第37讲 胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题.docx

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第37讲胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题

第37讲　胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题

1．动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础（Ⅰ）　2.胚胎干细胞的移植（Ⅰ）　3.胚胎工程的应用（Ⅱ）

4．生物技术的安生性和伦理问题（Ⅰ）　

　体内受精与早期胚胎发育

1．精子和卵子的发生比较

项目

精子的发生

卵子的发生

场所

睾丸的曲细精管

卵巢

时间

从初情期开始

从胚胎出现性别分化后

变形

需变形

不需变形

分裂

均等分裂

不均等分裂

结果

形成4个精子

形成1个卵子和3个极体

2.受精

（1）精子获能：

刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。

（2）卵子的准备：

卵子要在输卵管内进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。

（3）受精过程

3．早期胚胎发育

如图甲是卵子的发生过程，图乙表示哺乳动物发育过程的几个阶段，请据图回答下列问题：

（1）图甲中A是第一极体，B、E分别指____________________，阶段C是指胎儿期，阶段D是指初情期后，能发生染色体着丝点分裂的阶段是________（填图中标号）。

（2）细胞分化开始出现于哪个时期？

1部分的细胞将来形成什么结构？

（3）早期胚胎的发育过程中，卵裂时细胞的体积和所有的细胞体积之和有何变化？

答案：

（1）合子和受精　①④

（2）细胞分化开始出现于G（囊胚）时期。

1部分的细胞将来形成胎膜和胎盘。

（3）卵裂过程中，细胞只分裂而不生长，所以每个细胞的体积越来越小，总的体积基本不变。

考向1　配子的发生

1．（2018·济南模拟）观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题：

（1）图中①②③表示的细胞名称依次是________________________________。

假设该动物体细胞内有染色体2N条，则①②③④四种细胞内的染色体数目依次是________________________________________________________________________。

（2）图中a、b、c表示细胞分裂，依次为____________，在精子与卵子结合过程中完成的分裂是________（填“a”“b”或“c”）。

图中的p、q表示的结构依次是______________________。

（3）a、b、c过程依次发生在个体发育的什么时期？

________________。

精子的发生与之不同的是整个过程都在________后完成。

（4）卵子的发生与成熟过程进行到图中________（填序号）时，即完成了受精。

答案：

（1）卵原细胞、初级卵母细胞、次级卵母细胞　2N、2N、N、2N　

（2）有丝分裂、MⅠ分裂、MⅡ分裂　c　透明带、卵细胞膜　（3）胎儿期、初情期后、初情期后（受精时）　初情期　（4）④

受精过程中的“三大反应”和

防止多精入卵受精的“两道屏障”

（1）顶体反应：

精子膜和顶体膜发生的一系列改变，释放顶体酶。

（2）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，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。

（3）卵细胞膜反应：

精子入卵后，卵细胞膜拒绝其他精子再进入卵内，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。

考向2　体内受精及早期胚胎发育过程分析

2．下列关于受精过程的叙述，错误的是（　　）

A．获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠

B．透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障

C．精子与卵细胞膜相互融合，精子入卵

D．雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂

答案：

A

3．（高考江苏卷）下列关于蛙胚胎发育过程的叙述，正确的是（　　）

A．通过细胞分裂不断增加细胞数量，并在一定时期发生细胞分化

B．胚胎发育过程中细胞不断分裂，但不发生凋亡

C．随着细胞分裂次数的增加，蛙胚的有机物总量不断增加

D．发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐增加

解析：

选A。

A项，在蛙的胚胎发育过程中，通过细胞分裂增加细胞数量，在囊胚期细胞开始分化。

B项，胚胎发育过程中，既有细胞的分裂和分化，也有细胞的衰老和凋亡。

C项，在蛙胚胎发育的过程中，由于细胞呼吸的消耗，有机物的总量不断减少。

D项，蛙胚发育过程中需要从环境中获得氧气，但利用的营养物质是受精卵自身含有的。

胚胎发育过程

　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）培养液成分：

无机盐、有机盐（两盐）；维生素、激素（两素）；氨基酸、核苷酸（两酸），另外还有水、血清等。

（2）胚胎去向：

向受体移植或冷冻保存。

3．胚胎移植、胚胎分割与胚胎干细胞培养

（1）胚胎移植

①地位：

胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。

②主要过程

③意义：

充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。

（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，其实质是动物的无性繁殖或克隆。

③注意：

对囊胚分割时，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：

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；体外培养条件下可以增殖而不分化。

③培养过程

胚胎移植是胚胎工程中的核心技术，下图表示繁育良种奶牛的技术流程示意图。

请据图思考下列问题：

（1）图中供体牛和受体牛分别是哪些？

选择标准是什么？

（2）对供体牛和受体牛要进行怎样的处理？

（3）用于移植的早期胚胎应是发育到哪些阶段的胚胎？

答案：

（1）供体牛是良种公、母牛；受体牛是一般受体奶牛和一般受体肉牛。

选择标准：

供体是遗传性能和生产性能优良的个体，受体是健康、有繁殖能力的个体。

（2）对供体母牛进行超数排卵处理；对供、受体母牛进行同期发情处理。

（3）桑椹胚或囊胚。

考向1　体外受精过程和早期胚胎培养

1．（2018·河南南阳一中月考）培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。

据图回答下列问题：

（1）甲过程为________，该过程中可通过给母山羊注射________使其超数排卵。

（2）乙过程的操作之一是____________处理。

（3）乙过程与丙过程中采用的培养液成分不同，乙过程的培养液为________或专用的受精溶液，丙过程的培养液为________。

（4）丁过程是________，是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的代孕母羊子宫内。

答案：

（1）卵母细胞的采集　促性腺激素　

（2）对精子进行获能　（3）获能溶液　发育培养液　（4）胚胎移植

考向2　胚胎移植和胚胎分割的条件和过程

2．如图是科学家通过不同方法培育优良种牛的过程，其中①～⑤表示操作过程。

请回答以下问题：

（1）图中①过程涉及的精子需进行________处理；防止多精入卵的两道屏障为__________________________。

（2）对图中良种母牛注射促性腺激素的目的是________________。

（3）图中②过程所用的方法是____________。

外源基因插入牛受精卵中的DNA上后，有的受精卵能发育成转基因牛，而有的会死亡，请分析外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵死亡的最可能原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）图中b、c分别代表囊胚的________________________________________________________________________。

（5）图中④过程表示________________________________________________________________________，

由一个囊胚经④过程得到的B、C牛性别相同的概率为________。

答案：

（1）获能　透明带反应、卵细胞膜反应

（2）促使其超数排卵

（3）显微注射法　外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵内生命活动必需的某些基因不能表达（合理即可）

（4）囊胚腔、内细胞团

（5）胚胎分割和胚胎移植　100%

胚胎移植的三个关键环节

（1）移植的胚胎必须在原肠胚之前，但不能直接移植受精卵。

（3）胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。

考向3　胚胎干细胞的应用及过程

3．（2018·山东临沂调研）请据图分析回答下列问题：

（1）上图中的胚胎干细胞（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得到的小鼠畸胎瘤中全是软骨、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）。

解析：

（1）胚胎干细胞可以从早期胚胎或原始性腺中分离获取。

（2）饲养层细胞可为胚胎干细胞增殖提供所需的营养物质，而加入抗生素可防止杂菌的污染。

（3）胚胎干细胞具有发育的全能性。

哺乳动物的早期胚胎发育过程为受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

（4）基因工程中最关键的步骤为构建基因表达载体，目的是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。

将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是显微注射法。

（5）为解决临床上供体器官不足或器官移植后发生免疫排斥等问题，常用转基因动物作为器官移植的供体。

为解决免疫排斥