用蛋白，根據(jù)中心法則，其可能的原因是什么？2．利用基因工程技術(shù)對豬的器官進行改造，采用的方法是在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以_______________________________________________，然后再結(jié)合_____技術(shù)，培育出不會引起________反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。答案：藥用蛋白基因沒有轉(zhuǎn)錄或翻譯。免疫排斥抑制抗原決定基因的表達，或設(shè)法除去抗原決定基因克隆3.基因工程原則上只能產(chǎn)生什么蛋白質(zhì)？自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)考點三基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程1．核心概念蛋白質(zhì)工程：是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。(選擇性必修3P93)2.改造蛋白質(zhì)的方法及原因：3.結(jié)果：改造或合成基因原因：①基因決定蛋白質(zhì)，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，并且可以遺傳給下一代②對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造更容易操作，難度要小得多。改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)3.天然蛋白質(zhì)合成過程：按照中心法則進行基因表達形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能轉(zhuǎn)錄、翻譯考點三基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程4.蛋白質(zhì)工程的基本思路從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)。逆中心法則，與天然蛋白質(zhì)合成的過程相反農(nóng)業(yè)方面改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率；設(shè)計優(yōu)良微生物農(nóng)藥，通過改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使防治病蟲害的效果增強面臨的困難對蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴的正確的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠應(yīng)用實例醫(yī)藥工業(yè)方面研發(fā)速效胰島素類似物，利用蛋白質(zhì)工程研發(fā)藥物其他工業(yè)方面改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶(2)應(yīng)用。(生命觀念)蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別與聯(lián)系蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲取所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定區(qū)別實質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需要的新的生物類型或生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進行修飾、改造續(xù)上表

判斷正誤。1．乳腺生物反應(yīng)器是將藥用蛋白基因?qū)雱游锏娜橄偌?xì)胞中。(×)2．用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類一般稱為基因工程菌。(√)3．蛋白質(zhì)工程是在分子水平對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改造分子的結(jié)構(gòu)。(×)4．蛋白質(zhì)工程的目的是改造或合成人類需要的蛋白質(zhì)。(√)5．蛋白質(zhì)工程可以合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)。(√)提示：導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中。提示：對基因進行操作而不是直接對蛋白質(zhì)分子進行操作?？枷蛞粐@基因工程的應(yīng)用，考查生命觀念和社會責(zé)任[典型例題1]

(2020·全國卷Ⅰ)W是一種具有特定功能的人體蛋白質(zhì)。某研究小組擬仿照制備乳腺生物反應(yīng)器的研究思路，制備一種膀胱生物反應(yīng)器來獲得W，基本過程如圖所示。(1)步驟①中需要使用的工具酶有_____________________________。步驟②和③所代表的操作分別是________和____________。步驟④稱為________________。限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶顯微注射早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植(2)與乳腺生物反應(yīng)器相比，用膀胱生物反應(yīng)器生產(chǎn)W的優(yōu)勢在于不受轉(zhuǎn)基因動物的______________(答出2點即可)的限制。(3)一般來說，在同一動物個體中，乳腺上皮細(xì)胞與膀胱上皮細(xì)胞的細(xì)胞核中染色體DNA所含的遺傳信息________(填相同或不同)，原因是______________________________________________。(4)從上述流程可知，制備生物反應(yīng)器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技術(shù)有______________________(答出2點即可)。性別、年齡相同兩種上皮細(xì)胞都是體細(xì)胞，且來源于同一個受精卵體外受精、胚胎移植考向二圍繞蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用，考查生命觀念和社會責(zé)任[典型例題2]

(2019·海南卷)人的T細(xì)胞可以產(chǎn)生某種具有臨床價值的蛋白質(zhì)(Y)，該蛋白質(zhì)由一條多肽鏈組成。目前可以利用現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)Y?；卮鹣铝袉栴}。(1)若要獲得Y的基因，可從人的T細(xì)胞中提取________作為模板，在________催化下合成cDNA，再利用__________技術(shù)在體外擴增獲得大量Y的基因。(2)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。若將上述所得Y的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的__________中，得到含目的基因的重組Ti質(zhì)粒，則可用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將該基因?qū)肽撤N植物的葉肉細(xì)胞中。若該葉肉細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)、篩選等得到了能穩(wěn)定表達Y的愈傷組織，則說明Y的基因已經(jīng)________________________________________________________________。

PCRmRNA逆轉(zhuǎn)錄酶T--DNA

整合到葉肉細(xì)胞染色體DNA上(3)天然的Y通常需要在低溫條件下保存。假設(shè)將Y的第6位氨基酸甲改變?yōu)榘被嵋铱商岣咂錈岱€(wěn)定性，若要根據(jù)蛋白質(zhì)工程的原理對Y進行改造以提高其熱穩(wěn)定性，具體思路是__________________________________。找到第6位氨基酸中的堿基所在的基因位置，參照密碼子表，將第6位氨基酸甲的堿基替換為氨基酸乙的堿基提示：推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)。1．(2021·河北卷改編)采礦污染和不當(dāng)使用化肥導(dǎo)致重金屬鎘(Cd)在土壤中過量積累。利用植物修復(fù)技術(shù)將土壤中的Cd富集到植物體內(nèi)，進行后續(xù)處理(例如，收集植物組織器官異地妥善儲存)，可降低土壤中Cd的含量。為提高植物對Cd污染土壤的修復(fù)能力，研究者將酵母液泡Cd轉(zhuǎn)運蛋白(YCF1)基因?qū)胧茉囍参?，并檢測了相關(guān)指標(biāo)?；卮鹣铝袉栴}：(1)將DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時，所需要的兩種酶是_______________。構(gòu)建的重組基因表達載體中必須含有標(biāo)記基因，其作用是_______________。(2)進行前期研究時，將含有YCF1基因的重組載體導(dǎo)入受試雙子葉植物印度芥菜，采用最多的方法是______________。研究者進一步獲得了轉(zhuǎn)YCF1基因的不育楊樹株系，采用不育株系作為實驗材料的目的是_____________________。限制酶和DNA連接酶便于目的基因的篩選和鑒定農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法避免目的基因在自然界中的擴散(3)將長勢一致的野生型和轉(zhuǎn)基因楊樹苗移栽到Cd污染的土壤中，半年后測定植株干重(圖1)及不同器官中Cd含量(圖2)。據(jù)圖1可知，與野生型比，轉(zhuǎn)基因植株對Cd具有更強的________(填“耐性”或“富集能力”)；據(jù)圖2可知，對轉(zhuǎn)基因植株的________進行后續(xù)處理對于緩解土壤Cd污染最為方便有效。(4)已知YCF1特異定位于轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞的液泡膜上。據(jù)此分析，轉(zhuǎn)基因楊樹比野生型能更好地適應(yīng)高Cd環(huán)境的原因是_______________________。相較于草本植物，采用楊樹這種喬木作為Cd污染土壤修復(fù)植物的優(yōu)勢在于____________________________________________________(寫出兩點即可)。耐性莖、葉YCF1可通過主動運輸將Cd離子運到液泡中，提高了細(xì)胞液的濃度，有利于植株吸水楊樹具有發(fā)達的根系和高大的樹冠，更適應(yīng)污染礦區(qū)等不良環(huán)境，同時可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便運輸、利用2．(2020·北京卷)枯草芽孢桿菌可分泌纖維素酶。研究者篩選到一株降解纖維素能力較強的枯草芽孢桿菌菌株(B菌)，從中克隆得到了一種纖維素酶(C1酶)基因。將獲得的C1酶基因與高效表達載體(HT質(zhì)粒)連接，再導(dǎo)入B菌，以期獲得降解纖維素能力更強的工程菌。(1)纖維素屬于__________糖，因此經(jīng)過一系列酶催化最終可降解成單糖，該單糖是__________。(2)對克隆到的C1酶基因測序，與數(shù)據(jù)庫中的C1酶基因編碼序列相比有兩個堿基對不同，但兩者編碼出的蛋白的氨基酸序列相同，這是因為__________________________________________________________________________。(3)C1酶基因以B鏈為轉(zhuǎn)錄模板鏈，轉(zhuǎn)錄時mRNA自身的延伸方向為5′→3′。為了使C1酶基因按照正確的方向與已被酶切的HT質(zhì)粒連接，克隆C1酶基因時在其兩端添加了SmaI和BamHI的酶切位點。該基因內(nèi)部沒有這兩種酶切位點。圖1中酶切位點1和2所對應(yīng)的酶分別是__________________。(4)將纖維素含量為20%的培養(yǎng)基分為三組，一組接種工程菌，對照組1不進行處理，對照組2進行相應(yīng)處理。在相同條件下培養(yǎng)96小時，檢測培養(yǎng)基中纖維素的含量。結(jié)果(圖2)說明工程菌降解纖維素的能力最強。對照組2的處理應(yīng)為______________________________________________。(5)預(yù)期該工程菌在處理廢棄物以保護環(huán)境方面可能的應(yīng)用______。(舉一例)答案：(1)多葡萄糖(2)密碼子具有簡并性，發(fā)生堿基的改變?nèi)匀痪幋a同一種氨基酸(3)BamHI、SmaI(順序不能調(diào)換)(4)向培養(yǎng)基中接種纖維素酶(C1酶)(5)降解秸稈，減少秸稈燃燒帶來的空氣污染考點四生物技術(shù)的安全性與倫理問題

1．核心概念(1)生殖性克?。菏侵竿ㄟ^克隆技術(shù)產(chǎn)生獨立生存的新個體。(選擇性必修3P106)(2)治療性克?。豪每寺〖夹g(shù)產(chǎn)生特定的細(xì)胞、組織和器官，用它們來修復(fù)或替代受損的細(xì)胞、組織和器官，從而達到治療疾病的目的。(選擇性必修3P106)2．轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性(1)轉(zhuǎn)基因成果。領(lǐng)域成果微生物方面①轉(zhuǎn)基因啤酒酵母縮短啤酒的發(fā)酵周期②構(gòu)建基因工程菌生產(chǎn)氨基酸③用基因工程菌生產(chǎn)藥物轉(zhuǎn)基因動物方面①培育生長迅速、營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因家禽、家畜②培育抵抗相應(yīng)病毒的動物新品種③建立某些人類疾病的轉(zhuǎn)基因動物模型轉(zhuǎn)基因植物方面培育具有抗蟲、抗病、抗除草劑和耐儲藏等新性狀的作物(2)對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的爭論。①產(chǎn)生爭論的原因：人們所生活的國家或社會，政治制度、意識形態(tài)、宗教信仰、經(jīng)濟發(fā)展水平、歷史背景、傳統(tǒng)文化和倫理道德觀念等的差異，決定了人們具有不同的價值觀取向。②爭論內(nèi)容：對于轉(zhuǎn)基因技術(shù)產(chǎn)生不同的見解，特別是在轉(zhuǎn)基因食品的安全性等方面發(fā)生激烈的爭論。(3)理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)。①清晰地了解轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理和操作規(guī)程。②看到人們的觀點受到許多復(fù)雜的政治、經(jīng)濟和文化等因素的影響。③靠確鑿的證據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬤M行思考和辯論。(4)我國有關(guān)部門制定了一系列的政策、法規(guī)并成立相關(guān)機構(gòu)，我國對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物實行了標(biāo)識制度。3．關(guān)注生殖性克隆人(1)關(guān)于生殖性克隆人的爭論。觀點理由

贊同①科學(xué)研究有自己內(nèi)在的發(fā)展規(guī)律，社會應(yīng)該允許科學(xué)家研究②現(xiàn)在人們的倫理道德觀念還不能接受這一切，但是人的觀念是可以改變的大多數(shù)人反對①生殖性克隆人“有違人類尊嚴(yán)”②在人為地制造在心理上和社會地位上都不健全的人，嚴(yán)重地違反了人類倫理道德，是克隆技術(shù)的濫用③克隆技術(shù)不成熟，面臨著流產(chǎn)、死胎和畸形兒等問題(2)我國禁止生殖性克隆人。①中國政府態(tài)度：禁止生殖性克隆人，不反對治療性克隆。②中國政府積極支持制定《禁止生殖性克隆人國際公約》，堅決反對克隆人，不允許進行任何生殖性克隆人實驗。③我國政府一再重申四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。4．禁止生物武器(1)生物武器的種類。①致病菌類：鼠疫桿菌、霍亂弧菌、傷寒桿菌、炭疽桿菌等。②病毒類：天花病毒等。③生化毒劑類。(2)散布途徑：將病原體直接或者通過食物、生活必需品和帶菌昆蟲等散布。(3)《禁止生物武器公約》。①1972年4月，蘇聯(lián)、美國、英國分別在其首都簽署了《禁止生物武器公約》，并于1975年3月生效。②1984年11月，我國也加入了這一公約。③1998年6月，中美兩國元首重申了在任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴散。④2010年，在第65屆聯(lián)合國大會上，我國政府主張全面禁止和徹底銷毀生物武器等各類大規(guī)模殺傷性武器。1．(教材選擇性必修3P102“相關(guān)信息”)在轉(zhuǎn)基因研究工作中，我國科學(xué)家為什么將來自玉米的α-淀粉酶基因與目的基因一起轉(zhuǎn)入植物中？2．(教材選擇性必修3P107“思考·討論”)克隆人與細(xì)胞供體之間是什么關(guān)系？以血緣為紐帶的人倫關(guān)系會因克隆人的到來而消亡嗎？答案：由于α-淀粉酶基因可以阻斷淀粉儲藏使花粉失去活性，因而可以防止轉(zhuǎn)基因花粉的傳播。答案：克隆人的遺傳信息絕大多數(shù)是由細(xì)胞核供體提供的，從基因?qū)用鎭砜矗寺∪讼喈?dāng)于細(xì)胞核供體的“復(fù)制品”。以血緣為紐帶的人倫關(guān)系很可能因克隆人的到來而消亡。判斷正誤。1．對微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應(yīng)用成果最多的領(lǐng)域。(√)2．高產(chǎn)青霉素菌株屬于轉(zhuǎn)基因成果。(×)3．中國政府的態(tài)度是不贊成、不允許、不支持、不接受任何克隆實驗。(×)4．生物武器可通過吸入、誤食、接觸帶菌物品，被帶菌昆蟲叮咬等侵入人體。(√)提示：高產(chǎn)青霉素菌株是誘變育種得到的。提示：中國政府不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。1．對微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應(yīng)用成果最多的領(lǐng)域，這是因為它具有哪些優(yōu)點？2．轉(zhuǎn)入外源生長激素(GH)基因的魚生長速度快，餌料轉(zhuǎn)化率高，但魚類易于逃逸、擴散，因此轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全性問題是很值得研究的問題。試分析其引起生態(tài)安全性問題的原因。答案：微生物具有生理結(jié)構(gòu)和遺傳物質(zhì)簡單、生長繁殖快、對環(huán)境因素敏感和容易進行遺傳物質(zhì)操作等優(yōu)點。答案：轉(zhuǎn)基因魚與同種野生魚雜交，使后代帶有轉(zhuǎn)基因，具有生長優(yōu)勢，使其捕食對象大量減少，與其他物種競爭加劇，引起生態(tài)危機。3．試從保障生態(tài)安全性問題方面分析我國科學(xué)家只是將三倍體轉(zhuǎn)基因魚投放到自然系統(tǒng)的原因。答案：三倍體轉(zhuǎn)基因魚不能繁殖，可以人工控制養(yǎng)殖數(shù)量和范圍，避免發(fā)生雜交、競爭，引起生態(tài)危機。1.(生命觀念)轉(zhuǎn)基因生物的優(yōu)點和缺點優(yōu)點缺點①解決糧食缺乏問題②減少農(nóng)藥使用，從而減少環(huán)境污染③節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食價格④增加食物營養(yǎng)，提高貯藏附加值⑤增加食物種類，提升食品品質(zhì)⑥促進生產(chǎn)效率，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展①可能產(chǎn)生新病毒和新的過敏源②可能產(chǎn)生抗除草劑的雜草③可能使疾病的傳播跨越物種障礙④可能會損害農(nóng)作物的生物多樣性⑤可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性2.(科學(xué)思維)生殖性克隆和治療性克隆的比較類型生殖性克隆治療性克隆目的產(chǎn)生獨立生存的新個體治療疾病水平個體水平細(xì)胞水平聯(lián)系都屬于無性生殖；產(chǎn)生新個體或新組織，遺傳信息相同3.(科學(xué)思維)試管嬰兒與設(shè)計試管嬰兒的區(qū)別類型試管嬰兒設(shè)計試管嬰兒技術(shù)手段不需進行遺傳診斷胚胎移植前需進行遺傳診斷實踐應(yīng)用解決不孕不育問題用于白血病、貧血病等疾病的治療聯(lián)系二者都是體外受精，經(jīng)體外早期胚胎發(fā)育，再進行胚胎移植，在生殖方式上都為有性生殖4.(生命觀念)生物武器(1)生物武器危害的特點：致病能力強、攻擊范圍廣等。(2)生物武器的傳播途徑多樣：空氣、食物、直接或間接接觸、蚊蟲叮咬等。(3)我國政府的態(tài)度：在任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴散。(生命觀念、社會責(zé)任