高中生物高考2022年高考生物一轮复习 第10单元 第35讲　胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题

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第35讲　胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题
[目标要求]　1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础。2.胚胎干细胞的移植。3.胚胎工程的应用。4.转基因生物的安全性。5.生物武器对人类的威胁。6.生物技术中的伦理问题。
考点一　体内受精与早期胚胎发育

1．精子和卵子的发生
(1)精子的发生
①场所：雄性动物的睾丸内。
②时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退。
③过程

(2)卵子的发生
①场所：雌性动物的卵巢内。
②时期：在动物胚胎性别分化以后。
③过程

2．受精
(1)概念：精子和卵子结合形成合子(受精卵)的过程。
(2)场所：雌性动物的输卵管内。
(3)过程

3．早期胚胎发育


(1)精子和卵子的发生都是从初情期开始的(　×　)
(2)卵子形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的(　×　)
(3)排卵是指卵泡从卵巢中排出(　×　)
(4)精子获能就是获得“能量”(　×　)
(5)透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精子入卵的两道屏障(　√　)
(6)卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加(　×　)
(7)在胚胎发育过程中，细胞的分化出现在桑椹胚期(　×　)

(源于选修3 P63图3－5)据图回答问题：
(1)精子和卵子发生的重要区别是卵泡的形成和在卵巢内的储备是在胎儿时期完成的。
(2)判断卵子是否受精的重要标志是在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。

1．精子和卵子的发生的比较

2．受精过程中的“三大反应”“两道屏障”

3．卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律
(1)有机物：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而一直呼吸消耗，有机物总量减少。
(2)细胞数目和体积：胚胎总体积不变或略有缩小，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
(3)细胞中DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。

考向一　体内受精
1．如图为家畜卵子发生和成熟示意图(n表示染色体组)。下列叙述错误的是(　　)

A．Ⅰ→Ⅱ过程中细胞核内DNA数目加倍
B．Ⅱ的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的
C．减数第一次分裂在排卵前后完成，排出的Ⅲ为成熟的卵子
D．Ⅳ为受精卵，在卵细胞膜和透明带的间隙可观察到两个极体
答案　C
解析　Ⅰ→Ⅱ过程为染色体复制，复制完成后，细胞核内DNA数目加倍；Ⅱ的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的；减数第一次分裂在排卵前后完成，排出的Ⅲ为一个次级卵母细胞和一个第一极体，次级卵母细胞的减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的。次级卵母细胞分裂产生一个成熟卵子和一个第二极体，故排出的Ⅲ不是成熟卵子；Ⅳ细胞核的染色体数目为2n，为受精卵，此时在卵细胞膜和透明带的间隙可观察到两个极体。
2．下列不是精子、卵子发生的区别的是(　　)
A．初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间
B．MⅠ和MⅡ的时间连续性
C．成熟生殖细胞是否经过变形
D．成熟生殖细胞中染色体的数目
答案　D
3．下面是哺乳动物受精过程示意图，请据图回答：

(1)图中字母表示的结构名称是a________；b________；c________；d________。
(2)在精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道发生相应的生理变化，具有了受精能力，这个过程称为__________。卵子一般排出后都要在__________进一步成熟，当发育到____________________时，才具备与精子结合的能力。
(3)在精卵相遇时精子发生________反应，释放出______酶，该酶可溶解透明带外面的卵丘细胞之间的物质，形成穿越________________的通路。在精子触及卵细胞膜的瞬间会发生________反应，这是防止多精入卵的第一道屏障；同时精子的外膜与______________融合，精子入卵，这时发生____________反应，这是防止多精入卵的第二道屏障。同时精子的头部和尾部分离，由此看出精子进入卵子的部分几乎只有头部的________。
答案　(1)放射冠　透明带　雄原核　雌原核
(2)精子获能　输卵管　减数第二次分裂中期
(3)顶体　顶体　放射冠和透明带　透明带　卵细胞膜　卵细胞膜　细胞核
考向二　早期胚胎发育
4．下列关于卵裂期的叙述，正确的是(　　)
A．细胞不断分裂，胚胎体积不断增大
B．卵裂处于囊胚形成的过程中，每个细胞的体积不断增大
C．卵裂过程进行有丝分裂，胚胎中DNA总量不断增加
D．卵裂需要消耗能量，有机物总量和种类都不断减少
答案　C
5．根据哺乳动物受精作用和胚胎发育的有关内容，回答下列问题：
(1)防止多精入卵的两道屏障是________________反应。
(2)胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为________期。
(3)早期胚胎发育要经过若干发育阶段，在____________阶段，内细胞团的细胞开始出现分化，其实质是____________________，为了研究内细胞团细胞的迁移和分化情况，将内细胞团的表层细胞的DNA进行放射性同位素标记，当胚胎发育至原肠胚阶段，可发现放射性出现在__________(填“部位A”“部位B”“部位C”或“部位D”)。

答案　(1)透明带反应和卵细胞膜　(2)卵裂　(3)原肠胚　基因的选择性表达　部位A
解析　囊胚阶段细胞分化形成内细胞团和滋养层；在原肠胚阶段，内细胞团的细胞开始出现分化，而细胞分化的实质是基因的选择性表达。内细胞团的表层细胞将形成外胚层，即图中部位A。
考点二　胚胎工程及其应用

1．体外受精和早期胚胎培养
(1)体外受精

(2)胚胎的早期培养

教材中的隐性知识　源于选修3 P69“小知识”：超数排卵是给供体注射促性腺激素，使一头母畜一次排出比自然情况下多几倍到十几倍的卵子。此法用于卵母细胞的采集时，适用于小鼠、兔、猪、羊等，获得卵子能直接与获能的精子在体外受精。
2．胚胎工程的应用及前景
(1)胚胎移植
①概念：指将雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体叫供体，接受胚胎的个体叫受体。
②地位：是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。
③生理学基础

④实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
⑤基本程序
→→
→→
教材隐性知识　源于选修3 P77图3－19：胚胎移植中的“冲卵”和体内产生配子时的“排卵”有何不同？
提示　排卵是指卵子从卵泡中排出，冲卵是指把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。
(2)胚胎分割
①材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。
②实质：胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是无性繁殖，即克隆。
③分割要求：对囊胚分割时，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)胚胎干细胞及其应用
简称
ES或EK细胞
来源
早期胚胎或原始性腺
特点
形态上：体积小，细胞核大，核仁明显；
功能上：具有发育的全能性
体外
培养
①在饲养层细胞上，或在添加抑制因子的培养液中能够只增殖，而维持不分化状态；
②在培养液中加入分化诱导因子，可诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化；
③培养后可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造
培养
过程

主要
用途
①用于研究哺乳动物个体发生和发育的规律；
②治疗人类的某些顽症；
③培育出人造组织器官，用于器官移植，可以解决免疫排斥问题；
④是研究体外细胞分化的理想材料等


(1)在胚胎移植中，对供体母畜要用促性腺激素进行超数排卵处理(　√　)
(2)可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植(　×　)
(3)小鼠胚胎干细胞可来自对囊胚内细胞团的分离培养(　√　)
(4)为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂(　×　)
(5)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎(　√　)
(6)对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(　×　)
(7)胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点(　×　)

源于选修3 P76讨论及P77图3－19
(1)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
(2)供体牛和受体牛的选择标准为供体是遗传性能和生产性能优秀的个体，受体是健康、有繁殖能力的个体，且二者必须是同一物种。
(3)胚胎移植的优势是充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

1．早期胚胎培养液与动物细胞培养液成分的比较
项目
早期胚胎培养液
动物细胞培养液
盐类
无机盐、有机盐
无机盐、微量元素
营养物质
氨基酸、核苷酸
糖、氨基酸
调节物质
维生素、激素
促生长因子
特有成分
血清
血清、血浆

2.胚胎移植中的四个注意点
两次激
素使用
第一次：用激素对供、受体进行同期发情处理；
第二次：用促性腺激素处理使供体超数排卵
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
移植时
间不同
牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段移植；
小鼠、家兔培养到桑椹胚前移植；
几乎所有动物都不能培养到原肠胚阶段移植
繁殖
方式
胚胎由受精卵形成，属于有性生殖；
胚胎由核移植或胚胎分割形成，属于无性生殖

3.“克隆羊”“试管羊”“转基因羊”的产生过程及分析比较
名称
产生过程
不同点
相同点
主要生物技术
遗传物质
遗传性状
生殖方式
克隆羊

核移植技术
A羊核基因，B羊质基因
几乎全部表现A羊性状
无性生殖
都用到胚胎移植技术、动物细胞培养技术
试管羊

体外受精
A、B羊核基因，B羊质基因
双亲性状
有性生殖
转基
因羊

DNA重组技术
目的基因、双亲基因
目的基因性状、双亲性状
有性生殖

4．干细胞的种类
类别
来源或举例
特点
全能干细胞
胚胎干细胞(囊胚期之前的细胞及内细胞团细胞)
能形成机体的所有组织器官、发育成完整个体
多能干细胞
造血干细胞
具有分化成多种细胞或组织的潜能，但无发育成完整个体的能力
专能干细胞
上皮组织基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞
只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞


考向一　体外受精和早期胚胎培养
6．下列有关哺乳动物体外受精的叙述不正确的是(　　)
A．哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精几个阶段
B．直接从活体动物卵巢中吸取采集的卵母细胞，需要在体外经人工培养至MⅡ中期
C．对于牛、羊等家畜的精子在体外进行获能处理时，一般用一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液进行处理
D．给实验动物注射促性腺激素，使其产生更多的精子
答案　D
7．(2020·甘肃调研)小鼠是常用实验动物，其受精卵在交配24小时后进行第一次分裂，3天后发育成桑椹胚，并进入子宫。下图为转基因鼠培育过程流程图，据图回答问题：

(1)给供体母鼠注射促性腺激素，目的是使其_______________________________________。
在供体母鼠交配后的次日清晨，将从________处收集受精卵，置于含___________________的混合气体的培养箱中培养。
(2)受精卵在培养箱中培养几个小时后，可以在卵细胞膜和透明带的间隙观察到________________。将DNA溶液注入到受精卵的________原核中，注射后的受精卵经过鉴定为活的受精卵，马上进行移植，或放入__________中保存。
(3)受精卵移植的前一天晚上，受体母鼠需要与输精管结扎的公鼠交配，使母鼠呈假孕的生理状态，这样做的目的是________________________________________________________。
(4)由于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，再加上目的基因是异种生物基因，同时由于_________________________________________________，
因此在转基因小鼠中，有时候会出现一些科学家意想不到的后果。
答案　(1)超数排卵　输卵管　95%空气和5%CO2
(2)两个极体　雄　－196 ℃液氮
(3)为供体的受精卵移入受体提供了相同的生理环境
(4)目的基因插入小鼠基因组的部位是随机的
考向二　胚胎工程的应用
8．下图为培育转基因山羊生产人β-酪蛋白的流程图，下列叙述正确的是(　　)

A．过程①所用的人β-酪蛋白基因可从人cDNA文库中获得
B．过程②可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植
C．过程③不可使用胚胎分割技术扩大转基因山羊群体
D．过程④人β-酪蛋白基因在细胞质内进行转录、翻译
答案　A
解析　由图可知，过程①表示基因表达载体的构建，目的基因(人β-酪蛋白基因)的获取方法有很多，从人cDNA文库中获取是其方法之一，A正确；过程②表示胚胎移植，山羊的胚胎移植应在囊胚期以前进行，B错误；胚胎分割可以得到多个遗传性状相同的个体，在过程③中可以应用，C错误；真核生物基因的表达中转录过程发生在细胞核，翻译过程发生在细胞质，D错误。
9．(2020·河北百校联盟)和牛是世界公认的高档肉牛品种，其体型较小，肉质鲜嫩，营养丰富。我国科研人员利用胚胎移植技术，按如图所示流程操作，成功地批量培育了和牛这一优良品种。请回答下列问题：

(1)用________激素处理，可使供体母牛超数排卵，过程①中产生的精子需要进行________处理后才具有与卵细胞受精的能力。
(2)试管牛的培育需要的工程技术有________________________和胚胎移植等。
(3)移植的胚胎处于________期，移入的甲胚胎能在代孕雌牛子宫中存活的生理基础是__________________________________；为培育子代雌性小牛，胚胎移植前须进行性别鉴定，宜取图中[　　]________细胞进行DNA分析。
(4)为提高胚胎利用效率，尽快获得数量较多的子代和牛，图中甲环节是对牛胚胎所做的处理，使用的技术称为____________，最终目的是______________________；这一过程中，要特别注意将内细胞团________分割，其原因是_____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)促性腺　获能　(2)体外受精、早期胚胎培养　(3)囊胚　受体雌牛子宫对外来胚胎基本不发生免疫排斥反应　乙　滋养层　(4)胚胎分割　产生多个基因型相同的后代　均等　若分割不均匀，将影响分割后的胚胎恢复和发育，如含内细胞团少的部分发育不良或不发育
解析　(1)用促性腺激素处理供体母牛后，可使供体母牛超数排卵，采集的精子往往需要经过获能处理后才具有与卵细胞受精的能力。(3)题图中移植的胚胎处于囊胚期；移入的胚胎能在受体雌牛子宫中存活，其生理基础是代孕雌牛子宫对外来胚胎基本不会发生免疫排斥反应；另外，为培育雌性奶牛，胚胎移植前须进行性别鉴定，应取早期胚胎的滋养层细胞进行DNA分析。
考向三　胚胎干细胞
10．如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请据图回答下列问题：

(1)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至__________期的内细胞团或胎儿的______________中分离得到的一类细胞。
(2)图中分化程度最低的干细胞是______________，在体外培养条件下，培养液中加入____________因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。
(3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因________________的结果。
(4)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的。骨髓移植的实质是将图中的__________细胞移植到患者体内。
(5)若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能作为供体细胞的是成熟的________，其原因是______________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)囊胚　原始性腺细胞　(2)胚胎干细胞　分化诱导　(3)选择性表达　(4)造血干　(5)红细胞　哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核
解析　(1)胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，这个早期胚胎指的是囊胚阶段的内细胞团。(2)图中分化程度最低的干细胞是胚胎干细胞，其全能性最高，在体外培养条件下，在培养液中加入分化诱导因子，则该种干细胞可被诱导分化形成不同类型的组织细胞。(3)细胞分化是细胞中基因选择性表达的结果。(4)骨髓是人体的造血组织，存在造血功能的干细胞，骨髓移植的实质是将造血干细胞移植到患者体内。(5)克隆某种哺乳动物需要供体提供细胞核，而哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核，所以不能作为供体细胞。
考点三　生物技术的安全性和伦理问题

1．转基因成果
(1)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是对微生物的基因改造。
(2)转基因动物方面，科学家将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜；转基因植物方面，目前已经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。
(3)种植转基因植物面积较大的国家有美国、巴西、阿根廷、加拿大等；种植的转基因作物中大豆和玉米最多，其次是棉花和油菜。
2．转基因产品的安全性
(1)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。
(2)理性看待转基因技术。
3．生物技术的伦理问题——设计试管婴儿和基因身份证
项目
反对
支持
设计试管婴儿
(1)把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；
(2)早期的生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余的胚胎，无异于“谋杀”；
(3)有人会滥用设计试管婴儿技术，而设计婴儿性别
(1)设计试管婴儿是为了救人，是救治患者的最好、最快捷的方法之一；
(2)提供骨髓中造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤；
(3)脐带血是试管婴儿的“身外之物”
基
因身份证
技术方面
目前人类对基因结构及基因间的相互作用尚缺乏足够的认识，通过基因检测达到预防疾病的目的是困难的；基因检测结果会给受检者带来巨大的心理压力
通过基因检测可以对遗传性疾病及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的
道德方面
基因资讯的泄露造成基因歧视，如个人婚姻困难、人际关系疏远，更明显的是造成一支遗传性失业大军
对于基因歧视现象，可以通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法得以解决

4.生物武器
(1)种类：致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等。
(2)中国政府的态度：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)转基因作物被动物食用后，目的基因就会转入动物体细胞中(　×　)
(2)种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的基因多样性(　√　)
(3)转入油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中(　√　)
(4)转基因产品需要经过一系列的安全性评价，符合标准后才能上市(　√　)
(5)对于基因歧视现象，可以通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法得以解决(　√　)
(6)中国反对生物武器，但中国在特殊情况下可以生产生物武器(　×　)


(源于选修3 P87“正文”)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。


比较试管婴儿和设计试管婴儿
(1)试管婴儿和设计试管婴儿过程如图所示

(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点
项目
试管婴儿
设计试管婴儿
不同点
过程
无图中d过程
多出图中d过程
技术手段
无须进行遗传学诊断
进行遗传学诊断
应用
主要解决不孕
夫妇的生育问题
主要用于白血病、贫血症等遗传疾病的预测及治疗
相同点
二者都是体外受精、体外进行早期胚胎培养，再经过胚胎移植，从生殖方式上都为有性生殖


考向一　生物技术的安全性
11．下列关于转基因产品安全性的叙述中，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．针对转基因技术，各个国家都制定了符合本国利益的法规和政策
D．目前对转基因产品安全性的争论主要集中在食用安全性上
答案　B
解析　对转基因食品只要求标注“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项错误。
12．(2020·齐齐哈尔模拟)马铃薯植株在长期栽培过程中容易遭受病毒的侵染，从而导致严重减产。科学家通过基因工程技术将抗病毒的PVX基因成功导入马铃薯细胞中，培育出抗病毒的马铃薯植株。回答下列问题：
(1)以相关mRNA为材料，在________酶的作用下，可以获得抗病毒的PVX基因。将获得的PVX基因在体外进行扩增，可以采用________________(填中文名称)，该技术中所利用的特殊酶是________________________________________________________________________。
(2)若要使抗病毒的PVX基因在受体细胞中复制并表达，需要通过质粒载体而不能直接将抗病毒的PVX基因导入受体细胞，其原因是目的基因无_________________________________
_______________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)在进行基因操作时，将抗病毒的PVX基因导入马铃薯细胞常用的方法为______________。检测目的基因是否表达出相应的蛋白质，在个体水平上可以采用的方法是________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)逆转录　多聚酶链式反应　热稳定DNA聚合酶(或Taq酶)
(2)复制原点及表达所需的启动子和终止子
(3)农杆菌转化法　将相应病毒接种到马铃薯植株上
解析　(1)以mRNA为材料，获得抗病毒的PVX基因，可通过逆转录酶的催化获得。将获得的PVX基因在体外进行扩增，可以采用多聚酶链式反应(PCR)，该技术中所利用的特殊酶是热稳定DNA聚合酶(或Taq酶)。
(2)目的基因上无复制原点及表达所需的启动子和终止子，故要使抗病毒的PVX基因在受体细胞中复制并表达，需要通过质粒载体而不能直接将抗病毒的PVX基因导入受体细胞。
(3)将抗病毒的PVX基因导入马铃薯细胞常用的方法为农杆菌转化法。在个体生物学水平鉴定马铃薯植株是否具有抗病毒特性的方法是将相应的病毒接种到马铃薯植株上。
考向二　生物技术的伦理问题
13.“试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵细胞取出，在试管中完成受精，并在试管中培养使其发育到如图所示的时期，再将胚胎植入女性子宫内发育成胎儿，该技术使一部分不能生育的夫妇重新获得了生育的机会。下列叙述正确的是(　　)

A．“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是无性生殖
B．如图所示时期是胚胎发育的囊胚期，1代表内细胞团，2代表囊胚腔，3代表滋养层
C．“试管婴儿”的形成用到的技术有人工授精、体内培养、核移植
D．“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿技术”，二者对人类的作用是相同的
答案　B
14．中国深圳的科学家贺建奎，在第二届国际人类基因组编辑峰会召开前一天宣布，一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿于11月在中国健康诞生。这对双胞胎的一个基因经过修改，使她们出生后即能天然抵抗艾滋病，成为世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿。根据材料，回答下列有关问题：
(1)卵子排出后要在________内进一步成熟达到____________________(填时期)才具备与精子受精的能力。
(2)为解决不孕夫妇的生育问题出现的试管婴儿与基因编辑婴儿的区别是______________
____________________________________________________________________________。
(3)移植的胚胎能够存活的生理原因是受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生____________反应。
(4)已有研究表明少数人由于T细胞表面缺少HIV的特异性受体天生能够抵抗艾滋病，这类人缺少此受体的根本原因是______________________________________________________。
答案　(1)输卵管　减数第二次分裂中期　(2)试管婴儿培育过程中未改变精子和卵细胞的遗传物质，只是受精过程在体外；基因编辑婴儿改变了受精卵中的遗传物质
(3)免疫排斥　(4)缺少特异性受体的基因
解析　(1)精卵受精需要精子获能和卵子准备阶段，卵子需在输卵管进一步成熟至减数第二次分裂中期。(2)试管婴儿未改变精卵细胞的遗传物质，只是进行体外受精，而基因编辑婴儿选择性地改变了婴儿的某些基因。(3)受体对移入子宫的胚胎不发生免疫排斥反应。(4)受体的化学本质是蛋白质，基因决定性状。




1．核心概念
(1)(选修3 P63)受精：精子与卵子结合形成合子的过程。
(2)(选修3 P64)透明带反应：在精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应。
(3)(选修3 P67)孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带的破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。
(4)(选修3 P80)胚胎干细胞：由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，简称ES或EK细胞。
2．教材结论性语句
(1)(选修3 P63)当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精，这是判断卵子是否受精的重要标志。
(2)(选修3 P74)胚胎移植是指将雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。
(3)(选修3 P74～75)胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。
(4)(选修3 P78)胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成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。
(5)(选修3 P79)在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。

1．(2020·山东，14)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是(　　)
A．用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子
B．体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理
C．胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植
D．遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得
答案　C
解析　用促性腺激素处理雌性动物可以促使其超数排卵，A项正确；只有获能的精子才能进行受精作用，因此进行体外受精前，要对精子进行获能处理，B项正确；不同动物胚胎移植的时间不同，如牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才能进行移植，小鼠和家兔等可在更早的阶段移植，C项错误；遗传改造小鼠胚胎干细胞需要用到转基因等技术，D项正确。
2．(2020·江苏，23改编)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，制备流程如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．为获得更多的囊胚，采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子
B．细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同
C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞
D．胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养
答案　D
解析　哺乳动物进行体外受精时很容易获得大量精子，因为自然状态下雄性哺乳动物产生的精子数量就很多，不容易大量获取的是卵细胞，因而通常需要用促性腺激素处理雌性哺乳动物，使其一次性产生更多的卵细胞，来培养更多的胚胎，A项错误；细胞分化是基因选择性表达的结果，不改变基因的种类和数量，细胞a和细胞b内含有的核基因相同，B项错误；细胞培养过程中分散细胞时，用胰蛋白酶等处理组织，分散得到单细胞悬液，不是破坏了细胞的膜蛋白，而仅仅是分解掉细胞间的黏连蛋白，C项错误；动物细胞的培养需要使用CO2培养箱，D项正确。
3．(2018·江苏，10)下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是(　　)
A．采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理
B．体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植
C．使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应
D．利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高
答案　A
解析　胚胎工程中，通常采用注射激素的方法对良种母牛进行超数排卵处理，A正确；体外培养发育到桑椹胚期或囊胚期的胚胎即可进行移植，B错误；受体母牛对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，所以受体不需要使用免疫抑制剂，C错误；采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，最常见的是经分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小，D错误。
4．(2020·全国Ⅲ，38)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。

回答下列问题：
(1)步骤①中需要使用的工具酶有________________________________________________
____________。步骤②和③所代表的操作分别是______和________。步骤④称为__________。
(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的____________(答出2点即可)的限制。
(3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息________(填“相同”或“不同”)，原因是______________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有
______________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(答出2点即可)。
答案　(1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶　显微注射　体外培养　胚胎移植　(2)性别、年龄　(3)相同　两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵　(4)体外受精、胚胎移植
解析　(1)构建基因表达载体时，需要用限制性核酸内切酶切割W基因和载体，再由DNA连接酶将两者连接起来。步骤②是将目的基因导入受体细胞，受体细胞为动物细胞(受精卵)时采用的是显微注射技术。步骤③是将受精卵在体外培养成早期胚胎，步骤④是将早期胚胎移植到代孕母体的子宫内。(2)乳腺生物反应器所选择的动物必须是雌性，而且需要发育到一定年龄才能分泌乳汁。膀胱生物反应器可以不受转基因动物的性别和年龄的限制。(3)由受精卵经有丝分裂和细胞分化发育形成的同一动物个体中，乳腺上皮细胞和膀胱上皮细胞等体细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同，但两种细胞中基因选择性表达。(4)结合题图可知该流程涉及的胚胎工程中所用到的主要技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等。
5．(2019·江苏，29)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题：

(1)对1号猪使用____________处理，使其超数排卵，收集并选取处在______________时期的卵母细胞用于核移植。
(2)采集2号猪的组织块，用____________处理获得分散的成纤维细胞，放置于37 ℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是________________。
(3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行______。产出的基因编辑猪的性染色体来自于____号猪。
(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达，可采用的方法有______(填序号)。
①DNA测序 ②染色体倍性分析　③体细胞结构分析 ④抗原—抗体杂交
答案　(1)促性腺激素　减数第二次分裂中期　(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)　维持培养液的pH　(3)分割　2　(4)①④
解析　(1)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母猪注射促性腺激素，使其超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常处于减数第二次分裂的中期。(2)常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织块，使其分散成单个细胞。动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的作用是维持培养液的pH。(3)若要获得更多基因编辑猪，可采用胚胎分割技术对移植前的胚胎进行分割。子代猪的性别取决于核供体亲本，即2号猪。(4)为了判断目的基因是否被导入受体，可采用DNA分子杂交、DNA测序等技术进行检测；判断目的基因导入受体细胞后是否成功表达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交法从分子水平进行检测。
课时精练
1．胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。请根据动物受精和早期胚胎发育过程回答下列问题：
(1)在哺乳动物体内卵子的发生过程中，减数第一次分裂完成的时间是在雌性个体_________，当次级卵母细胞发育到__________________(填时期)时才具备与精子受精的能力，受精的场所是________，判断卵子受精的重要标志是_________________________________________。
(2)受精过程中防止多精入卵的两道屏障是__________和________________。
(3)胚胎发育过程首先是卵裂，所得每个子细胞的体积比受精卵________，胚胎发育到________期会导致透明带破裂，胚胎从中伸展出来，这一过程叫做孵化。
(4)胚胎干细胞是由囊胚的____________或__________中分离出来的一类细胞，在人类疾病治疗和科学研究中有着广泛的应用。
答案　(1)排卵前后　MⅡ中期(或减数第二次分裂中期)　输卵管　在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体　(2)透明带反应　卵细胞膜反应(两空顺序可颠倒)　(3)小　囊胚　(4)内细胞团　原始性腺
2．(2020·河北唐山期末)2018年11月一对经基因编辑能先天免疫艾滋病的双胞胎婴儿在我国诞生。其基因编辑免疫艾滋病的原理：CCR5基因所表达的蛋白是HIV入侵机体细胞的主要辅助受体之一，通过基因敲除技术让CCR5基因失效，从而产生对艾滋病的免疫作用。该成果有望让那些感染艾滋病病毒的夫妇有机会生一个能免于感染艾滋病病毒的孩子。请回答下列问题：
(1)CCR5基因在________(填“T细胞”“B细胞”或“T细胞和B细胞”)中能表达。
(2)医学专家首先需要卵子捐献者注射________________，以获得足够数量的卵子。在体外受精前，需要对精子进行________处理。
(3)基因敲除是把Cas9蛋白和特定的引导序列通过______________技术导入到还处于单细胞的受精卵里，使CCR5基因失效。
(4)早期胚胎发育的过程大致为受精卵→________→囊胚→原肠胚，囊胚中的________细胞将发育成胎膜和胎盘。
答案　(1)T细胞　(2)促性腺激素　获能　(3)显微注射　(4)桑椹胚　滋养层
解析　(1)病毒的入侵具有特异性，HIV入侵T细胞，CCR5基因所表达的蛋白是HIV入侵机体细胞的主要辅助受体之一，因此CCR5基因在T细胞中能表达。(2)对雌性个体注射促性腺激素，可以起到超数排卵的作用，以获得足够数量的卵子(卵母细胞)。
3．(2020·重庆市七校联考)杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，被称为“钻石级”肉用绵羊。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如图所示，请据图回答下列问题：

(1)采集母羊的卵母细胞可以直接从__________中获取。
(2)一般情况下，符合受精要求的精子和卵子可以在____________溶液中完成受精过程。培养早期胚胎时，所用培养液的成分除了一些____________________类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及动物________等物质。
(3)在胚胎移植前要对接受胚胎的当地普通绵羊进行 ____________处理。
(4)图中胚胎移植的适宜时间是胚胎发育至________或囊胚阶段。采用胚胎分割技术能得到“同卵多胞胎”，对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要特别注意将__________均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
答案　(1)卵巢　(2)获能(或专用的受精)　无机盐和有机盐　血清　(3)同期发情　(4)桑椹胚　内细胞团
解析　(2)获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。动物早期胚胎培养需要“两盐”(无机盐和有机盐)、“两素”(激素和维生素)、“两酸”(核苷酸和氨基酸)和动物血清等。(4)牛、羊胚胎移植的适宜时期是胚胎发育至桑椹胚或囊胚阶段。
4．重症联合免疫缺陷(SCID)是一种罕见的遗传病，该病是由于腺苷脱氨酶ADA缺陷所致，ADA活性下降将使细胞损伤或死亡，导致细胞体液免疫缺陷，ADA活性缺陷性疾病为伴X染色体隐性遗传病，虽然ADA编码基因也发现有缺失突变，但大部分为碱基置换突变。回答下列问题：
(1)某研究小组利用一种经过修饰的腺病毒作为______，将治疗SCID的正常基因导入胚胎干细胞内，胚胎干细胞再经____________形成骨髓细胞，然后移植给人体。这种对SCID患者进行治疗的方法称为________________________________________________________。
(2)有一对正常的夫妇生了一个患SCID的儿子，他们希望通过设计试管婴儿再生一个健康的孩子。设计试管婴儿的基本程序：首先为女性注射________激素，实现超数排卵，然后从卵巢中吸取卵母细胞，培养到MⅡ中期；再将成熟的卵子与获能的精子经____________形成受精卵，然后将受精卵移入______________中继续培养获得早期胚胎；从早期胚胎中取出一个细胞进行________，选择无致病基因的胚胎进行移植。
(3)这对夫妇用该试管婴儿的脐带血救治患病孩子。大多数人认为，用设计试管婴儿的办法救治自己的孩子是符合伦理道德的，理由是__________________________________________。
答案　(1)载体　细胞分化(定向诱导分化)　体外基因治疗　(2)促性腺　体外受精　发育培养液　遗传学诊断　(3)父母是出于强烈的爱子之心，是为了救治孩子(这是救治患者最好、最快捷的办法之一；提供造血干细胞等不会对婴儿造成伤害)
解析　(1)在对SCID患者进行治疗时，首先从病人体内获得治疗SCID的正常基因，进行培养，在体外借助一种经过修饰的腺病毒作为载体进行基因转移，将转入治疗SCID的正常基因的胚胎干细胞定向诱导分化，继而形成骨髓细胞，然后移植给患者，这种治疗方法称为体外基因治疗。(2)设计试管婴儿所需受精卵是通过体外受精形成的。受精卵形成后需移入发育培养液中进行培养获得早期胚胎。在进行胚胎移植前要对形成的早期胚胎进行遗传学诊断。
5．(2020·河南名校联盟)随着“二孩”政策放开，众多高龄妇女“跃跃欲试”，试管婴儿技术为其愿望的实现提供了可能。如图为培育试管婴儿的大致流程图，据图回答下列问题：

(1)试管婴儿技术目前已经发展到了第三代，即需要在胚胎移植前对胚胎进行____________诊断，从而帮助更多的家庭生出健康的宝宝。第三代试管婴儿技术在使用时反对用于设计________________________。
(2)为了某些需要，需对胚胎的性别进行鉴定。目前最有效最准确的方法是SRY—PCR法，操作的基本程序是从被测的囊胚中取出几个__________(填“滋养层”或“内细胞团”)细胞，提取DNA为模板；然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段核苷酸序列作 __________，在热稳定DNA聚合酶的催化作用下进行PCR扩增；最后与SRY特异性探针出现阳性反应的胚胎为男性。
(3)培育试管婴儿涉及的生物技术有_______________________________(答出两点即可)等。
答案　(1)遗传学　婴儿性别　(2)滋养层　引物 (3)体外受精技术、胚胎移植技术、动物细胞培养技术
6．(2020·广东深圳调研)请据图分析回答下列问题：

(1)图中的胚胎干细胞(ES细胞)可以从____________或__________中分离获取。
(2)过程Ⅰ是将胚胎干细胞置于经γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞构成的饲养层上，并加入动物血清、抗生素等物质培养，维持细胞不分化的状态。在此过程中，饲养层能提供胚胎干细胞增殖所需的__________，加入抗生素是为了______________。该过程对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义。
(3)过程Ⅱ是将带有遗传标记的ES细胞注入囊胚的囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有______________的特点。在哺乳动物早期胚胎发育过程中，囊胚的后一个阶段是__________。
(4)过程Ⅲ是培育转基因小鼠，将获得的目的基因导入胚胎干细胞之前需构建基因表达载体，目的是_____________________________________________________________________。将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是____________________。
(5)过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官。实验时，必须去除小鼠的胸腺，使其存在免疫缺陷，其目的是_______________________________，该过程研究的意义在于解决____________________________________问题。
(6)该研究中包含的生物技术有_______________________________________(至少写出两种)。
答案　(1)早期胚胎　原始性腺　(2)营养物质　防止杂菌污染　(3)发育全能性　原肠胚　(4)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用　显微注射技术　(5)去除胸腺后不能形成T细胞，不发生细胞免疫，使移植的组织细胞不会被排斥　临床上供体器官不足或器官移植后发生免疫排斥等　(6)动物细胞培养、转基因技术、早期胚胎培养、胚胎移植
7．现代生物技术在造福人类的同时，也可能引起一系列的安全性和伦理问题，回答以下有关问题：
(1)我国对农业转基因生物实行了标识制度，维护了消费者对转基因产品的________权和________权。
(2)生物武器包括__________、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等。
(3)“设计试管婴儿”的胚胎，可在8～16个细胞阶段移植，并在植入前取胚胎的一个细胞进行某些__________。
(4)对于“基因身份证”，反对者认为：通过基因检测确定和治疗遗传病目前困难重重，而且存在个人基因资讯泄露造成社会生活中出现_________的风险，因此没有必要进行基因检测。
答案　(1)知情　选择　(2)致病菌　(3)遗传学诊断 (4)基因歧视