届人教版一轮复习选修1选修3第3讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题 教案.docx

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届人教版一轮复习选修1选修3第3讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题教案

第3讲　胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

考点一|受精、早期胚胎的发育和培养

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。

（3）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）培养液成分：

无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等物质。

（2）胚胎处理：

当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植，或冷冻保存。

视角考查受精及早期胚胎培养

下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。

据图回答相关问题：

（1）从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是______；从良种公牛采集的精子需获能后才能进行受精作用，其获能的方法有培养法和____________法。

（2）在牛体细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的____________。

此时，瓶壁上形成的细胞层数是____________。

要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用____________酶处理。

（3）在体外培养受精卵时，除了给予一定量的氧气以维持细胞呼吸外，还需要提供二氧化碳气体以维持____________，图中过程A称为____________。

（4）如暂时不进行A过程，通常在____________条件下保存早期胚胎。

【解析】　

（1）从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是使卵母细胞成熟。

精子体外获能的方法有培养法和化学诱导法。

（2）在牛体细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。

瓶壁上形成单层细胞。

要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用胰蛋白（或胶原蛋白）酶处理。

（3）动物细胞培养时提供二氧化碳的目的是维持培养液的pH。

将早期胚胎移入普通母牛子宫的过程称为胚胎移植。

（4）早期胚胎的贮存时，常将其通常在冷冻条件下（或超低温、液氮、零下196℃）。

【答案】　

（1）使卵母细胞成熟（或使卵母细胞获得受精能力或培养至减数第二次分裂中期）　化学（诱导）　

（2）接触抑制　单层（或一层）　胰蛋白（或胶原蛋白）　（3）培养液的pH　胚胎移植　（4）冷冻（或超低温、液氮、零下196℃）

考点二|胚胎工程的应用及前景

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

①方法：

机械方法；

②分割份数：

将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等；

③目的：

获得同卵双胎或多胎。

（2）定位：

动物无性繁殖或克隆的方法之一。

（3）材料：

发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

（4）要求：

将内细胞团均等分割。

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

1.胚胎移植的几个关键环节

（1）胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。

（2）

（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。

（4）两次检查：

a.收集胚胎进行质量检查；b.移植后是否妊娠检查。

（5）冲卵含义：

冲出早期胚胎，不是冲出卵子。

2．胚胎移植的时间

（1）不同动物其胚胎移植的时间不同。

（2）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。

（3）几乎所有动物都不能在原肠胚阶段移植，因为此时胚胎细胞分化程度高，移植成功率很低。

3．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

视角1考查胚胎移植的过程分析

1．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）由以上分析可知，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）

胚胎移植的几个易错点

1．实质：

早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换。

2．两次使用激素：

第一次：

同期发情处理；

第二次：

促性腺激素，供体超数排卵处理。

3．“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。

视角2从胚胎干细胞移植进行命题

2．（2017·大连市一模）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

视角3基因工程、细胞工程及胚胎工程的综合考查

3．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。

（2）体细胞进行体外培养时，所需气体主要有O2和CO2，其中CO2的作用是维持培养液（基）的______________________。

（3）如果克隆过程中需进行基因改造，在构建基因表达载体（重组载体）时必须使用________和________两种工具酶。

基因表达载体上除目的基因外，还需有________________基因，以便选出成功导入基因表达载体的细胞。

（4）胚胎干细胞可以来自于囊胚中的________________。

在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。

若将图中获得的组织器官移植给个体________________（填“A”或“B”），则不会发生免疫排斥反应。

【解析】　

（1）过程①表示细胞核与去核卵母细胞结合，即核移植技术；过程②表示早期胚胎培养技术。

（2）体细胞进行体外培养时，CO2气体的主要作用是维持培养液（基）的pH（或酸碱度）。

（3）构建基因表达载体时需要限制酶和DNA连接酶两种工具酶；基因表达载体上的标记基因的作用是便于筛选出成功导入基因表达载体的细胞。

（4）囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性，属于胚胎干细胞。

在图示过程中，B个体提供的是细胞核，分化形成的组织器官的性状主要是由来自B的遗传物质决定的，因此体外培养获得的组织器官移入个体B不会发生免疫排斥反应。

【答案】　

（1）（体细胞）核移植　（早期）胚胎培养　

（2）pH（或酸碱度）　（3）限制性（核酸）内切酶（或限制酶）　DNA连接酶（注：

两空可颠倒）　标记　（4）内细胞团　B

考点三|生物技术的安全性和伦理问题

1．转基因生物的安全性

（1）

（2）

2．关注生物技术的伦理问题

反对

支持

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

克隆人

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、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.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。

1．转基因生物存在安全性问题的原因

（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）外源基因插入宿主细胞基因组的部位往往是随机的。

2．理性看待转基因生物

（1）转基因生物的优缺点

优点

缺点

①解决粮食短缺问题

②大大减少农药的使用量，减少环境污染

③增加食物营养，提高附加值

④增加食物种类，提升食物品质

⑤提高生产效率，带动相关产业发展

①可能出现新的过敏原或重组形成新病毒

②可能产生抗除草剂的杂草

③可能使疾病的传播跨越物种障碍

④可能会损害生物多样性

⑤可能会对人类生活环境造成二次污染

（2）对待转基因生物的正确态度

①对转基因生物出现激烈的伦理方面的争论是正常的，关键是社会应有正确的舆论导向，从而促进科学技术的发展。

②国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规。

③在转基因生物或其产品研究过程中，科学家要自觉遵守科学研究道德。

3．克隆的分类

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

4.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。

视角考查生物技术的安全性和伦理问题

（2017·洛阳市二模）一对健康夫妇生下一男婴，一岁时脑出血死亡，二年后女方怀孕6个月时，经羊水及脐带血诊断为男孩且患血友病，遂引产；于是夫妇俩到广州中山一附属医院做试管婴儿。

医生培养7个活体胚胎，抽取每个胚胎1～2个细胞检查后，选两个胚胎移植，最后一个移植成功，出生了一健康婴儿（我国第三代试管婴儿）。

请回答：

（1）医生抽取活体胚胎的1或2个细胞后，可通过显微镜观察____________判断早期胚胎的性别，你认为医生应选用____________性胚胎进行移植。

（2）试管婴儿技术作为现代生物技术和母亲正常怀孕生产过程的不同点在于______________________________________。

（3）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。

而治疗性克隆能最终解决这两个问题。

下图是治疗性克隆的过程图解：

请填出图中横线上的名称：

①____________；②____________。

（4）上图中的③④表示的生理过程是____________，该过程的本质是____________。

（5）我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆的研究。

请你谈谈反对克隆人的原因__________________________。

（至少答两点）

【解析】　

（1）在细胞有丝分裂中期，可通过观察性染色体的形态来判断性别；双亲的基因型为XBY和XBXb，后代中女孩均正常，而男孩有一半的概率会患血友病，因此应该选择女性胚胎进行移植。

（2）试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植后产生后代的技术。

“试管婴儿”实质上就是体外受精和胚胎移植的“产物”，但试管婴儿技术和母亲正常怀孕生产的过程都有双亲生殖细胞融合为合子的过程。

（3）图示为治疗性克隆过程，其中①是细胞核，②是囊胚中的内细胞团。

（4）图中③④表示细胞分化过程，其本质是基因的选择性表达。

（5）生殖性克隆的缺点：

①严重违反了人类伦理道德；②冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；③是在人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人；④克隆技术尚不成熟，可能克隆出有严重生理缺陷的孩子等。

【答案】　

（1）性染色体形态　女　

（2）试管婴儿是体外受精，胚胎移植的产物　（3）细胞核　内细胞团　（4）细胞分化　基因的选择性表达　（5）①严重违反了人类伦理道德　②冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念　③是在人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人　④克隆技术尚不成熟，可能克隆出有严重生理缺陷的孩子

典题验收|诊断学情　淬炼考能

1．（2017·丹东高三质检）胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术，可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。

下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。

（1）应用胚胎工程技术可以培育出“试管牛”，试管牛的培育需经过体外受精、____________、________以及在母体中发育和产出等过程。

（2）在“试管牛”的培育过程中，要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行处理，使其________。

另外，培养的卵母细胞需要发育至______________________，使卵母细胞获得受精能力。

（3）通常奶牛每次排出一枚卵母细胞，采用激素处理可使其一次排出多枚卵母细胞，常使用的激素是________。

（4）如果对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意将___________________。

（5）研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是________________，获得转基因母牛后，如果检测出________________，即说明目的基因已经表达。

【解析】　

（1）由图可知，试管牛的培养需经过体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植及在母体内发育和产出等过程。

（2）体外受精时，需要对精子进行获能处理，另外培养的卵母细胞需发育至减数分裂第二次分裂的中期才获得受精能力。

（3）要获得更多的卵母细胞，可对良种母牛注射促性腺激素，以促使其超数排卵。

（4）对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应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）显微注射是将目的基因导入动物细胞最有效的方法；转基因成功与否，标志是看目的基因是否控制合成出相应的产物。

【答案】　

（1）早期胚胎培养　胚胎移植　

（2）获能　减数第二次分裂的中期　（3）促性腺激素　（4）内细胞团均等分割　（5）显微注射法　牛奶中含有人类白细胞介素

2．（2017·沈阳市东北育才中学模拟）请回答下列有关胚胎工程和基因工程方面的问题：

（1）目前，科学家通过细胞核移植实验，培育出多种哺乳动物新类型。

在哺乳动物的核移植实验中，一般通过

________（物理方法）将受体细胞激活，使其进行细胞分裂并发育，当胚胎发育到________________阶段时，将胚胎植入另一雌性（代孕）动物体内。

（2）利用体细胞进行核移植技术的难度明显高于利用胚胎细胞进行核移植的原因是______________________________________________________________

______________________________________________________________。

（3）若要使获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素，则所构建的基因表达载体必须包括：

某种牛乳腺分泌蛋白基因的启动子、________、终止子、标记基因和复制原点等。

目前常用的措施是将该基因表达载体导入牛的________（填“受精卵”或“乳腺细胞”），导入方法是________。

【解析】　

（1）在哺乳动物的核移植实验中，一般通过电刺激将受体细胞激活，使其进行细胞分裂并发育，当胚胎发育到桑椹胚或囊胚阶段时，将胚胎植入另一雌性（代孕）动物体内。

（2）体细胞是高度分化的细胞，细胞的全能性受到限制，因此细胞核的全能性不易恢复。

（3）基因表达载体的结构包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。

对于动物细胞而言，受体细胞是受精卵，将目的基因导入受精卵的方法为显微注射法。

【答案】　

（1）电脉冲（或电刺激）　桑椹胚或囊胚　

（2）体细胞分化程度高，不容易恢复全能性　（3）人干扰素基因（或目的基因）　受精卵　显微注射法

3．下图表示利用胚胎干细胞（ES细胞）所作的一系列研究，请据图分析回答。

（1）上图中的胚胎干细胞（ES细胞）可以从____________和________中分离获取。

（2）过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上，并加入动物血清、抗生素等物质，维持细胞不分化的状态。

在此过程中，饲养层提供干细胞增殖所需的________，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Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤中里面全是软骨、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，该过程研究的意义在于解决______________________________________________问题。

（4）该研究中，包含的生物技术有________________（至少写出两种）。

（5）过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔，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________。

（6）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，将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是____________。

【解析】　

（1）胚胎干细胞（ES细胞）可以从早期胚胎和原始性腺中分离获取。

（2）胚胎干细胞培养时所用的饲养层细胞可以供给干细胞增殖所需的营养物质，加入抗生素是为了防止杂菌污染。

（3）去除小鼠的胸腺，小鼠不能形成T细胞，不发生细胞免疫，使移植组织细胞不会被排斥。

Ⅳ过程研究对于解决临床上供体器官不足或器官移植后免疫排斥等问题有重要意义。

（4）该研究中包括动物细胞培养、转基因、早期胚胎培养、胚胎移植等生物技术。

（5）胚胎干细胞具有发育的全能性，因此可通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响因素。

在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是原肠胚。

（6）将基因表达载体导入动物细胞最常用的方法是显微注射法。

【答案】　

（1）早期胚胎　原始性腺　

（2）营养物质　防止杂菌污染　（3）临床上供体器官不足或器官移植后免疫排斥等　（4）动物细胞培养、转基因技术、早期胚胎培养、胚胎移植