步步高生物二轮专题复习与增分策略专题八 第2讲胚胎工程生物技术的安全性和伦理问题及生态工程.docx

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步步高生物二轮专题复习与增分策略专题八第2讲胚胎工程生物技术的安全性和伦理问题及生态工程

第2讲　胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题及生态工程

考纲要求

5年考情

2009

2010

2011

2012

2013

1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础（Ⅰ）

—

—

—

浙江，2

—

2.胚胎干细胞的移植（Ⅰ）

四川，30Ⅰ

宁夏，41

—

—

天津，1

山东，35

3.胚胎工程的应用（Ⅱ）

—

江苏，16海南，26

山东，35

浙江，2

江苏，9山东，35

福建，33江苏，13

4.转基因生物的安全性（Ⅰ）

广东，39（4）

江苏，18

上海综合，18

江苏，13

江苏，15

5.生物武器对人类的威胁（Ⅰ）

—

—

—

—

—

6.生物技术中的伦理问题（Ⅰ）

—

—

—

—

—

7.简述生态工程的原理（Ⅱ）

广东，32

—

新课标全国，40

—

广东，26

8.生态工程的实例（Ⅰ）

广东，32

—

新课标全国，40

江苏，29

—

广东，26

填充关键点

思考连接处

（1）采集的卵母细胞可直接与获能的精子受精吗？

提示　用非激素处理法采集的卵母细胞需要在体外人工培养到减Ⅱ中期才能与获能的精子受精。

（2）胚胎移植是一种生殖方式吗？

提示　胚胎移植仅属于一种技术，可用于有性和无性生殖产生的胚胎移植。

（3）试管婴儿用到了哪些生物工程技术？

提示　体外受精、动物细胞培养、胚胎移植等。

考点1　胚胎工程

1．早期胚胎的发育过程

2．胚胎工程的操作流程图

【思维辨析】

（1）卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大（2012·浙江，2B）（×）

提示　受精卵卵裂时产生的细胞团称为卵裂球，随卵裂球细胞数目的增加，细胞逐渐变小，总体积基本不变。

（2）囊胚的滋养层细胞具有发育全能性（2012·浙江，2C）（×）

提示　滋养层细胞是已经具有定向分化趋向的细胞，分化方向一旦确定即稳定而不可逆转，失去了发育的全能性。

（3）胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化（2012·天津，1B）（×）

提示　胚胎干细胞是全能干细胞，理论上可以分化为所有类型的体细胞，在培养基中满足适宜的条件可以将其定向诱导分化成多种组织和器官。

（4）在胚胎移植时，对供体和受体母牛都要进行相同激素处理（2012·江苏，9A）（×）

提示　在胚胎移植时，需用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理，而对受体母牛进行同期发情处理时通常不用促性腺激素，而是用孕激素或前列腺素。

（5）胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割（2009·江苏，8B）（×）

提示　选材为囊胚，分割时注意将内细胞团均等分割。

（6）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（2009·江苏，8C）（×）

提示　核仁也大。

【归纳提炼】

胚胎工程中的误区分析

（1）胚胎发育的四个误区

①误区一：

受精卵进行细胞分裂和细胞分化，形成桑椹胚。

纠正：

受精卵进行细胞分裂，形成桑椹胚。

原因：

细胞分化开始于囊胚，桑椹胚的形成没有经过细胞分化。

②误区二：

囊胚细胞开始分化，组成囊胚的细胞没有全能性。

纠正：

囊胚细胞开始分化，但囊胚的内细胞团细胞具有全能性。

原因：

内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，具有全能性。

③误区三：

卵裂期是指早期胚胎发育的时期。

纠正：

卵裂期是早期胚胎发育的一部分。

原因：

原肠胚属于早期胚胎，但不属于卵裂期。

④误区四：

胚胎移植以及胚胎分割移植的操作对象是早期胚胎。

纠正：

胚胎移植以及胚胎分割移植的操作对象是桑椹胚和囊胚。

原因：

早期胚胎包括桑椹胚、囊胚、原肠胚。

原肠胚不适于胚胎移植和胚胎分割移植。

（2）胚胎移植过程中的三个注意点

①两次使用激素：

第一次对供、受体进行同期发情处理；第二次用于供体的超数排卵。

②两次检查：

第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体是否妊娠进行检查。

③产下的子代性状取决于所用父本和供体，性别取决于父本提供何种类型的精子，二者与受体没有关系。

例1

　（2013·山东卷，35）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____________，也可以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细胞同样具有发育的全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向________________后用于疾病的细胞治疗。

破题思路　联想动物细胞培养作答

（1）；回顾胚胎移植的操作过程作答

（2）和（3）；回顾胚胎干细胞的知识作答（4）。

个性分析　

（1）原代培养指将动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培养。

接触抑制指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的现象。

（2）将早期胚胎从母牛子宫中冲洗出来的方法叫冲卵。

（3）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，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。

iPS与ES细胞一样，可通过定向诱导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　体外受精　（3）胚胎移植　冷冻（或低温）　（4）内细胞团　诱导分化

思维延伸　

（1）除题中所述的方法外，克隆鼠的获得还有另外的方法吗？

答案　取黑鼠体细胞的核移入灰鼠去核的卵细胞中。

（2）图示中的诱导因子和特殊处理会使相关细胞的全能性发生怎样的变化？

答案　“诱导因子”的处理会使体细胞的全能性增大，“特殊处理”会使内细胞团细胞的全能性变小。

考点2　生态工程

根据下表中的有关事例，推出相关的生态工程原理

有关事例

相关的生态工程原理

无废弃物农业

遵循物质循环再生原理

在人工林中增加植被的层次

遵循物种多样性原理

无锡太湖水体富营养化引起大面积水华

违反协调与平衡原理

前面造林，后面砍林

违反整体性原理

【归纳提炼】

1．生态工程具体实例所用的生态学原理

（1）单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害——物种多样性原理。

（2）草原确定合理载畜量，不能过度放牧——协调与平衡原理。

（3）引种考虑适应环境——协调与平衡原理。

（4）林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——整体性原理。

2．农业生态系统的设计方案应当符合的原则

（1）应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则；

（2）应当能够构成一个合理的生产结构；（3）应当体现充分利用自然界的物质和能量资源；（4）应当体现减少环境污染的原则；（5）应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益；（6）所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现物质的良性循环。

例2

　（2011·新课标全国卷，40）现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。

污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。

回答问题：

（1）污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。

在这个过程中，微生物通过__________________呼吸将有机物分解。

（2）植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________（生态系统、群落、种群）。

在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。

植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于__________所固定的__________能。

（3）生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、_______________________和

________________________等原理。

（4）一般来说，生态工程的主要任务是对________________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产能力。

个性分析　

（1）厌氧沉淀池主要是无氧呼吸，曝气池为有氧呼吸，兼氧池两种方式均有。

（2）生物群落是指生活在一定区域内所有生物个体的总称，生态系统还包括无机环境。

（3）生态工程的原理包括：

整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理、物种多样性原理、系统学和工程学原理。

答案　

（1）无氧和有氧（或细胞）　

（2）群落　一　生产者　太阳　（3）物质循环再生　物种多样性　（4）已被破坏的生态环境（或受损的生态系统）

名师点拨　如何规范解答该题

首先生物术语规范：

群落、物质循环再生、物种多样性、系统学和工程学。

其次作答规范：

污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。

在这个过程中，微生物要通过细胞呼吸（包括有氧呼吸和无氧呼吸）将有机物分解。

1．（2013·江苏卷，13）软骨发育不全为常染色体显性遗传病，基因型为HH的个体早期死亡。

一对夫妻均为该病患者，希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。

下列做法错误的是（　　）

A．首先经超排卵处理后进行体外受精

B．从囊胚中分离细胞，培养后检测基因型

C．根据检测结果筛选基因型为hh的胚胎

D．将胚胎培养至原肠胚期后移植到子宫

答案　D

解析　胚胎移植的时期是桑椹胚或囊胚，D错误。

2．胚胎工程技术在生产中的应用不包括（　　）

A．移植胚胎干细胞使退化的组织修复并恢复正常功能

B．进行胚胎移植充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能

C．采用机械方法将早期胚胎分割产生同卵双胎

D．在小鼠腹腔中培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体

答案　D

解析　胚胎工程通常指各种胚胎操作技术。

胚胎工程的研究对象主要限定于高等脊椎动物，特别是哺乳动物。

研究的重点内容有体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。

胚胎干细胞是一种未分化细胞，具有发育的全能性和二倍体核型。

在适当条件下，胚胎干细胞可被诱导分化为多种细胞、组织，具有重要的生产和临床医学价值。

移植胚胎干细胞可以使退化的组织修复并恢复正常功能，A正确；由于无法进行体外胚胎培养，目前，胚胎移植成为胚胎工程中获得后代的唯一方法，进行胚胎移植可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能，B正确；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，C正确；在小鼠腹腔中培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体属于动物细胞工程中的单克隆抗体的制备，D错误。

3．我国已实现部分“胚胎工程产业化”，如肉牛、奶牛胚胎工程产业化。

如图所示是科学家采用不同方法产业化培育良种牛的过程，a～h为操作过程，请回答：

（1）培育“试管牛C”技术的操作流程是____________（填字母），d操作的名称是________，h操作的核心是________________________，受精时受体的卵细胞处于________期。

（2）图中数字标号代表的结构名称是：

①________，②________，③________。

若要获得遗传物质完全相同的两个新个体，可对发育到________________阶段的早期胚胎进行分割处理，在进行胚胎分割时，应注意________________________________________。

（3）图中用到的激素是____________，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是________________________________________________________________________。

答案　

（1）a→b→f→g　胚胎移植　基因表达载体的构建　MⅡ中　

（2）滋养层　囊胚腔　内细胞团　桑椹胚或囊胚　将内细胞团均等分割　（3）促性腺激素　受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应

解析　胚胎工程包括体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等多种技术。

（1）培育试管牛C包括体外受精→胚胎移植→后代，即a→b→f→g；d操作是胚胎移植，h操作是基因工程技术，核心是基因表达载体的构建，受精时受体的卵母细胞处于MⅡ中期。

（2）囊胚的结构包括③内细胞团、①滋养层和②囊胚腔，胚胎分割时一般采用的是桑椹胚或囊胚，这个阶段的细胞分化程度相对比较低，囊胚分割时要注意将内细胞团均等分割和不受损伤。

（3）胚胎移植用到的激素是促性腺激素；根据受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应的原理可知，胚胎在受体子宫中能够存活。

4．在社会主义新农村建设中，某县积极发展畜禽养殖和栽桑养蚕两大支柱产业。

在生产总量不断提高的同时，先坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现资源的最大化利用，走出了一条适合本地区可持续发展的生态工程之路。

请分析下图，并回答问题：

（1）该系统将多个生产系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，这体现了生态工程__________________的原理。

该系统能生产出无公害农产品的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）图中属于消费者的生物有________，食用菌在该生态系统的成分中属于___________，在农业生产上，常将食用菌房与蔬菜大棚相通，以提高蔬菜产量，其原因是______

________________________________________________________________________。

（3）该系统工程的核心之一是沼气工程，如果将“沼渣→农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？

________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）该生态系统为何能提高经济效益？

________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）根据生态工程中的物种多样性这一原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链和营养级越长越多越好。

请你结合所学有关生态工程原理，分析该结论是否正确，为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（6）根据该县地处水乡这一资源优势，请你就该生态系统提出一条合理化建议：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）系统的结构决定功能　减少了化肥和农药的使用量，减少了对水的污染　

（2）蚕、畜、禽　分解者　食用菌细胞呼吸时释放CO2，为蔬菜光合作用提供原料　（3）土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降　（4）实现了物质的循环利用和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用（降低农业成本投入）　（5）不正确。

因为食物链长，各食物链中的生物数量难以达到一定规模，影响经济效益；营养级多，高层次营养级生物获得的能量较少，该营养级生物数量也较少　（6）蚕沙碎屑用来养鱼，鱼塘塘泥用来肥田

解析　应从生态工程的基本原理和生态系统能量流动等角度入手解答该题。

该生态工程依据的是物质循环再生、物种多样性、协调与平衡原理和系统的结构决定功能；生态系统的能量流动是从生产者开始的，即桑、菜等，消费者是蚕、禽、畜等；由图可知，该生态系统实现了废物再利用及无公害化处理，因此更能净化环境；该生态系统实现了物质的循环利用和能量的多级利用，降低了生产成本，提高了农产品的产量；该生态系统中，蚕沙碎屑未被利用，可利用蚕沙碎屑养鱼，鱼塘塘泥用来肥田。

一、单项选择题

1．下列有关动物细胞克隆和胚胎工程的叙述，正确的是（　　）

A．经核移植、胚胎体外培养和胚胎移植技术可获得克隆蛙

B．运用胚胎移植获得的子代牛在性状上不完全相同，其原因是受体牛的基因不同

C．选择胚胎干细胞作为核供体进行核移植可提高动物克隆的成功率

D．培养胚胎干细胞过程中加入饲养层细胞是为了促进细胞的分化

答案　C

解析　经核移植、早期胚胎培养可获得克隆蛙，该过程不用胚胎移植技术；运用胚胎移植获得的子代牛在性状上不完全相同，其原因是胚胎的质基因不一定相同；培养胚胎干细胞过程中加入分化诱导因子可促进细胞的分化，胚胎干细胞在饲养层细胞中或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。

2．如图Ⅰ、Ⅱ表示获得胚胎干细胞的两条途径，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．胚胎干细胞在体外培养的条件下，只增殖不发生分化

B．图中早期胚胎一般是指发育到囊胚时期的胚胎

C．过程Ⅰ、Ⅱ获取早期胚胎过程均属于有性生殖范畴

D．过程Ⅱ获得的早期胚胎在培养液中添加分化诱导因子后可进行分化

答案　C

解析　胚胎干细胞在体外培养的条件下，只增殖不发生分化；过程Ⅰ属于受精作用、过程Ⅱ属于核移植技术，前者属于有性生殖范畴，后者属于无性生殖范畴；早期胚胎在培养液中添加分化诱导因子后可进行分化。

3．如图表示某胚胎工程的流程图。

据图分析下列叙述正确的是（　　）

①→动物细胞培养→胚胎→②→新个体

A．若该工程表示的是胚胎分割技术，则①可以是卵裂球

B．若该工程表示的是核移植技术，则①的形成不需要卵细胞的参与

C．无论是哪种工程，培养细胞的培养液中都要加入胚胎成纤维细胞

D．②需注射激素，以达到超数排卵和同期发情的目的

答案　A

解析　胚胎分割技术是将桑椹胚或囊胚的内细胞团均等分割，所以①可以是桑椹胚或囊胚这样的卵裂球；如果是代表核移植技术则需要去核的卵细胞作为材料；无论是哪种工程，培养动物细胞都不需要加入胚胎成纤维细胞，而是除了必需营养成分外加入动物血清或血浆；如果②过程需注射激素进行超数排卵或同期发情处理，则不应该在胚胎发育成新个体的过程中。

4．2012年诺贝尔生理学或医学奖被授予英国科学家约翰·格登和日本医学教授山中伸弥，以表彰他们在“细胞核重编程技术”领域作出的革命性贡献。

所谓细胞核重编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，应用于临床医学。

关于干细胞的说法正确的是（　　）

A．成年体细胞诱导回干细胞的过程中，遗传物质发生了改变

B．干细胞分化形成的皮肤细胞中染色体数目可呈周期性变化

C．干细胞分化形成各类细胞体现了细胞的全能性

D．干细胞移植可用于治疗由于胰岛B细胞受损而引起的糖尿病

答案　D

解析　成年体细胞诱导回干细胞的过程中，只是细胞的分化程度降低了，遗传物质没有发生改变；皮肤细胞属于高度分化的细胞，不能进行有丝分裂，因此染色体数目不能呈周期性变化；细胞的全能性是指已分化的细胞具有发育成完整个体的潜能，干细胞分化形成各类细胞不能体现细胞的全能性，动物细胞的全能性受高度限制，动物细胞的细胞核具有全能性。

5．如图为某科研小组采用“基因靶向”技术先将小鼠的棕褐毛色基因导入黑色纯种小鼠的胚胎干细胞（ES细胞）中，再将改造后的胚胎干细胞移植回囊胚继续发育成小鼠的过程。

据图分析不正确的是（　　）

A．该过程使用的工具酶是DNA连接酶以及限制性核酸内切酶

B．完成第Ⅱ步操作得到由两个DNA切段连接成的产物，必定是载体与棕褐毛色基因形

成的重组DNA分子

C．第Ⅲ步操作后，还需经过筛选目的基因已成功转移的胚胎干细胞的过程，才能将该

胚胎干细胞注射到囊胚中

D．改造后的胚胎干细胞移植回囊胚能继续发育成小鼠，其根本原因是细胞核中含有一

整套的遗传物质

答案　B

解析　第Ⅰ步操作切割载体和目的基因的限制酶是同一种，在载体和目的基因上得到的是相同的黏性末端，所以完成第Ⅱ步操作后得到的由两个DNA切段连接成的产物有可能是载体—目的基因，载体—载体，目的基因—目的基因三种重组DNA分子。

6．“粮桑渔畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业系统，如图表示这一农业生态系统的基本模式。

根据图示，判断下列说法错误的是（　　）

A．沼气池的建立既充分发挥了资源的生产潜力，又防止了环境污染

B．通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率

C．这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于我国西北地区，这是因为在建立

生态工程时还需要遵循“整体、协调、循环、再生”的原理

D．上述农业生态系统通过改善和优化系统的结构达到改善系统功能的目的

答案　B

解析　沼气池的建立使物质得以充分利用，实现了能量的多级利用，同时减少了环境污染；该生态农业调整食物链结构，实现了物质的循环利用，提高了能量的利用率，但没有改变能量的传递效率。

二、多项选择题

7．下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。

下列叙述正确的是（　　）

A．胚胎移植可以定向地改造动物的遗传性状，③需移植到发情的母牛子宫内发育

B．A细胞不一定是受精卵细胞

C．①②两个胚胎具有相同的遗传物质

D．图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段

答案　BC

解析　胚胎移植不能定向地改造动物的遗传性状。

A细胞可以是受精卵或重组细胞。

①②两个胚胎具有相同的遗传物质。

图中a过程包括卵裂、桑椹胚、囊胚等阶段。

8．“治疗性克隆”可用胚胎干细胞克隆出人体不同组织细胞，以用于医学研究和治疗。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．该技术解决了临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题

B．人类治疗性克隆的核心技术是体细胞培养技术

C．胚胎干细胞可克隆出不同组织细胞的根本原因是基因的选择性表达

D．中国政府既反对克隆人或动物，又反对治疗性克隆

答案　BD

解析　人类治疗性克隆的核心技术是胚胎干细胞培养技术；“治疗性克隆”解决了临床上供