江苏省2020高考生物大一轮复习 第13单元 第2讲 基因工程的应用与安全性问题课件

第十三单元现代生物科技专题第2讲基因工程的应用与安全性问题析考情·明确考向考查内容等级要求五年考情素养体现复习指导基因工程的应用B2015年T32；2014年T23蛋白质工程A2018年T32；2015年T32转基因生物的安全性问题A生物武器对人类的威胁A生命观念：结合实例分析蛋白质工程崛起的缘由，结合图示简述蛋白质工程的原理，了解转基因的安全性常见的三个问题；科学思维：结合基因工程的应用实例，理解基因工程原理及操作程序，都必须重温DNA的结构、复制及遗传信息的传递等基础知识；社会责任：关注转基因的安全性，并进行科学的宣传，说出生物武器对人类的威胁结合最新科技发展，理解基因工程的应用；联系生活实际，关注转基因生物的安全性过基础·自我排查栏目导航抓核心·解疑释惑验效果·随堂演练过基础·自我排查一、基因工程的应用1.动物基因工程：用于提高动物__________从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产_____；用转基因动物作器官移植的_____等。2.植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和____转基因植物。3.比较基因诊断与基因治疗项目基因诊断基因治疗概念制作特定__________与病人样品DNA混合，分析杂交带情况利用________导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗(疾病)原理_________________________方法基因芯片测序体外基因治疗和体内基因治疗基因实质基因探针正常基因、反义基因和自杀基因生长速度药物供体抗逆DNA探针正常基因碱基互补配对基因表达二、蛋白质工程三、转基因生物的安全性1.转基因生物存在安全性问题的原因(1)目前对__________、基因间的相互作用及基因的调控机制等都了解得相当有限。(2)目的基因往往是__________的基因。(3)外源基因插入宿主基因组的部位往往是_____的。2.对转基因生物安全性的争论：在______________________________三个方面存在激烈的争论。3.理性对待转基因技术：_________________________。基因的结构异种生物随机食物安全、生物安全、环境安全趋利避害，不能因噎废食四、禁止生物武器1.生物武器的种类(连线)2.我国政府观点：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。不发展、不生产、不储存判断下列说法的正误：(1)动物的生长激素基因转入植物后不能表达。()[解析]不同生物共用一套遗传密码，所以动物生长激素基因转入植物后也能表达。×(2)采用蛋白质工程进一步改造AFB1解毒酶的基本途径是：从提高酶的活性出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列。()√(3)种植转基因植物不会因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性。()×[解析]种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性。(4)大量引入国外转基因作物与本地近缘作物品种杂交来进行育种。()×[解析]国外转基因作物与本地近缘作物品种杂交，可能造成基因污染和环境安全问题。(5)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。()√抓核心·解疑释惑考点一基因工程的应用与蛋白质工程核心提炼1.基因工程的应用(1)植物基因工程类型外源基因类型及举例成果举例抗虫转基因植物Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物病毒外壳蛋白基因和病毒复制酶基因(抗病毒)；几丁质酶基因和抗毒素合成基因(抗真菌)抗病毒烟草、抗病毒小麦抗逆转基因植物调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米改良品质的转基因植物必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与植物花青素代谢有关的基因高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛(2)动物基因工程类型外源基因类型及举例成果举例提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子转基因动物具有乳腺生物反应器作器官移植供体的转基因动物外源的抑制抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥反应的转基因猪2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较(1)含义①乳腺生物反应器是指使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。②工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。(2)两者区别比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取易错提醒(1)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。(2)Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。(3)青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。(4)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体，个体本身的繁殖速度、泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。命题研究_基因工程的应用(2015·江苏卷节选)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示β－半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：图1图2(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是________。(2)图1中启动子是____________酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是________________________________________________。作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆终止子RNA聚合菌筛选出来(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有____________________________。(4)β－半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于__________________________________________。防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解限制酶和DNA连接酶[解析](1)基因表达载体的组成包括复制原点、启动子、目的基因(β－半乳糖苷酶编码区)、终止子和标记基因(氨苄青霉素抗性基因)。(2)启动子驱动转录的开始；标记基因的作用是便于筛选出含有目的基因的大肠杆菌。(3)构建基因表达载体需要的工具酶有限制酶(切割质粒)和DNA连接酶(将目的基因和质粒连接起来)。(4)胰岛素肽链上若蛋白酶的切割位点暴露，则容易被菌体内的蛋白酶催化降解。(2018·启东中学)科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄的耐寒能力大大提高，可以在相对寒冷的环境中生长。质粒上有PstⅠ、SmaⅠ、HindⅢ、AluⅠ等四种限制性核酸内切酶切割位点，下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，其中①～④是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤，Ⅰ、Ⅱ表示相关结构或细胞。请据图作答：(1)在构建重组DNA时，可用一种或多种限制性核酸内切酶进行切割，为了避免目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接，在此实验中应该选用限制性核酸内切酶________________分别对鱼抗冻蛋白基因和质粒进行切割，切割后产生的DNA片段分别为________、________种。(2)基因工程中核心步骤是________(填标号)，该步骤的目的是____________________________________________________________________。为了使目的基因正常表达，其首端必须有启动子，它是______________识别和结合的部位。若限制酶切出了平末端，要选择______________(选填“E·coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”)进行连接。PstⅠ、SmaⅠ42①使目的基因稳定存在并能遗传下去，使目的基因表达及能发挥作用RNA聚合酶T4DNA连接酶(3)图中将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞的方法称为______________。它是利用载体Ti质粒中含有________，可以将目的基因整合到宿主细胞的染色体上。(4)检测番茄植株细胞中鱼抗冻蛋白基因是否成功表达，从分子水平常采用的方法是____________________。农杆菌转化法T－DNA抗原—抗体杂交[解析](1)基因工程的核心步骤是构建基因表达载体，在构建基因表达载体中，如果目的基因和载体用同一种限制酶切割，获得的黏性末端相同，将会发生自身环化现象，故应选用不同的限制酶分别对目的基因和载体切割，以获得不同的黏性末端，故应选用PstⅠ和SmaⅠ对含鱼抗冻蛋白基因的DNA、质粒进行切割，PstⅠ和SmaⅠ在鱼抗冻蛋白基因的DNA上共有3个酶切位点，切割后产生4个DNA片段，而环状质粒上有两个酶切位点，切割后产生2个DNA片段。(2)构建基因表达载体的目的是使目的基因稳定存在并能遗传下去，使目的基因表达及能发挥作用。为了使目的基因正常表达，其首端必须有启动子，它是RNA聚合酶识别和结合的部位。若限制酶切出了平末端，要选择T4DNA连接酶进行连接。(3)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。它是利用载体Ti质粒中含有T－DNA，可以将目的基因整合到宿主细胞的染色体上。(4)在分子水平检测目的基因是否翻译形成了相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交技术。_蛋白质工程(2018·金陵中学)下列有关蛋白质工程的说法，正确的是()A.蛋白质工程无需构建基因表达载体B.通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质C.蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶D.蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的C[解析]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，需构建基因表达载体，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶，A错误，C正确；通过蛋白质工程改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质，B错误；蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的，D错误。中华鲟是地球上最古老的脊椎动物，被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。下列相关说法错误的是()A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构B.改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质D[解析]蛋白质工程通过对基因进行人工合成或修饰，最终可以定向改变蛋白质分子的结构，A、B正确；改造后的中华鲟遗传物质变化不大，和现有中华鲟不存在生殖隔离，仍是同一物种，C正确；改造后的中华鲟含有控制新蛋白质合成的基因，所以后代具有改造的蛋白质，D错误。考点二转基因生物的安全性问题核心提炼1.转基因生物的优缺点优点缺点①解决粮食短缺问题；②大大减少农药的使用量，减少环境污染；③增加食物营养，提高附加值；④增加食物种类，提升食物品质；⑤提高生产效率，带动相关产业发展①可能出现新的过敏原或重组形成新病毒；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可能会对人类生活环境造成二次污染2.转基因生物的安全性辨析关注焦点正方观点反方观点食物安全有多环节、严谨的安全性评价、科学家的负责态度，至今尚未发现一例因食用转基因食品而影响健康的实例反对“实质性等同”，担心出现滞后效应、出现新的过敏原、