1、专题4 生物技术的安全性和伦理问题4.1 转基因产品的安全性 概念认知自主学习一、转基因成果令人叹为观止领域成果微生物方面被用来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。用基因工程菌生产药物转基因动物方面培育_、_的转基因家禽、家畜。培育抵抗相应病毒的动物新品种。建立了某些人类疾病的转基因动物模型转基因植物方面培育出了大批具有_、_、_和耐储藏等新性状的作物发酵周期高产优质生长迅速营养品质优良抗虫抗病抗除草剂二、对转基因产品安全性的争论1.当人们面对原本是自然造就的生命形式被人为改造后具有了全新特征的现实时,出现激烈的争论是_的。2.人们所生活的国家或社会、政
2、治制度、意识形态、宗教信仰、经济发展水平、历史背景、传统文化和伦理道德观念等的差异,决定了人们具有不同的_取向,因此对于转基因技术就会产生不同的见解,特别是在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。正常价值观三、理性看待转基因技术1.正视转基因技术可能带来的安全性问题,要趋利避害,不能因噎废食。2.制定政策和法规,最大程度地保证转基因技术和产品的安全性。3.我国对转基因技术的态度:(1)研究上要_,坚持自主创新。(2)推广上要_,做到确保安全。(3)管理上要_,坚持依法监管。大胆慎重严格【易错辨析】1.通过转基因技术生产药物只是转基因微生物方面的应用。()【分析】转基因微生物、动物、植物都可以
3、生产特定的药物。2.转基因抗虫植物也抗病,种植过程中可以不施农药。()【分析】转基因抗虫植物能抵抗害虫侵害,但不能抵抗病毒或病菌侵害,种植过程中仍需使用一定量的农药。3.种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的基因多样性。()4.高产青霉素菌株属于转基因成果。()【分析】高产青霉素菌株一般是通过人工诱变获得的,不属于转基因成果。5.理性看待转基因技术,就是听之任之,不管不问。()【分析】理性看待转基因技术,正确的做法应该是趋利避害,而不能因噎废食。6.为了维护消费者对转基因产品的知情权和选择权,需对转基因生物产品及其加工品加贴标注,以方便消费者自主选择。()能力形成合作探究一、转基因产品
4、的安全性问题1.转基因产品的优缺点: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)提高生产效率,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)可能会损害生物多样性(5)可能干扰生态系统的稳定性2.理性看待转基因技术的原因:(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,既能推动社会发展和技术进步,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
5、物技术,造福人类,同时尽量避免灾难。3.理性看待转基因技术:(1)认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的,以基因工程为代表的一大批生物技术成果,进入人类的生产和生活,特别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。(2)正视转基因技术带来的安全性问题,切实认识到个别有害转基因生物的危害性,要趋利避害,而不能因噎废食。(3)完善相应的法律法规,利用法制手段确保转基因生物的安全性。(4)我国保证转基因食物的安全性的监控和预防措施。立法监控是保证转基因生物安全的有力措施。多环节监控。转基因农作物研究、从实验室走向大田试验各阶段,以及产品商品化都有相应法规进行严格的监控,只有在每一阶段试验获得认可证书后,才
6、可进入下一阶段。【易错提醒】转基因产品安全性常见误区(1)在生产和生活的某些方面,人类已离不开转基因技术成果,因此应充分利用其优点,同时关注、限制其缺点。(2)在转基因技术中,所转移的只是自然界中已存在的外源基因,它不会改变生物原有的分类地位,只能说是具有某种新特征的同一物种。(3)两个“”。引入外来物种增加生物多样性:如果引进的生物会破坏环境或者对当地生物造成生存影响,可能会造成生物多样性的锐减。转基因生物具有危害阻止转基因技术的发展:应用正确态度对待转基因技术,不能因为可能的危害而阻止转基因技术的发展。【选修对接必修】对接必修2(1)转基因动物培育成功的物质基础是什么?提示:动物的遗传物质
7、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,请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,使野生鱼带有转基因,具有生长优势,使其捕食对象大量减少,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是有效的,科学家成功培育出三倍体鲫鱼,说出其培育过程。提示:二倍体个体经染色体加倍成为四倍体个体,然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体。【素养案例】阅读下列材料,回答问题:如今,从土豆、草莓到西红柿,各种各样的转基因产品已经潜入寻常百姓家,有资料显示,我国餐桌上有50%以上的大豆色拉油属于转基因食品。然而近年来,有关转基因食品是否影
8、响健康的争论不绝于耳。例如,美国康奈尔大学Losey等人将转Bt基因(苏云金杆菌杀虫晶体蛋白基因)玉米花粉撒在苦苣菜上,喂食黑脉金斑蝶4天后死亡率达44%,而对照组无一死亡,研究者认为该转基因玉米对生物有害。(1)据报道,转基因作物大面积种植已达7年,食用转基因食品的人群已有10亿之多,至今没有转基因食品不安全的任何实例。转基因食品是安全的,试分析原因:_。(2)自1983年转基因农作物在美国问世以来,用生物技术改造农产品的研究与应用进展飞快。试问:转基因产品到底有什么优势?_。(3)有人认为转基因生物会造成基因污染,危害生态系统的稳定性。你是怎样理解的?_。【解析】(1)转基因食品绝大多数是
9、安全的,人们从食物中获得的是可以吸收的小分子物质,这些物质在不同生物体内多数是相同的,对人类无害;转基因食品只是增加了少量对人类无害的基因,产生了特定蛋白质,不会从根本上改变生物的性质。(2)转基因生物可以按照人们的意愿定向地改造其遗传特性,所以对人们来说,有很大的好处。(3)由于转基因技术还不是很成熟,需要特别控制其副作用。答案:(1)转基因食品被煮熟之后,细胞就被破坏了,进入人消化系统后,基因被消化成小分子物质而失去遗传作用;转基因食品仅是农作物品种中加入一两个对人类无害的已知性状的基因等(2)可缩短育种时间;可定向改造生物的性状;可提高粮食产量,解决粮食问题(3)转基因生物中所含的外源基
10、因可能会通过杂交在环境中传递,可能会由此产生超级杂草、超级害虫以及其他超级生物等,使得生物多样性受到破坏等【跟踪小练】1.(2021济南高二检测)现在转基因技术已经相当成熟了,美国批准转基因三文鱼进入市场,旨在利用生物技术提升水产产业,不过这种转基因三文鱼目前只能在加拿大和巴拿马饲养。关于转基因技术说法正确的是()A.转基因技术的原理是DNA分子杂交B.现在很多转基因食品包装都有警示标志,就是提示潜在的安全性问题C.转基因食品比传统食品营养更丰富,因此在不久之后转基因食品会替代传统食品D.转基因技术的应用解决了人类的很多难题,是不应被限制和管控的,该技术应该提倡发展和应用【解析】选B。转基因技
11、术的原理是基因重组,A错误;现在很多转基因食品包装都有警示标志,就是提示潜在的安全性,B正确;转基因食品和传统食品各有优缺点,转基因食品不会替代传统食品,C错误;转基因技术的应用解决了人类的很多难题,但既有有利的一面,也有弊端,因此,应被适当限制和管控,D错误。2.(2021昆明高二检测)草甘膦作为除草剂会把普通大豆植株和杂草一块杀死。科研小组从大肠杆菌中提取抗草甘膦基因(抗草甘膦基因控制合成的酶能使转基因植物对草甘膦不敏感,能忍受更高剂量的草甘膦而不被杀死)导入大豆体内而获取抗草甘膦转基因大豆。回答下列问题:(1)获取目的基因时,可从大肠杆菌中提取抗草甘膦基因转录的mRNA,然后合成cDNA
12、。利用mRNA合成cDNA的过程称作_,与大肠杆菌中提取抗草甘膦基因相比,利用mRNA合成的cDNA中不具有_、终止子等核苷酸序列。(2)构建基因表达载体时,需要把抗草甘膦基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA上,原因是_;将目的基因插入T-DNA中用到的工具酶有_;把含有抗草甘膦基因的农杆菌与大豆细胞混合培养,一段时间后,在培养基中加入草甘膦,其目的是_。(3)成功导入抗草甘膦基因的大豆细胞可通过_技术培育出转基因植株,此过程依据的生物学原理是_。(4)为避免转基因大豆植株中抗草甘膦基因通过花粉对其他近缘作物造成污染,上述基因工程中可考虑将目的基因导入大豆细胞的_(填“细胞核”“叶绿体”或“内质
13、网”)中。【解 析】(1)以 目 的 基 因 转 录 成 的 mRNA 为 模 板,逆 转 录 成 互 补 的 单 链DNA(cDNA),然后在酶的作用下合成双链DNA,从而获取所需的基因,是基因工程中获取目的基因的重要方法之一。与大肠杆菌中提取抗草甘膦基因相比,利用mRNA逆转录合成的cDNA中不含非编码区(包含启动子和终止子)。(2)T-DNA可转移到植物细胞中,并能整合到染色体DNA上,根据农杆菌的这种特点,如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以使目的基因进入植物细胞,并将其插入植物细胞中染色体的DNA上。将目的基因插入T-DNA中需要用同种限制酶切割目的
14、基因和质粒,然后用DNA连接酶将目的基因和质粒进行连接。把含有抗草甘膦基因的农杆菌与大豆细胞混合培养,一段时间后,在培养基中加入草甘膦,只有导入目的基因的大豆细胞才能在此培养基上正常生长,故其目的是检测目的基因是否成功导入大豆细胞。(3)将抗草甘膦基因的大豆细胞培育成转基因植株,依据的原理是植物细胞的全能性,该过程称之为植物组织培养。(4)叶绿体遗传表现为母系遗传,目的基因不会通过花粉传递而在下一代中显现出来,故上述基因工程中可考虑将目的基因导入大豆细胞的叶绿体中。答案:(1)逆转录 启动子(2)T-DNA可转移到植物细胞中,并能整合到染色体DNA上 限制酶和DNA连接酶 检测目的基因是否成功
15、导入大豆细胞(3)植物组织培养 植物细胞具有全能性(4)叶绿体【方法规律】转基因食品的三大种类(1)植物性转基因食品,如转基因小麦,蛋白质含量比一般小麦高。(2)动物性转基因食品,如含外源生长激素基因的猪、鱼等。(3)转基因微生物食品。例如,生产奶酪的凝乳酶,以前只能从杀死的小牛的胃里提取,现在利用转基因微生物已经能够使凝乳酶在体外大量生产。二、基因污染1.含义: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.途径:(1)转基因植物的相关基因通过花粉传播而进入附近的野生植物或邻近的非转基因农作物。(2)转基因作物在自然条件下存活并发
16、育成为野生的、杂草化的转基因植物。(3)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。3.基因污染的危害性的主要表现:(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)能够在自然界中增殖和扩散。【易错提醒】基因污染的实质转基因生物的外源基因进入其他生物体内属于可遗传变异中的基因重组。【素养案例】烟草具有较高的经济价值,但易遭受病虫害。为获得抗虫的烟草植株,可将抗虫基因导入烟草细胞。请回答下列问题:(1)农杆菌的Ti质粒上的T-DNA具有_的特点。将抗虫基因插入T-DNA上,导入用_处理过的农杆菌,筛选成功后让其侵染能分泌_化
17、合物的烟草细胞,在该化合物的诱导下,Ti质粒上的T-DNA依次穿过农杆菌的细胞壁、细胞膜,以及烟草细胞的_、细胞膜、核膜进入烟草的细胞核中,最后再通过_技术获得转基因烟草植株。该技术是否成功还需要进行检测与鉴定,个体水平上的鉴定方法是_。(2)上述方法虽比较经济,但是会存在安全性问题,如将抗虫基因导入烟草细胞核的染色体DNA上,则抗虫基因会随_(填“花粉”或“卵细胞”)扩散传播,容易产生基因污染,故可以通过基因枪法将_打入烟草细胞叶绿体以实现转化。同时还应注意,目的基因需导入植物细胞叶绿体的非基因序列中,目的是_。【解题关键】(1)明确植物体受伤部位的细胞会分泌大量的酚类物质,吸引农杆菌移向这
18、些细胞。(2)知道大多数作物中的叶绿体DNA都是母系遗传,把抗虫基因导入叶绿体基因组中,则可以避免基因污染。【解析】(1)农杆菌的Ti质粒上的T-DNA具有可转移至受体细胞并且能整合到烟草细胞染色体的DNA上的特点。将抗虫基因插入T-DNA上,导入用Ca2+(或CaCl2)处理过的农杆菌,筛选成功后让其侵染能分泌酚类化合物的烟草细胞,在该化合物的诱导下,Ti质粒上的T-DNA依次穿过农杆菌的细胞壁、细胞膜,以及烟草细胞的细胞壁、细胞膜、核膜进入烟草的细胞核中,最后再通过植物组织培养技术获得转基因烟草植株。抗虫基因导入烟草细胞后,是否赋予了烟草抗虫特性,需要做抗虫接种实验。(2)如将抗虫基因导入
19、烟草细胞核的染色体DNA上,则抗虫基因会随花粉扩散传播,容易产生基因污染,故可以通过基因枪法将抗虫基因表达载体打入烟草细胞叶绿体内以实现转化,避免基因污染。同时还应注意,目的基因需导入植物细胞叶绿体的非基因序列中,以避免叶绿体内源(或自身)基因表达异常,影响烟草(叶绿体)的正常生理功能。答案:(1)可转移至受体细胞并且能整合到烟草细胞染色体的DNA上 Ca2+(或CaCl2)酚类 细胞壁 植物组织培养 抗虫接种实验(2)花粉 抗虫基因表达载体 避免叶绿体内源(或自身)基因表达异常,影响烟草(叶绿体)的正常生理功能【跟踪小练】为解决以大米为主食的儿童易出现维生素A缺乏症和营养不良的问题,科学家将
20、玉米的八氢番茄红素合成酶基因(psy)和欧文氏菌的八氢番茄红素去饱和酶基因(crtl)转入水稻中,获得了-胡萝卜素含量达37 g/g的“黄金大米”二代产品。请回答:(1)克隆玉米的psy基因可以采用_技术,该技术分为不同的类型。如果以玉米psy基因的mRNA为模板进行,除在反应体系中添加成对的_、四种dNTP外,还需要添加的酶有_(答出两种即可)。(2)在转基因工程中,先获取水稻的幼胚并进行_处理,然后将幼胚接种到培养基中,幼胚细胞发生_形成愈伤组织;再用含基因表达载体的农杆菌侵染该愈伤组织,转基因愈伤组织经过_过程,获得转基因试管苗。(3)“黄金大米”因转入psy和crtl而富含-胡萝卜素,
21、水稻细胞中psy和crtl控制-胡萝卜素合成的方式是_。(4)转基因“黄金大米”已经在四个国家获得上市许可,人们对其食用的安全性,有的表示质疑,有的表示支持。你的观点及理由是_(答出一条即可)。【解析】(1)psy基因的体外复制可以采用PCR技术,如果以玉米psy基因的mRNA为模板进行,除在反应体系中添加成对的引物、四种脱氧核苷酸,还需要加入逆转录酶和Taq酶。(2)植物组织培养技术需要先进行消毒,再接种到培养基上,幼胚发生脱分化过程形成愈伤组织;转基因愈伤组织经过再分化过程形成试管苗。(3)-胡萝卜素不是蛋白质,所以水稻细胞中psy和crtl控制-胡萝卜素合成的方式是通过基因控制酶的合成,从而控制胡萝卜素的合成。(4)对于基因产物的安全性,答案是开放的,例如:支持,多环节、严谨的安全评估机制可以保证大米的安全;或反对,转基因黄金大米可能产生过敏性。答案:(1)PCR 引物 逆转录酶和Taq酶(2)消毒 脱分化 再分化(3)基因控制酶的合成(4)支持,多环节、严谨的安全评估机制可以保证大米的安全;或反对,转基因黄金大米可能产生过敏性