山东高考生物复习练习讲义专题24 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题.docx
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山东高考生物复习练习讲义专题24基因工程与生物技术的安全性和伦理问题
专题24 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题
【考情探究】
课标解读
考情分析
备考指导
考点
考向
1
基因工程的原理及技术
基因工程的基本操作程序
考查内容:
基因工程三种操作工具的特点及作用、基因工程的基本操作程序是常规考点;获取目的基因的方法、限制酶的选择及基因表达载体的构建是考查的重点和难点
命题规律:
高考命题时常常结合具体实例综合考查基因工程的基本操作程序和操作原理,尤其是PCR技术的应用,很可能是高考挖掘的重点考向
1.复习时应注意归纳梳理基因工程的基础知识,尤其重点理解基本工具、基本操作技术的原理
2.通过必要的题型训练,巩固基础知识,掌握解答本专题试题的方法
2
基因工程的应用与蛋白质工程
基因工程的应用
蛋白质工程
3
生物技术的安全性和伦理问题
生物技术的安全性
生物技术的伦理问题
【真题探秘】
基础篇
考点一 基因工程的原理及技术
【基础集训】
1.含有限制酶的细胞中通常还具有相应的甲基化酶,这两种酶对DNA分子有相同的作用序列,但具有不同的催化功能。
甲基化酶可以对DNA序列进行修饰,使限制酶不能对这一序列进行识别和切割。
回答下列问题:
(1)目前,基因工程中使用的 主要是从原核生物中分离纯化获得的。
构建“基因组文库”和“cDNA文库”的过程中需要使用DNA连接酶的是 (填“基因组文库”“cDNA文库”或“基因组文库和cDNA文库”)。
(2)含有某种限制酶的细胞,可以利用该限制酶切割外源DNA,但不破坏细胞自身的DNA,其原因可能有① ;② 。
(3)利用PCR扩增目的基因的过程由高温变性(90~95℃)、低温复性(55~60℃)、适温延伸(70~75℃)三个步骤构成一个循环,为使得 酶能够重复利用,选用的酶应在90~95℃处理后仍然具备催化活性。
(4)在PCR扩增目的基因时,为实现序列中的腺嘌呤被放射性同位素标记,反应体系中添加的原料应包括碱基已被标记的 (填“腺嘌呤核糖核苷酸”“dATP”或“ATP”)。
答案
(1)限制酶(或限制性核酸内切酶) 基因组文库和cDNA文库
(2)细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列 甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰 (3)热稳定DNA聚合(Taq) (4)dATP
2.基因工程的应用十分广泛,利用此项技术可创造出更加符合人类需求的优良品种或产品。
如美洲拟鲽(是鲽科下的一种比目鱼)的体液中存在抗冻蛋白,能够降低鱼的血液冰点。
科学家按cDNA路线分离和克隆了抗冻蛋白基因,并将其导入番茄,获得了抗冻的番茄品种。
根据有关知识,回答下列问题:
(1)基因工程操作的核心步骤为 ,以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是 。
(2)将目的基因导入植物细胞最常用的方法是 。
(3)构建重组质粒,需要限制性核酸内切酶切取目的基因、切割质粒。
限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切割位点是—G↓GATCC—,限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切割位点是—↓GATC—。
在质粒上有酶Ⅰ的一个切点,在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。
在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制酶切割后形成的末端能否连接?
。
理由是 。
(4)质粒作为基因工程常用运载体必须具备的条件是 (至少答2点)。
答案
(1)基因表达载体的构建 在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA
(2)农杆菌转化法 (3)可以 由这两种不同限制酶切割后形成的黏性(或平)末端是相同的 (4)能在宿主细胞内复制并稳定保存;具有多个限制酶切割位点,方便剪切;具有标记基因,方便检测等
3.科学家利用植物生产药用蛋白,研究出了用转基因马铃薯生产人的血清白蛋白的方法。
如图表示EcoRⅠ、BamHⅠ两种限制酶在质粒上的切割位点,两种酶识别和切割位点见表。
回答下列相关问题。
限制酶
识别序列和切割位点
EcoRⅠ
AATTC
BamHⅠ
GATCC
(1)该工程中适宜用来切割质粒的限制酶是 ,原因是 。
(2)取血清白蛋白基因可以利用反转录法构建的 文库中获取,若利用PCR技术扩增血清白蛋白基因,设计引物序列的主要依据是 ,还需要在引物的一端加上 序列,以便于后续的剪切和连接。
(3)将目的基因和质粒进行连接后,需先用 处理农杆菌以便将基因表达载体导入马铃薯细胞,筛选含有目的基因的细胞需在培养基中添加 。
(4)从含有血清白蛋白基因的马铃薯细胞中提取血清白蛋白,需通过 过程培养得到愈伤组织,从其中提取有效成分。
答案
(1)BamHⅠ 用EcoRⅠ切割会将质粒上的两个抗性基因都破坏
(2)cDNA 目的(血清白蛋白)基因两端的部分核苷酸序列 GGATCC (3)Ca2+ 氨苄青霉素 (4)脱分化
4.PCR技术(多聚酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规手段,其过程如图,PCR与DNA体内复制的比较如表,请回答下列问题:
原料
ATP
DNA体内复制
四种脱氧核苷酸
需要
PCR
脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸
脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸
不需要
(1)加热使DNA双链打开,这一步是打开 键,称为 ,在细胞中是在 酶的作用下进行的。
(2)当温度降低时,引物与单链DNA模板结合,在 酶的作用下,引物沿模板延伸,最终合成2个双链DNA分子,此过程中原料是 。
PCR合成DNA子链时能量来源于 。
(3)PCR技术使DNA分子大量复制,若将一个用15N标记的DNA分子放入试管中,以14N标记的脱氧核苷酸为原料,连续复制4次以后,则15N标记的DNA分子占全部DNA总数的比例为 。
(4)现有一段DNA序列:
53''CGATATGCGCATTACGCG35''
如果它的引物1为5'GGA—OH,则引物2为 。
答案
(1)氢 解旋 解旋
(2)热稳定DNA聚合(或Taq) 脱氧核苷三磷酸 原料水解产生的能量 (3)1/8 (4)5'CAA—OH
考点二 基因工程的应用与蛋白质工程
【基础集训】
1.如图是利用乳腺生物反应器生产外源蛋白的技术流程简图。
请据图回答:
(1)为获取多枚胚胎,可用 对A羊进行处理;为确保胚胎移植成功,还需对A羊和C羊进行 处理。
(2)动物胚胎的培养液中除各种营养物质外,一般还需添加 ,以利于胚胎发育;胚胎发育到一定阶段,可通过选取 细胞做DNA分析以鉴定性别。
(3)若要检测转基因动物乳汁中是否含有外源蛋白,可用 法进行检测。
(4)构建基因表达载体时,若目的基因插入启动子的上游,则转基因动物无法生产相应的外源蛋白,原因是 。
(5)利用人体胰腺组织为材料构建的cDNA文库, (填“能”或“不能”)用于制作人生长激素的乳腺生物反应器,原因是 。
答案
(1)促性腺激素 同期发情
(2)血清 滋养层
(3)抗原—抗体杂交
(4)目的基因不能转录
(5)不能 cDNA文库中只含有相应组织或器官中已转录(或已表达)的基因,而人生长激素基因在胰腺组织中不能转录(或表达)
2.干扰素可以用于治疗病毒感染和癌症,但在体外保存相当困难。
如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,那么,在-70℃条件下可以保存半年,这需要利用蛋白质工程来完成。
请回答下列问题:
(1)天然蛋白质的合成过程是按照 进行的,而蛋白质工程与之相反。
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过 ,对现有蛋白质进行改造,或制造新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需要。
(2)若将干扰素的一个半胱氨酸变成丝氨酸,推测相应的脱氧核苷酸序列 (填“是”或“不是”)唯一的。
可利用PCR技术扩增相应基因,该技术的前提是要有一段 ,以便根据这一序列合成引物。
(3)科学家在基因工程和蛋白质工程中常用大肠杆菌作为受体细胞,原因是 (答出两点即可)。
大肠杆菌常用的转化方法是首先用 处理后成为 细胞,再与重组表达载体溶于缓冲溶液中完成转化。
(4)干扰素基因是否翻译出蛋白质,可用 (物质)进行检测。
答案
(1)中心法则 基因修饰或基因合成
(2)不是 已知目的基因的核苷酸序列 (3)大肠杆菌繁殖快、为单细胞生物、容易培养、遗传物质相对较少(答出两点即可) Ca2+ 感受态 (4)(干扰素)抗体
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
【基础集训】
据报道,世界首例基因编辑婴儿——“露露”和“娜娜”于2018年11月在中国健康诞生,她们的基因已经经过人为修饰,推测能够天然抵抗艾滋病。
回答下列问题:
(1)目前艾滋病治疗采用的“鸡尾酒疗法”是通过三种或三种以上的抗病毒药物联合使用来治疗艾滋病的, 能抑制病毒RNA逆转录成DNA。
研究人员发现,能防止艾滋病病毒携带者转化为艾滋病患者的强力药物会损害病人体内细胞储存葡萄糖的能力,从而可能引发 病。
(2)研究人员使用CRISPR基因编辑技术来修饰人类胚胎基因,在此过程使用的工具酶有 和 。
该基因编辑婴儿孕育过程中使用了 等生物技术。
(3)目前国际上普遍不赞同对健康胚胎进行基因编辑,请你谈谈理由:
(谈出一条即可)。
答案
(1)逆转录酶抑制剂 糖尿
(2)限制性核酸内切酶(限制酶) DNA连接酶 体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植 (3)对健康胚胎进行基因编辑是不理智的,是违反伦理的;基因编辑可能造成人体基因组的突变;艾滋病病毒突变频率较高,基因编辑技术也无法完全阻断艾滋病病毒的感染
综合篇
提升一 基因工程工具酶的相关分析
【综合集训】
1.(2016课标全国Ⅲ,40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
图(a)
图(b)
根据基因工程的有关知识,回答下列问题:
(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接,理由是 。
(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。
这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是 。
图(c)
(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有 和 ,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 。
答案
(1)Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端
(2)甲和丙(2分) 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录
(3)E·coliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶
2.(2016江苏单科,33)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。
请回答下列问题:
限制酶
BamHⅠ
BclⅠ
Sau3AⅠ
HindⅢ
识别序列及
切割位点
ATCC
CCTA
ATCA
ACTAG↑T
↓GATC
CTAG↑
GCTT
TTCG
图1
图2
(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用 两种限制酶切割,酶切后的载体和目的基因片段,通过 酶作用后获得重组质粒。
为了扩增重组质粒,需将其转入处于 态的大肠杆菌。
(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加 ,平板上长出的菌落,常用PCR鉴定,所用的引物组成为图2中 。
(3)若BamHⅠ酶切的DNA末端与BclⅠ酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为 ,对于该部位,这两种酶 (填“都能”“都不能”或“只有一种能”)切开。
(4)若用Sau3AⅠ切图1质粒最多可能获得 种大小不同的DNA片段。
答案
(1)BclⅠ和HindⅢ 连接 感受
(2)四环素 引物甲和引物丙
(3)TGATCC
ACTAGG
都不能
(4)7
提升二 DNA的粗提取和鉴定
【综合集训】
(经典题)下列关于DNA粗提取与鉴定的实验叙述,正确的是( )
A.酵母、菜花和猪血均适合作为提取DNA的材料
B.由于DNA对高温耐受性差,故提取时需加入95%的冷酒精
C.可用木瓜蛋白酶纯化过滤后研磨液中的DNA
D.向溶有DNA的2mol/L的NaCl溶液中缓缓加蒸馏水,当出现析出物时停止加水
答案 C
应用篇
应用 口蹄疫病毒VP1基因在胡萝卜中的表达及转基因大米的培育
【应用集训】
我们日常吃的大米中铁含量极低,科研人员通过基因工程等技术,培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻,改良了稻米的营养品质。
如图为培育转基因水稻流程示意图,请回答下列问题:
(1)铁结合蛋白基因可来自菜豆,且基因的脱氧核苷酸序列已知,可以用 法获得此目的基因或用 技术扩增此目的基因。
(2)构建重组Ti质粒时,通常要用 分别切割 。
将重组Ti质粒转入农杆菌时,可以用 处理农杆菌,使重组Ti质粒易于导入。
(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时,通过培养基2的筛选培养,可以获得 ;培养基3与培养基2的区别是 。
检测培育转基因水稻的目的是否达到,需要检测转基因水稻 。
(4)为研究外源基因的遗传方式,将T0植株上收获的种子种植成T1株系,检测各单株的潮霉素抗性。
在检测的多数T1株系内,抗潮霉素植株与潮霉素敏感植株的比例为3∶1,此结果说明外源基因的遗传符合 定律。
有少数T1株系的植株表现为对潮霉素敏感,但其体内能检测到铁结合蛋白基因,造成这一结果最可能的原因是 。
答案
(1)化学合成(或从基因文库中获取) PCR
(2)(同种)限制性核酸内切酶 含目的基因的DNA片段和质粒 CaCl2溶液 (3)含有重组质粒(或含有潮霉素抗性基因)的愈伤组织 生长素和细胞分裂素的比例不同 (成熟)种子中铁含量 (4)(基因)分离 潮霉素抗性基因没有表达(或“潮霉素抗性基因丢失”)
【五年高考】
考点一 基因工程的原理及技术
1.(2019课标全国Ⅰ,38,15分)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。
回答下列问题。
(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。
基因文库包括 和 。
(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是 。
在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是 。
上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的 。
(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是 。
答案
(1)基因组文库 cDNA文库
(2)解旋酶 加热至90~95℃ 氢键
(3)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活
2.(2019江苏单科,33节选,6分)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。
请回答下列问题:
图1
(1)EcoRⅤ酶切位点为
EcoRⅤ酶切出来的线性载体P1为 末端。
(2)用TaqDNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。
载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在 酶作用下,形成重组质粒P3。
(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。
根据表中结果判断,应选择的菌落是 (填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是 、 。
菌落类型平板类型
A
B
C
无抗生素
+
+
+
氨苄青霉素
+
+
-
四环素
+
-
-
氨苄青霉素+四环素
+
-
-
答案
(1)平
(2)胸腺嘧啶(T) DNA连接 (3)B A类菌落含有P0 C类菌落未转入质粒
3.(2019天津理综,9,12分)B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达,但在卵细胞中不转录。
为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验。
据图回答:
(1)B基因在水稻卵细胞中不转录,推测其可能的原因是卵细胞中 (单选)。
A.含B基因的染色体缺失
B.DNA聚合酶失活
C.B基因发生基因突变
D.B基因的启动子无法启动转录
(2)从水稻体细胞或 中提取总RNA,构建 文库,进而获得B基因编码蛋白的序列。
将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能),然后构建重组表达载体。
(3)在过程①、②转化筛选时,过程 中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上,过程 在培养基中应加入卡那霉素。
(4)获得转基因植株过程中,以下鉴定筛选方式正确的是 (多选)。
A.将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交
B.以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交
C.以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交
D.检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光
(5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含一个染色体组,判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育,由此表明 。
答案 (共12分)
(1)D
(2)精子 cDNA (3)② ① (4)BCD (5)B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚
4.(2018课标全国Ⅰ,38,15分)回答下列问题:
(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。
该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了 (答出两点即可)。
(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的 方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与 组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。
在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是 。
(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。
为防止蛋白质被降解,在实验中应选用 的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加 的抑制剂。
答案
(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达
(2)转化 外壳蛋白(或答噬菌体蛋白) 细菌
(3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶
5.(2017课标全国Ⅰ,38,15分)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。
已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。
回答下列问题:
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是 。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用 作为载体,其原因是 。
(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。
因为与家蚕相比,大肠杆菌具有 (答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是 (填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是 。
答案
(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A
(2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕
(3)繁殖快、容易培养
(4)蛋白A的抗体
(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
6.(2017江苏单科,33,8分)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。
PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题:
(1)从高表达MT的生物组织中提取mRNA,通过 获得 用于PCR扩增。
(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的 位点。
设计引物时需要避免引物之间形成 ,而造成引物自连。
(3)图中步骤1代表 ,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。
(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。
退火温度过高会破坏 的碱基配对。
退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但 的引物需要设定更高的退火温度。
(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有 (填序号:
①升高退火温度 ②降低退火温度 ③重新设计引物)。
答案 (8分)
(1)逆转录 cDNA
(2)限制性核酸内切酶
碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 G/C含量高 (5)②③
7.(2016课标全国Ⅰ,40,15分)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。
有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后,与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。
结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。
被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。
回答下列问题:
(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即可),而作为基因表达载体,除满
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