届一轮复习人教版 第11单元 第3讲 胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题 学案.docx

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届一轮复习人教版第11单元第3讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题学案

第3讲　胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

考纲要求

全国卷五年考情

1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础（Ⅰ）

无考题

2.胚胎干细胞的移植（Ⅰ）

无考题

3.胚胎工程的应用（Ⅱ）

2016·卷ⅡT40,2013·卷ⅠT40

4.转基因生物的安全性（Ⅰ）

无考题

5.生物武器对人类的威胁（Ⅰ）

无考题

6.生物技术中的伦理问题（Ⅰ）

无考题

考点一|受精作用、早期胚胎发育和培养

（对应学生用书第257页）

[识记—基础梳理]

1．胚胎工程

（1）操作对象：

动物的早期胚胎或配子。

（2）技术：

体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。

2．精子和卵子的发生的比较

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

3．体内受精

（1）场所：

雌性动物的输卵管内。

（2）过程：

①受精前的准备阶段。

a．精子获能：

正常情况下在雌性动物的生殖道内完成。

b．卵子的准备：

发育到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。

②受精过程

4．早期胚胎发育

5．体外受精

（1）卵母细胞的采集和培养。

①采集：

促性腺激素处理后冲卵，在活体或屠宰体的母畜的卵巢内直接采集。

②培养：

人工培养到减数第二次分裂中期。

（2）精子的采集和获能。

①采集：

假阴道法、手握法、电刺激法。

②获能：

培养法和化学诱导法（在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中获能）。

（3）受精：

在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精作用。

6．胚胎的早期培养

（1）培养目的：

检验受精状况和受精卵的发育能力。

（2）培养液成分

（3）胚胎处理：

当胚胎发育到适宜阶段时，将其取出向受体移植，或冷冻保存。

[运用—考向对练]

考向　考查受精作用及早期胚胎培养

（2018·葫芦岛市高三二模）2016年9月英国《新科学家》杂志披露，美国华裔科学家张进团队利用“三父母婴儿”技术，使一对约旦夫妇成功产下了一个健康男婴（婴儿母亲的线粒体携带有亚急性坏死性脑病基因，曾导致多次流产，婴儿夭折）。

所谓“三父母婴儿”技术，是指利用线粒体基因缺陷的女性卵子中的健康细胞核和捐赠者去掉细胞核的卵子，“拼装”一个新的卵子，再通过一系列现代生物技术，最终培育出正常婴儿的技术。

请回答下列问题：

（1）为重新“拼装”卵子，需要通过显微操作进行________。

接下来他们又使用电脉冲方法来________“拼装”的卵子。

（2）在对“拼装”卵子体外受精前，需要对收集的精子进行________处理，哺乳动物的处理方法有化学诱导法和________两种。

（3）受精卵形成后，应将其移入________中继续培养。

人的体外受精胚胎，即试管胚胎，可在8～16个细胞阶段进行________。

（4）张进告诉记者：

他们碰巧、也是故意要“制造”男孩。

因为男性的线粒体________（填“会”或“不会”）传给下一代，理由是____________________

_______________________________________________________________。

[解析]　由题干信息分析，“三父母婴儿”的三父母分别为捐赠者（提供去掉细胞核的卵子）、母亲（提供一半细胞核基因）、父亲（提供一半细胞核基因）。

（1）重新“拼装”卵子指的是将母亲卵细胞的细胞核通过核移植技术移植到捐赠者的去核卵细胞中，而后还需要用电脉冲方法来激活“拼装”的卵子。

（2）精子获能后才能与“拼装”的卵子进行体外受精，诱导精子获能常用的方法有化学诱导法和培养法两种。

（3）受精卵形成后，应将其移入发育培养液中继续培养，培养到大约8～16个细胞的胚胎时，进行胚胎移植。

（4）线粒体位于精子的尾部，受精作用进行时通常是含有细胞核的头部进入卵细胞，而尾部留在外面，所以受精作用时男性的线粒体不会传给下一代。

[答案]　

（1）核移植　激活　

（2）获能　培养法　（3）发育培养液　胚胎移植　（4）不会　线粒体位于精子的尾部，受精作用进行时通常是含有细胞核的头部进入卵细胞，而尾部留在外面

考点二|胚胎工程的应用及前景

（对应学生用书第258页）

[识记—基础梳理]

1．胚胎移植

（1）概念剖析

①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。

②受体：

同种的生理状态相同的其他雌性动物。

③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

①移入：

排卵后，供受体生殖器官的生理变化是相同的。

②收集：

早期胚胎处于游离状态。

③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。

④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（如图）

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：

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。

[理解—深化探究]

1．进行胚胎移植所需的供体和受体有何选择标准？

【提示】　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。

2．胚胎移植过程中对供体、受体如何处理？

【提示】　对供体进行超数排卵处理，对供、受体进行同期发情处理。

3．在胚胎移植过程中两次检查的目的是什么？

【提示】　

（1）收集胚胎进行质量检查。

（2）移植后是否妊娠检查。

4．试管动物与克隆动物的比较

项目

试管动物

克隆动物

技术

基础

体外受精

核移植

实例

试管牛

多利羊

过程

生殖

方式

有性生殖

无性生殖

遗传物质

遗传物质来自双亲

遗传物质大部分来自供核个体

意义

充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期

加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等

[运用—考向对练]

考向1　胚胎移植过程分析

1．（2017·沈阳市高三二模）良种牛繁育的产业化技术的部分过程如图所示。

请据图回答下列问题：

（1）在产生后代E的过程中，图中的A、B、C、D牛中，________牛可以是非良种个体。

（2）若①是体外受精，需要提供发育至__________________期的卵子和已________的精子。

②过程通过显微操作去除受体卵子细胞核的目的是使重组细胞的核遗传物质________________________________________________

_______________________________________________________________；

③过程用物理或化学方法处理的目的是______________________，使其完成细胞分裂和发育进程。

（3）用于移植的胚胎需要用发育培养液培养至适宜的阶段。

在使用合成培养液培养时，通常还需加入________等天然物质。

在培养过程中，需要适时________培养液，以清除代谢产物，防止代谢产物积累对早期胚胎造成危害。

（4）与F相比，E更具有多样性。

其原因是：

E是有性生殖后代，其亲代减数分裂过程中会发生_______________________________________________。

[解析]　

（1）供体A、B、C要具有优良的遗传特性，受体D只需要具有正常的繁殖能力即可，不需要具有优良的遗传特性。

（2）①体外受精时，需要提供成熟（或处于减数第二次分裂中期）的卵子和已获能的精子。

②过程通过显微操作去除受体卵细胞核的目的是使重组细胞的核遗传物质完全来自供体母牛B；③过程用物理或化学方法处理的目的是激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程。

（3）在使用合成培养基时，通常还需加入血清等天然物质后再进行培养。

在培养过程中，需要适时更换培养液，以清除代谢产物，防止代谢产物积累对早期胚胎造成危害。

（4）F是克隆动物，属于无性生殖，而E属于试管动物，属于有性生殖，由于其亲代减数分裂过程中会发生基因重组，因此与F相比，E更具有多样性。

[答案]　

（1）D　

（2）减数第二次分裂中　获能　完全来自供体母牛B　激活受体细胞　（3）血清（血浆）　更换　（4）基因重组

1．胚胎移植过程中两次激素使用：

第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素处理供体使其超数排卵。

2．不同动物胚胎移植的时间不同：

牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。

小鼠、家兔在桑椹胚前。

几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。

3．胚胎移植是有性生殖还是无性生殖的判断：

取决于胚胎是由受精卵形成的（有性生殖），还是由核移植技术形成重组细胞发育而成或胚胎分割形成的（无性生殖）。

下图Ⅰ、图Ⅱ分别表示两项胚胎工程技术应用图解，请据图回答下列问题：

（1）图Ⅰ与图Ⅱ共同用到的生物工程技术有____________、____________。

（2）图Ⅱ中，首先要用激素对C羊和代孕母羊H进行____________处理，然后用促性腺激素处理C羊获得大量卵子，选择处于____________期的卵母细胞与获能精子在体外完成受精得到受精卵F。

（3）图Ⅱ中，过程d的操作，在相应酶处理后一般选用____________作为外源基因的载体，通过____________法导入受精卵F中。

外源基因是否导入受精卵并稳定遗传，可以采用____________方法对b过程产生的细胞进行检测。

（4）细胞E和F一般在体外培养到____________期即可移植到代孕母体子宫内。

小羊X和小羊Y比较，小羊Y的显著特点是________________________

________________________________________________________________。

[解析]　

（1）由分析可知，图Ⅰ与图Ⅱ均采用了动物细胞培养（早期胚胎培养）和胚胎移植技术。

（2）图Ⅱ中，首先要用激素对C羊和代孕母羊H进行同期发情处理；然后用促性腺激素处理C羊获得大量卵子，选择处于MⅡ中期的卵母细胞与获能精子在体外完成受精得到受精卵F。

（3）图Ⅱ中，过程d表示将目的基因导入受体细胞，该过程一般选用质粒作为外源基因的载体；显微注射法是将目的基因导入动物细胞的最有效方法；检测外源基因是否导入受精卵，可采用DNA分子杂交技术（基因探针技术）。

（4）早期胚胎需在体外培养到桑椹胚或囊胚期才可移植到代孕母体子宫内。

小羊X是无性生殖的产物，

其细胞核遗传物质都来自A羊，因此其性别与A羊相同，性状也主要与A羊相同，而小羊Y是有性生殖的产物，具有双亲的遗传物质，因此其性别不确定，且兼有C羊和D羊的性状，同时能出现外源基因的性状。

[答案]　

（1）动物细胞培养（早期胚胎培养）　胚胎移植　

（2）同期发情　减数第二次分裂中（MⅡ中）

（3）质粒　显微注射　DNA分子杂交（基因探针）　（4）桑椹胚或囊胚　性别不确定；兼有C羊和D羊的性状；出现外源基因的性状（答出一项即可）

考向2　胚胎干细胞及其应用

2．科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞（iPS），继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。

流程如下：

（1）从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培养称为________，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂，这种现象称为________。

（2）图中2细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得，该过程称为________；也可从灰鼠体内取出卵子，通过________后进行早期胚胎培养获得。

（3）图中重组囊胚通过________技术移入白鼠子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用________方法保存。

（4）小鼠胚胎干细胞（ES）可由囊胚的________分离培养获得。

iPS与ES细胞同样具有发育全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向________后用于疾病的细胞治疗。

[解析]　本题以多能干细胞的获得及其全能性的体现为线索，综合考查动物细胞培养和胚胎工程的相关知识。

（1）将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理成单个细胞后进行的初次培养称为原代培养；贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。

（2）将早期胚胎从雌性动物子宫中冲洗出来的方法叫冲卵；早期胚胎也可以通过成熟卵子和精子在体外受精后进行早期胚胎培养获得。

（3）重组后的囊胚通过胚胎移植技术移入母体子宫内继续发育，暂不进行胚胎移植的胚胎可放入－196℃的液氮中冷冻保存。

（4）胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，这里的早期胚胎是指从受精卵发育到囊胚期（内细胞团）的细胞；iPS与ES细胞一样，可通过诱导定向分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。

[答案]　

（1）原代培养　接触抑制　

（2）冲卵（或：

冲胚）　体外受精（或：

核移植）　（3）胚胎移植　冷冻（或：

低温）　（4）内细胞团　诱导分化

　我国研究人员创造出一种新型干细胞——异种杂合二倍体胚胎干细胞，具体研究过程如下图所示，请据图回答问题：

（1）图中的单倍体囊胚1最可能是由小鼠的____________发育而来，所采用的技术应为________________，培养过程中使用的培养液除含有一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、________、________等营养成分以及血清等物质。

（2）图中的单倍体ES应取自囊胚的_______细胞，ES在形态上表现为_______。

（3）由于物种间存在____________，因此自然情况下哺乳动物远亲物种间的配子往往无法完成____________作用，或者即便能完成也不能发育。

但是人们为了生物学研究的便利，创造出了各类远亲物种间的杂合细胞，如小鼠—大鼠、人—鼠等杂交细胞，由于这些细胞都是由体细胞融合产生，因此杂交细胞中通常含有________个染色体组。

[解析]　

（1）图中的单倍体囊胚1最可能是由小鼠的卵子（卵细胞）发育而来，所采用的技术为早期胚胎培养技术。

（2）图中的单倍体ES应取自囊胚的内细胞团细胞，ES在形态上的特点为体积小、细胞核大、核仁明显。

（3）由于物种间存在生殖隔离，因此自然情况下哺乳动物远亲物种间的配子往往无法完成受精作用，或者即便能完成也不能发育。

小鼠—大鼠、人—鼠等杂交细胞都是由体细胞融合产生，小鼠、人为二倍体，因此杂交细胞中通常含有4个染色体组。

[答案]　

（1）卵子（卵细胞）　早期胚胎培养技术　氨基酸　核苷酸　

（2）内细胞团　体积小、细胞核大、核仁明显　（3）生殖隔离　受精　4

考向3　胚胎工程技术与其他生物工程技术的综合考查

3．（2018·潍坊市高三二模）科学家运用现代工程技术手段对奶牛品种进行改造，从而可以从奶牛中提取人类临床所需的大量血清白蛋白。

请根据以下流程图回答问题：

（1）图中①过程通常用________酶处理获得奶牛的单个细胞；②过程能够实现的根本原因是____________________________________________________

_______________________________________________________________，

目的是使人血清白蛋白基因在奶牛细胞中________，并且可以遗传给下一代，同时能够使其表达。

（2）图中“卵母细胞”具体是指________细胞，通常用________激素进行超数排卵处理获得，并经人工培养。

（3）③过程通常是在胚胎发育的囊胚期将________均等分割；④过程的实质是_______________________________________________________________。

从子代母牛中即可提取人血清白蛋白。

（4）沼气工程中利用牛粪生产沼气，遵循生态工程的_____________________原理。

[解析]　

（1）动物细胞培养时，需用胰蛋白酶将动物组织块分散成单个细胞。

由于目的基因（人血清白蛋白基因）和质粒具有共同的空间双螺旋结构和化学组成，因此目的基因和载体能构建成基因表达载体，目的是使人血清白蛋白基因在奶牛细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时能够使其表达。

（2）核移植技术中，卵母细胞是处于减数第二次分裂中期的次级卵细胞。

超数排卵处理时，通常用促性腺激素处理。

（3）对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割。

④过程是胚胎移植过程，即将早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移（提供胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁育后代的过程）。

（4）沼气工程中利用牛粪生产沼气，是无废弃物农业，利用了生态工程的物质循环再生原理。

[答案]　

（1）胰蛋白　目的基因（人血清白蛋白基因）和质粒具有共同的空间双螺旋结构和化学组成　稳定存在　

（2）次级卵母　促性腺　（3）内细胞团　早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移（提供胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁育后代的过程）　（4）物质循环再生

　（2018·哈尔滨三中高三一模）科研人员利用现代生物技术获得转基因奶牛，并利用乳腺生物反应器获得血清白蛋白。

（1）基因工程的核心步骤是____________________。

血清白蛋白基因结构比较复杂，获取的方法包括从基因文库中获取和____________，若目的基因想在受体细胞中顺利表达，需要在基因上游加入特定的____________________，同时在基因下游加入终止子。

（2）目的基因导入奶牛受精卵中使用的方法是____________，然后利用受精卵进行胚胎的早期培养，形成____________，然后进行胚胎移植。

（3）为了获得足够数量的受精卵，可对供体母牛注射________使其超数排卵，随后利用获能处理的精子进行体外受精，精子的获能方法有培养法和______。

（4）若检测转基因胚胎是否成功，需要对早期胚胎进行________，然后用________________技术检测目的基因是否成功导入。

[解析]　

（1）基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。

在构建基因表达载体时，既可从基因文库中获取血清白蛋白基因，也可利用PCR技术扩增血清白蛋白基因，且构建的基因表达载体中，目的基因两端还必须有乳腺蛋白基因的启动子和终止子，这样目的基因才能在受体细胞中顺利表达。

（2）可采用显微注射技术，将目的基因导入奶牛受精卵中。

然后将该受精卵在体外培养至桑椹胚或囊胚阶段进行胚胎移植。

（3）对供体母牛注射促性腺激素可使其超数排卵。

精子的获能方法有培养法和化学诱导法（化学法）。

（4）若检测转基因胚胎是否成功，需要对早期胚胎进行胚胎分割，然后用DNA分子杂交技术检测目的基因是否成功导入。

[答案]　

（1）基因表达载体的构建　PCR技术扩增　乳腺蛋白基因的启动子　

（2）显微注射技术　囊胚或桑椹胚　（3）促性腺激素　化学诱导法（化学法）　（4）胚胎分割　DNA分子杂交

考点三|生物技术的安全性和伦理问题

（对应学生用书第260页）

[识记—基础梳理]

1．转基因生物的安全性

（1）转基因生物存在安全性的原因

①目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。

②目的基因往往是异种生物的基因。

③外源基因往往是随机插入宿主细胞基因组的。

（2）对安全性问题的争论

①食物安全：

可能会出现滞后效应、新的过敏原及营养成分的改变等。

②生物安全：

可能降低生物多样性。

③环境安全：

可能破坏生态系统稳定性和人类生活的环境。

（3）理性看待生物技术

①正视转基因技术可能带来的安全性问题，要趋利避害，不能因噎废食。

②制定政策和法规，最大程度地保证转基因技术和产品的安全性。

2．关注生物技术的伦理问题

反对

支持

克隆人

伦理

方面

违反了人类的伦理道德观念，中国禁止生殖性克隆

中国不反对治疗性克隆

技术

方面

技术不成熟，流产率高、畸形率高、出生后死亡率高

可通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决技术问题

设计试

管婴儿

胚胎也是生命，杀死胚胎无异于“谋杀”

提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤

基因

检测

技术

方面

很难用在具体医疗中

有一些遗传性疾病可以通过基因检测后在早期采取预防措施

道德

方面

可能引起基因歧视

通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法，解决基因歧视现象

3．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需进行遗传学诊断或基因诊断，试管婴儿不需进行遗传学诊断或基因诊断。

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

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。

4．禁止生物武器

（1）生物武器的种类（连线）

种类　　　　　　　　　　实例

①致病菌、病毒　　　　　a．重组流感病毒、

新型鼠痘病毒

②生化毒剂　　　　　　　b．鼠疫菌、炭疽杆菌

③基因重组的致病病毒　　c．肉毒杆菌毒素

【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。

[运用—考向对练]

考向　考查生物技术的安全性和伦理问题

（2018·新乡市高三调研）我国全面二孩政策已于2016年1月1日起正式实施。

十二年前，33岁的产妇朱女士利用试管婴儿技术，成功生下一个男孩。

2016年3月，朱女士决定生育第二个孩子，医院找到当年为她冷冻的“胚胎”，经过检胎等程序，朱女士已成功怀孕12周。

冷冻12年后复苏、植入，该“冻龄”宝宝将有望成为国内最“老”的宝宝，有意思的是：

这个沉睡了12年的“冰宝宝”，跟自己11岁的亲哥哥其实是“同龄”。

请回答以下相关问题：

（1）由于女性的自然周期产生的卵子太少，医生在取卵前通常需要注射________激素，促使一次有更多的卵泡发育。

试管婴儿技术采用了体外受精等技术，精子顶体内含有的________能协助精子穿过卵细胞的______________最终进入卵细胞内完成受精作用。

（2）通过胚胎移植技术将冷冻的“胚胎”移入朱女士子宫内，使其继续发育，胚胎移植的实质是_________________________________________________

__________________________________________________________