高中生物 专题四 生物技术的安全性与伦理问题 第12课时 转基因生物的安全性学案.docx
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高中生物专题四生物技术的安全性与伦理问题第12课时转基因生物的安全性学案
2021年高中生物专题四生物技术的安全性与伦理问题第12课时转基因生物的安全性学案新人教版选修3
[目标导读] 1.阅读教材P87~88内容,结合P87图4-1、图4-2,P88图4-3,了解转基因成果。
2.阅读教材P88~93内容,关注转基因生物的安全性问题,能够举例说出转基因生物安全性问题的不同观点及论据,形成对待转基因生物安全性问题的理性、求实的态度。
[重难点击] 1.转基因生物与食物安全。
2.转基因生物与生物安全。
3.转基因生物与环境安全。
1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等),以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来的,它对棉铃虫具有较强的抗性。
2.动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。
3.科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,通过显微注射等方法,导入哺乳动物的受精卵中,然后,将受精卵送入母体内,使其生长发育成转基因动物。
转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
4.基因治疗目前处于初期的临床试验阶段。
可以说,在没有完全解释人类基因组的运转机制、充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前,进行基因治疗是十分困难的。
另外,还存在着技术方面、伦理道德方面以及安全性方面的诸多困难。
[课堂导入] 在DNA重组技术诞生之初,伯格(P.Berg)教授就已经敏锐地意识到这种技术潜在的影响力。
作为一名有强烈社会责任感的科学家,他写信给美国国家科学院建议将重组DNA的研究工作先冻结一年,以便让科学家们有时间讨论这项技术的安全性。
而今天,一些新闻媒体和某些科学家的过激倾向已经给生命科学的发展带来很大的负面压力。
你知道有哪些关于转基因生物安全性的争论?
对于生物技术带来的安全性和伦理问题,究竟该采取怎样的态度呢?
探究点一 转基因成果令人叹为观止
20世纪70年代以后,以基因工程为代表的一大批生物技术成果,进入了人类的生产和生活。
结合图示及资料,阅读教材P87~88内容,思考下面的问题。
1.自1972年美国斯坦福大学的伯格(P·Berg)第一次重组DNA获得成功之后,转基因技术取得了很多重要成果。
2.微生物方面
(1)制造出具有重要经济价值的各种重组微生物,如清除石油污染的假单胞杆菌等。
(2)使用DNA重组的微生物,生产稀缺的生化药物,即基因制药。
3.转基因动物方面
(1)在培育生长迅速、营养品质优良的转基因家畜、家禽方面不断取得辉煌成就。
(如图1)
(2)科学家把转基因动物(如奶牛)变成生物反应器,让它们的奶中富含某种营养物质、珍贵药物或人类所需要的蛋白质。
4.转基因植物方面:
目前,科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物。
(如图2)
归纳提炼
活学活用
1.抗逆转基因作物的培育与推广给社会带来的巨大社会效益是( )
①在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制
②减少了化学农药对环境的污染和人畜的危害
③减少了化肥的制造和使用量,有利于环境保护
④使得作物在不良环境下更好地生长,提高产量
A.①②③B.①②④C.①③④D.②③④
答案 B
解析 抗逆转基因作物是指通过基因工程技术使农作物具有抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病毒、抗干旱、抗盐碱等),因此抗逆转基因作物的培育和推广在一定程度上可以使农作物摆脱土壤和气候条件的限制,使得作物在不良环境中更好地生长,提高产量,同时还可以减少农药的使用量,减轻对环境的污染和对人畜的危害。
但是抗逆作物不能固氮,不会使土壤中无机盐的含量增加,因此不可能减少化肥的制造量和使用量。
探究点二 对转基因生物安全性的争论及理
性看待转基因技术
1.对转基因生物安全性的争论
人们对转基因生物安全性的关注,随着转基因成果的涌现而与日俱增,试结合教材中P89、P90、P91的三个论坛总结人们的论点。
(1)争论原因
①目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制等都了解得相当有限。
②不少转移来的基因是异种生物的基因。
③外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。
(2)安全性争论
争论1 转基因生物与食物安全
反方
正方
不能对转基因食物安全性问题掉以轻心的理由
不用担心转基因食物安全性的理由
①反对“实质性等同”
所谓“实质性等同”概念是对转基因农作物安全性评价的起点
②担心出现滞后效应
多环节、严谨的安全性评估,可以保证转基因食物的安全
③担心出现新的过敏原
科学家的负责态度,可以防止新过敏原的产生,对于产生过敏反应的农作物会予以销毁
④担心营养成分改变
至今尚未发现因食用转基因食物而影响人体健康的实例
⑤担心把动物蛋白基因转入农作物会侵犯宗教信仰者或素食者的权益
没有足够的证据证明转基因食物有问题
争论2 转基因生物与生物安全
反方
正方
转基因生物可能会对生物多样性构成威胁的理由
转基因生物不大可能对生物多样性构成威胁的理由
①可能会扩散到种植区以外,成为野生种类或杂草
转基因农作物扩散到种植区以外会很快死亡
②可能会成为“入侵的外来物种”,威胁生态系统中其他生物的生存
要表现出新性状必须具有一定的水、肥等条件,以及配套的种植技术
③可能重组出对人类或其他生物有害的病原体
由于生殖隔离的存在,使它们很难与其他植物杂交
④有可能使杂草成为除草剂除不掉的“超级杂草”
花粉传播的距离和存活时间有限
争论3 转基因生物与环境安全
反方
正方
可能会对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏的理由
转基因生物有利于环境保护的理由
①打破了自然物种的原有界限,改变生态系统中能量流动和物质循环
转基因生物不会改变生物原有的分类地位,不会破坏生态系统的稳定性
②重组的微生物可能会对人类生活环境造成二次污染
转基因抗虫作物的种植,减少了农药的使用量
③重组DNA与微生物杂交,可能产生对动植物和人类有害的病原微生物
抗除草剂农作物的种植,减轻了农田管理的负担,保护了农田土壤环境
④转基因植物花粉中的有毒蛋白或过敏蛋白可以通过蜜蜂进入蜂蜜,再经过食物链传递
由于新闻报道不实,增加了公众对转基因农作物的恐惧感
小贴士 1“实质性等同”是指转基因生物与自然存在的传统生物在相同条件下进行性状表现的比较,比较的内容包括生理性状、分子特征、营养成分、毒素含量和过敏原等是否具有等同性,如果实质上是相同的,就应该将转基因生物与传统生物同样对待,视为安全。
基因污染
①概念:
基因污染是指人工组合的基因,通过转基因作物或家养动物扩散到其他栽培作物或自然野生物种并成为后者基因的一部分。
②原因:
基因污染可能在以下情况中发生:
a.附近生长的相关野生植物被转基因作物授粉。
b.邻近农田的非转基因作物被转基因作物授粉。
c.转基因作物在自然条件下存活并发育成为野生的、杂草化的转基因植物。
d.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。
2.理性看待转基因技术
(1)趋利避害,而不能因噎废食
①生物技术和其他科学技术一样具有两面性,是一把双刃剑,能够推动社会的发展和技术的进步,也可能带来灾难。
②社会的发展总是和技术的发展密切联系,从促进社会发展的角度看,必须不断发展生物技术,造福人类,同时尽量避免灾难。
(2)保证理性看待生物技术的措施
①正确的伦理舆论导向:
人们对科学发展产生不同见解是正常的社会现象,正确的舆论导向对科学技术的发展起促进作用。
②社会监督:
建立良好的社会监督机制是减少生物技术负面作用的有效措施。
③法规建设:
制定相应的法规和政策,如我国1993年制定的《基因工程安全管理办法》和2002年颁布的《农业转基因生物标识管理办法》。
归纳提炼
1.转基因技术的优点和缺点
优点
缺点
①解决粮食短缺问题
②减少农药使用,从而减少环境污染
③节省生产成本,降低粮食售价
④增加食物营养,提高附加价值
⑤增加食物种类,提升食物品质
⑥促进生产效率,带动相关产业发展
①可能产生新病毒和新的过敏原
②可能产生抗除草剂的杂草
③可能使疾病的传播跨越物种障碍
④可能会损害农作物的生物多样性
⑤可能干扰生态系统的稳定性
2.对待转基因生物的正确态度是趋利避害,而不能因噎废食。
3.各个国家对转基因技术都制定了符合本国利益的政策和法规。
4.在转基因生物中,有时候会出现一些人们意想不到的后果,原因分析如下:
(1)对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制都了解得相当有限。
(2)转移的基因虽然是功能已知的基因,但不少是异种生物的基因。
(3)外源基因插入宿主基因组的部分往往是随机的。
活学活用
2.下列哪一观点缺乏科学依据( )
A.由于存在生殖隔离,转基因植物很难与其他植物杂交
B.许多农作物花粉的传播距离有限,绝对不会造成其他生物的安全问题
C.植物花粉的存活时间有限,一般不会对其他生物造成危害
D.转基因农作物若缺乏配套的种植技术,也会造成减产
答案 B
解析 B选项中可能有许多生物以这些农作物为食,仍可危及其他生物。
1.下列成就来自基因工程技术的是( )
A.番茄—马铃薯新物种
B.高产的青霉素菌株
C.将一种植物细胞内的叶绿体移入另一种植物细胞内
D.能进行生物固氮的酵母品种
答案 D
解析 番茄—马铃薯新物种的培育,以及将一种植物细胞内的叶绿体移入另一种植物细胞内都属于细胞工程技术成就,高产的青霉素菌株是通过诱变育种培育的。
2.下列关于转基因生物安全性的叙述中,错误的是( )
A.我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度
B.国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害
C.开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提
D.目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
答案 B
解析 本题用直选法。
对转基因食品只是要求标注“转基因**”等字样,并没有在转基因食品标签上警示性注明可能的危害,B错误。
3.基因工程产物可能存在着一些安全性问题,但不必担心( )
A.三倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼杂交,进而导致自然种群淘汰
B.载体的标记基因(如抗生素基因)可能指导合成有利于抗性进化的产物
C.目的基因(如杀虫基因)本身编码的产物可能会对人体产生毒性
D.目的基因通过花粉的散布转移到其他植物体内,从而可能打破生态平衡
答案 A
解析 三倍体转基因鲤鱼联会紊乱,不能产生正常配子,是不育的。
4.害虫损伤番茄的叶片后,组成叶片细胞的细胞壁能释放出一种类激素物质,这种物质可以扩散到番茄的其他部位,诱导细胞内蛋白酶抑制剂基因表达,合成蛋白酶抑制剂,导致害虫不能消化食物而死亡。
科学家利用转基因技术把番茄的蛋白酶抑制剂基因转移到玉米中,使玉米获得了与番茄相似的抗虫性状,有效抑制了玉米螟对玉米的危害。
请结合上面的材料回答:
(1)转移了番茄蛋白酶抑制剂基因的玉米合成番茄蛋白酶抑制剂的具体部位是_________________,合成的化合物还需要在_____________________中加工才具有生物活性。
(2)这种抗玉米螟玉米品种的培育技术属于__________技术,这种变异在生物学上称为____________。
(3)在种植了这种转基因玉米的农田中的杂草是否也会出现抗玉米螟性状?
原因是什么?
(4)抗玉米螟玉米具有显著的生态效应。
你认为种植该玉米的农田是否还需要进行防虫管理?
理由是什么?
(5)有人对食用该玉米的安全性表示担忧,你认为这种担忧有无道理?
请简要说明理由。
答案
(1)核糖体 内质网和高尔基体
(2)转基因 基因重组
(3)(答案不唯一)不会;不同物种之间存在生殖隔离,玉米的花粉不能传递给杂草。
(或会;蛋白酶抑制剂基因可能会通过玉米的花粉传递给杂草,使杂草获得抗虫基因,从而表现出抗虫性状。
)
(4)需要;转基因玉米能够抵抗玉米螟,但不一定能抵抗其他玉米害虫。
(5)(答案不唯一)有道理;这种玉米的子粒可能含有蛋白酶抑制剂,人食用后可能抑制人体蛋白酶的活性,影响人体健康。
(或没有道理;人蛋白酶与玉米螟蛋白酶结构不同,玉米中的蛋白酶抑制剂对人体蛋白酶无影响。
)
解析
(1)番茄蛋白酶抑制剂的本质为蛋白质,其合成部位为核糖体,但还需要在内质网、高尔基体中加工才具有生物活性。
(2)由材料可获得信息,抗玉米螟玉米品种的培育运用的是转基因技术,这种技术的原理是基因重组。
(3)(5)属于开放性试题,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虫,故种植抗玉米螟玉米的农田,仍需要进行防虫管理。
基础过关
知识点一 转基因成果
1.下列哪项不是转基因成果( )
A.清除石油污染的假单胞杆菌
B.青霉素高产菌株
C.转基因抗虫棉
D.巨型小鼠
答案 B
解析 青霉素高产菌株是通过诱变育种培育的。
A、C、D三项是转基因成果。
2.我国大面积推广种植并收到显著经济效益和社会效益的转基因作物是( )
A.转基因水稻B.转基因金大米
C.转基因抗虫棉D.转基因大豆
答案 C
解析 我国科学家把自主研制的第一代和第二代优质多抗转基因棉花新品种移植到田间后,大大减少了农药的投放量,并增加了棉花的产量。
由于棉花只用于纺织品的生产,对人类潜在的威胁较小,得到大规模推广。
3.下列不属于转基因食品的优点的是( )
A.解决粮食短缺问题
B.减少农药的使用量,避免环境污染
C.增加食品营养,提高食品附加值
D.可产生人体的抗原性物质
答案 D
知识点二 对转基因生物安全性的争论
4.下列哪项不是转基因生物在食物安全方面潜在的隐患( )
A.转基因植物有可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质
B.转基因植物合成的某些新的蛋白质有可能成为某些人的过敏原
C.某些转基因生物可以合成干扰素,进入人体会增强相应细胞的免疫力
D.某些基因足以使植物体内某些代谢途径发生变化,导致转基因农作物营养成分的改变
答案 C
解析 转基因生物引发食物安全的主要理由如下:
对食物的安全性检测不够;担心出现滞后效应;担心出现新的过敏原;担心营养成分改变等。
因此,A、B、D三项都属于转基因生物在食物安全方面潜在的隐患,只有C项不是,这是转基因生物在制药方面的应用。
5.下列有关转基因生物引发的安全性问题的叙述,错误的是( )
A.转基因生物引发的安全性问题包括食物安全、生物安全、环境安全
B.转基因生物引发安全性问题的原因之一是外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的
C.转基因生物的安全性指转移的基因对接受基因的生物是否安全
D.转基因生物有可能引发安全性问题,但不能一概而论
答案 C
解析 转基因生物的安全性包括食物安全、生物安全、环境安全,并不是指对转基因生物自身是否安全。
知识点三 理性看待转基因技术
6.面对转基因生物的安全性问题,以下解决的方法中合理的是( )
A.一旦发现转基因生物出现了安全性问题,要求马上停止实验,并封存重组生物
B.要求对外源DNA进行认真选择,避免产生对人体有毒害的或过敏的蛋白质
C.对用大肠杆菌作为转基因受体的菌株,限定必须使用40℃以下便会死去的菌株
D.把重组DNA的转移限制在没有遗传缺陷的生物上
答案 B
解析 面对转基因技术的利弊,正确的做法应该是趋利避害,而不能因噎废食。
7.面对转基因技术的利弊,正确的做法是( )
A.趋利避害,不能因噎废食
B.不加区分,全盘接受
C.应停止有关的实验
D.坚决抵制转基因生物
答案 A
解析 理性看待问题的本质是既看到有利的方面又不回避不利的方面。
转基因技术有利有弊,我们对待它应趋利避害,不能因噎废食。
8.下列哪项是对待生物技术的理性态度( )
A.转基因技术是按照人们的意愿对生物的设计,不存在负面影响
B.转基因农作物对于解决粮食、能源等问题起了积极作用,也存在一定风险
C.克隆技术如果被一些人利用将给社会造成灾难,应禁止任何克隆研究
D.转基因技术如果被恐怖分子利用将可能导致人类灭绝,应停止转基因研究
答案 B
解析 转基因技术是按照人们的意愿对生物的设计,但由于技术方面的原因和人为因素的存在,仍有产生负面作用的可能;科学从来都是一把双刃剑,任何科学进步都有有益和有害两个方面,是造福人类还是危害人类,关键在于人类如何对待和应用它,而不能因为暂时不合情理就因噎废食。
能力提升
9.转基因生物的安全性引起人们争论的技术原因是( )
①转移基因的功能往往未知 ②转移基因的结构往往未知 ③外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的 ④外源基因往往是异种生物的基因
A.①②B.②③C.③④D.①③
答案 C
解析 由于科学水平的限制,目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制了解有限;转移的基因虽然功能已知,但不少是异种生物的基因;外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。
因此,在转基因生物中,有时候会出现意想不到的后果,引起人们在食物安全、生物安全和环境安全三个方面的激烈争论。
10.随着转基因技术的发展,“基因污染”应运而生,下列关于基因污染的说法不正确的是( )
A.转基因作物可通过花粉散落到它的近亲作物上,从而污染生物基因库
B.基因污染是一种不可以扩散的污染
C.杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因,可能破坏生态系统的稳定性
D.转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”,威胁生态系统中其他生物的生存
答案 B
解析 转基因作物的诞生既有利也有弊,因为它有可能通过花粉与亲缘关系较近的作物杂交,污染生物基因库;有可能成为“入侵的外来物种”,破坏生态系统的多样性;也有可能使杂草及害虫获得抗性基因而破坏生态系统的稳定性。
11.转基因抗虫棉可以有效地对抗棉铃虫的危害。
在大田中种植转基因抗虫棉的同时,间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物,供棉铃虫取食。
这种做法的主要目的是( )
A.维持棉田物种多样性
B.减缓棉铃虫抗性基因频率增加的速度
C.使食虫鸟有虫可食
D.维持棉田生态系统中的能量流动
答案 B
解析 如果完全种植抗虫棉,对棉铃虫而言,环境的剧烈变化会加速其适应能力的提高,而间隔种植少量非抗虫棉既能使棉铃虫在较长时间内稳定在经济阈值以下,又能减缓棉铃虫进化速度,达到较长时间抗虫的目的。
12.生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。
下列叙述,错误的是( )
A.应严格选择转基因植物的目的基因,避免产生对人类有害的物质
B.当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验,但不反对治疗性克隆
C.反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿
D.生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
答案 D
解析 A项,培育转基因植物时,要根据目的基因的产物是否对人类有害来确定该目的基因能否用于转基因植物的培育。
B项,克隆人会给社会带来伦理上的问题,所以当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验;治疗性克隆对于一些重大疾病的治疗具有积极的意义,所以并不反对治疗性克隆。
C项,科学地设计试管婴儿对于治疗不孕不育及一些难治之症具有积极的意义,但有人却滥用此技术选择性设计婴儿,所以设计试管婴儿遭到反对。
D项,干扰素并不能用于制造生物武器,多用于治疗一些病毒性疾病。
13.来源于豇豆的胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI基因)具有广谱的抗虫特性。
但直接把该基因转入农作物后,发现转基因植株中合成的CpTI蛋白质的积累量并没有达到强烈抑制害虫的程度。
于是,科研工作者在体外对CpTI基因进行了修饰,在其两端分别融合了“信号肽”序列和“内质网滞留信号”序列,在它们的共同作用下,CpTI蛋白质在转基因植株中的积累量得到了明显提高。
修饰和表达过程如图所示:
(1)在此项基因工程中,供体细胞是__________________________________________;
CpTI基因是人们所需要的特定基因,称为___________________________________。
(2)在体外对CpTI基因进行修饰时,首先用__________________处理,形成黏性末端。
(3)“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的化学本质是________________。
(4)检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是____________________________
________________________________________________________________________。
(5)当前,转基因大豆、转基因棉花等转基因农作物已经进入了我们的生活,请从生物学角度谈谈转基因农作物可能带来的利与弊(各举一条)。
①利:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②弊:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)豇豆细胞 目的基因
(2)限制酶 (3)DNA(脱氧核酸) (4)让害虫食用农作物叶片
(5)①可以让人类获得具有优良品质的农作物,如蛋白质含量更高、抗逆性更强的作物;打破传统育种界限,如植物表达微生物的抗虫性状等 ②转基因农作物也可能变异成为对人类或环境有害的物种,如抗逆性极强的“超级杂草”会严重破坏生物多样性;转入的基因可能会导致某种尚不为人知的对人体健康有害的性状的产生;造成基因污染;影响食品安全等(其他合理答案也可)
解析 提供CpTI基因的供体细胞是豇豆细胞,该基因为目的基因。
在修饰时,首先用限制酶切割,形成黏性末端。
从题干知“信号肽”序列和“内质网滞留信号”序列能与CpTI基因结合,说明它们都是DNA。
高科技是把双刃剑,故分析基因工程作物的利弊时可从两个方面阐述。
14.阅读以下材料,回答问题:
材料 自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来,转基因鱼研究取得很大进步。
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系统。
(1)转基因鱼成功的物质基础是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知人的GH是一个含有191个氨基酸的蛋白质,若将人的GH基因转移到鱼体内,则转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是________个。
(3)转基因鱼通过较高的能量转化效率取得较高的特定生长率,以至生长高于非转基因鱼,蛋白质转换效率也显著高于非转
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