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第36讲 基因工程、生物技术的安全性与伦理问题
第十二单元 生物技术与工程
课标要求 1.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具
2.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测、鉴定等步骤
3.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质
4.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用而改善了人类的生活品质
课标要求 5.举例说出日常生活中的转基因产品，探讨转基因技术在应用过程中带来的影响
6.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题，分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
7.举例说明历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害，认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散

考点六 蛋白质工程的原理和应用
1.蛋白质工程的概念
蛋白质分子
的结构规律
以满足人类生产和
生活的需求
改造或合成基因
2.蛋白质工程与基因工程的异同
项目 蛋白质工程 基因工程
过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的　　　　　→推测应有的 　　　　　→找到并改变相对应的　　　　　　　(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
蛋白质结构
氨基酸序列
脱氧核苷酸序列
项目 蛋白质工程 基因工程
实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果 可生产________________ _______ 只能生产______________________
联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程 自然界中不存在的
蛋白质
自然界中已存在的蛋白质
思考
蛋白质工程为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造？
①改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。
②蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造。
3. 如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？
是否合成新的基因
蛋白质工程
是否对原有基因进行改造
是
否
是
否
蛋白质工程
基因工程
二看蛋白质
一看基因
是否为天然蛋白质
是
否
蛋白质工程
基因工程
方法
通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域(即可变区)“嫁接”到人的抗体(即恒定区)上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。
小鼠单克隆抗体会使人体产生免疫反应，从而导致治疗效果大大降低。
4.改造抗体—降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
医学问题:
解决办法:
通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域(即可变区) “嫁接”到人的抗体(即恒定区)上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。
5.蛋白质工程面临的困难:
蛋白质工程是一项难度很大的工程；
主要原因:
蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。
由计算机建立的血红蛋白三维结构模型
6.蛋白质工程前景展望:
科学家要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。
A.经改造后的纤维素酶热稳定性提高，这一性状可遗传
B.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C.改造纤维素酶也需要构建基因表达载体
D.改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶
对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础,是通过修改基因或创造合成新基因来实现的
【检测】纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术，说法错误的是( )
B
蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成,然后进行表达,需要构建基因表达载体
A.新的胰岛素的预期功能是构
建新胰岛素模型的主要依据
B.新的胰岛素生产过程中不涉
及中心法则
C.若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌
D.新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
【检测】胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是( )
B
新的胰岛素生产过程中涉及中心法则
考点七 转基因产品的安全性
1. 转基因成果
领域 成果
微生物 方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的　　　　；
②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸；
③用基因工程菌生产药物
转基因动 物方面 ①培育　　　　、　　　　　　的转基因家禽、家畜；
②培育抵抗相应病毒的动物新品种；
③建立某些人类疾病的转基因动物模型
发酵周期
生长迅速
营养品质优良
转基因植 物方面 培育具有　　、　　、　　　　和耐储藏等新性状的作物
抗虫
抗病
抗除草剂
2.对转基因产品安全性的争论
经济发展水平
安全性
　　源于选择性必修3 P102“相关信息”: 我国科学家将来自玉米的　　　　基因与目的基因一起转入植物中，由于　　　　基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止　　　　　的传播。
α-淀粉酶
α-淀粉酶
转基因花粉
3.理性看待转基因技术
(1)理性看待转基因技术
①清晰地了解转基因技术的　　　　　　　。
②看到人们的观点受到许多复杂的　　　　　　　　等因素的影响。
③靠确凿的　　和严谨的　　进行思考和辩论。
(2)我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的，就是研究上要大胆，坚持　　　　；推广上要慎重，做到　　　　；管理上要严格，_________
　　。
原理和操作规程
政治、经济和文化
证据
逻辑
自主创新
确保安全
坚持依法
监管
【检测】下列关于转基因生物与安全性的叙述，正确的是( )
A.转基因培育的植物，理论上目的基因只存在于特定的组织中
B.转基因技术与植物体细胞杂交技术均可打破生殖隔离，实现远缘杂交
　育种，培育出杂种新物种
C.种植转基因抗虫棉时，常间行种植普通棉花以供害虫取食，其主要目
　的是保护物种多样性
D.转基因花粉中若有毒蛋白或过敏蛋白，则它有通过食物链传递而引发
　人类食品安全问题的可能
D
A项: 转基因培育的植物，理论上目的基因存在于所有体细胞中
转基因技术培育的物种和原来的非转基因生物属于同一物种
种植转基因抗虫棉，常间行种植普通棉花是为了降低害虫的抗性基因进化的频率
考点八 关注生殖性克隆人
1.生殖性克隆人面临的伦理问题
(1)生殖性克隆和治疗性克隆的比较
类型 生殖性克隆 治疗性克隆
目的 _____________________ ____________
水平 ________ ______________________________
在胚胎的处理方式上的区别 生殖性克隆获得的胚胎需要______________________________________________。 获得的早期胚胎主要____________
____________________________________________________________。
联系 ______________________________________________________ 产生独立生存的新个体
治疗疾病
个体水平
细胞水平、组织水平或器官水平
通过胚胎移植到母体的子宫内,由母体孕育出婴儿
用于获得胚胎干细胞,然后诱导胚胎干细胞分化出所需的特定细胞,组织或器官
都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同
(2)关于生殖性克隆人的争论
观点 理由
赞同 ①科学研究有　　　　　　　　　，社会应该允许科学家研究；
②现在人们的伦理道德观念还不能接受这一切，但是_________
是可以改变的
大多数 人反对 ①生殖性克隆人“　　　　　　　”；
②在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了　　　　　　，是克隆技术的滥用；
③克隆技术还不成熟，面临着　　　　　　　　　等问题
自己内在的发展规律
人的观念
有违人类尊严
人类伦理道德
(3)我国　　　、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
不赞成
流产、死胎和畸形儿
2.试管婴儿和设计试管婴儿的比较
类型 试管婴儿 设计试管婴儿
技术手段 不需进行___________ 胚胎移植前需进行___________
实践应用 解决　　　　问题 用于　　　　　。
联系 二者都是体外受精, 经体外　　　　　　, 再进行_________,在生殖方式上都为____________ 遗传学诊断
遗传学诊断
不孕不育
治疗疾病
早期胚胎培养
胚胎移植
有性生殖
【检测】(2022·东莞市光明中学高三模拟)现代生物技术在造福人类的同时，也可能引起一系列的安全性和伦理问题，回答以下有关问题:
(1)为了减少转基因技术对人类的危害，在对转基因生物或其产品的研究过程中若用大肠杆菌作为转基因受体的菌株，限定必须使用在_________
______条件下便会死去的菌株。
(2)我国对“克隆人”这一技术总体上来说是禁止_____性克隆，但不反对_____性克隆。
37 ℃人体
温度
生殖
治疗
(3)试管婴儿技术中为了某些需要，需要对胚胎的性别进行鉴定。目前最有效、最准确的方法是SRY－PCR法，操作的基本程序是从被测的囊胚中取出几个_______(填“滋养层”或“内细胞团”)细胞，提取DNA进行扩增，用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)制成的探针进行检测，与SRY特异性探针出现阳性反应者，胚胎性别为_____。
(4)设计试管婴儿与普通试管婴儿的区别在于前者在植入前需要对胚胎进行___________。
滋养层
男性
遗传学诊断
考点九 禁止生物武器
1.生物武器的种类:
致病菌类
生化毒剂类
2.生物武器的特点:
①传染性极强；
②杀伤范围广；
3.生物武器的传播途径:
直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内。
④不易被人发觉，难以防治；
③传播途径多；
⑤传播时具有潜伏期；
⑥传播方法简单，使用方便；
2.《禁止生物武器公约》
(1)1972年4月，苏联、美国、英国分别在其首都签署了
《　　　　　　　　　》，并于1975年3月生效。
(2)1984年11月，我国也加入了这一公约。
(3)1998年6月，中美两国元首重申了在任何情况下_________________________生物武器，并反对生物武器及
其技术和设备的扩散。
(4)2010年，在第65届联合国大会上，我国政府主张全面
禁止和彻底销毁__________等各类大规模杀伤性武器。
禁止生物武器公约
不发展、不生产、不储存
生物武器
【检测】新冠肺炎使我们对病毒的威力有深刻感受，所以生物武器更是人类要严格禁止的。下列关于生物武器的说法，错误的是( )
A.生物武器包括致病菌类、病毒类、生化毒剂类等
B.利用炭疽杆菌制成的生物武器，具有传染性极强、致死率极高的特点
C.中美两国发布联合声明，重申在一般情况下不发展、不生产、不储存
　生物武器
D.彻底销毁生物武器是世界上大多数国家的共识
C
C项: 中美两国发布联合声明，重申在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散
【检测】(2022·江苏南京·高三开学考试) 抗体分子含有两条短肽和两条长肽链, 科研人员将小鼠编码抗体(抗禽流感病毒HA抗原)可变区的基因片段与人编码抗体恒定区的基因片段整合, 构建图1所示表达载体(HindⅢ等表示不同限制酶的切割位点, EcoRV识别序列和切割位点是GAT↓ATC)，导入中国仓鼠卵巢细胞后, 筛选能够稳定表达的细胞株，成功获得大量嵌合抗体(图2)。请根据资料回答下列问题:
(1)为构建人鼠嵌合抗体基因表达载体，需要对编码抗体不同片段的基因进行重组，为此需从分泌鼠源单克隆抗体的杂交瘤细胞中提取____________________，经逆转录得到____________________用于PCR扩增，并分别与人抗体的恒定区DNA序列拼接。
鼠抗体可变区mRNA
鼠抗体可变区cDNA
(2)在PCR反应体系中需加入模板、__________________________、Taq酶、引物、缓冲液等，扩增过程中高温处理的目的是
__________________________________________________________。若利用PCR技术扩增某基因片段时消耗了126个引物分子，则该过程扩增了________次。
4种脱氧核苷酸(4种dNTP)
使DNA变性(使DNA两条链分开、获得DNA单链)
6
含有引物A的DNA__________个
含有引物B的DNA__________个
2n-1
2n-1
(3)图1所示表达载体中除标注出的结构外还必须有______________，图中①是____________识别和结合的部位。构建该基因表达载体时，先将人抗体的长链、短链基因部分序列分别与相应鼠抗体的可变区序列整合后插入到两个启动子的下游，这过程需要用到多种限制酶，如获得鼠抗体长链可变区基因用__________________酶切；图中⑤和⑥用__________（填“T4DNA”或“E·coliDNA”）连接酶连接。
复制原点
RNA聚合酶
HindIII和KpnI
T4DNA
(4)将重组质粒导人中国仓鼠卵巢细胞后,可采用________技术检验基因是否成功转录。通过基因工程技术成功表达并组装出有生物学活性的嵌合抗体，该嵌合抗体的优点是________________________________。
PCR
诱发免疫反应的强度会大大降低
【检测】(20,江苏)如果已知一小段DNA的序列,可采用PCR的方法,简捷地分析出已知序列两侧的序列,具体流程如下图(以EcoR I酶切为例):
请据图回答问题:
（1）步骤I用的EcoR I是一种__________酶，它通过识别特定的_____________切割特定位点。
（2）步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3′-羟基与5′-磷酸间形成__________；PCR循环中，升温到95℃是为了获得__________；TaqDNA聚合酶的作用是催化______________________________。
限制
核苷酸序列
磷酸二酯键
DNA单链
以DNA为模板的DNA子链的延伸
(3)若下表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物,步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是__________(从引物①②③④中选择, 填编号)。
DNA序列（虚线处省略了部分核苷酸序列）
已知序列
PCR引物 ①5′- AACTATGCGCTCATGA-3′
②5′- GCAATGCGTAGCCTCT-3′
③5′- AGAGGCTACGCATTGC-3′
④5′- TCATGAGCGCATAGTT-3′
②④
B
(4)对PCR产物测序，经分析得到了片段F的完整序列。下列DNA单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列),结果正确的是_________________。
A. 5′- AACTATGCG-----------AGCCCTT-3′
B. 5′- AATTCCATG-----------CTGAATT-3′
C. 5′- GCAATGCGT----------TCGGGAA-3′
D. 5′- TTGATACGO----------CGAGTAC-3′
【检测】(2022·济南联考)下图是利用工程菌(大肠杆菌)生产人生长激素的实验流程。所用的pBR322质粒含有限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和Hind Ⅲ的切点各一个，且三种酶切割形成的末端各不相同，而AmpR表示氨苄青霉素抗性基因，Tet R表示四环素抗性基因。请回答以下相关问题:
(1)目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有________的因子。过程①所用到的组织细胞是___________________，③过程的目的是_______________________，⑤过程常用_______处理大肠杆菌。
调控作用
人垂体组织细胞
将平末端处理为黏性末端
Ca2＋
(2)如果用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ对图中质粒进行切割，形成的DNA片段种类有____种，这些种类的DNA片段中含有完整氨苄青霉素抗性基因的DNA片段和四环素抗性基因的DNA片段分别有____种和____种。
9
3
3
(后面的→均按照顺时针方向)假设PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ三种酶的切点分别用1、2、3表示。一种酶分别酶切时，一共可以得到3种片段1→1、2→2、3→3；任意两种酶分别同时酶切时，可得到1→2、2→1、2→3、3→2、
1→3、3→1六种片段；三种酶同时酶切时，可得到1→2、2→3、3→1三种片段。综上所述，共计9种不同的片段(1→1、1→2、1→3、2→1、2→2、2→3、3→1、3→2、3→3)。其中片段3→2、2→2、3→3共3种含有完整氨苄青霉素抗性基因，片段2→1、2→2、1→1共3种含有完整四环素抗性基因。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(3)如果只用限制酶PstⅠ切割目的基因和质粒，完成过程④、⑤后(受体大肠杆菌不含AmpR、TetR)，将三角瓶内的大肠杆菌先接种到甲培养基上，形成菌落后用无菌
牙签挑取甲培养基上的单个
菌落，分别接种到乙和丙两
个培养基的相同位置上，一
段时间后，菌落的生长状况
如图乙、丙所示。接种到甲
培养基上的目的是筛选
____________________的
大肠杆菌；
含四环素抗性基因
(3)接种到乙培养基上的大肠杆菌菌落，能存活的大肠杆菌体内导入的是_____________________________________________________。含有目的基因的大肠杆菌在培养
基乙和丙上的生存情况是
______________________
_____________________。
完整的pBR322质粒(或含有Amp R、Tet R的质粒)
在丙中能存活，在乙中不能存活
(1)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。其中用到的质粒是_______；该质粒含有一段特殊的DNA片段，称为_________。该方法中农杆菌的作用是____________________
_________________________________。
Ti质粒
T－DNA
感染烟草细胞, 把目的
基因插入到烟草细胞的染色体DNA上
【检测】某质粒上有SalⅠ、HindⅢ、BamHⅠ三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如下图所示。请回答下列问题:
(2)在构建重组质粒时，和只用一种酶切割目的基因的两端及质粒相比，选用HindⅢ和SalⅠ两种酶的好处是________________________________
________________________________________________________________________________________________。
防止目的基因自身环化和质粒自身环化，
以提高带有目的基因的重组质粒的合成效率
防止质粒与目的基因反向连接，
(3)含有目的基因的农杆菌可根据标记基因进行筛选。若农杆菌在含有氨苄青霉素和四环素的培养基上都可以生长繁殖，农杆菌中是否已含有目的基因？____(填“是”或“否”)。为什么？
__________________________________________。
否
含有目的基因的质粒中抗四环素基因被破坏

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