2017-2018年高中生物 第二單元 生態(tài)工程與生物安全 第二章 生物安全與生物倫理 第1節(jié) 基因工程的風(fēng)險學(xué)案 中圖版選修3

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1、 第二章　生物安全與生物倫理 第一節(jié)　基因工程的風(fēng)險 1．關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題。(重難點) 2．搜集與交流生物技術(shù)研究與開發(fā)的有關(guān)政策和法規(guī)。 　　　轉(zhuǎn) 基 因 生 物 的 安 全 性 1．生物安全的含義 指現(xiàn)代生物技術(shù)的研究、開發(fā)、應(yīng)用以及轉(zhuǎn)基因生物的跨國轉(zhuǎn)移可能會對生物多樣性、生態(tài)環(huán)境和人體健康所構(gòu)成的潛在的風(fēng)險與威脅。 2．轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品的安全性主要包括內(nèi)容 (1)受體生物的安全性：指導(dǎo)入的外源基因及其產(chǎn)物對受體生物是否有不利影響。 (2)生態(tài)學(xué)上的安全性：有關(guān)轉(zhuǎn)基因生物釋放或使用帶來的生態(tài)學(xué)上的安全性。 (3)消費領(lǐng)域的安全性：轉(zhuǎn)基因生物

2、在食品、飼料和其他消費領(lǐng)域的安全性。 探討：具有抗蟲特性的轉(zhuǎn)基因植物，只能對害蟲產(chǎn)生毒害嗎？ 提示：對許多有益生物也可能產(chǎn)生直接或間接的影響。 探討：轉(zhuǎn)基因生物不屬于外來物種的入侵，對生物多樣性不會造成影響嗎？ 提示：轉(zhuǎn)基因生物往往帶有優(yōu)勢特征和較強的適應(yīng)性，會對生物多樣性造成影響。 探討：什么是基因污染？ 提示：基因污染是指人工組合的基因，通過轉(zhuǎn)基因作物或家養(yǎng)動物擴散到其他栽培作物或自然野生物種并成為后者基因的一部分。 1．轉(zhuǎn)基因生物與食物安全 食用轉(zhuǎn)基因食品可能會對人體健康造成一些隱性傷害。如： (1)可能會出現(xiàn)滯后效應(yīng)。轉(zhuǎn)基因植物的DNA經(jīng)過重組后，有可能合

3、成出對人體有直接毒性或潛在毒性的蛋白質(zhì)，轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物所表達的某些蛋白質(zhì)，可能會潛移默化地影響人的免疫系統(tǒng)，從而對人體健康造成隱性的傷害，食用者在過了若干年或一兩代之后，問題才顯現(xiàn)出來。 (2)可能會出現(xiàn)新的過敏原。轉(zhuǎn)基因植物合成的某些新的蛋白質(zhì)，也許大多數(shù)人食用后沒事，但是具有過敏體質(zhì)的人群，食用后可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果。 (3)轉(zhuǎn)基因后的農(nóng)作物營養(yǎng)成分可能改變。轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物盡管只是部分DNA發(fā)生重組，但這些基因足以使植物體內(nèi)某些代謝途徑發(fā)生變化，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的營養(yǎng)成分發(fā)生改變。 2．轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全 轉(zhuǎn)基因生物有可能會對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和人類生活環(huán)境造成破壞。如： (1)如果

4、在轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有毒蛋白或過敏蛋白，通過蜜蜂的采集，很可能會進入蜂蜜中，再經(jīng)過食物鏈的傳遞，最后有可能進入其他動物和人體內(nèi)。 (2)重組的微生物在降解某些化合物過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，可能會對人類生活環(huán)境造成二次污染。據(jù)報道，用來降解塑料的重組微生物就是這樣。 3．轉(zhuǎn)基因生物與生物安全 將各類活的轉(zhuǎn)基因生物體釋放到環(huán)境中，可能會對生物多樣性構(gòu)成潛在風(fēng)險和威脅。如： (1)轉(zhuǎn)基因植物有可能會擴散到種植區(qū)外變成野生種類，或者進入新的生態(tài)區(qū)域，在破壞了這一區(qū)域生態(tài)平衡后，成為雜草。 (2)科學(xué)家賦予了轉(zhuǎn)基因生物某些特殊性狀，增強了它們在該地區(qū)生存條件的競爭能力，它們就有可能成為“入侵

5、的外來物種”，威脅生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生存。 (3)導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因生物的外源基因有可能與感染轉(zhuǎn)基因生物的某些細(xì)菌或病毒雜交，從而重組出對人類或其他生物有害的病原體。 (4)轉(zhuǎn)基因植物的抗除草劑基因，有可能通過花粉傳播而進入雜草中，使雜草成為用除草劑除不掉的“超級雜草”。 1．自從1983年第一株轉(zhuǎn)基因植物問世以來，已有數(shù)十種乃至上百種轉(zhuǎn)基因植物在世界各地的實驗室中誕生。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，“基因污染”應(yīng)運而生。下列關(guān)于基因污染的說法不正確的是(　　) A．轉(zhuǎn)基因植物的果實或其他部分作為食物可能會引起食用者產(chǎn)生不良反應(yīng) B．轉(zhuǎn)基因植物可能與它們的近緣野生種發(fā)生自然雜交，從而破壞生態(tài)系

6、統(tǒng)的穩(wěn)定性 C．基因污染是一種不可以增殖的污染 D．為了防止轉(zhuǎn)基因的擴散，在大面積種植時，必須在周圍設(shè)置緩沖帶作物 【解析】　食用轉(zhuǎn)基因的食物時，可能會因外源基因表達產(chǎn)生的物質(zhì)對食用者造成不良反應(yīng)，A正確；轉(zhuǎn)基因植物可能與自然物種雜交，從而危及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，B正確；在大面積種植轉(zhuǎn)基因植物時，應(yīng)在周圍設(shè)置緩沖帶作物以防轉(zhuǎn)基因的擴散，D正確；基因污染是一種可增殖的污染，可通過繁殖而傳遞下去，C錯。 【答案】　C 2．請根據(jù)下述材料，回答問題： 棉鈴蟲是一種嚴(yán)重危害棉花的害蟲。我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種生活在棉鈴蟲消化道內(nèi)的蘇云金桿菌，它能分泌一種毒蛋白使棉鈴蟲致死，而此毒蛋白對人畜無害。

7、通過基因工程的方法，我國已將該毒蛋白基因移入棉株細(xì)胞內(nèi)并實現(xiàn)成功表達。由于棉鈴蟲吃了這種轉(zhuǎn)基因棉花的植株后就會死亡，所以該棉花新品種在1998年推廣后，已取得了很好的經(jīng)濟效益。 (1)害蟲在噴灑農(nóng)藥進行化學(xué)防治后抗藥性增強是_____________________ _________________________________________________________的結(jié)果。 (2)“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”抵抗害蟲的遺傳信息表達過程可以表示為__________________________________________________________________。 (3)

8、“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”的抗蟲變異，屬于可遺傳變異類型中的________。 (4)該項科學(xué)成果在環(huán)境保護上的重要作用是__________________________ _______________________________________________________________。 (5)科學(xué)家預(yù)言，此種“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”獨立種植若干代以后，也將出現(xiàn)不抗蟲的植株。此種現(xiàn)象來源于____________。 (6)題中“毒蛋白基因轉(zhuǎn)入棉花植株內(nèi)并實現(xiàn)成功表達”中的“成功表達”含義是指_________________________________________________

9、__________。 (7)與雜交育種、誘變育種相比，通過基因工程培育新品種的主要優(yōu)點是__________________________________________________________________。 (8)在培育“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”的基因操作中，所用的基因的“剪刀”是________，基因的“針線”是________，基因的“運載工具”是________。 (9)轉(zhuǎn)基因技術(shù)有利有弊，請各舉一例加以說明。 有利方面：______________________________________________________ ____________________

10、___________________________________________。 有害方面：______________________________________________________ _______________________________________________________________。 【答案】　(1)農(nóng)藥對害蟲的變異類型進行選擇　(2)抗蟲基因mRNA蛋白質(zhì)　(3)基因重組　(4)減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染，保護了生態(tài)環(huán)境　(5)基因突變　(6)毒蛋白基因在棉花細(xì)胞內(nèi)經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯合成了毒蛋白　(7)目的性強，育種周期短，克服了遠緣雜交不親

11、和的障礙　(8)限制性內(nèi)切酶　DNA連接酶　運載體　(9)用于疾病的診斷和治療；用于培育優(yōu)良動、植物新品種　可能引起環(huán)境問題、食物安全性問題、生物安全性問題 國 際 社 會對生物 技 術(shù) 安 全 性 的 關(guān) 注 1．制訂相應(yīng)的法規(guī)和條例 為了達到趨利避害的目的，許多國家和國際組織在積極發(fā)展現(xiàn)代生物技術(shù)的同時，也在積極進行生物安全方面的研究，并制訂了一些相應(yīng)的法規(guī)和條例。 2．我國與生物安全有關(guān)的法規(guī) 如2001年國務(wù)院公布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物管理條例》等。 3．轉(zhuǎn)基因生物對人類和環(huán)境的影響 轉(zhuǎn)基因生物的影響將會是長期的，它們以特殊的生命形式，以超過自然進化千百萬倍的速度介入

12、到自然界，在給人類帶來巨大利益的同時，也可能蘊涵一定的危險。 探討：轉(zhuǎn)基因生物會不會影響生態(tài)系統(tǒng)中原有的動態(tài)平衡？ 提示：可能性不大，但要提高警惕。隨著時間的推移，人們發(fā)現(xiàn)這類危險似乎不大，因為科學(xué)家轉(zhuǎn)入的僅是有限的一種或幾種基因；而轉(zhuǎn)入的基因是否可能會對其他生物或環(huán)境造成危害，都是經(jīng)過認(rèn)真分析、實踐的，一旦發(fā)現(xiàn)有害后果，科學(xué)家就會停止實驗。 探討：轉(zhuǎn)基因生物有可能給人類帶來災(zāi)難，為以防萬一，人類是否應(yīng)禁止轉(zhuǎn)基因生物的科學(xué)研究？ 提示：不能禁止對轉(zhuǎn)基因生物的科學(xué)研究。原因是社會的發(fā)展、國力的競爭總是和技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，從促進社會發(fā)展的角度看，必須不斷發(fā)展生物技術(shù)，造福人類；同

13、時通過多種措施，減少其負(fù)面作用，避免災(zāi)難發(fā)生。 1．理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù) (1)首先認(rèn)識到轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用前景是非常廣闊的，以基因工程為代表的一大批生物技術(shù)成果，進入人類的生產(chǎn)和生活，特別是在醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮了極大的作用。 (2)要正視轉(zhuǎn)基因技術(shù)帶來的安全性問題，切實認(rèn)識到個別有害轉(zhuǎn)基因生物的危害性，要趨利避害，而不能因噎廢食。 (3)完善相應(yīng)的法令法規(guī)，利用法制手段確保轉(zhuǎn)基因生物的安全性。 (4)增強科學(xué)家的法制意識，提高科學(xué)家的研究道德水平。 2．轉(zhuǎn)基因及對待轉(zhuǎn)基因技術(shù)成果的態(tài)度 (1)轉(zhuǎn)基因是指將一個基因片段從一種生物體中分離出來，通過修飾后導(dǎo)入到另一種生物體的基因組

14、中，從而達到改造生物性狀的目的。 (2)對轉(zhuǎn)基因技術(shù)成果的態(tài)度：在生產(chǎn)和生活的某些方面，人類已離不開轉(zhuǎn)基因技術(shù)成果，因此應(yīng)充分利用其優(yōu)點，同時關(guān)注、限制它們的缺點。 1．下列哪項不利于轉(zhuǎn)基因生物安全性問題的解決(　　) A．1993年，我國制定了《基因工程安全管理辦法》 B．2002年，我國農(nóng)業(yè)部頒布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識管理法》 C．加強對轉(zhuǎn)基因生物的安全性檢測 D．減少轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植面積 【解析】　轉(zhuǎn)基因技術(shù)代表高科技成果，正確的社會輿論導(dǎo)向?qū)⒂欣诳茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，相反錯誤的輿論導(dǎo)向?qū)⒆璧K科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。要制定符合本國利益的政策和法規(guī)，應(yīng)該趨利避害，而不能因噎廢食。

15、 【答案】　D 2．如今，從土豆、草莓到西紅柿，各種各樣的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品已經(jīng)進入尋常百姓家，更有資料顯示，我國餐桌上有50%以上的大豆色拉油屬于轉(zhuǎn)基因食品。然而近年來，有關(guān)轉(zhuǎn)基因食品是否影響健康的爭論不絕于耳。例如：1999年，美國康奈爾大學(xué)Losey等人將轉(zhuǎn)Bt基因玉米花粉撒在苦芭菜上，喂食黑脈金斑蝶幼蟲4天后死亡率達44%，而對照組無一死亡，研究者認(rèn)為該轉(zhuǎn)基因玉米對非靶生物有毒。 (1)自轉(zhuǎn)基因作物大面積種植以來至今沒有轉(zhuǎn)基因食品不安全的任何實例。轉(zhuǎn)基因食品是安全的，試分析原因。 (2)自1983年轉(zhuǎn)基因作物在美國問世以來，用生物技術(shù)改造農(nóng)產(chǎn)品的研究與應(yīng)用進展飛快。2001年全球轉(zhuǎn)基因作

16、物的種植面積達到了5 000萬公頃。試問：轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品到底有什么優(yōu)勢？ (3)你是怎樣理解轉(zhuǎn)Bt基因玉米花粉對非靶生物是有毒的？ (4)有人認(rèn)為轉(zhuǎn)基因生物會造成基因污染，危害生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。你是怎樣理解的？ 【答案】　(1)①轉(zhuǎn)基因食物被煮熟之后，細(xì)胞就被破壞了，進入人腸胃系統(tǒng)后，基因被消化成小分子物質(zhì)而失去遺傳作用；②轉(zhuǎn)基因食品僅是農(nóng)作物品種中加入一兩個對人類無害的已知性狀的基因。(只要合理即可)　(2)①縮短育種時間；②定向改造生物的性狀；③提高糧食產(chǎn)量，解決糧食問題?！?3)轉(zhuǎn)Bt基因玉米在培育過程中沒有對所有的生物進行毒性檢測實驗，在邏輯判斷上屬于不完全歸納?！?4)轉(zhuǎn)基因生物中

17、所含的外源基因可能會通過雜交在環(huán)境中傳遞，可能會由此產(chǎn)生超級雜草、超級害蟲以及其他超級動物等，使得生物多樣性受到破壞等。(只要合理即可) 1．科學(xué)家研究生長在墨西哥某地的野生玉米后發(fā)現(xiàn)，這種玉米含有包括蘇云金桿菌抗蟲毒蛋白基因在內(nèi)的轉(zhuǎn)基因作物的基因，這一現(xiàn)象說明(　　) ①轉(zhuǎn)基因作物的基因可傳播到野生植物中　②轉(zhuǎn)基因作物可對生物的多樣性構(gòu)成威脅?、蹫榉乐够蛭廴荆瑧?yīng)當(dāng)禁止轉(zhuǎn)基因作物的研究?、茏匀浑s交過程實質(zhì)是一個長期的轉(zhuǎn)基因過程，兩者沒有任何區(qū)別 A．②④　　　 B．③④　　　 C．①②　　　 D．①③ 【解析】　轉(zhuǎn)基因作物可通過雜交將自身的基因傳播到野生植物中；基因污染可能會對

18、生物的多樣性構(gòu)成威脅；雖然轉(zhuǎn)基因生物存在危害，但我們應(yīng)理性地看待轉(zhuǎn)基因生物的研究；自然雜交是同種生物個體之間的基因交流，而轉(zhuǎn)基因是將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過程，即不同生物之間基因的交流。 【答案】　C 2．面對轉(zhuǎn)基因技術(shù)的利與弊，正確的做法是(　　) A．趨利避害，不能因噎廢食 B．不加區(qū)分，全盤接受 C．應(yīng)停止有關(guān)的實驗 D．堅決抵制轉(zhuǎn)基因生物 【解析】　轉(zhuǎn)基因技術(shù)有利有弊，我們對待它應(yīng)趨利避害，不能因噎廢物。 【答案】　A 3．害蟲損傷番茄的葉片后，組成葉片細(xì)胞的細(xì)胞壁能釋放出一種類激素物質(zhì)，這種物質(zhì)可以擴散到番茄的其他部位，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)蛋白酶抑制劑基因表達，合成蛋白酶抑制

19、劑，導(dǎo)致害蟲不能消化食物而死亡。 科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)把番茄的蛋白酶抑制劑基因轉(zhuǎn)移到玉米中，使玉米獲得了與番茄相似的抗蟲性狀，有效地抵御了玉米螟對玉米的危害。 請結(jié)合上面的材料回答： (1)轉(zhuǎn)移了番茄蛋白酶抑制劑基因的玉米合成番茄蛋白酶抑制劑的具體部位是________，合成的化合物還需要在______________中加工才具有生物活性。 (2)這種抗玉米螟玉米品種的培育技術(shù)屬于________技術(shù)，這種變異在生物學(xué)上稱為________。 (3)在種植了這種轉(zhuǎn)基因玉米的農(nóng)田中的雜草是否也會出現(xiàn)抗玉米螟性狀？原因是什么？_______________________________

20、_________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ (4)抗玉米螟玉米具有顯著的生態(tài)效應(yīng)。你認(rèn)為種植該玉米的農(nóng)田是否還需要進行防蟲管理？理由是什么？ ________________________________________________________________ _________________________

21、_______________________________________ (5)有人對食用該玉米的安全性表示擔(dān)憂，你認(rèn)為這種擔(dān)憂有無道理？請簡要說明理由。________________________________________________________ ________________________________________________________________ 【解析】　(1)番茄蛋白酶抑制劑的本質(zhì)為蛋白質(zhì)，其合成部位為核糖體，但還需要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體中加工才具有生物活性。 (2)由材料可獲得信息，抗玉米螟玉米品種的培育運用的是轉(zhuǎn)基因技術(shù)，這種

22、技術(shù)的原理是基因重組。 (3)屬于開放性試題，答案不唯一，只要有道理即可。 (4)抗玉米螟玉米能抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害蟲，故種植抗玉米螟玉米的農(nóng)田，仍需要進行防蟲管理。 (5)屬于開放性試題，答案不唯一，只要有道理即可。 【答案】　(1)核糖體　內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體　(2)轉(zhuǎn)基因 基因重組 (3)(答案不唯一)不會；不同物種之間存在生殖隔離，玉米的花粉不能傳遞給雜草。(或會；蛋白酶抑制劑基因通過玉米的花粉傳遞給雜草，使雜草獲得抗蟲基因，從而表現(xiàn)出抗蟲性狀。) (4)需要；轉(zhuǎn)基因玉米能夠抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他玉米害蟲。 (5)(答案不唯一)有道理；這種玉米的子粒可能含

23、有蛋白酶抑制劑，人食用后可能抑制人體蛋白酶的活性，影響人體健康。(或沒有道理；人蛋白酶與玉米螟蛋白酶結(jié)構(gòu)不同，玉米中的蛋白酶抑制劑對人體蛋白酶無影響。) 4．在植物基因工程中，用土壤農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒作為運載體，把目的基因重組入Ti質(zhì)粒上的T—DNA片段中，再將重組的T—DNA插入植物細(xì)胞的染色體DNA中。 (1)科學(xué)家在進行上述基因操作時，要用一種________分別切割質(zhì)粒和目的基因，質(zhì)粒的黏性末端與目的基因DNA片段的黏性末端就可通過________而黏合。 (2)將攜帶抗除草劑基因的重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入二倍體油菜細(xì)胞，經(jīng)培養(yǎng)、篩選獲得一株含有抗除草劑特性的轉(zhuǎn)基因植株。經(jīng)分析，該植株

24、含有一個攜帶目的基因的T—DNA片段，因此可以把它看作是雜合子。理論上，在該轉(zhuǎn)基因植株自交F1中，仍具有抗除草劑特性的植株占總數(shù)的________，原因是____________ _______________________________________________________________。 (3)種植上述轉(zhuǎn)基因油菜，它所攜帶的目的基因可以通過花粉傳遞給近緣物種，造成“基因污染”，如果把目的基因?qū)肴~綠體DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是____________________________________________________ ____________

25、___________________________________________________。 【解析】　將目的基因與運載體結(jié)合的過程，實際上是不同來源的DNA重新組合的過程。如果以土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒作為運載體，首先用一定的限制性內(nèi)切酶切割質(zhì)粒，使質(zhì)粒出現(xiàn)一個切口，露出黏性末端。然后用同一種限制性內(nèi)切酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生黏性末端。將切下的目的基因的片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量的DNA連接酶，質(zhì)粒的黏性末端與目的基因DNA片段的黏性末端就會結(jié)合，形成了一個重組DNA。第(2)小題考查的是有關(guān)遺傳的問題?？钩輨轱@性基因，可推出抗除草劑的植株占總數(shù)的3/4。 【答案】　(

26、1)限制性內(nèi)切酶　DNA連接酶 (2)　雌雄配子各有含抗除草劑基因；受精時，雌雄配子隨機結(jié)合 (3)葉綠體遺傳表現(xiàn)為母系遺傳，目的基因不會通過花粉傳遞而在下一代中顯現(xiàn)出來 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.生物安全是指現(xiàn)代生物技術(shù)的研究、開發(fā)、應(yīng)用以及轉(zhuǎn)基因生物的跨國轉(zhuǎn)移可能會對生物多樣性、生態(tài)環(huán)境和人體健康所構(gòu)成的潛在的風(fēng)險和威脅。 2.轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品的安全性主要包括三個方面：一是導(dǎo)入的外源基因及其產(chǎn)物對受體生物是否有不利影響；二是有關(guān)轉(zhuǎn)基生物釋放或使用帶來的生態(tài)學(xué)上的安全性；三是轉(zhuǎn)基因生物在食品、飼料和其他消費領(lǐng)域的安全性。 3.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和完善，人類是可以解決轉(zhuǎn)基因生物帶來的安全性問題的。 4.要正視轉(zhuǎn)基因技術(shù)，要趨利避害，而不能因噎廢食。 8