2021版高考生物一轮复习5生物技术的安全性和伦理问题生态工程教案新人教版选修3 13页

生物技术的安全性和伦理问题、生态工程考点一　转基因产品的安全性1.转基因产品的优缺点：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.对待转基因产品的正确态度：(1)对转基因产品出现激烈的伦理方面的争论是正常的，关键是社会应有正确的舆论导向，从而促进科学技术的发展。(2)国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规。(3)在转基因产品研究过程中，科学家要自觉遵守科学研究道德。3.转基因产品与食物安全的两种观点：观点存在安全问题不存在安全问题论据①对食物安全性检测不全面②可能出现滞后效应③可能出现新过敏原④营养成分可能改变①“实质性等同”只是评价的起点，而不是终点②多环节、严谨的安全性评估③科学家对社会负责的态度④至今未发现转基因食物影响人体健康的实例4.转基因产品与生物安全的两种观点：观点引起生物安全问题不引起生物安全问题论据①可能变成野生种类或杂草②可能成为“入侵的外来物种”③可能重组出新的有害病原体④有可能形成用除草剂除不掉的①进入非种植区生命力很差②新性状的表现必须具有一定水、肥等条件以及配套的种植技术③存在生殖隔离，很难与其他植物杂交-13-\n“超级杂草”④花粉的传播距离和存活时间有限【高考警示】生物技术安全性常见误区(1)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。(2)转基因产品具有危害≠阻止科学技术的发展：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科学技术的发展。【典例】(2019·滁州模拟)在对番茄的研究中发现，害虫损伤番茄叶片后，叶上的细胞壁能释放出一种类激素因子，这种物质通过细胞组织扩散到茎和其他叶片上，启动了蛋白酶抑制剂的基因，开始高效合成蛋白酶抑制剂，并在茎、叶中迅速积累，以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，因此害虫取食后，就会因无法消化食物而被杀死。人们尝试着将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米，让玉米获得与番茄相似的抗虫性状，以对付异常猖獗的玉米螟(一种玉米害虫)。试分析回答下列问题：(1)番茄的蛋白酶抑制剂很可能是在茎、叶细胞的_______________处合成的。 (2)将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米内，使玉米形成新的性状，这种变异类型属于_______________。 (3)能抗玉米螟的抗虫玉米的生态效益显著，有人认为抗虫玉米就是无虫玉米，不必防治害虫。你是否赞成这种说法？说明理由：____________________________________。 (4)有人为食用这种转基因玉米的安全性感到担忧，你认为这种担忧有必要吗？试以学过的知识进行简要的分析说明：____________________________________。 【解题指南】解答本题需明确两方面：(1)蛋白酶抑制剂的化学成分是蛋白质，蛋白质的合成场所是核糖体。(2)“将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米”是控制不同性状的基因的重新组合，属于基因重组。【解析】(1)番茄的蛋白酶抑制剂属于蛋白质，很可能是在茎、叶细胞的核糖体处合成的。(2)玉米获得了外源基因，产生了新的性状，应属于基因重组。(3)玉米获得的抗虫性状，仅对这类具有相同消化酶的害虫有效，对于其他种类害虫无抗性，所以仅起到一定的生态效益，还要防治其他害虫。-13-\n(4)转基因抗虫玉米的安全性问题具有两面性，可能存在问题，如干扰人体消化系统，也可能没必要担忧，因人类与害虫的消化酶存在差异，或目的基因表达的蛋白酶抑制剂经玉米煮熟后结构破坏，不会对人的消化造成影响。答案：(1)核糖体　(2)基因重组　(3)不赞成。这种转基因玉米能抵抗玉米螟，并不能抵抗所有的害虫(4)可以从以下三个方面考虑：①有必要。这种转基因玉米的果实中可能含有蛋白酶抑制剂，食用后可能抑制人体消化酶的活性，使人因无法对食物进行消化而患病②没必要。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，但对人无影响③没必要。人类食用的通常是煮熟后的玉米食品，玉米蛋白酶抑制剂在高温下已经破坏，因此不会对人的消化造成不良影响(1)上题中的含蛋白酶抑制剂的玉米出现若干年后，也会出现取食该玉米而不被杀死的超级玉米螟，如何缓解这种情况的出现？提示：间行种植普通玉米。间行种植普通玉米，让玉米螟也能取食普通玉米，减缓玉米螟基因频率的变化。(2)上题中所涉及的安全性属于转基因生物安全性的哪一个方面？提示：食物安全。　阅读以下材料，回答问题：自第一例转基因鱼在我国诞生以来，转基因鱼的研究取得长足进步，如转入生长激素(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。目前，我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然系统。(1)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_____________。 (2)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，以至生长快于非转基因鱼，蛋白质转换效率也显著高于非转基因鱼。其可能的原因是 _________________________________________________。 -13-\n(3)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，试分析引起生态安全性问题的原因。  _______________________________。 (4)多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的，试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因。  ______________________________________________。 【解题指南】解答本题需明确：(1)GH的作用：GH能够促进鱼类生长。(2)三倍体鱼的特点：高度不育，基因不会扩散到其他物种。【解析】(1)控制含有191个氨基酸的蛋白质合成的基因中，含有的脱氧核苷酸数至少为191×6=1146。(2)转基因鱼转入了生长激素(GH)基因，合成大量的生长激素，使蛋白质的转换效率提高，结果鱼的生长速度加快。(3)鱼类易于逃逸、扩散，与同种野生鱼杂交，容易引起生态危机。(4)三倍体鱼由于减数分裂过程中联会紊乱而不能产生正常的生殖细胞，表现为高度不育，这样就保障了生态安全。答案：(1)1146(2)合成了大量生长激素，生长激素能促进蛋白质合成(3)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，引起生态危机(4)三倍体鱼不能繁殖，可以人工控制养殖数量和范围，避免发生杂交、竞争而引起生态危机【加固训练】　　叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中，该技术能有效改良植物的品质。请回答：(1)转基因技术的核心步骤是_________，完成该步骤所需要的酶有_________。 (2)将植物体细胞处理得到原生质体，再通过_______法或_____法，将目的基因导入原生质体，使原生质体再生细胞壁之后，通过_____技术可得到相应的转基因幼苗。(3)来自原核生物中有重要价值的外源基因，无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，就此分析，原因是_________________________。(4)对大多数高等植物而言，与传统的细胞核转基因相比，叶绿体转基因更稳定，其遗传方式_________(填“遵循”或“不遵循”)基因分离定律，不会随_________(填“花粉”或“卵细胞”)传给后代，从而保持了_________(填“父本”或“母本”)的遗传特性。【解析】(1)转基因技术的核心步骤是构建基因表达载体，此过程需要用同一种限制酶切割目的基因和载体，使它们露出相同的末端，再用DNA连接酶连接目的基因和载体。(2)-13-\n如果受体细胞为植物细胞，常用农杆菌转化法、基因枪法或花粉管通道法，将目的基因导入原生质体，之后用植物组织培养技术将含有目的基因的受体细胞培育成相应的转基因幼苗。(3)由于叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似或由于叶绿体大多数基因的结构、转录与翻译系统均与原核生物类似，因此来自原核生物中有重要价值的外源基因，无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达。(4)叶绿体基因遵循细胞质遗传，具有母系遗传特点，不遵循基因分离定律。花粉中细胞质较少，受精卵中细胞质几乎全部来自卵细胞，因此叶绿体基因不会随着花粉遗传给后代。答案：(1)构建基因表达载体　限制酶和DNA连接酶　(2)农杆菌转化　基因枪　植物组织培养(3)叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似(叶绿体大多数基因的结构、转录与翻译系统均与原核生物类似)　(4)不遵循　花粉　母本 考点二　关注生物技术的伦理问题　试管婴儿和设计试管婴儿的比较：试管婴儿设计试管婴儿图示①②③①②④⑤所用技术手段不需要进行遗传学诊断或基因诊断需要进行遗传学诊断或基因诊断应用主要是解决不孕夫妇的生育问题主要用于需要骨髓移植或造血干细胞移植等疾病的治疗相同点体外受精，体外早期胚胎培养，进行胚胎移植，都是有性生殖【高考警示】设计试管婴儿和基因检测在应用方面并非完全不同：两者都可用于避免遗传病患儿的出生，从而降低人类遗传病发病率。-13-\n【典例】(2019·昆明模拟)如图所示为人类“治疗性克隆”的大致过程。请回答下列问题：(1)①为_______________细胞，过程A是目前实现体细胞克隆的关键技术，该技术称为_____________。 (2)③能诱导分化出神经细胞、血细胞、肌肉细胞，其根本原因是________________。这样培育的组织器官移植到患者体内与异体器官移植相比，最大的不同之处是_______________。 (3)若应用转基因技术治疗遗传性糖尿病，可将健康人的控制胰岛素合成的基因导入受体细胞。受体细胞可以用取自通过B过程得到的结构中的④_______________，原因是这些细胞_______________。 【解题指南】(1)考查实质：细胞核移植、胚胎发育、生物技术的伦理问题。(2)解题关键：明确图中A过程为核移植过程，B过程为早期胚胎培养，C过程为细胞分化；明确移植的组织器官来自自身，不会产生免疫排异反应。【解析】(1)A是核移植过程，受体细胞是卵母细胞，但需要去核。(2)早期胚胎细胞能诱导分化，是选择性表达的结果；与异体器官移植相比，通过这样培育的组织器官自体移植的优点是不会产生免疫排斥反应。(3)在基因治疗时，核移植得到的重组细胞，在体外培养成内细胞团细胞，是因为它们分化程度极低(全能性高)，可使外源基因在相应组织细胞中表达。答案：(1)卵母(或卵)　核移植(2)基因选择性表达　不会产生免疫排斥反应(3)内细胞团　分化程度极低(全能性高或具有全能性)，可使外源基因在相应组织细胞中表达为什么选卵母细胞作为受体细胞？提示：卵母细胞中存在大量的胚胎发育所需的营养物质。-13-\n　(2020·惠州模拟)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，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，___________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，在此过程中使用的工具酶有___________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)。 【解析】(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，逆转录酶抑制剂能抑制病毒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，从而可能引发糖尿病。(2)研究人员使用CRISPR基因编辑技术来修饰人类胚胎基因，在此过程中使用的工具酶有限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶。该基因编辑婴儿孕育过程中使用了体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等生物技术。(3)目前国际上普遍不赞同对健康胚胎进行基因编辑，因为对健康胚胎进行基因编辑是不理智的，违反伦理的；基因编辑后她们的全身基因组可能发生突变；由于艾滋病病毒的高变性，基因编辑技术也无法完全阻断艾滋病的感染。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，违反伦理的；基因编辑后她们的全身基因组可能发生突变；由于艾滋病病毒的高变性，基因编辑技术也无法完全阻断艾滋病的感染考点三　生态工程的基本原理生态工程所遵循的基本原理：项　目理论基础意　义实　例物质循环无废弃物农业-13-\n物质循环再生原理可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响物种多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度高，可提高生态系统的抵抗力稳定性“三北”防护林建设中的单纯林问题；珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡可避免系统的失衡和破坏　太湖富营养化问题整体性原理　社会—经济—自然复合系统统一协调各种关系，保障生态系统的平衡与稳定林业工程建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：分布式结构优于集中式和环式结构改变和优化系统的结构，以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：总体功能大于各部分之和能保持很高的系统生产力珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系生态工程的实例：实例问题原理对策案例农村综合发展型生态工程实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下能较多地产出，以解决人多地少的矛盾物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理建立综合发展型生态工程窦店村以沼气工程为中心的生态工程小流域综合治理生态工程小流域的水土流失整体性原理、协调与平衡原理、系统学和工程学原理运用多种原理，应用多种措施综合治理甘肃陇南地区“九子登科”治理模式-13-\n大区域生态系统恢复工程土地荒漠化协调与平衡原理、整体性原理退耕还林还草、植树造林等“三北”防护林生态工程，退耕还林还草生态工程湿地生态恢复工程湿地缩小和破坏控制污染、退田还湖鄱阳湖的生态恢复工程矿区废弃地的生态恢复工程矿区生态环境问题系统学和工程学原理修复土地、恢复植被赤峰市元宝山矿区生态恢复工程城市环境生态工程环境污染协调与平衡原理、整体性原理等城市绿化、污水净化、废弃物处理、合理布局等污水及垃圾处理、城市绿化【高考警示】传统经济≠生态经济　传统经济生态经济方式大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式实现了原料→产品→原料(产出的污染物)→产品的生产体系，实现了废弃物资源化的循环经济特点不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价少消耗、多效益、可持续【典例】(2019·银川模拟)中华鲟濒临灭绝，利用中华鲟生态养殖池人工繁殖中华鲟鱼苗的原理如下：鲟鱼产生的氨态氮，被植物吸收；植物释放的氧气在封闭的空间里形成“氧吧”，供鲟鱼生存；投放一些能取食鲟鱼粪便的花鲢；以石头作载体繁育微生物，调节水中酸碱度。据此回答下列问题：(1)中华鲟生态养殖池设计利用了生态学的_______________原理。中华鲟生态养殖池不用换水，每天只需补充一点蒸发水，池底干干净净，所有生物正常生存，说明生态池具有_______________能力。 (2)花鲢主要吃轮虫、桡足类等浮游动物，也以浮游植物作为食物。花鲢在该生态系统中所属的成分是_______________。 -13-\n(3)以下是该生态池中碳元素的转化途径，请用箭头和文字补充完整。(4)刺激中华鲟每年都从海洋洄游到长江产卵的外界因素有水温、盐度等，这类信息类型属于___________。建立中华鲟生态养殖基地，提供和改善中华鲟的生存环境，从而提高中华鲟种群的_______________。 【解析】(1)中华鲟生态养殖池实现了物质循环往复、分层分级利用，从而达到了“取之不尽、用之不竭”的效果，是利用物质循环再生原理建造起来的。生态池能进行自我净化，体现了生态系统的自我调节能力。(2)花鲢摄食浮游动物和浮游植物，在生态系统中属于消费者；花鲢还取食鲟鱼的粪便，属于分解者。(3)图中缺少微生物的分解作用、浮游植物的光合作用、花鲢摄取浮游植物和摄取鲟鱼粪便的过程。(4)水温和盐度属于物理信息，改善中华鲟的生存环境本质上是为了提高中华鲟种群的环境容纳量。答案：(1)物质循环再生　自我调节(2)消费者和分解者　(3)如图所示：(4)物理信息　环境容纳量(1)生态系统的组成成分包括哪些内容？提示：非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者。(2)生态系统的信息传递在种群和种间方面有什么作用？提示：生物种群的繁衍离不开信息传递；信息能调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。-13-\n　绿色城市的重要标志之一是实现垃圾的减量化、资源化和无害化。下图是垃圾资源化、无害化处理的一种方案。请回答下列问题：(1)该生态系统中属于分解者的生物有___________。该生态工程主要利用了_______________原理。 (2)从资源与环境的角度来看，④、⑤途径优于③途径的主要原因是_______________和_______________。 (3)少量有机废弃物排入河流，不会使河流中的生物种类和数量发生明显变化，这说明生态系统具有_______________能力。在城市环境治理中，要进行城市生态分区，合理分布工业区、居住区、生态绿地等，这主要体现了生态工程的_______________原理。 (4)一般来说，生态工程的主要任务是对_________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、_______________特点。 【解析】(1)该生态系统中属于分解者的生物有蚯蚓、苍蝇、微生物等。该生态工程能够实现垃圾的资源化和无害化，主要利用了物质循环再生原理。(2)与③途径相比，④、⑤途径的优点主要有可以充分利用垃圾中的物质和减少环境污染。(3)生态系统在受到外界干扰时，依靠自我调节能力来维持自身的相对稳定。工业区、居住区、生态绿地等分别相当于“经济”“社会”“自然”，在城市生态工程建设中要把经济—社会—自然当作一个整体来考虑，这体现了生态工程的整体性原理。(4)通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。答案：(1)蚯蚓、苍蝇、微生物等　物质循环再生(2)可以充分利用垃圾中的物质(合理即可)　减少环境污染(合理即可)　(3)(一定的)自我调节　整体性(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)　可持续-13-\n生态工程基本原理的判断方法(1)强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→物质循环再生原理。(2)体现物种多、营养关系复杂→物种多样性原理。(3)强调生物与环境的协调与平衡，涉及环境承载力→协调与平衡原理。(4)涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体性原理。(5)涉及结构、功能，分布式、集中式、环式→系统的结构决定功能原理(系统学和工程学原理)。(6)涉及系统组分的比例关系、总体功能大于各部分之和；指系统内部，如互利共生→系统整体性原理(系统学和工程学原理)。【加固训练】　　南京古泉生态农场是生态农业的典范。该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程有机地结合起来，形成一种高效良性的循环，取得良好的生态效益。请就此生态农场的特点，完成下列问题：(1)该生态农场充分体现了生态工程基本原理中的________、_________和_____________。(2)该系统工程的核心之一是沼气池，如图所示。①在图中用箭头标出生产过程中物质循环的方向。②如果将“无机物→农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？ ________________________________________________________。(3)根据生态工程的物种多样性原理，有人认为生态农业建设中使食物链越长、营养级越多越好。请你结合所学知识，分析该结论是否正确，为什么？____ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 【解题指南】解答本题的关键：(1)注意题目中农业类型是“生态农业”，物质可以循环利用，比传统农业生物种类多。(2)联系能量流动特点：单向流动、逐级递减，生产者固定的能量不能支撑过长的食物链。-13-\n【解析】(1)生态工程中的生态农业是建立在物质循环再生原理、物种多样性原理和整体性原理等基础上的，在实现经济效益的同时，也取得了良好的生态效益和社会效益。(2)物质循环的特点是循环往复、分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的目的。如果把“无机物→农田”这一环节去掉，势必会造成物质循环受到破坏，土壤中无机物得不到及时补充，土壤肥力会下降。(3)从能量流动逐级递减的特点分析，食物链不能无限延长，一般维持在4～5个营养级。答案：(1)物质循环再生原理物种多样性原理　整体性原理(2)①如图所示：②土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降(3)不正确。因为食物链越长，各食物链中的生物数量越难以达到一定规模，影响经济效益；营养级越多，高层次营养级生物获得的能量越少，该营养级生物数量也越少-13-