2021高考生物人教版一轮教师用书第十单元第37讲　胚胎工程　生物技术的安全性和伦理问题

第37讲　胚胎工程　生物技术的安全性和伦理问题

考点一　体内受精和早期胚胎发育

1.精子和卵子发生的比较

(1)精子的发生

(2)卵子的发生

2.受精作用的过程

3.早期胚胎发育过程

1.精子的形成过程完全是在精巢中完成的,卵子的形成是否也完全在卵巢中进行?

提示:不是。卵子的形成过程中,减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的,减数第二次分裂是在受精过程中进行的,场所是输卵管。

2.如图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段,请据图回答问题:

(1)用字母、箭头及名称表示出胚胎发育的先后顺序?

提示:A桑椹胚→B囊胚→C原肠胚。

(2)细胞分化、胚层分化分别出现在哪个时期?

提示:囊胚期、原肠胚期。

(3)2部位细胞将来的发育情况?

提示:2部位细胞为内细胞团细胞,将来发育成胎儿的各种组织。

(4)请在下图中绘出卵裂过程中每个细胞的体积、核内DNA含量与时间的关系。

提示:如图:

题型一　配子的发生与体内受精

1.以下关于精子形成过程的叙述,不正确的是(　D　)

A.精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分

B.高尔基体发育为头部的顶体

C.线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘

D.细胞内的其他物质浓缩为球状,叫作原生质滴,原生质滴中存在中心体

解析:精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分,高尔基体发育为头部的顶体,中心体演变为精子的尾,线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘,其他物质浓缩成原生质滴。

2.每一物种都可保持本物种染色体数目的稳定,在动物受精过程中,有一系列的机制保证一个精子与一个卵子结合,防止多个精子与卵子结合,从而保证本物种染色体数目的稳定。下列哪些活动可防止多个精子与卵子结合(　D　)

①精子细胞变形,细胞核物质集中在精子头部　②精子获能　③顶体反应　④透明带反应　⑤卵细胞膜反应

A.①② B.①③ C.③⑤ D.④⑤

解析:精子细胞的变形使精子具有灵活运动的能力,使精子迅速运动,找到卵子;精子获能是精子在雌性生殖道中经过一系列的生理变化,获得受精的能力;顶体反应是顶体内的酶释放出来,溶解卵丘细胞之间的物质,形成精子穿越放射冠的通路;透明带反应是指精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来精子进入透明带的生理反应;精子进入卵子后,卵细胞膜会立即发生一种生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,这就是卵细胞膜反应。

3.如图1为产生成熟精子的结构示意图,图2为家畜卵子发生和成熟过程示意图。请据图回答下列有关问题:

(1)哺乳动物精子的发生是在　　　　内完成的;卵子的发生是在雌性动物的　　　　内完成的。 

(2)精子头部的顶体是由　　　　　　发育来的,在受精阶段发生顶体反应,释放　　　　溶解卵丘细胞之间的物质和透明带。获能的精子穿越放射冠和透明带,进入卵细胞膜完成受精的过程中会产生两次生理反应,阻止其他精子入卵,它们是　。 

(3)图2中①代表个体发育的　　　　期,③代表　　　　(写结构名称);⑦代表　　　　　　　(写细胞分裂时期)。 

(4)精子和卵子在发生上的重要区别是哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在　　　　　　完成的。 

(5)一个次级卵母细胞经减数分裂形成　　　　个卵子和　　　　个第二极体。 

解析:(1)哺乳动物精子的发生是在睾丸内完成的,卵子的发生是在雌性动物的卵巢内完成的。

(2)精子头部的顶体是由高尔基体发育来的,在受精阶段发生顶体反应释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质和透明带。受精过程中阻止多精入卵的两道屏障分别是透明带反应和卵细胞膜反应。

(3)初级卵母细胞的储备在①胎儿期完成;③代表卵细胞膜。初情期后发生的变化是指初级卵母细胞经过④减数第一次分裂(MⅠ)形成⑤次级卵母细胞和⑥第一极体,次级卵母细胞经过⑦减数第二次分裂(MⅡ)形成卵细胞和第二极体,然后由卵细胞与精子结合形成合子(受精卵)。

(4)哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备,是在出生前(即胎儿时期)完成的。

(5)一个次级卵母细胞经减数分裂形成1个卵子和1个第二极体。

答案:(1)睾丸　卵巢

(2)高尔基体　顶体酶　透明带反应和卵细胞膜反应

(3)胎儿　卵细胞膜　减数第二次分裂(MⅡ)

(4)出生前(即胎儿时期)

(5)1　1

题型二　早期胚胎发育过程分析

4.以下关于桑椹胚的说法不正确的是(　C　)

A.胚胎细胞数目达到32个左右时,形似桑椹

B.每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能,即每个细胞都具有全能性

C.良种母牛体内的桑椹胚细胞都有可能克隆出基因型完全相同的小牛,性别一定为雌性

D.是由受精卵经有丝分裂产生的

解析:当胚胎细胞数目达到32个左右时,胚胎形成致密的细胞团,形似桑椹,叫做桑椹胚。实验证实,这一阶段前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能,属于全能细胞。这些细胞都是由受精卵经有丝分裂产生的;良种母牛体内的桑椹胚是由受精卵发育而成的,受精卵经有丝分裂形成的各细胞基因型相同,由它们克隆而成的小牛性别也相同,但不一定都是雌性,这要视一开始此受精卵的情况而定。若受精卵为XY型,则为雄性;若受精卵为XX型,则为雌性。

考点二　体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用

1.体外受精

2.早期胚胎培养

(1)培养目的:检查受精状况和受精卵的发育能力。

(2)培养液成分

(3)胚胎处理:向受体移植或冷冻保存。

3.胚胎工程的应用

(1)胚胎移植

①概念剖析

a.供体:能提供早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到胚胎的雌性动物。

b.受体:同种的、生理状态相同的其他雌性动物。

c.结果:产生新个体。

②意义:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。

③地位:胚胎工程其他技术的最后一道工序。

④生理学基础

a.移入:排卵后,供受体生殖器官的生理变化是相同的。

b.收集:早期胚胎处于游离状态。

c.存活:受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。

d.遗传性:供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但移入受体的供体胚胎的遗传特性不受任何影响。

⑤基本程序

对供、受体的
选择和处理

配种或进行人工授精

对胚胎的收集、
检查、培养或
保存

胚胎移植——方法:手术法和非手术法

胚胎移植后的检查——检查受体母牛是否妊娠

(2)胚胎分割

①概念:采用机械方法将早期胚胎分割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。

②材料:发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

③实质:属于动物的无性生殖。

④分割要求:对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

(3)胚胎干细胞(ES或EK细胞)

①来源:早期胚胎或原始性腺。

②特点

③应用:治疗人类某些顽症;培育人造组织器官,用于器官移植;研究体外细胞分化等。

1.下图为牛胚胎移植的基本程序,请据图回答:

(1)图中a、b、c过程分别是指　　　　　、　　　　　、　　　　　　。 

提示:超数排卵处理　胚胎的收集(或冲卵)　胚胎移植

(2)在胚胎移植过程中,供、受体母牛选择好后,要对供体和受体进行同期发情的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

提示:使供、受体母牛处于相同的生理状态,以保证移植的胚胎能够继续正常发育。

(3)妊娠检查是指图中的　　　　(填“d”或“e”)。 

提示:e

(4)胚胎移植的实质是指　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

提示:早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。

2.SRY—PCR胚胎的性别鉴定技术有何优点?(至少答出两点)

提示:取样少、检测时间短、对胚胎损伤小、在生产上应用方便等。

题型一　体外受精及早期胚胎培养

1.(2016·江苏卷)印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物,通过胚胎工程技术,可以让家猫代孕而繁育,主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是(　B　)

A.步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割

B.诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞

C.受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液

D.步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同

解析:步骤甲、乙分别指受精作用、胚胎移植;诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素,只能作用于性腺;受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自受精卵;受精过程使用的培养液是专用的受精溶液,与早期胚胎培养所用的发育培养液有区别。

2.(2019·湖北沙市模拟)“三亲婴儿”是为了避免母亲线粒体遗传病传给下一代。下图为培育“三亲婴儿”的过程示意图,回答下列问题:

(1)对捐卵者的健康要求是　　　　　　　　。通常给捐献卵母细胞者注射　　　　　　　使其超数排卵。 

(2)重组细胞需要培养到MⅡ中期的原因是该时期后的卵母细胞具备　　　　　　　。培育“三亲婴儿”的过程属于　　　　(填“有性”或“无性”)生殖。 

(3)重组细胞在体外受精后还要在发育培养液中继续培养,目的是　　　　　　　　　　　　　　　。从受精卵到“三亲婴儿”还需用到早期胚胎培养和　　　　　技术。 

(4)“三亲婴儿”技术类似于设计试管婴儿,设计试管婴儿相比试管婴儿的主要区别是:胚胎在植入子宫前须进行　　　　　　　　　。 

解析:(1)“三亲婴儿”是为了避免母亲线粒体遗传病传给下一代,故对捐卵者的健康要求是不患线粒体病。通常给捐献卵母细胞者注射促性腺激素使其超数排卵。

(2)重组细胞需要培养到MⅡ中期的原因是该时期后的卵母细胞具备受精能力。培育“三亲婴儿”的过程属于有性生殖。

(3)将体外培养成熟的卵母细胞与经化学诱导法获能的精子在体外受精后,移入发育培养液中继续培养,目的是检查受精状况和受精卵的发育能力。从受精卵到“三亲婴儿”还需用到早期胚胎培养和胚胎移植技术。

(4)“三亲婴儿”技术类似于设计试管婴儿,设计试管婴儿相比试管婴儿的主要区别是:胚胎在植入子宫前须进行基因检测。

答案:(1)不患线粒体病　促性腺激素　

(2)受精能力　有性　

(3)检测受精状况和受精卵的发育能力　胚胎移植　

(4)基因检测(遗传学诊断)　

早期胚胎培养与动物细胞培养的比较

题型二　胚胎工程技术及其应用

3.供、受体母牛选择好后,要用激素进行同期发情处理的原因是(　B　)

A.防止受体牛不愿意接受胚胎

B.只有受体与供体的生理状态相同,被移植的胚胎才能继续正常发育

C.只要发情排卵后,供、受体生理状态各阶段时间内的变化完全相同

D.同期发情处理后,卵子和精子受精结合能力强

解析:用激素对供体母牛和受体母牛进行同期发情处理,以使其处于相同的生理状态,便于被移植的胚胎继续正常发育。

4.控制哺乳动物的性别对于畜牧生产有着十分重要的意义。目前,分离精子技术是有效的性别控制方法。例如,牛的含X染色体的精子的DNA含量比含Y染色体的精子的DNA含量高出4%左右,利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来,再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛(如图所示)。

根据以上信息回答下列相关问题:

(1)图中过程①采集精子时,对公牛常采用　　　　　　法,获得的精子经　　　　　　诱导后才能受精。 

(2)图中过程③通常采用　　　　　　技术。在这个过程中　　　　　　的精子与卵子相遇时,首先发生　　　　　　反应释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质。防止多精入卵的生理反应有　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)在体外培养受精卵时,除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外,还需要提供　　　　　　气体以维持　　　　　　。 

(4)为了确保得到所需性别的试管牛,往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定,请举出一种对早期胚胎进行性别鉴定的方法:　　　　　　。 

解析:(1)采集精子的方法主要有三种:手握法、假阴道法、电刺激法,对于牛常采用的方法是假阴道法,且采集后的精子需经化学药物诱导使之获能。

(2)精子和卵子受精时会发生一些重要的生理反应,如顶体反应、透明带反应、卵细胞膜反应,其中后两者是防止多精入卵的主要生理过程。

(3)在体外培养受精卵时,需要提供一定量的CO2以维持培养液的pH。

(4)取早期胚胎细胞进行检测,如果含有Y染色体,一定是雄性,否则为雌性。

答案:(1)假阴道　化学药物(一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液)　(2)体外受精　获能　顶体　透明带反应和卵细胞膜反应　(3)CO2　培养液的pH

(4)分析胚胎细胞的染色体组型(其他合理答案也可)

5.(2014·福建卷)Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图:

(1)步骤①中,在核移植前应去除卵母细胞的　　　　。 

(2)步骤②中,重组胚胎培养到　　　　期时,可从其内细胞团分离出ES细胞。 

(3)步骤③中,需要构建含有Rag2基因的表达载体。可以根据Rag2基因的　　　　　　　设计引物,利用PCR技术扩增Rag2基因片段。用HindⅢ和PstⅠ限制酶分别在片段两侧进行酶切获得Rag2基因片段。为将该片段直接连接到表达载体,所选择的表达载体上应具有　　　　　　　　　酶的酶切位点。 

(4)为检测Rag2基因的表达情况,可提取治疗后小鼠骨髓细胞的　　　　,用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。 

解析:(1)步骤①为动物核移植,核移植是将动物一个细胞(上皮细胞)的细胞核移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,使其重组并发育成一个新的胚胎,最终发育为动物个体。(2)步骤②为动物细胞培养,当培养到囊胚期时,可从其内细胞团分离出胚胎干细胞(ES细胞)。(3)利用PCR技术获取目的基因(Rag2基因)的前提是要有一段已知目的基因(Rag2基因)的核苷酸序列,以便根据这一序列设计引物。由于Rag2基因的两侧是用限制酶Hind Ⅲ和限制酶PstⅠ剪切的,为了将该片段直接连接到表达载体上,也应用限制酶Hind Ⅲ和限制酶Pst Ⅰ剪切载体,以确保产生的末端一致,再利用DNA连接酶连接起来,故所选择的表达载体上应具有限制酶HindⅢ和限制酶Pst Ⅰ的酶切位点。(4)为了检测目的基因(Rag2基因)是否表达出蛋白质,可采用抗原—抗体杂交技术,因此可用抗Rag2蛋白的抗体与治疗后小鼠骨髓细胞的蛋白质(抗原)进行杂交实验。

答案:(1)细胞核　(2)囊胚　(3)核苷酸序列　Hind Ⅲ和PstⅠ　(4)蛋白质

考点三　生物技术的安全性和伦理问题

1.转基因产品的安全性

(1)对转基因产品的安全性存在争论的原因: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,由于人们因各种各样的差异,具有不同的价值观取向,出现了激烈的争论是正常的。

(2)对转基因产品的安全性存在争论:人们特别是在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。

(3)理性看待转基因技术

①清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。

②正确看待人们的观点受到复杂的政治、经济和文化等因素的影响。

③要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。

2.生物技术的伦理问题

(1)设计试管婴儿引发的伦理道德问题

 (2)基因检测引发的伦理道德问题

3.生物武器的种类

(1)连线

提示:①—b　②—c　③—a

(2)我国政府观点: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。

1.试管婴儿和设计试管婴儿的比较

(1)不同点

①所用技术手段:设计试管婴儿胚胎移植前　　　　(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断,试管婴儿　　　　(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断。 

提示:需要　不需要

②应用:试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症的治疗。

(2)相同点(答出三点即可)。

提示:都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过胚胎移植,都是有性生殖。

2.为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中的其他植物,科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中,其原因是什么?

提示:受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞,精子中几乎不含叶绿体基因组,即叶绿体中的目的基因不会通过花粉传递给下一代,将目的基因导入受体细胞的叶绿体基因组中可防止造成环境污染。

题型一　考查转基因技术的安全性

1.面对转基因生物的安全性问题,以下解决方法合理的是(　B　)

A.一旦发现转基因生物出现了安全性问题,要马上停止实验,并封存重组生物

B.对外源DNA进行认真选择,避免产生对人体有毒害的或过敏的蛋白质

C.对用大肠杆菌作为转基因受体的菌株,限定必须使用在40 ℃下便会死去的菌株

D.把重组DNA的转移限制在遗传上没有缺陷的生物上

解析:在转基因生物或其产品研究过程中,要自觉遵守科学研究道德,如一旦发现转基因生物出现了安全性问题,要求马上停止实验,并销毁重组生物;对外源DNA进行认真选择,避免产生对人体有毒的或过敏的蛋白质;对用大肠杆菌作为转基因受体的菌株,限定必须使用在37 ℃人体体温下便会死去的菌株;把重组DNA的转移限制在遗传上具有特定缺陷的生物上。

题型二　生物技术的伦理问题

2.据报道,英国某医院的医生利用基因诊断和胚胎筛选技术,使一对拥有乳腺癌家族病史的英国夫妇顺利孕育一名排除乳腺癌隐患的“设计试管婴儿”。

如图是该“设计试管婴儿”培育的流程图:

家庭乳腺癌病史调查预测后代发病概率对妻子进行促排卵处理体外受精,获得15个受精卵胚胎的基因检测选取符合要求的早期胚胎进行胚胎移植设计试管婴儿

(1)材料中“体外受精”主要包括　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　和受精阶段。 

(2)人的早期胚胎培养过程中要保证全面获得营养物质和调节物质,可在培养液中添加　　　　　　、激素等;为防止杂菌污染可在培养液中添加　　　　　　。 

(3)世界首例抗乳腺癌“设计试管婴儿”的诞生引发了伦理争议,请你说明反对这一技术应用于人类的理由:  　           。 

解析:(1)体外受精包括精子的获取和获能,卵母细胞的采集和培养以及受精等阶段。

(2)动物细胞培养的培养液中应添加血清,为防止杂菌污染可添加抗生素。

(3)开放性问题,答案合理即可。

答案:(1)精子的获取和获能　卵母细胞的采集和培养

(2)血清　抗生素

(3)在“设计试管婴儿”过程中需对胚胎进行筛选,这是对生命的不负责任;含有致癌基因的胚胎在长大成人后,也有不患病的可能;基因筛选会在不久的将来愈演愈烈,最终变成从相貌、智力等方面对人类的胚胎事先进行筛选,变成名副其实“设计”出来的婴儿(答对一点即可,其他合理答案也可)

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

1.一个基本程序

胚胎移植的基本程序:对供、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→对胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎移植→移植后检查。

2.两次使用激素

胚胎移植过程中两次使用激素,第一次用激素对供、受体进行同期发情处理,第二次用促性腺激素对供体进行超数排卵处理。

3.两次检查

胚胎移植过程中有两次检查,第一次对收集的胚胎进行检查;第二次对受体母畜是否妊娠进行检查。

4.两个过程

(1)受精过程:获能的精子穿过放射冠和透明带→精卵通过细胞表面的糖蛋白相互识别→精子遗传物质进入卵细胞。

(2)胚胎发育过程:受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚→组织器官分化→幼体。