高考生物一轮复习第十一单元现代生物科技专题第三讲胚胎工程及伦理问题学案新人教版.docx
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高考生物一轮复习第十一单元现代生物科技专题第三讲胚胎工程及伦理问题学案新人教版
第三讲 胚胎工程及伦理问题
[考纲展示]
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.生物技术中的伦理问题（Ⅰ）
授课提示：
对应学生用书第261页
一、体内受精和早期胚胎发育
1．精子与卵子的发生
项目
精子的发生
卵子的发生
场所
睾丸曲细精管
卵巢
时间
从初情期开始
从胚胎出现性别分化后
变形
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：
刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道内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Ⅱ中期时期，才具备与精子受精的能力。
（3）受精过程主要包括：
精子穿过放射冠和透明带，进入卵细胞膜，原核形成融合。
3．胚胎发育过程：
受精卵→卵裂→囊胚→原肠胚→组织器官分化→幼体。
（1）哺乳动物的早期胚胎发育是在输卵管中进行的，一般到桑椹胚期进入子宫，囊胚期着床。
（2）卵裂：
细胞分裂方式是有丝分裂。
（3）囊胚：
由滋养层细胞和内细胞团构成，内细胞团细胞具有发育全能性，能分化出幼体动物的所有组织器官。
（4）原肠胚：
出现了三个胚层和原肠腔。
二、体外受精、胚胎移植、胚胎分割与胚胎干细胞
1．体外受精
（1）精子的采集与获能：
获能方法有培养法和化学诱导法。
（2）卵母细胞的采集和培养：
给哺乳动物注射促性腺激素，使其超数排卵，然后从输卵管中冲出；也可从废弃的卵巢或活体卵巢中采集，但需要培养到减Ⅱ中期时，才可受精。
（3）体外受精：
获能的精子和成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精。
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
（1）地位：
胚胎工程其他技术的最后一道工序。
（2）胚胎移植的生理学基础
①移入：
动物发情排卵后，在一段时间内同种动物的供、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。
④遗传特征：
供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
（3）基本程序：
对供、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→对胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎移植→移植后检查。
（4）意义：
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。
4．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。
5．胚胎干细胞
（1）来源：
早期胚胎或原始性腺。
（2）特点：
形态上，体积小、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
（4）应用
①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律。
②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。
③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合征等。
④移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。
⑤定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
三、生物技术中的伦理问题
1．人类克隆问题
（1）治疗性克隆和生殖性克隆的比较
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
都属无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同
（2）态度：
中国政府的态度是禁止生殖性克隆人，但不反对治疗性克隆。
2．试管婴儿和设计试管婴儿的比较
如图，后者比前者多了④过程：
（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，设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗。
（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。
3．基因检测
（1）概念：
通过基因芯片对被检测者细胞中的DNA分子或蛋白质进行检测，分析出被检测者所含的各种致病基因和疾病易感基因情况的一种技术。
（2）原理：
DNA分子杂交。
（3）争论焦点
①基因检测能否达到预防疾病的目的。
②是否引起基因歧视、个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。
1．受精过程：
获能的精子穿过放射冠和透明带→精卵通过细胞表面的糖蛋白相互识别→精子遗传物质进入卵细胞。
2．胚胎发育过程：
受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚→组织器官分化→幼体。
3．体外受精过程
受精→
4．胚胎移植的基本程序：
对供、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→对胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎移植→移植后检查。
有关胚胎工程的6个易混易错点
（1）受精卵进行细胞分裂，形成桑椹胚；细胞分化开始于囊胚，桑椹胚的形成没有经过细胞分化。
（2）囊胚细胞开始分化，但囊胚的内细胞团细胞具有全能性。
（3）激素应用：
胚胎移植过程中两次使用激素，第一次对受体、供体进行同期发情处理用的是孕激素；第二次用于供体超数排卵的是促性腺激素。
（4）胚胎移植过程中有两次检查：
第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
（5）犊牛性状：
胚胎移植产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体母牛，性别取决于公牛提供何种类型的精子，与受体母牛没有关系。
（6）胚胎移植时间：
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，人胚胎可在8～16个细胞阶段移植。
几乎所有动物都不能培养到原肠胚阶段移植，因为此时细胞分化程度较高，移植成功率很低。
授课提示：
对应学生用书第263页
考点一 体内受精和早期胚胎发育
[核心考点通关]
1．精子的发生
（1）不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，但与动物的体型大小无关。
（2）精子的发生中两次减数分裂是连续的，是在睾丸的曲细精管内进行的。
卵子的发生中两次减数分裂是不连续的，减数第一次分裂在卵巢内完成，产生一个次级卵母细胞和第一极体，进入输卵管在与精子的结合过程中完成减数第二次分裂，产生一个成熟的卵子和第二极体。
当原核融合时，第一极体完成分裂，形成2个第二极体。
有的哺乳动物的第一极体不再分裂。
2．卵子的发生
（1）哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前（即胎儿时期）完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别。
（2）哺乳动物卵巢、卵泡和卵子的关系：
卵巢是卵子形成、卵泡存在的场所，内部包含许许多多不同发育阶段的卵泡，而成熟的卵泡中可释放出卵子，其中卵子的外面有辅助结构——透明带，由卵丘细胞（卵泡细胞）形成放射冠。
3．受精过程中的“三大反应”和防止多精子入卵受精的“两道屏障”
（1）顶体反应：
精子释放的顶体酶可直接溶解卵丘细胞间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。
（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，它是防止多精子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，这是防止多精子入卵受精的第二道屏障。
4．胚胎发育过程
（1）起点是受精卵分裂，在输卵管内完成受精作用时即已开始，直至发育成为成熟的胎儿。
（2）卵裂期的特点：
细胞有丝分裂使细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加或略缩小，因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小，但核内遗传物质并未减少。
（3）桑椹胚以前的细胞均未分化，细胞全能性最高，是胚胎分割的最佳时期。
（4）桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
[易混易错]
受体及胚胎发育的2个易错点
（1）受精过程的三个易混点
①精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
②排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。
③受精的标志≠受精完成的标志：
受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精过程完成的标志是雌、雄原核的融合。
（2）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细胞体积：
胚胎总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小。
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。
[针对训练]
1．如图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程，请回答下列问题：
（1）A细胞是________，在进行体外受精前要对精子进行________处理。
（2）进行胚胎分割时，应选择发育到________时期的胚胎进行操作。
（3）②指的是________。
（4）通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有相同遗传性状的根本原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意____________________________。
（6）受体母牛必须和供体牛属于________。
移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
将获能精子与处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞融合即可得到受精卵，受精卵经过体外培养形成早期胚胎。
为了快速繁育优良品种，可以采用胚胎分割的技术手段，即选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行分割，分割后产生的个体因为所含的遗传物质相同，所以性状表现很相似。
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，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
大量的研究已经证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
答案：
（1）次级卵母细胞 获能
（2）桑椹胚或囊胚 （3）囊胚腔 （4）来源于同一个受精卵，具有相同的遗传物质 （5）将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育 （6）同一物种 受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应
考点二 胚胎工程的应用及前景
[核心考点通关]
1．胚胎工程的操作流程分析
（1）胚胎移植的生理学基础
①哺乳动物排卵后，同种动物供、受体生殖器官的生理变化是相同的，这是胚胎能够移入受体的生理基础。
②早期胚胎形成后，未与母体子宫建立联系，而是处于游离状态，这是胚胎收集的生理基础。
③受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，这是胚胎在受体内能够存活的生理基础。
④供体胚胎可与受体子宫建立联系，且不影响供体胚胎的遗传特性，这是供体胚胎正常发育的生理基础。
（2）实质：
是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。
（3）优势：
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，从而大大缩短了供体本身的繁殖周期，大大推动了畜牧业的发展。
（4）胚胎移植过程中两次使用激素：
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。
（5）胚胎移植过程中有两次检查：
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。
（6）胚胎移植的意义：
①加速育种工作和品种改良；②大量节省购买种畜的费用；③一胎多产；④保存品种资源和濒危物种；⑤可充分发挥优良个体的繁殖潜能，缩短繁殖周期，增加一生繁殖的后代数量。
[特别提醒]
胚胎移植是有性生殖还是无性生殖，取决于胚胎是由受精卵形成的，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。
2．胚胎分割
（1）概念：
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。
（2）理论基础：
细胞的全能性。
（3）使用的主要仪器：
实体显微镜和显微操作仪。
（4）材料选择：
发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。
（5）囊胚期分割要求：
内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
（6）意义：
加快繁殖速度，是动物无性繁殖或克隆的方法之一，其他克隆方法还有核移植。
（7）特点：
后代具有相同的遗传物质。
3．试管动物与克隆动物的比较
比较项目
试管动物
克隆动物
技术基础
体外受精、胚胎移植
核移植技术、细胞培养、胚胎（分割）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
遗传物质来自两个个体
遗传物质大部分来自供核生物体
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
[特别提醒]
胚胎移植中供体与受体的确定：
提供胚胎的个体称为供体，接受胚胎移植的个体称为受体；供体为优良品种，作为受体的雌性动物一般为常见的或现存量大的同种健康品种。
[针对训练]
2．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。
以下是科学家采用不同方法产业化培育良种牛的过程，a～h表示操作过程，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________，受精时受体的卵母细胞处于________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，在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，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________________________________________________________________________。
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（a→b→f→g）；d操作是指胚胎移植，h操作是指基因工程技术，其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囊胚或桑椹胚，这两个阶段的细胞分化程度相对较低；对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意内细胞团的均等分割。
（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免疫排斥反应的原理使胚胎在受体子宫中存活。
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免疫排斥反应
考点三 干细胞培养及伦理问题
[核心考点通关]
一、干细胞培养及应用
1．干细胞的种类
名称
全能干细胞
多能干细胞
专能干细胞
特点
具有形成机体的组织或器官，甚至形成完整个体的潜能
具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体
只能分化成特定器官或具有特定功能的一类干细胞
举例
受精卵、胚胎干细胞
造血干细胞
神经干细胞
应用
用于发生病变的器官移植等
造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段
通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症
2.胚胎干细胞的来源和特点
胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，包括人类囊胚的内细胞团，具有胚胎细胞的特性。
它能长期维持未分化状态，又有全能分化的潜能，在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型，在特定的环境诱导下，能分化成各类细胞。
因此，它是细胞的源头，是全能细胞，并能够制造机体需要的全部细胞。
3．胚胎干细胞的培育过程
4．胚胎干细胞的主要用途
（1）将胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物。
（2）培育出人造组织器官，用于器官移植。
（3）改良创造动物新品种。
二、生物技术的伦理问题
1．试管婴儿与克隆人
（1）试管婴儿的培育过程
精子卵细胞
受精卵
婴儿
（2）克隆人的培育过程
2．治疗性克隆和生殖性克隆的比较
类型
项目
治疗性克隆
生殖性克隆
区别
目的
治疗人类疾病
用于生育，产生新个体
水平
细胞水平
个体水平
联系
都属于无性繁殖；产生的新个体、新组织遗传信息相同
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。
图中①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿的培育过程。
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。
[针对训练]
3．（2017·河南信阳模拟）“试管婴儿”技术是将不孕夫妇的精子和卵细胞取出，在体外完成受精，并在体外培养，使其发育到如图所示的时期，再将胚胎移入女性子宫内发育成胎儿。
它不仅使一部分不能生育的男女重新获得了生育的机会，也为人类的优生开辟了新的途径。
据此回答：
（1）“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是________。
A．有性生殖 B．组织培养
C．克隆技术D．基因工程
（2）人的受精卵通过卵裂，逐渐形成大量形态、功能不同的细胞、组织，进而形成器官和系统。
从细胞水平看，卵裂的分裂方式是________________。
（3）图示时期是胚胎发育的________期。
（4）在该图下一时期，b细胞最可能成为________胚层的一部分。
（5）要得到“同卵双胞胎”，采用的技术是__________。
双胞胎的性别是否相同？
______________。
（6）现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）试管婴儿技术实际是体外受精，即经过精卵结合，所以是有性生殖。
（2）卵裂是指在透明带中进行的早期胚胎发育，细胞数目不断增多，此时的细胞分裂方式为有丝分裂。
（3）图示时期的特点是含有一个腔，即囊胚腔，所以称为囊胚期。
（4）图示胚胎发育过程中，b细胞从囊胚表面运动到内部，形成一层内层细胞，最终形成内胚层。
（5）将一个受精卵发育形成的早期胚胎一分为二，再移植到母体子宫发育，可形成两个婴儿，即同卵双胞胎，性别相同。
（6）滥用设计试管婴儿技术设计婴儿性别会引起性别比例失调，且违反了伦理道德。
答案：
（1）A
（2）有丝分裂 （3）囊胚 （4）内 （5）胚胎分割移植 相同 （6）破坏了人类正常的性别比例，违反了伦理道德
授课提示：
对应学生用书第266页
练全国高考真题——知考查重点
1．（2013·高考新课标全国卷Ⅰ）阅读如下资料：
资料甲：
科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
资料乙：
T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。
科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造，使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。
资料丙：
兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体，科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。
回答下列问题：
（1）资料甲属于基因工程的范畴。
将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用________________法。
构建基因表达载体常用的工具酶是________________和________________。
在培育有些转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）资料乙中的技术属于________________工程的范畴，该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对________进行改造，或制造一种________的技术。
在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的________序列发生了改变。
（3）资料丙属于胚胎工程的范畴。
胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到________种的、生理状态相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体的技术。
在资料丙的实例中，兔甲称为________体，兔乙称为________体。
解析：
（1）将目的基因导入动物细胞常用显微注射法；构建基因表达载体需要限制性核酸内切酶对目的基因所在的DNA和载体进行切割，还需要DNA连接酶将目的基因与载体结合；农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，故可用农杆菌感染植物，将目的基因导入植物细胞。
（2）资料乙中的技术属于蛋白质工程的范畴，通过改造基因，对T4溶菌酶这种蛋白质进行了改造，使组成该酶的氨基酸序列发生了改变，从而提高了T4溶菌酶的耐热性。
（3）由于同一物种的生理特性相同，因此进行胚胎移植时，受体与供体物种相同，易于成功；兔甲是提供胚胎的个体，称为供体，兔乙是接受胚胎的个体，称为受体。
答案：
（1）显微注射 限制性内切酶 DNA连接酶 农杆菌可感染植物，将目的基因转移到受体细胞中
（2）蛋白质 现有的蛋白质 新蛋白质 氨基酸 （3）同 供 受
2．（2015·高考山东卷）治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。
流程如下：
（1）过程①采用的是细胞工程中的________技术，过程②采用的是胚胎工程中的________技术
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