专题八选修三 现代生物科技专题第2讲.docx

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专题八选修三现代生物科技专题第2讲

第2讲　胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题、

生态工程

[考纲要求]　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.转基因生物的安全性（Ⅰ）。

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）。

8.生态工程的实例（Ⅰ）。

[构建网络]

考点一　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

3．区分几个易错点

（1）区别两种标志及可移植时期

①受精的标志：

看到两个极体。

②受精完成的标志：

雌雄原核融合成合子。

③可以移植或分割的阶段：

桑椹胚和囊胚。

（2）“冲卵”的不同

①胚胎移植过程冲出的是早期胚胎。

②体外受精过程冲出的是卵子。

（3）胚胎移植过程中的不同

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。

[错混诊断]

1．为获取更多的卵（母）细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使其同期发情（2014·山东，36

（2）改编）（　×　）

2．绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性（2012·浙江，2A）（　√　）

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

4．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植（2011·江苏，18B）（　×　）

5．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清（2011·江苏，18C）（　√　）

6．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改编）（　×　）

7．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割（2009·江苏，8B）（　×　）

8．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎（2010·江苏，16C）（　√　）

9．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）（　×　）

题组一　从胚胎工程技术进行命题

1．（2014·江苏，19）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下图所示，相关叙述正确的是（　　）

―→

A．为了获得更多的卵母细胞，需用雌激素对雌性杜泊羊进行处理

B．从卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精

C．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

D．为了进一步扩大繁殖规模，可通过胚胎分割技术获得同卵双胎

答案　D

解析　A项，超数排卵时使用的是促性腺激素，而不是雌激素。

B项，从卵巢中采集的卵母细胞未发育成熟，需要经过体外人工培养成熟后才能与获能的精子受精。

C项，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，故不需要注射免疫抑制剂。

D项，为了进一步扩大繁殖规模，可通过胚胎分割技术获得基因型相同的同卵双胎或多胎个体。

2．自然情况下，牛的生育率很低，通过现代科技手段，可以实现良种牛的快速繁殖。

请回答下列问题：

（1）使一头良种雄性黄牛，在一年内繁殖数百头后代，最简便的方法是____________________。

（2）现有一头良种雌性黄牛，采用胚胎移植的方法，可使这头良种牛一年生下数十头自己的后代。

其操作过程中需要用激素对该良种母牛（供体）和代孕母牛（受体）进行____________处理；还要用激素使供体母牛________________。

胚胎收集的过程也叫做__________。

用于移植的胚胎应发育到______________或______________阶段。

（3）采用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。

该技术中首先要做的是体外受精和______________。

体外受精主要包括____________、______________和______________等几个主要步骤。

答案　

（1）人工授精　

（2）同期发情　超数排卵　冲卵　桑椹胚　囊胚　（3）早期胚胎的培养　卵母细胞的采集和培养　精子的采集和获能（精子的获取）　受精

解析　

（1）通过人工授精的方法，可以在短时间内大量繁殖优良品种。

（2）胚胎移植进行前，首先要对供体母牛和代孕母牛进行同期发情处理，同时还要用激素处理供体母牛使其超数排卵；人工收集发育到桑椹胚或囊胚阶段的胚胎进行移植。

（3）试管动物技术包括体外受精和早期胚胎的培养，体外受精又包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能和受精三个阶段。

题组二　从胚胎干细胞技术进行命题

3．下列关于哺乳动物胚胎干细胞的说法，正确的是（　　）

A．在体外培养条件下，胚胎干细胞可以只增殖不分化

B．原肠胚之前的早期胚胎所有细胞都属于胚胎干细胞

C．胚胎干细胞体积大，细胞核小，具有发育的全能性

D．胚胎干细胞经诱导培养获得的器官因无免疫排斥可任意移植

答案　A

解析　囊胚时期细胞已开始分化，滋养层细胞不具有全能性；胚胎干细胞体积小，细胞核较大；胚胎干细胞经诱导培养获得的器官仅在用于提供给胚胎干细胞的个体时才不会发生免疫排斥反应。

4．下图表示利用胚胎干细胞（ES细胞）所做的一系列研究，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．过程Ⅰ用饲养层培养ES细胞时，需要加入动物血清

B．过程Ⅱ中ES细胞正常发育成图中胎儿，体现了ES细胞的全能性

C．过程Ⅲ可直接将褐毛基因片段通过显微注射法导入ES细胞中

D．过程Ⅳ利用免疫缺陷的小鼠目的是使受体不对移植的组织细胞产生免疫反应

答案　C

解析　Ⅰ是动物细胞培养技术，需要加入血清，A正确；ES细胞正常发育成图中胎儿，体现了细胞的全能性，B正确；过程Ⅲ将目的基因导入胚胎干细胞前需构建基因表达载体，再通过显微注射法导入ES细胞中，C错误；免疫缺陷的小鼠不会对移植细胞产生免疫反应，D正确。

题组三　对基因工程、胚胎工程综合考查

5．（2014·山东，36）人组织纤溶酶原激活物（htPA）是一种重要的药用蛋白，可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。

流程如下：

（1）htPA基因与载体用__________________切割后，通过DNA连接酶连接，以构建重组表达载体。

检测目的基因是否已插入受体细胞DNA，可采用__________技术。

（2）为获取更多的卵（母）细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使其__________。

采集的精子需要经过________，才具备受精能力。

（3）将重组表达载体导入受精卵常用的方法是______。

为了获得母羊，移植前需对已成功转入目的基因的胚胎

进行________。

利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体，这体现了早期胚胎细胞的________。

（4）若在转htPA基因母羊的羊乳中检测到________，说明目的基因成功表达。

答案　

（1）同种限制性核酸内切酶（或同种限制酶）　DNA分子杂交（或核酸探针）　

（2）超数排卵　获能（处理）　（3）显微注射法　性别鉴定　全能性　（4）htPA（或人组织纤溶酶原激活物）

解析　

（1）用同种限制性核酸内切酶对目的基因和载体进行切割，以形成相同的黏性末端。

检测目的基因是否已插入受体细胞DNA，常用DNA分子杂交技术。

（2）对供体母羊注射促性腺激素可以使其超数排卵，采集的精子需要经过获能处理后才具备受精能力。

（3）将重组表达载体导入受精卵（动物细胞）常用的方法是显微注射法。

为了获得母羊，需要对胚胎进行性别鉴定。

利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体，依据的原理是早期胚胎细胞的全能性。

（4）目的基因成功表达的标志是在转基因母羊的羊乳中检测到htPA，即人组织纤溶酶原激活物。

考点二　生物技术的安全性和伦理问题

1．安全性问题

（1）食物安全：

滞后效应、过敏原、营养成分改变等。

（2）生物安全：

对生物多样性的影响等。

（3）环境安全：

对生态系统稳定性的影响等。

2．治疗性克隆和生殖性克隆的区别和联系

　　类型

项目

治疗性克隆

生殖性克隆

区

别

目的

从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗

用于生育，获得人的复制品

水平

细胞水平

个体水平

联系

都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同

3.试管婴儿和设计试管婴儿的异同点

（1）设计试管婴儿比试管婴儿多出的是过程④。

（2）试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题，设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗。

（3）两者都是体外受精，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。

[错混诊断]

1．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题（2010·江苏，18D）（　×　）

2．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（2013·江苏，15B）（　×　）

3．种植转基因作物应与传统农业种植区隔离（2012·江苏，13A）（　√　）

4．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中（2012·江苏，13B）（　×　）

5．种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性（2012·江苏，13C）（　√　）

6．转基因植物的目的基因可能转入根际微生物（2012·江苏，13D）（　√　）

题组　从生物技术安全性和伦理问题进行命题

1．（2014·重庆，2）生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。

下列叙述，错误的是（　　）

A．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质

B．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆

C．反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿

D．生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力

答案　D

解析　A项，培育转基因植物时，要根据目的基因的产物是否对人类有害来确定该目的基因能否用于转基因植物的培育。

B项，克隆人会给社会带来伦理上的问题，所以当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验；治疗性克隆对于一些重大疾病的治疗具有积极的意义，所以并不反对治疗性克隆。

C项，科学地设计试管婴儿对于治疗不孕不育及一些难治之症具有积极的意义，但有人却滥用此技术选择性设计婴儿，所以设计试管婴儿遭到反对。

D项，干扰素并不能用于制造生物武器，多用于治疗一些病毒性疾病。

2．下列关于生物技术安全性和伦理问题的叙述，不正确的是（　　）

A．转基因植物合成的蛋白质，可能成为某些人群新的过敏原

B．克隆人可冲击现有的婚姻、家庭和两性关系等传统伦理道德观念

C．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题

D．运用重组基因技术可以将致病菌或病毒改造成威力巨大的生物武器

答案　C

解析　来自于自然界的抗性基因进入转基因植物以外的其他植物如杂草体内，可能会产生“超级杂草”，对生物安全造成威胁。

考点三　生态工程

1．生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。

2．生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。

3．生态工程的研究对象为“社会—经济—自然复合生态系统”。

4．生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。

[错混诊断]

1．实施生态工程的目的是为人们提供丰富的生产和生活物质（2010·江苏，15D改编）（　×　）

2．生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、物种多样性和物质循环再生等原理（2011·新课标全国，40（3）改编）（　√　）

3．要实现人与自然的和谐发展，通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源最合理（2008·广东，16A）（　×　）

4．要实现人与自然的和谐发展，发展生态农业，实现物质和能量的多级利用是最合理的（2008·广东，16C）（　√　）

题组　从生态工程原理和应用进行命题

1．某小组对市郊一农业生态系统进行调查后，经过交流绘制出了如图所示的生态工程示意图。

据图回答有关问题：

（1）该生态系统中的主要成分是______________，图中的食用菌属于生态系统成分中的____________，该生态系统中，属于第二营养级的生物有____________________。

（2）建立这一生态系统的目的是使农作物固定的太阳能持续、高效地____________________________；该生态系统的能量利用率较高与物质的________利用密不可分。

（3）请画出该农业生态系统的食物网。

（4）该生态系统的建设主要根据生态工程建设的________________原理。

答案　

（1）农作物（生产者或植物）　分解者　人和家禽、家畜　

（2）流向对人类最有益的部分　多级（循环、重复）

（3）农作物→家禽、家畜→人　（4）物质循环再生

解析　

（1）生态系统的主要成分是生产者，即图中的农作物。

食用菌属于腐生真菌，在生态系统中属于分解者。

以农作物为食的生物属于第二营养级，包括人和家禽、家畜。

（2）建立生态农业的目的是调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，由于实现了能量的多级利用，所以该生态系统的能量利用率较高。

（3）该农业生态系统中的食物网有两条食物链：

农作物→家禽、家畜→人；农作物→人。

（4）该生态系统实现了物质的循环利用、分级利用，并且减少了环境污染，所以该生态农业的设计遵循物质循环再生原理。

2．我国珠江三角洲地区，为充分利用土地，创造了一种挖深鱼塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统——桑基鱼塘，如图所示。

据图回答有关问题：

（1）生态工程遵循的基本原理有________、__________、__________、整体性原理和系统学与工程学原理等。

（2）该生态工程能将蚕沙、蔗叶、滤泥等变成鱼类的饵料，塘泥中的微生物能将有机物转化成无机物，为甘蔗、桑树的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的__________________________，而且体现了____________________的“循环经济”原则。

（3）蚕沙是蚕食桑叶后排泄出来的粪便，蚕沙富含粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维等营养物质，是上等的肥料，也是猪、鱼、羊的理想饲料。

某种鱼专以蚕沙为食，假设某一时间段蚕从上一个营养级固定的能量为1.5×105kJ，那么这部分能量最多有____________kJ被这种鱼所同化。

（4）该生态系统向外输出的物质主要有______________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）该生态系统与一般的自然生态系统相比较，__________________________稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。

（6）桑基鱼塘的生产方式与改造前的传统耕作方式比较，主要的优点有________________________________________________________________________（至少答2点）。

答案　

（1）物质循环再生原理　物种多样性原理　协调与平衡原理　

（2）资源化　生态经济　（3）0　（4）蚕丝、鱼、糖等（5）抵抗力　（6）减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等（答案合理即可）

技法提炼

生态工程设计的常用方法

（1）生态工程设计的常用方法之一是食物链（网）的“相接”。

例如，在稻田养鱼的农业生态工程中，鱼与稻原属于不同生态系统的食物链（网），但在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼（如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等）的鱼苗放养在稻田中，使稻田生态系统的结构有所改变，物质循环和能量流动更为合理。

这表现在鱼类摄食杂草，减少了杂草在阳光、养分方面与水稻的竞争；鱼粪中含有丰富的氮、磷，增加了水稻的肥源；滤食性和杂食性鱼能摄食稻田中的浮游生物、底栖动物等。

（2）生态工程设计的常用方法之二是食物链（网）的“加环”。

“加环”可为未被利用的部分找到出路。

例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来培养食用菌，栽培食用菌后的残余物再用来养殖蛆蛹，蛆蛹粪再作为优良有机肥还田等。

专题突破练

1．下列关于哺乳动物受精和发育的叙述，正确的是（　　）

A．雌性动物排卵后遇精子即完成受精

B．胚胎发育至囊胚时即已开始了细胞分化，这是基因进行选择性表达的结果

C．动物卵子的发生始于性成熟后

D．动物的个体发育过程是：

受精卵→卵裂→桑椹胚→原肠胚→幼体

答案　B

解析　雌性动物排出的卵子并非成熟的卵子，即使遇到精子，也要在继续成熟至减数第二次分裂中期时才具备与精子进行受精作用的能力。

胚胎在桑椹胚后继续发育至囊胚时开始分化，分化的实质是基因的选择性表达。

动物卵子的发生始于性别分化后（胚胎时期）。

动物个体发育过程并非胚胎发育过程，不要混淆概念。

2．（2014·赤峰模拟）下列有关胚胎工程的叙述，正确的是（　　）

A．试管动物的培育离不开核移植技术

B．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植

C．通过胚胎分割技术可获得遗传特性相同的后代

D．利用某一胚胎的干细胞进行多组核移植，理论上产生子代的雌雄个体的比例为1∶1

答案　C

解析　试管动物的培育与核移植无关，A错误；胚胎移植用的是桑椹胚或囊胚，B错误；胚胎分割可看成无性繁殖过程，获得的后代遗传特性相同，C正确；利用某一胚胎干细胞进行核移植，子代全雌或全雄，D错误。

3．胚胎工程技术包含的内容很丰富，下图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况，其中供体1是良种荷斯坦高产奶牛，供体2是黄牛，请据图回答下列问题：

（1）应用1中获得的小牛，其遗传物质来源于________，为一次获得多个细胞B，往往需要向供体2内注入的是促性腺激素，而不是性激素，原因是_____________________________

________________________________________________________________________。

（2）将优良公牛的精子收集后放在一定浓度的肝素溶液中进行培养，其目的是________________。

（3）通过应用2获得小牛，涉及到胚胎工程的最后一道“工序”是________________。

（4）应用3中的细胞D取自囊胚的____________，细胞C取自牛胎儿的________。

（5）应用4中获得二分胚①和②，移植到受体牛中得到两只小牛，两只小牛的性别________。

答案　

（1）供体1和供体2　注射一定量的性激素后会抑制下丘脑和垂体的活动，从而导致相关激素分泌量下降，进而引起自身性激素分泌量减少，影响排卵　

（2）诱导精子获能　（3）胚胎移植　（4）内细胞团　生殖腺（原始性腺）　（5）相同

解析　

（1）应用1是通过体细胞核移植技术获得克隆牛。

克隆动物的遗传物质主要来自体细胞供体1，少量来自卵细胞供体2。

给供体2注射促性腺激素而不是性激素可以促使其超数排卵，是因为注射一定量的性激素后会抑制下丘脑和垂体的活动，从而导致相关激素分泌量下降，进而引起自身性激素分泌量减少，影响排卵。

（2）应用2通过体外受精和早期胚胎培养技术获得试管牛。

将优良公牛的精子收集后放在一定浓度的肝素溶液中进行培养，其目的是使精子获能，只有经过获能处理的精子才能与卵子结合。

（3）胚胎工程的最后一道“工序”是胚胎移植。

（4）应用3是胚胎干细胞培养技术。

胚胎干细胞D取自囊胚的内细胞团，胚胎干细胞C取自牛胎儿的原始性腺。

（5）应用4通过胚胎分割技术获得同卵双胎小牛。

所以两只小牛的性别相同，同为雌性或者雄性。

4．供体器官的短缺和排斥反应是制约器官移植的两个重要问题。

如何利用现代生物科学技术解决这一难题成为热点问题。

下图是治疗性克隆的过程图解。

（1）自体移植供受体为同一个体，最大的优点是________________，但移植器官种类受限。

利用细胞工程技术的治疗性克隆，重组细胞培养时除了保证无菌、无毒环境，还需丰富的营养，通常会在培养液中加入________等天然成分。

核移植的胚胎干细胞通常只分裂不分化，所以需在培养液中加入________________诱导形成相应的组织、器官后用于移植。

（2）重组细胞发育的过程中，细胞开始分化发生在[①]________期，若想获得基因型完全相同的两个胚胎，采用________________技术，并且要注意对[②]________进行均等分割。

与试管婴儿不同的是该技术属于________（有性/无性）生殖。

（3）目前临床器官移植多为同种异体移植，患者需要长期服用________________________预防排斥反应。

为了扩大器官供体的来源，人们尝试异种移植，试图利用基因工程手段________抗原决定基因，再利用克隆技术培育出没有免疫排斥反应的猪器官，从而解决供体短缺问题。

获得该转基因猪的核心步骤是________________。

答案　

（1）不会发生免疫排斥反应　血清　分化诱导因子　

（2）囊胚　胚胎分割　内细胞团　无性　（3）免疫抑制药物　抑制（或除去）　基因表达载体的构建

解析　

（1）自体移植不会发生免疫排斥反应；动物细胞培养时需要加入血清，以满足动物细胞生命活动的需要；培养胚胎干细胞时加入分化诱导因子可以诱导形成相应的组织、器官后用于移植。

（2）重组细胞发育与受精卵发育过程相同，在囊胚时期开始发生细胞的分化；若要获得基因型完全相同的两个胚胎，可以采用胚胎分割技术，并且要注意对内细胞团进行均等分割。

与试管婴儿不同的是该技术属于无性生殖。

（3）预防排斥反应需要服用免疫抑制药物；利用基因工程手段可以除去抗原决定基因，再利用克隆技术培育出没有免疫排斥反应的猪器官；培育转基因猪的核心步骤是基因表达载体的构建。

5．吉林大学农学部奶牛繁育基地成功培育出一头携带转入赖氨酸基因的克隆牛“织女”，其过程如下，请据图回答问题。

（1）克隆牛“织女”的诞生过程中涉及到的细胞水平的现代生物技术主要有：

________________________________________________________________________

（至少答出两项）。

（2）实施基因工程包括四个基本操作步骤，其核心步骤是__________________。

在这一过程中处理目的基因和载体的限制酶一般是同一种，目的是________________________________________________________________________。

（3）从④到⑤的过程可获得较多的遗传同质早期胚胎，常采用的方法是进行________________________________________________________________________。

把⑤送入⑥孕育形成⑦之前，对⑥的处理方法和目的是

________________________________________________________________________。

（4）⑦可通过分泌乳汁来生产人类所需药物，这类转基因动物被形象地称为“________________”。

为取得生产效率，在早期胚胎培养时可以对要移植的胚胎提前进行________鉴定。

答案　

（1）核移植技术、动物细胞培养、胚胎移植　

（2）基因表达载体的构建　切割后形成相同的黏性末端　（3）胚胎分割　注射孕激素以使⑥与供体处于相同的生理状态　（4）乳腺生物反应器　性别

解析　

（1）从图示可看出该流程涉及的生物技术有：

核移