1、第第3737讲讲 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题 第第1010单元单元 2022 内 容 索 引 01 02 03 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 核心考点核心考点 能力提升能力提升 04 学科素养学科素养 达成评价达成评价 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 一、转基因产品的安全性 1.转基因成果 (1)微生物方面 利用转基因技术减少啤酒酵母双乙酰的生成,缩短啤酒的 ; 构建 的基因工程菌来生产氨基酸,是目前工业化生产氨基 酸的重要途径; 用 生产的基因工程药物,已经几乎涉及各种类型疾病的 治疗。 发酵周期 高产、优质 基因工程菌
2、 (2)转基因动物方面 培育 、营养品质优良的转基因家禽、家畜; 培育 相应病毒的动物新品种; 建立某些人类疾病的 ,模拟疾病的发生和发展过程, 为研究该疾病的致病机制和开发治疗药物提供依据。 生长迅速 抵抗 转基因动物模型 (3)转基因植物方面 培育具有 、 、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物。 种植的转基因作物中 和玉米最多,其次是棉花和油菜。 我国批准发放了转基因棉花、番木瓜、水稻和玉米等作物的生产应用 安全证书,截至2017年,转基因 和番木瓜获准商业化种植。 抗虫 抗病 大豆 棉花 2.理性看待转基因技术 (1)不人云亦云,更不是诋毁科学创新、造谣惑众,在完备的相关科学知识 基础上,清
3、晰地了解转基因技术的 和操作规程。 (2)人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响。 (3)靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。 (4)法规的制定既维护了消费者对转基因产品的知情权和 ,又最 大限度地保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的安全性。 原理 选择权 二、关注生殖克隆人 1.克隆 (1)治疗性克隆与生殖性克隆 (2)中国政府的态度: 。 禁止生殖性克隆,不反对治疗性克隆 项 目 治疗性克隆 生殖性克隆 不同点 概念 利用克隆技术产生特定细胞、 组织和器官(皮肤、神经或肌 肉等)用于治疗性移植 是指将克隆技术用于 生育的目的,即用于产 生人类个体 目的 治疗人类疾病
4、用于生育,产生完整个 体 水平 细胞水平 个体水平 相同点 都属于无性繁殖,遗传物质不变 2.试管婴儿与设计试管婴儿 试管婴儿与设计试管婴儿都要通过体外受精,并进行体外早期胚胎培 养和胚胎移植,不同的是设计试管婴儿胚胎移植前需进行“遗传学诊 断”。 3.干细胞研究进展 (1)外国科学家用4种 诱导人的成纤维细胞转变成iPS细胞。 (2)我国科学家用4种小分子化合物诱导小鼠的成纤维细胞转变成了iPS细 胞(这种细胞又被称为 多能干细胞)。这一技术在一定程 度上避免了用特定的转录因子诱导iPS细胞可能带来的致癌风险。 转录因子 化学诱导 三、生物武器的主要种类、特点和危害 1.种类 (1)致病菌类
5、:波特淋菌、霍乱弧菌、炭疽杆菌以及鼠疫、霍乱、伤寒、 痢疾、脑膜炎和回归热等多种疾病的致病菌;利用 改造的 致病菌。 (2)病毒类:天花病毒、痘病毒。 (3)生化毒剂类: 毒素。 转基因技术 肉毒杆菌 2.我国政府的态度:任何情况下 、 、 生物 武器,并反对生物武器及其技术和设备的 。 不发展 不生产 不储存 扩散 概念检测 1.基于对转基因生物安全性的理解,判断下列表述是否正确。 (1)我国是世界上转基因作物种植面积最多的国家。( ) (2)土壤微生物或动物肠道微生物吸收转基因作物后获得外源基因会造成 基因污染。( ) (3)为保护消费者的知情权,我国对农业转基因生物实行了标识制度。 (
6、) (4)转基因作物被食用后,目的基因就会转入动物体细胞中。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 2.基于克隆技术引发的伦理问题,判断下列表述是否正确。 (1)中国政府不允许进行任何生殖性克隆人实验。( ) (2)生殖性克隆和治疗性克隆没有本质区别。( ) (3)生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道 德观念。( ) 答案 (1) (2) (3) 3.将生物武器的种类与实例连线。 答案 b、d c a、e 核心考点核心考点 能力提升能力提升 考点考点 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题 合作探究合作探究 探究1转基因技术引发了社会对转基因产品安全
7、性的关注和争论 自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来,转基因鱼的研究取得很大进步。 如转入外源生长激素(GH)基因的鱼生长速度快,饵料转化率高,但鱼类易于 逃逸、扩散,因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题,需研究 转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。最近,我国科学家只 是将三倍体的转基因鱼投入自然生态系统。 (1)转基因鱼培育成功的物质基础是什么? 提示 遗传物质都是DNA。 (2)鱼类易于逃逸、扩散,因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的 问题,试分析引起生态安全性问题的原因。 提示 转基因鱼与同种野生鱼杂交,使后代带有转基因,具有生长优势,使 其捕食对象大量减少
8、,与其他物种竞争加剧,引起生态危机。 (3)多倍体鱼类对控制过度繁殖和基因污染是有效的,科学家成功培育出三 倍体“湘云鲫”,说出其培育过程。 提示 转基因的二倍体个体经染色体加倍成为四倍体转基因个体,然后二 倍体转基因个体与四倍体转基因个体杂交形成三倍体。 (4)试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因。 提示 三倍体鱼不能繁殖,可以人工控制养殖数量和范围,避免发生杂交、 竞争,引起生态危机。 归纳总结基因污染的危害性表现 (1)污染传统作物,影响已形成的农业生态系统。 (2)污染自然界的生物基因库。 (3)影响自然界的生态平衡。 (4)污染“微生态”菌群。 (5)能够在自然界中增殖和扩
9、散。 名师点睛(1)通过花粉传播外源基因需要满足两个条件:一是花粉可与异源 植物成功杂交并产生可育后代;二是花粉中携带外源基因,并能进入受精卵 中。 (2)花粉几乎不携带细胞质,因而将外源基因导入细胞质中即可避免因花粉 传播而造成的基因污染。 探究2生殖性克隆可以产生独立生存的新个体,面临很多伦理问题 无论是公众还是专家,对是否应该进行生殖性克隆人的研究有不同的见解。 以下是克隆人或器官的技术路线图,请结合图示讨论回答下列问题。 (1)尝试通过图示总结生殖性克隆和治疗性克隆的技术流程。 提示 生殖性克隆的技术流程: 治疗性克隆的技术流程: (2)生殖性克隆人的原理是什么?涉及哪些生物工程技术?
10、 提示 原理是动物细胞核的全能性;涉及动物细胞培养、核移植、胚胎移 植等技术。 (3)治疗性克隆的目的是什么?有什么优点? 提示 治疗性克隆的目的是获得特定的细胞、组织、器官用于移植,优点 是可以解决临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥反应的问题。 探究3生物武器曾对人类造成严重伤害,要坚决反对生物武器及其技术和 设备的扩散 2010年,在第65届联合国大会上,我国政府重申支持禁止生物武器公约 的宗旨和目标,全面、严格履行公约义务,支持不断加强公约的约束力,并 主张全面禁止和彻底销毁生物武器等各类大规模杀伤性武器。请结合教 材P111113相关内容,讨论解决下列问题: (1)从传播的角度来看
11、,与枪炮、导弹等常规武器相比,生物武器有什么特 点? 提示 生物武器的致病力强,多数具有传染性;污染面广;不易被发现;有一 定的潜伏期,环境条件会影响其杀伤力。 (2)生物武器的危害很大,生物武器的应用有没有局限性? 提示 生物武器受自然条件影响大。生物武器主要指病原微生物,所以它 们的生存、繁殖、死亡易受环境条件影响,如适宜的温度和湿度条件;还受 地形、风向等多种条件影响。生物武器的使用不易控制,使用不当也可能 危害本方安全。 考向突破考向突破 考向 生物技术的安全性和伦理问题 2012年6月29日,中国首例“设计试管婴儿”在中山医院诞生。该婴儿的父 母均为地中海贫血基因的携带者,曾育有一患
12、重度地中海贫血的女儿。为 了救治患病女儿,该夫妇在中山医院通过“设计试管婴儿”技术(植入前对胚 胎进行遗传学诊断),生下了一个不携带地中海贫血致病基因且配型适合于 患病姐姐的健康男婴,用他的脐带血帮助姐姐进行造血干细胞移植。 回答下列问题。 (1)设计试管婴儿应用的技术有 (答出两点)。 (2)“设计试管婴儿”的胚胎,可在816个细胞阶段移植,并在植入前取胚胎的 一个细胞进行某些基因检测;牛、羊一般要培养到 时期才进行移植,并取 细胞进行性别鉴定。 (3)该“设计试管婴儿”与患病姐姐的配型要相合,原因 是 。 (4)干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞,胚胎干细胞在功能上具 有 。 (5)为解决
13、不孕夫妇的生育问题而出现的“试管婴儿”,与本材料中“设计试 管婴儿”相比,一般不需要经过 这一步骤。 答案 (1)体外受精、胚胎移植、遗传学诊断 (2)桑葚胚或囊胚 滋养层 (3)降低或避免免疫排斥反应,提高造血干细胞移植的成功率 (4)全能性 (5)基因检测(遗传学诊断) 解析 (1)试管婴儿培育的一般过程是:体外受精、体外一定程度的胚胎发 育、胚胎移植到子宫内继续发育。与试管婴儿培育的过程相比,设计试管 婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断。可见,设计试管婴儿应用的技术包 括:体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、遗传学诊断。(2)牛、羊的胚胎 一般要培养到桑葚胚或囊胚时期才进行移植。在植入前可取
14、滋养层细胞 进行性别鉴定。(3)为了降低或避免免疫排斥反应,提高造血干细胞移植的 成功率,该“设计试管婴儿”与患病姐姐的配型要相合。(4)胚胎干细胞在功 能上具有全能性。(5)设计试管婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断或基 因检测,而试管婴儿不需进行遗传学诊断或基因检测。 学科素养学科素养 达成评价达成评价 情境探究一情境探究一 利用发酵工程制作果酒、果醋利用发酵工程制作果酒、果醋 可利用水果本身的糖通过酵母菌发酵,生产具有水果风味的果酒。因此家 庭可自酿一些水果酒来饮用,如李子酒、葡萄酒、杨梅酒、猕猴桃酒,等等。 近十年来,我国葡萄酒产量和消费量翻了两番,而白酒的消费量增长缓慢, 果酒的营养健
15、康概念逐渐深入人心,带动了其他水果如苹果、石榴、荔枝、 桑葚等果酒及果醋产品的迅速增长。制作果酒与果醋的基本工艺流程及 装置如下图所示。 (1)发酵工程需要筛选性能优良的菌种,菌种的选育有哪些途径? 提示 性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种或 基因工程育种获得。 (2)为选育出酒精耐受强、产香能力高的菌株,通常将天然酵母菌制备成原 生质体进行培养,用紫外线(X射线)照射培养液一段时间。与普通的酵母 菌培养基相比,培养原生质体的培养基中特有成分是一定浓度的山梨醇,推 测山梨醇的作用主要是什么? 提示 培养原生质体的培养基中特有成分是一定浓度的山梨醇,原生质体 是去除细胞壁之
16、后的部分,推测山梨醇的作用主要是维持渗透压,以防止原 生质体吸水涨破。 (3)如果要求对甲罐中进行的果酒发酵工艺进行优化,你从哪些方面进行? 乙罐中加入刨花的目的是什么? 提示 对甲罐中进行的果酒发酵工艺进行优化,可以优化的项目包括发酵 菌种的选育、发酵设备的改进、发酵条件的控制以及发酵液的配制等。 乙罐中加入刨花可以吸附醋杆菌,与不加刨花相比,这样具有提供氧气、发 酵液易与醋杆菌分离、可连续发酵等优点。 【情境应用情境应用】 (2020山东济宁三模)某高校采用如下图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过 程的研究。下列叙述正确的是( ) A.为加快发酵速度,应将发酵罐置于35 的恒温 环境中 B.给发
17、酵罐适时排气,后期可缩短排气间隔时间 C.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定 何时终止发酵 D.若定期对培养液中酵母菌进行计数,只能采用稀释涂布平板法 答案 C 解析 酵母菌适宜的温度环境为28 ,为加快发酵速度,应将发酵罐置于 1830 的环境中,A项错误;在发酵过程中需要给发酵罐适时排气,随着发 酵过程的加深,产生的二氧化碳越来越少,后期可延长排气间隔时间,B项错 误;葡萄酒发酵的原料是糖类,因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度 来决定何时终止发酵,C项正确;对酵母菌进行计数可以采用显微直接计数 法和活菌计数法,因此,若定期对培养液中酵母菌进行计数,除采用稀释涂 布平板法,还可以采
18、用显微镜直接计数法,D项错误。 情境探究二情境探究二 CRISPR/ Cas9CRISPR/ Cas9基因编辑技术基因编辑技术 2020年10月7日,诺贝尔化学奖授予两名女科学家,以表彰她们在基因组编 辑方法研究领域作出的贡献。基因编辑技术早在20世纪90年代就已出现, 曾经非常耗时,甚至难以完成。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,可在几周 时间内改变生命的密码DNA。相比此前的技术,CRISPR/Cas9技术具 有成本低、易上手、效率高等优势,使得对基因的修剪改造“普通化”,因此 风靡整个生物学界。科学界普遍认为,这是21世纪以来生物技术方面最重 要的突破。这一技术曾经三度入围美国科学
19、杂志年度十大突破,并且 在2015年被这一杂志评为年度头号突破。 2018年11月有学者及其团队宣布,一对经“CRISPR/Cas9”编辑的婴儿在中 国出生,由于编辑了CCR5基因(HIV入侵机体细胞的主要辅助受体之一),因 此这两个婴儿有天然抵抗艾滋病的能力。CRISPR/Cas9基因编辑技术示 意图如下图所示。 (1)CRISPR/Cas9基因编辑是对目标DNA位点的靶向编辑技术,特异性强。 由示意图判断,该技术的靶向性是由什么决定的? 提示 图示表明,通过向导RNA中的识别序列与剪切点附近序列碱基互补 配对,引导Cas9到一个特定的基因位点进行切割。因此,该技术的靶向性之 一由向导RNA
20、中的识别序列决定的。 (2)这两个婴儿的出生需要借助哪些胚胎操作技术? 提示 需要借助体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植等胚胎操作技术。 (3)根据你对CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术的认识,预测该技术的应用 前景。 提示 CRISPR-Cas9作为一种比较精准而高效的基因剪刀,在各个领域如 生物、医学、农业、化学等方面有着广泛的用武之地。这种基因剪刀可 以用来删除、添加、激活或抑制其他生物体的目标基因,因此基于 CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术在基因治疗、基因水平进行动植物的 育种、研究基因的功能等方面有广阔的应用前景。 (4)作为一个有责任感的你,能否预测该技术应用上存在哪些
21、风险? 提示 CRISPR-Cas9基因剪刀同样存在短板和缺陷,最大的短板是它可能 脱靶,即这一基因剪刀可能会在DNA错误的位置进行剪切,或脱离原有的 设计目标,造成意外伤害。如果是用于治疗人的疾病,就有可能产生不可预 控的严重后果,例如导致某些正常基因功能丧失,导致发育异常、出现某些 遗传病等等问题出现。 【情境应用情境应用】 2019年12月30日,“基因编辑婴儿”案在深圳市一审公开宣判。被告人由于 对人类胚胎CCR5基因进行定点“编辑”(如改变基因中的部分碱基对),将编 辑后的胚胎植入母体诞下一对可免疫艾滋病的双胞胎女婴而被判处有期 徒刑3年。CCR5基因的表达产物:CCR5蛋白是HIV
22、病毒进入人体T细胞的 主要受体之一。下列有关表述,错误的是( ) A.人体T细胞中有CCR5基因,成熟红细胞中不含CCR5基因 B.对CCR5基因进行“编辑”用到的限制酶可通过基因表达获得 C.编辑胚胎发育过程中,DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点都在DNA上 D.一条染色体上的CCR5基因被编辑后,该染色体在减数分裂中无法与其 同源染色体进行联会 答案 D 解析 人体T细胞中有CCR5基因,而且表达出CCR5蛋白,成熟红细胞中不含 细胞核,不含CCR5基因,A项正确;对CCR5基因进行“编辑”改变目标DNA序 列的技术,用到限制酶和DNA连接酶,限制酶的化学本质是蛋白质,需要通 过基因表达获得,B项正确;DNA复制需要DNA聚合酶,转录需要RNA聚合 酶,而两过程的模板都是DNA,说明DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点 都在DNA上,C项正确;一条染色体上的CCR5基因被编辑改变基因中的部 分碱基对,形成等位基因,并没有改变染色体的形态和数目,该染色体在减 数分裂中与其同源染色体依然能进行联会,D项错误。
