高中生物第一章基因工程第4课时转基因生物的安全性问题和生物武器的危害性学案苏教版选修3.docx
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高中生物第一章基因工程第4课时转基因生物的安全性问题和生物武器的危害性学案苏教版选修3
第4课时转基因生物的安全性问题和生物武器的危害性
[学习目标] 1.关注转基因生物的安全性问题。
2.举例说出生物武器对人类的威胁。
3.讨论生物技术中的伦理问题。
一、转基因生物的安全性
1．我们应该以怎样的态度对待转基因生物？
答案
（1）我们应该科学地认识、评估和利用转基因生物及其产品。
（2）保障公众在购买相关产品时应享有知情权。
（3）国家应建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。
2．关于转基因生物的安全性问题的争论有哪些？
答案
（1）转基因植物的食用安全问题：
转基因植物合成的某些新蛋白质，引起个别人过敏。
（2）转基因植物对生态系统的影响
①转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。
②导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。
③若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根部分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应。
（3）转基因动物的安全性
①转基因动物对人体健康的影响。
②转基因动物对生态系统的影响等。
二、生物武器的危害性
1．生物武器的种类
生物武器的种类
举例
危害
控制方法
致病菌
炭疽杆菌
能引发炭疽病，可能致命
疫苗和抗生素可防治
鼠疫耶尔森氏杆菌
能引起黑死病，死亡率达90%
疫苗和抗生素可防治
生化毒剂
肉毒杆菌
产生的毒素毒性强，能导致中毒而死亡
抗毒素有时能阻止病情发展
病毒
埃博拉病毒
极易传染，致死率很高
至今尚无治疗方法
基因重的
致病微生物
插入内酰胺酶基因的炭疽杆菌
降解青霉素，使青霉素失去杀菌作用
具有特异性识别基因的HIV
可以杀伤某一特定的种族
2.生物武器具有哪些特点？
答案
（1）具有强大的感染力和致病力。
（2）转基因生物武器很难对付。
三、基因工程与生物武器研制的关系
1．利用转基因技术，在一些不致病的微生物体内插入致病基因，或在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因，就会培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的致病微生物。
这些微生物可能被制造成容易储存、便于携带、毒性更强的生物武器。
2．人类基因组计划的完成也为生物武器的研制创造了条件。
例如，对不同种群的基因组成特性的阐明，就有可能被用于研制针对某一特定种群的生物武器。
一、对转基因生物安全性的争论及理性看待转基因技术
阅读以下材料，回答问题：
材料 自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来，转基因鱼研究取得很大进步。
如转入外源生长激素（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。
最近，我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然系统。
（1）转基因鱼成功的物质基础是_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（2）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________个。
（3）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，以至生长高于非转基因鱼，蛋白质转换效率也显著高于非转基因鱼。
其可能的原因是_________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（4）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___________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（5）多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的，培育成功的三倍体“湘云鲫”，其形成过程是________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因_________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）遗传物质都是DNA
（2）1146 （3）转基因鱼体内合成了大量生长激素，生长激素能促进蛋白质合成
（4）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 （5）转基因的二倍体个体加倍为四倍体转基因个体，然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体个体 三倍体鱼不能繁殖后代，可以人工控制养殖数量和范围，避免发生杂交、竞争，引起生态危机
解析
（1）转基因技术就是通过基因拼接，把目的基因拼接到载体上，实质上是DNA之间的连接。
（2）GH是含有191个氨基酸的蛋白质，由于蛋白质、控制蛋白质合成的mRNA上的碱基数目及控制蛋白质合成的DNA上的碱基数目，三者的比值为1∶3∶6，所以转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是1146个。
（3）该转基因鱼转入的是生长激素基因，生长激素能促进生长，主要是促进蛋白质的合成和骨的生长。
（4）转基因鱼由于具有易于逃逸、扩散的特点，当这种鱼扩散到其他环境时，与其他种类的鱼杂交，被转入的基因就有可能转移到其他的鱼体内，造成基因污染；同时，由于该种转基因鱼性情凶猛，使其捕食对象大量减少，与其他物种竞争时，优势明显，所以可能引起生态危机。
（5）三倍体鱼由于不能产生正常的生殖细胞，无法繁殖后代，因此不会造成生态危机。
二、生物武器的危害性
在汉武帝时代汉匈战争后期，由于汉军攻势猛烈，“匈奴闻汉军来，使巫埋羊牛，于汉军所出诸道及水源上，以阻（诅）汉军”。
汉武帝时代的名将霍去病，远征匈奴归国后，年仅二十四岁就暴病而亡了。
结合材料，阅读教材，回答下面的问题：
1．你认为这位年轻将领一向体魄壮健，骠勇过人，远征归来后，突患暴病而亡的原因最可能是什么？
答案 感染某种病原菌，患病死亡。
从题目信息分析，匈奴以埋牛羊于道路及水源阻止汉军，所用牛羊应为患病而死的牛羊，而死亡牛羊携带着致病微生物，可导致汉军士兵患病以削弱战斗力。
2．生物武器的作用途径主要有哪四个方面？
答案
（1）吸入。
生物战剂污染空气，可以通过呼吸道吸入人体，感染致病。
（2）误食。
食用被生物战剂污染的水、食物而得病（如霍乱、痢疾等疾病）。
（3）皮肤接触。
生物战剂（如炭疽杆菌等）或带菌物品上的病毒可直接或间接经皮肤、黏膜、伤口进入人体。
（4）昆虫叮咬。
人被带有生物战剂的昆虫叮咬后，会使血液感染而致病。
3．生物武器具有局限性的原因是什么？
答案 受自然条件影响大。
生物武器主要指病原微生物，所以它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件影响，如适宜温度在37℃左右；大多数需要适宜的湿度条件；还受地形、风向等多种条件影响。
生物武器的使用不易控制，使用不当可危害本方安全。
三、有关生物武器题型的考查
2008年初，美国出现一种新型致病病毒，感染者初期症状像患普通感冒，但在一些人身上很快发展成肺炎，严重时甚至致人死亡。
它还具有较强的传染性，在美国的确认人数已达1000多人，科学家已确认这是一种腺病毒变体，正在寻找对抗它的药物和疫苗。
这种新病毒对人类的潜在威胁仍是未知数。
（1）美国科研人员若想分析该病毒的核酸属于哪一种类型（RNA或DNA），应该______________
_______________________________________________________________________________。
（2）要想获得研究用的该病毒，能否利用普通培养基培养？
为什么？
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（3）若该病毒被不法分子用于制造生物武器，在战争中，为预防敌人使用，参战部队应如何采取有效措施？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）分析碱基类型，确定碱基比率
（2）否。
因为病毒是专营寄生生活的，必须利用活体培养基培养
（3）加快研制相应疫苗，并对参战部队战士进行接种
解析
（1）区分DNA与RNA依据碱基种类及碱基比率，DNA含有特有碱基T，RNA含有特有碱基U，且双链DNA分子中A＝T，G＝C。
RNA一般是单链，嘌呤与嘧啶碱基比率一般不相等。
（2）病毒是营寄生生活的，不能利用普通培养基培养，只能利用活体培养基培养。
（3）预防生物武器的最有效措施是接种疫苗，由于该病毒没有疫苗，所以要加快对该病毒的分析研究，尽快生产相应疫苗，并对参战部队战士进行接种。
1．下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是（ ）
A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度
B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害
C．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
D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
答案 B
解析 对转基因食品只是要求标注“转基因**”等字样，并没有在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，B错误。
2．抗逆转基因作物的培育与推广给社会带来的巨大社会效益是（ ）
①在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制
②减少了化学农药对环境的污染和人畜的危害
③减少了化肥的制造和使用量，有利于环境保护
④使得作物在不良环境下更好地生长，提高产量
A．①②③B．①②④
C．①③④D．②③④
答案 B
解析 抗逆转基因作物是指通过基因工程技术使农作物具有抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病毒、抗干旱、抗盐碱等），因此抗逆转基因作物的培育和推广在一定程度上可以使农作物摆脱土壤和气候条件的限制，使得作物在不良环境中更好地生长，提高产量，同时还可以减少农药的使用量，减轻对环境的污染和对人畜的危害。
但是抗逆作物不能固氮，不会使土壤中无机盐的含量增加，因此不可能减少化肥的制造量和使用量。
3．接种过疫苗的人，在遇到同样的生物战剂（用于战争的病原微生物或毒素）时，仍然要再次接种疫苗，原因是（ ）
A．这些人已丧失免疫力
B．这些人体内没形成记忆细胞
C．原来的接种不成功
D．这些病原微生物突变快，变异性强
答案 D
解析 生物武器是一些致病微生物，由于这些微生物受到各种因素的影响，极易发生变异，导致已免疫的人需要再次接种疫苗，否则，容易被感染患病。
4．肉毒杆菌会产生肉毒杆菌毒素，只要有0.01mg的肉毒杆菌毒素就可使人致死。
肉毒杆菌毒素分子的作用机理是（ ）
A．抑制呼吸中枢，使人因缺氧而窒息而死
B．阻断血红蛋白与氧气结合，使人因缺氧引起肌肉麻痹
C．阻滞神经末梢释放乙酰胆碱从而引起肌肉麻痹
D．抑制线粒体进行有氧呼吸，心肌细胞无力收缩，阻碍血液循环
答案 C
解析 乙酰胆碱是一种兴奋性递质，通过释放可引起下一个神经元的兴奋。
而肉毒杆菌毒素可阻止乙酰胆碱的释放，这样下一神经元不能兴奋从而引起肌肉麻痹。
5．生物武器的危害有传染性强的特点，针对这一特点，下列哪项不是防治生物武器的有效措施（ ）
A．提前接种和个人的防护
B．发现病人，立即报告，及时隔离
C．注意切断传播途径
D．只注意环境消毒，不注意动植物灭菌
答案 D
解析 防护生物武器，既要注意环境消毒，又要注意动植物灭菌，因为动植物也可以成为传染源。
基础再现
1．下列不属于转基因食品的优点的是（ ）
A．解决粮食短缺问题
B．减少农药的使用量，避免环境污染
C．增加食品营养，提高食品附加值
D．可产生人体的抗原性物质
答案 D
2．生物武器是指在战争中使人、畜致病，毁伤农作物的微生物及其毒素。
通常包括致病菌、立克次氏体、衣原体、病毒和毒素等六大类。
根据它们的类型，预测下列不是生物武器危害性特点的是（ ）
A．传染性强B．传染范围广
C．传播途径多D．传播不受气候影响
答案 D
解析 由于生物武器主要使用致病微生物，它们的生存、繁殖、死亡，主要受气温和湿度的影响，其次，风、水、烈日、雨、雪、大风等都能影响生物武器的危害作用。
3．生物武器的传播途径主要包括（ ）
①直接传播 ②食物传播 ③生活必需品传播④施用者人体传播
A．①②B．②③
C．①②③D．①②③④
答案 C
解析 生物战剂可以通过多种途径使人感染发病，如经口食入、经呼吸道吸入、昆虫叮咬、皮肤接触等，因此生物武器的传播途径主要包括直接传播、食物传播和生活必需品传播。
4．下列有关转基因生物引发的安全性问题的叙述，错误的是（ ）
A．转基因生物引发的安全性问题包括食物安全、生物安全、环境安全
B．转基因生物引发安全性问题的原因之一是外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的
C．转基因生物的安全性指转移的基因对接受基因的生物是否安全
D．转基因生物有可能引发安全性问题，但不能一概而论
答案 C
解析 转基因生物的安全性包括食物安全、生物安全、环境安全，并不是指对转基因生物自身是否安全。
5．面对转基因技术的利弊，正确的做法是（ ）
A．趋利避害，不能因噎废食
B．不加区分，全盘接受
C．应停止有关的实验
D．坚决抵制转基因生物
答案 A
解析 理性看待问题的本质是既看到有利的方面又不回避不利的方面。
转基因技术有利有弊，我们对待它应趋利避害，不能因噎废食。
能力提升
6．下列哪项是对待生物技术的理性态度（ ）
A．转基因技术是按照人们的意愿对生物的设计，不存在负面影响
B．转基因农作物对于解决粮食、能源等问题起了积极作用，也存在一定风险
C．克隆技术如果被一些人利用将给社会造成灾难，应禁止任何克隆研究
D．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
答案 B
解析 转基因技术是按照人们的意愿对生物的设计，但由于技术方面的原因和人为因素的存在，仍有产生负面作用的可能；科学从来都是一把双刃剑，任何科学进步都存在有益和有害两个方面，是造福人类还是危害人类，关键在于人类如何对待和应用它，而不能因为暂时不合情理就因噎废食。
7．转基因生物的安全性引起人们争论的技术原因是（ ）
①转移基因的功能往往未知 ②转移基因的结构往往未知 ③外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的 ④外源基因往往是异种生物的基因
A．①②B．②③C．③④D．①③
答案 C
解析 由于科学水平的限制，目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制了解有限；转移的基因虽然功能已知，但不少是异种生物的基因；外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。
因此，在转基因生物中，有时候会出现意想不到的后果，引起人们在食物安全、生物安全和环境安全三个方面的激烈争论。
8．利用基因重组技术制造的全新致病菌比一般生物武器的危害性大，其原因是（ ）
①人类从来没有接触过这种致病菌 ②无药可医
③具有某种易感基因的民族容易感染，而施放国的人却不易感染
A．①B．②C．②③D．①②
答案 D
解析 利用基因重组技术制造的全新致病菌比一般生物武器的危害性大，是由于人类从来没有接触过这种致病菌，可以让大批受感染者突然发病，而又无药可医。
9．下列这些行为，我们应该支持的是（ ）
A．对流感病毒基因进行改造，以使具有某种易感基因的民族感染这种病毒，而施放国的人却不易感染
B．在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，反对生物武器及其技术和设备的扩散
C．用重组技术制造全新的致病菌
D．将蜡状杆菌改造成像炭疽杆菌那样的致病菌
答案 B
解析 A、C、D项都是可能产生对人类造成很大伤害的致病菌，所以我们要坚决反对。
10．下列哪项基因工程对人类有益无害（ ）
A．将抗病毒的干扰素基因转移到大肠杆菌中批量生产干扰素
B．将蜡状杆菌改造成像炭疽杆菌那样的致病菌
C．将某种生物毒素的基因与流感病毒基因拼接
D．将流感病毒基因进行改造，可引起某种动物染病
答案 A
解析 干扰素是一种抗病毒的特效药物，用基因工程的方法生产干扰素已为人类战胜疾病作出了巨大贡献。
其他选项都是基因工程的滥用，对世界和平、人类健康有极大威胁。
11．来源于豇豆的胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI基因）具有广谱的抗虫特性。
但直接把该基因转入农作物后，发现转基因植株中合成的CpTI蛋白质的积累量并没有达到强烈抑制害虫的程度。
于是，科研工作者在体外对CpTI基因进行了修饰，在其两端分别融合了“信号肽”序列和“内质网滞留信号”序列，在它们的共同作用下，CpTI蛋白质在转基因植株中的积累量得到了明显提高。
修饰和表达过程如图所示：
（1）在此项基因工程中，供体细胞是_________________________________________________；
CpTI基因是人们所需要的特定基因，称为___________________________________________。
（2）在体外对CpTI基因进行修饰时，首先用__________________处理，形成黏性末端。
（3）“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的化学本质是________________。
（4）检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是____________________________________
_______________________________________________________________________________。
（5）当前，转基因大豆、转基因棉花等转基因农作物已经进入了我们的生活，请从生物学角度谈谈转基因农作物可能带来的利与弊（各举一条例子）。
①利：
__________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
②弊：
__________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）豇豆细胞 目的基因
（2）限制酶 （3）DNA（脱氧核酸） （4）让害虫食用农作物叶片 （5）①可以让人类获得具有优良品质的农作物，如蛋白质含量更高、抗逆性更强的作物；打破传统育种界限，如植物表达微生物的抗虫性状等 ②转基因农作物也可能变异成为对人类或环境有害的物种，如抗逆性极强的“超级杂草”会严重破坏生物多样性；转入的基因可能会导致某种尚不为人知的对人体健康有害的性状的产生；造成基因污染；影响食品安全等（其他合理答案也可）
解析 提供CpTI基因的供体细胞是豇豆细胞，该基因为目的基因。
在修饰时，首先用限制酶切割，形成黏性末端。
从题干知“信号肽”序列和“内质网滞留信号”序列能与CpTI基因结合，说明它们都是DNA。
高科技是把双刃剑，故分析基因工程作物的利弊时可从两个方面阐述。
12．阅读下列材料，回答问题。
生物武器是指利用病原微生物、毒素等作为战争武器，危害性极大。
材料一 联合国组织的一个专家小组的研究报告指出，虽然许多国家签订了生物武器公约，但对这方面的研制工作并未停止，因此，对生物武器防治方法的研究也应得到加强。
材料二 将生物战剂做成干粉或液体喷洒到空气中，形成有害的气雾云团，叫做“生物战剂气溶胶”。
它的颗粒很小，肉眼很难看见，渗透力强，杀伤范围广，一些通常通过食物或昆虫传播的病原体也可以通过气溶胶由呼吸道感染。
所以，使人致死的剂量较其他感染途径小。
（1）有可能成为“生物战剂气溶胶”病原体的微生物，应属于哪些类群？
_______________
________________________________（请列举两例）。
（2）人体抵抗病原体的第一道防线是______________；最有效的防线是___________________。
（3）在战争中，为预防敌方使用生物武器，你认为参战部队采取的最有效措施是___________
_______________________________________________________________________________。
请简述这一措施的原理：
__________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）细菌、病毒、衣原体、立克次氏体等（答出两项即可）
（2）皮肤、呼吸道黏膜等 特异性免疫
（3）接种常见病原体的疫苗 使参战人员体内产生相应的抗体和记忆细胞，当病原体侵入时，会迅速产生强烈的免疫反应
解析 作为生物武器的微生物主要有细菌、病毒、衣原体、立克次氏体等，这些病原微生物借助于其他辅助装置，在作战区散播，首先穿过皮肤、消化道和呼吸道黏膜，进入内环境，使作战人员失去战斗力。
为预防敌方的生物武器，可采取接种疫苗、穿隔离
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