2026届高三一轮复习生物：基因工程的应用、蛋白质工程及生物技术的安全性与伦理问题课件

第52课时　 基因工程的应用、蛋白质工程及生物技术的安全性与伦理问题 课标要求 1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。 2.举例说明依据人类需要对原蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 3.活动：DNA的粗提取与鉴定实验。 4.活动：利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。 5.举例说出日常生活中的转基因产品。 6.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。 7.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题。 8.分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。 9.举例说明历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害。 10.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。 考情分析 1.基因工程的应用和蛋白质工程 2022·河北卷，24；2022·广东卷，22； 2022·全国乙卷，38；2022·湖南卷，22 2.DNA的粗提取与鉴定 2024·河北卷，13；2024·山东卷，13； 2024·安徽卷，14；2023·福建卷，4； 2022·山东卷，13；2023·广东卷，11 3.DNA片段的扩增与电泳鉴定 2024·江西卷，19；2024·海南卷，15； 2024·浙江6月选考，20；2024·黑吉辽卷，7； 2023·山东卷，25；2023·江苏卷，22；2022·辽宁卷，12；2022·江苏卷，24 2024·浙江1月选考，1；2023·浙江1月选考，2； 2022·北京卷，21；2022·辽宁卷，12 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程在农牧业中的应用 转基因抗虫植物 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。 转基因抗病植物 许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规杂交育种的方法很难培育出抗病的新品种。科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。 转基因抗除草剂植物 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程在农牧业中的应用 改良植物的品质 例如，将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。我国科学家成功地将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程在农牧业中的应用 转基因抗软化番茄的机理 1、正常番茄细胞中的多聚半乳糖醛酸酶基因表达出半乳糖醛酸酶，该酶可分解细胞壁的中的果胶，使番茄变软。 2、通过基因工程技术，给番茄染色体上转入抗多聚半乳糖醛酸酶基因，该基因转录出的mRNA2可与半乳糖醛酸酶基因转录出的mRNA1互补配对，抑制核糖体与mRNA1结合，转基因植株细胞中的半乳糖糖醛酸酶含量下降，番茄耐储存。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程在农牧业中的应用 转基因耐储存的番茄的机理 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程在农牧业中的应用 提高动物的生长速度 改良畜产品的品质 有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，会出现腹泻等不适症状，这称为乳糖不耐受。科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程在农牧业中的应用 乳糖耐受（有乳糖酶） 乳糖不耐受（无乳糖酶） 大肠 肠道内渗透压增高，刺激胃肠蠕动增加 科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组，获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 肠乳糖酶基因 牛受精卵 代孕母体 转基因奶牛 显微注射 胚胎移植 分娩 早期胚胎 培养 载体 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 2.基因工程在医药卫生领域的应用 对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物，是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。 利用大肠杆菌来生产胰岛素 大肠杆菌是生产胰岛素常用的工程菌，其优点是_____________________________________； 但利用大肠杆菌得到的胰岛素需要进一步加工和修饰才能获得生物活性，原因是______ ________________________________________________________________________。 繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少 大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体，无法对合成的胰岛素进行加工 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 2.基因工程在医药卫生领域的应用 乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 泌乳期 分泌乳汁 转基因动物 显微 注射 发育 受精卵 药物蛋白 药用蛋白基因 将药用蛋白基因与乳腺特异性表达基因的启动子等调控元件构建成重组表达载体，导入动物受精卵或胚胎干细胞中，使转基因动物在泌乳期，乳腺组织能高效合成并分泌含目标蛋白的乳汁，从而实现目标产物的规模化生产。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 2.基因工程在医药卫生领域的应用 其他生物反应器： 水稻胚乳细胞生物反应器 膀胱生物反应器 不局限于性别与发育时期；从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 成本低；可大规模生产；产量高；容易储存和运输。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 2.基因工程在医药卫生领域的应用 用转基因动物作器官移植的供体 猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似； 猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。 利用基因工程的方法对猪的器官进行改造，将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 3.基因工程食品工业方面的应用 利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 奶酪是一种被广泛食用的发酵奶制品。大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。科学家将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 4.蛋白质工程的原理和应用 （1）蛋白质工程的概念 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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 蛋白质工程的实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造。蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 蛋白质工程的实施方法： 对编码天然蛋白质的基因进行改造后进行转基因； 了解编码新蛋白质的基因序列后合成新的基因后进行转基因。 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 4.蛋白质工程的原理和应用 （2）蛋白质工程的基本思路 预期功能 生物功能 设计 蛋白质 （三维结构） 推测 改造或合成 转录 翻译 折叠 行使 目的基因 mRNA 多肽链 从____________________出发→设计____________________→推测___________________→找到并改变____________________________或_____________→获得所需要的蛋白质 预期的蛋白质功能 预期的蛋白质结构 应有的氨基酸序列 相对应的脱氧核苷酸序列 合成新基因 考点一 基因工程的应用和蛋白质工程 4.蛋白质工程的原理和应用 （3）蛋白质工程进行基因改造的方法 重叠延伸PCR进行定点突变 大引物PCR进行定点突变 练习：W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。 (1)为获得多枚胚胎，需对雌性供体施行____________处理，并对供体雌性动物和代孕母体进____________处理。 (2)制备乳腺生物反应器时，步骤①需要将W基因与________中特异性表达的基因的启动子等元件重组在一起，选择该启动子的目的是________________________________________________；制备膀胱生物反应器时，步骤①需要选择的启动子是在________组织中特异性表达的基因的启动子，选择该启动子的目的是______________________________________________________________。 超数排卵 同期发情 乳腺 使W基因在乳腺细胞中表达，进而W分泌到乳汁中 膀胱 使W基因在膀胱组织中表达，进而W分泌到尿液中，随尿液排出体外 练习：W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。 (3)制备乳腺生物反应器时，步骤④之前______(填“需要”或“不需要”)对胚胎进行性别鉴定，原因是________________________________________________________________。制备膀胱生物反应器时，步骤④之前________(填“需要”或“不需要”)对胚胎进行性别鉴定，原因是_________________________________________________________。 (4)与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器可明显提高W的产量，原因是_____________________________________________________________________。 需要 乳腺生物反应器必须是雌性动物，只有雌性动物进入泌乳期后才能分泌乳汁 不需要 无论雌性动物还是雄性动物都会产生尿液，且不受年龄的限制 膀胱生物反应器不受动物年龄、性别等的限制 练习：蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是涉及多学科的综合科技工程。下列相关叙述错误的有________。 ①基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 ②蛋白质工程的操作手段是直接对蛋白质进行改造 ③利用蛋白质工程研发药物，可延长干扰素的保存时间 ④利用蛋白质工程技术，可实现远缘杂交，培育作物新品种 ⑤通过蛋白质工程可提高基因突变的频率，缩短诱变育种的周期 ②④⑤ 练习：(2025·湖北一模)天然虾青素具有强大的清除氧自由基的能力，还具有着色、提高免疫力等特性，被广泛应用在化妆品、饲料添加剂和医药等行业中。常用微生物发酵合成虾青素，已知红法夫酵母能够生产虾青素，但存在产量低、成本高等弊端，大规模工业化生产虾青素存在诸多挑战。下列叙述错误的是(　　 ) A.虾青素可能具有延缓衰老、抑制肿瘤发生等生理作用 B.培养基中碳氮源比例可能会影响到菌株发酵合成虾青素 C.可通过基因工程改造野生型红法夫酵母提高虾青素产量 D.工业化生产虾青素不需要考虑pH、溶氧量等对产量的影响 D 练习：(多选)(2025·山东威海模拟)油菜是我国的重要油料作物，其生长受到核盘菌引起的菌核病威胁。科研人员试图培育抗菌核病的转基因油菜新品种，其抗性机理如下图所示，相关叙述错误的是( 　　) A.将含防御基因的基因表达载体导入核盘菌后，侵染油菜获得转基因植株 B.核盘菌侵染转基因油菜后，启动防御基因表达出相应蛋白质抵御核盘菌侵染 C.未受到核盘菌侵染时，油菜细胞不能合成转录因子B，不启动防御基因表达 D.转基因油菜中的启动子pB属于诱导型启动子，能够精确调控防御基因的表达 ABC 练习：(2025·河北衡水模拟)多聚磷酸激酶PPK2可以利用多聚磷酸盐(PolyP)为磷酸基团供体，实现AMP、ADP、ATP、PolyP之间磷酸基团的高效定向转移，如下图所示。PPK2酶偏好长链的聚磷酸盐，短链聚磷酸盐分子会阻断PPK2酶上的ADP结合位点SMc02148，科研人员通过在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点SMc02148－KET来提高PPK2酶对短链聚磷酸盐的利用率。下列叙述正确的是(　 　) A.PPK2酶可以催化AMP和ADP，说明PPK2酶不具有专一性 B.PPK2酶合成ATP的过程中不存在负反馈调节 C.在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点属于蛋白质工程 D.ADP结合位点SMc02148－KET不会与短链聚磷酸盐结合 C 练习：(多选)(2025·江西九校联考)HAMA效应是指人体针对鼠源单克隆抗体所产生的反应，该反应可使鼠源抗体加速被清除，有时可引起过敏性反应，科学家通过基因改造完成了下图的改造，鼠源抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。下列有关说法正确的是(　 　 ) A.生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程 B.改造过程涉及鼠的基因和人的基因的拼接 C.把来自不同抗体的可变区和恒定区直接拼接 D.改造过程没有利用基因定点诱变技术改造基因 ABD 考点二 生物技术的安全性与伦理问题 1.转基因的成果与理性看待转基因技术 对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域，这是因为微生物具有生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点。 转基因动物也有很多成功的例子。科学家建立了某些人类疾病的转基因动物模型，模拟疾病的发生和发展过程，为研究该疾病的致病机制和开发治疗药物提供依据，如转基因小鼠I型糖尿病模型、转基因小鼠原发性高血压模型等。 考点二 生物技术的安全性与伦理问题 1.转基因的成果与理性看待转基因技术 考点二 生物技术的安全性与伦理问题 1.转基因的成果与理性看待转基因技术 在转基因研究工作中，科学家会采取很多方法防止基因污染。例如，我国科学家将来自玉米的a-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，由于a-淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏而使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播。 培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物。 考点二 生物技术的安全性与伦理问题 1.转基因的成果与理性看待转基因技术 转基因作为一项技术本身是中性的，由这项技术研发出来的产品需要经过一系列的安全性评价，符合相应标准后才能上市。 不是人云亦云，更不是诋毁科学创新、造谣惑众，而是需要以完备的相关科学知识为基础，既清晰地了解转基因技术的原理和操作规程； 如何理性看待转基因技术 应该看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响； 要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论； 坚持正确的社会舆论导向。 考点二 生物技术的安全性与伦理问题 2.关注生殖性克隆人 生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。 中国政府坚决反对克隆人，不允许进行任何生殖性克隆人实验。 考点二 生物技术的安全性与伦理问题 2.关注生殖性克隆人 为解决不孕夫妇的生育问题而发明的试管婴儿技术，与“设计试管婴儿”有区别。 考点二 生物技术的安全性与伦理问题 3.禁止生物武器 生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等，例如，天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌都可以用来制造生物武器。生物武器的致病能力强、攻击范围广。它可以直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内， 造成大规模伤亡，也能大量损害植物。 练习：下列关于转基因生物安全性及理性看待转基因技术的叙述，错误的有________。 ①转入外源基因的烟草是按照人们的意愿对生物进行的设计，不存在负面影响 ②转基因生物有可能成为“外来物种”，影响生态系统的稳定性 ③抗除草剂基因有可能通过花粉传播进入杂草，使之成为“超级杂草” ④转基因技术可培育出新的致病微生物，制成生物武器之后可能很难对付 ⑤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 ⑥转基因农作物对于解决粮食、能源等问题起了积极作用，同时也存在一定风险 ①⑤ 练习：下列关于克隆技术及其伦理问题的相关叙述中，正确的有________。 ①克隆动物主要应用体外受精和胚胎移植技术 ②克隆动物的性状与提供卵母细胞的供体基本相同 ③尝试克隆大熊猫违背了我国政府提倡的“四不原则” ④治疗性克隆以治疗疾病为目的，也需有效监控、严格审查 ⑤克隆技术用于器官移植和帮助不孕不育患者不会带来伦理问题 ⑥通过设计试管婴儿降低遗传病发病率会带来伦理问题 ⑦我国不反对、不提倡、不支持、不鼓励任何生殖性克隆人实验 ④⑥ 练习：2022年12月16日，《禁止生物武器公约》第九次审议大会在日内瓦闭幕，此次审议大会及其成果标志着全球生物安全治理取得重要进展。下列关于生物武器的叙述，错误的有________。 ①由转基因微生物制成的生物武器具有难以预防和难以治疗的特点 ②生物武器包括致病菌类、病毒类、生化毒剂类等 ③经过基因改造的微生物可能使某些特定人群感染，而其他人群不易感染 ④与常规武器相比，生物武器具有传染性强、不易被发现、不受自然条件影响等特点 ⑤生物武器可以直接或者通过食物、生活必需品等途径散布 ⑥生物武器一旦被使用，就可以对军队和平民造成大规模杀伤后果 ⑦因为生物武器造价昂贵，杀伤性大，所以一直没有被应用到战争 ⑧我国政府声明，在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散 ④⑦ 练习：(2022·辽宁卷，12)抗虫和耐除草剂玉米双抗12－5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据，采用PCR方法进行目的基因监测，反应程序如图所示。下列叙述正确的是(　 　) A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制 B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分 C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制 D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市 B 练习： (多选)苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白(Bt)与豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)杀虫机理不同。在转基因作物种植区，发现棉铃虫种群抗性基因频率显著上升。科学家尝试用转双基因烟草对2龄幼虫进行多代抗性筛选。下列叙述正确的是(　　 ) A.利用PCR技术不能检测烟草植株的抗虫性状 B.单基因抗性筛选与双基因抗性筛选导致棉铃虫种群基因库不同 C.种植转双基因的烟草可避免棉铃虫产生抗性基因 D.转基因植物的培育和种植应考虑可能造成的生态风险 ABD 练习：(2024·浙江1月选考，1)关于生物技术的安全与伦理问题在我国相关法规明令禁止的是(　　) A.试管动物的培育 B.转基因食品的生产 C.治疗性克隆的研究 D.生物武器的发展和生产 D 练习：(2023·浙江1月选考，2)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是(　　) A.试管婴儿技术应全面禁止 B.治疗性克隆不需要监控和审查 C.生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险 D.我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验 D 练习：(2025·浙江6月选考)下列关于生物技术安全和伦理问题的叙述，错误的是（　　） A．反对设计完美婴儿 B．反对人的生殖性克隆 C．禁止生物武器的使用 D．禁止转基因技术的应用 D $