2020版高考生物复习第十单元第37讲胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题讲义.docx

第37讲胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题考纲明细1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础()2.胚胎干细胞的移植()3.胚胎工程的应用()4.转基因生物的安全性()5.生物武器对人类的威胁()6.生物技术中的伦理问题()知识自主梳理一、胚胎工程的概念1操作对象：动物早期胚胎或配子。2技术手段：体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。3特点：经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。二、体内受精和早期胚胎发育1精子的发生(1)场所：睾丸。(2)时间：从初情期开始，到生殖机能衰退。(3)精子的形成过程(4)变形过程中细胞发生的变化2卵子的发生(1)场所：卵巢。(2)时间：在胚胎的性别分化后。(3)过程M完成时期：排卵前后完成M完成时期：精子和卵子结合过程中完成卵子是否受精的标志当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精，这是判断卵子是否受精的重要标志。精子和卵子在发生上的重要区别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。3体内受精(1)场所：雌性动物的输卵管内。(2)受精前的准备阶段精子获能：刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。卵子的准备：卵子要在输卵管内进一步成熟，到减中期时，才具备与精子受精的能力。(3)受精过程深入思考刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？提示刚排出的卵子尚未完全成熟，有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。4早期胚胎发育三、体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用1体外受精2胚胎的早期培养(1)目的：检查受精状况和受精卵的发育能力。(2)培养液成分：两“盐”：无机盐、有机盐；两“素”：维生素、激素；两“酸”：氨基酸、核苷酸；另有水和血清等。(3)胚胎处理：向受体内移植或冷冻保存。3胚胎工程的应用及前景(1)胚胎移植概念：将雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。地位：胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。意义a充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。b大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量，从而推动了畜牧业的发展。生理学基础基本程序实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。深入思考排卵和冲卵有什么区别？提示排卵指卵子从卵泡中排出；冲卵是把供体母畜子宫内的早期胚胎冲洗出来。(2)胚胎分割概念：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。胚胎分割时应注意的问题a胚胎选择：选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。b分割：在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，一定要将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎恢复和进一步发育。实质：通过无性生殖或克隆增加后代数量。深入思考对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？提示内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分胚胎正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。(3)胚胎干细胞胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。胚胎干细胞的培养流程四、生物技术的安全性和伦理问题1转基因生物的安全性(2)转基因生物存在安全性问题的原因目前对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制等都了解得相当有限。目的基因往往是异种生物的基因。外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。(3)对安全性问题的争论：在食物安全、生物安全和环境安全三个方面发生了激烈的争论。(4)理性看待转基因技术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。制定政策和法规，最大程度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(1)克隆治疗性克隆与生殖性克隆中国政府态度：中国不反对治疗性克隆，反对生殖性克隆。深入思考对克隆的理解。提示分子水平DNA复制、PCR技术；细胞水平动物细胞培养；个体水平克隆动物(核移植)。(2)试管婴儿与设计试管婴儿过程区别：设计试管婴儿比试管婴儿多出的过程是上图中的d遗传学诊断。应用不同：试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题，而设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症等疾病的治疗。相同点：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，都属于有性生殖。(3)基因检测否定的理由：个人基因资讯的泄露造成基因歧视，势必造成遗传性失业大军、个人婚姻困难和人际关系疏远等严重后果。肯定的理由：一些遗传性疾病在后代中复现率很高，通过基因检测可以及早预防、适时治疗，达到挽救患者生命的目的。3禁止生物武器(1)生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂以及基因重组的致病菌等。(2)中国政府的态度：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。考点题型突破考点1体内受精和早期胚胎发育题型一 配子的发生1哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程，只有在促性腺激素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图(N表示染色体组)。据图分析，下列叙述错误的是()A次级卵母细胞形成的过程需要激素调节B细胞只有在精子的作用下才能形成成熟卵子C、和细胞分裂后期染色体数目相同D培育转基因动物应选择细胞作为受体细胞答案C解析分析题图可知，在促性腺激素的作用下减数第一次分裂完成并产生次级卵母细胞，A正确；只有在精子的作用下，次级卵母细胞才能完成减数第二次分裂形成成熟卵子，B正确；为初级卵母细胞，在减数第一次分裂后期染色体数目为2N，为次级卵母细胞，在减数第二次分裂后期，着丝点分裂后染色体数为2N，为受精卵，在有丝分裂后期，着丝点分裂，染色体数目加倍为4N，三者在分裂后期染色体数目不同，C错误；动物基因工程中常用受精卵作为受体细胞，D正确。2如图表示高等动物卵子的发生过程，请据图回答下列有关问题：(1)图中A是_，B是_，E是_，阶段C是指个体发育的_(时期)。(2)精子开始形成的时期是_，精子形成过程不同于卵子形成过程的最主要特征是_，该过程保留的主要结构是_和_。(3)当观察到两个极体时，表明_。(4)能发生染色体的着丝点分裂的阶段是_(填序号)。(5)阶段C发生的场所是_。答案(1)第一极体合子精子胎儿期(2)初情期需要变形细胞核线粒体(3)卵子已经完成了受精(4)(5)卵巢解析(1)图中为卵原细胞增殖(有丝分裂)并演变为初级卵母细胞的过程；为减数分裂，只有在受精时，次级卵母细胞才能最终完成减数第二次分裂，因此E是精子，B是合子；阶段C为卵泡的形成，发生在胎儿期。(2)精子开始形成的时期是初情期，精原细胞经过减数分裂，产生精子细胞，精子细胞需要经过变形过程才能形成精子(卵子形成不需要变形)，精子细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体等则会保留下来。(3)当观察到两个极体时，表明卵子已经完成了受精。(4)染色体的着丝点分裂可发生在有丝分裂后期和减数第二次分裂后期，即图中的。(5)阶段C(卵泡的形成)发生在卵巢内。题型二 体内受精和早期胚胎发育过程3下列关于受精过程的叙述，错误的是()A获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠B透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障C精子与卵细胞膜相互融合，精子入卵D雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂答案A解析大量获能的精子与卵子相遇时，即开始释放顶体酶，溶解放射冠的卵丘细胞之间的物质，这样部分精子可接触到透明带，A错误。4(2018苏州模拟)下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段。请据图回答问题：(1)写出各个阶段的名称：A：_，B：_，C：_。(2)写出图中各标号的名称：2_，4_，5_，7_，8_。(3)A时期的细胞具有发育上的_性，B时期开始出现_，C时期开始出现_。(4)2将来发育成_。(5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中，细胞数目_，胚胎总体积_。答案(1)桑椹胚囊胚原肠胚(2)内细胞团囊胚腔外胚层原肠腔内胚层(3)全能细胞分化胚层分化(4)胎儿的各种组织(5)增多基本不变解析(1)图中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原肠胚。(2)图B中1是滋养层，2是内细胞团，3是透明带，4是囊胚腔；图C中5是外胚层，6是滋养层，7是原肠腔，8是内胚层。(3)桑椹胚细胞具有发育的全能性，囊胚开始出现细胞分化，已分化成滋养层细胞和内细胞团；原肠胚已具有胚层分化，分化为外胚层和内胚层。(4)内细胞团将发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘。(5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中，虽然细胞数目增多，但胚胎总体积基本不变。技法提升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缩小，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。考点2体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用题型一 体外受精和早期胚胎培养过程1如图表示通过体外受精培育牛的过程，下列叙述错误的是()A获取的精子经获能后才能进行体外受精B过程只与细胞膜的流动性有关C过程的细胞增殖方式是有丝分裂D过程属于胚胎移植过程答案B解析在进行体外受精时，获取的精子需获能后才能进行体外受精，A正确；图中的过程是受精作用，该过程涉及精卵细胞的识别、细胞膜的融合(与膜的流动性有关)、核的融合等，B错误；过程是卵裂过程，该过程的细胞增殖方式是有丝分裂，C正确；过程是将早期胚胎移入受体子宫的过程，属于胚胎移植过程，D正确。2根据哺乳动物体外受精的过程回答以下问题。(1)体外受精的过程主要包括_、_及受精等几个步骤。(2)精子获能的方法有_和_。(3)体外采集小鼠的卵子常用_。A超数排卵处理法B活体采卵法C从早期胚胎中采集D从屠宰后母鼠卵巢中采集(4)怎样用一个流程图表示体外受精过程？答案(1)卵母细胞的采集和培养精子的采集和获能(2)培养法化学诱导法(3)A(4)如图所示解析(1)哺乳动物体外受精的过程主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能及受精等几个步骤。(2)精子获能的方法有培养法和化学诱导法。(3)对于实验小动物，卵子的采集常采用超数排卵处理法，对大家畜或大型动物，常采用活体采卵法或从已屠宰母畜的卵巢中采集的方法。知识拓展人工授精和体外受精的比较题型二 胚胎移植和胚胎分割3下列关于胚胎分割的叙述，正确的是()A可以将胚胎任意分割成多块B胚胎分割是一种有性生殖C胚胎分割后，移植获得的后代基因型完全相同D胚胎分割是在动物体内进行的答案C解析胚胎分割可以看做无性生殖，它所形成的后代基因型完全相同，遗传性状极为相似，B错误，C正确；胚胎分割是在动物体外进行的操作，但不能任意分割，A、D错误。4以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程，ah为操作过程，请据图回答有关问题：(1)图中c的操作名称是_，d、f的操作名称是_。(2)图中用到的激素是_，其目的是获得更多的卵母细胞，卵母细胞受精后发育可得到早期胚胎；图中早期胚胎属于胚胎发育的_期，其中胚胎干细胞来源于_(填数字标号)。(3)过程h常用的方法是_。采用_技术来检测转基因牛D的DNA上是否插入了目的基因。(4)图中A、B牛的性别_(填“相同”“不相同”或“不一定相同”)。答案(1)胚胎分割胚胎移植(2)促性腺激素囊胚(3)显微注射法DNA分子杂交(4)相同解析(1)分析题图可知，a过程是体外受精，b过程是早期胚胎培养，c操作是胚胎分割，d、f操作是胚胎移植。(2)用促性腺激素处理母畜，可获得更多的卵母细胞，卵母细胞受精后发育可得到早期胚胎；图中胚胎属于胚胎发育的囊胚期，其中指内细胞团，胚胎干细胞可来源于此。(3)常用显微注射法将外源基因导入动物受体细胞，采用DNA分子杂交技术来检测转基因牛D的DNA上是否插入了目的基因。(4)A、B牛由同一个胚胎分割而来，二者遗传物质相同，性别相同。题后归纳胚胎移植中的四个注意点(1)胚胎移植过程中两次使用激素，第一次用激素对受、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)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。(3)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。(4)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。题型三 胚胎干细胞及其应用5如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答：(1)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至_期的内细胞团或胎儿的_中分离得到的一类细胞。(2)图中分化程度最低的干细胞是_。在体外培养条件下，培养液中加入_因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。(3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因_的结果。(4)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的。骨髓移植的实质是将上图中的_细胞移植到患者体内。答案(1)囊胚原始性腺(2)胚胎干细胞分化诱导(3)选择性表达(4)造血干解析(1)胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，这个早期胚胎指的是囊胚阶段的内细胞团。(2)图中分化程度最低的干细胞是胚胎干细胞，其全能性最高，在体外培养条件下，在培养液中加入分化诱导因子，则该种干细胞可诱导分化形成不同类型的组织细胞。(3)细胞分化是细胞中基因选择性表达的结果。(4)骨髓是人体的造血组织，存在有造血功能的干细胞，骨髓移植的实质是将造血干细胞移植到患者体内。题后归纳滋养层饲养层滋养层：囊胚时期沿透明带内壁排列的个体较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎盘。饲养层：饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为提供干细胞分裂、增殖的营养细胞。考点3生物技术的安全性和伦理问题题型一 生物技术的安全性问题1(2019衡水模拟)苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。据此回答下列问题：(1)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异性受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_。(2)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的_基因频率的增长速率。(3)一种斑蝶幼虫食用了转Bt基因玉米的花粉后，有44%的个体死亡。但是，也有科学家指出该实验的结果是不确切的。因为在斑蝶幼虫食用的叶片上，只有每平方厘米出现1000个转Bt基因玉米花粉时，才会危及它们的生命，但这种情况的概率还不到1%。你如何看待上述事实？答案(1)表面无相应的特异性受体(2)抗性(3)转基因植物对环境安全有影响，但不至于造成对环境的破坏。解析(1)由题干可知，昆虫肠上皮细胞表面的特异性受体可与转基因植物中的毒素蛋白结合，导致昆虫死亡，而人类肠上皮细胞没有昆虫肠上皮细胞表面的特异性受体，所以该毒素蛋白对人类的风险相对较小。(2)自然选择是普遍存在的，只种植转基因作物时，有抗性的害虫会生存下来而无抗性的害虫会死亡，并且自然选择会使害虫抗性基因频率快速增长，混合种植时，一部分无抗性的害虫也会生存下来，所以害虫的抗性基因频率的增长速率会降低。(3)题干所述事实说明了两个方面的问题：一是转基因植物的花粉可以引起斑蝶幼虫死亡，二是斑蝶幼虫的死亡率不会太高，由这两方面可以推测：转基因植物可能引起环境问题，但不至于造成对环境的破坏。知识拓展安全性常见误区(1)引入外来物种增加生物多样性：如果引进的生物会破坏环境或者对当地生物的生存造成影响，可能会造成生物多样性的锐减。(2)转基因生物具有危害阻止技术的发展：应用正确态度对待转基因技术，不能因为可能的危害而阻止技术的发展。题型二 生物技术的伦理问题2(2014重庆高考)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解析在获得转基因植物时，要严格选择目的基因，避免产生对人类有害的毒性蛋白或过敏蛋白等物质，A正确；当今社会的普遍观点是禁止有关人类的生殖性克隆，但不反对治疗性克隆，B正确；反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术设计婴儿性别，C正确；生物武器种类包括致病菌、病毒、生化毒剂及经过基因重组的致病菌等，干扰素不属于生物武器，D错误。3(2018湖北荆州松滋二中期中)试管婴儿是通俗名词，在专业文献中称为体外受精及胚胎移植。试管婴儿是指精子和卵子的结合是在试管内进行的，并使受精卵在符合条件的环境内生长、分裂和发育46天，形成胚胎(如图所示)，然后将胚胎移植到子宫腔内，使之能在子宫腔内发育，最后出生的一种生育方法，这是科学技术要求非常高的一种方法。它的成功和发展，不仅给不孕不育夫妇带来了希望，而且对研究人类的生殖生理和胚胎发生学以及优生学等方面提供了新的课题，有不可估量的积极作用。(1)试管婴儿技术在生物学上所依据的原理是_，该图示时期是胚胎发育的_期。(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，并进而形成器官和系统，从细胞水平看，卵裂的分裂方式是_。(3)“试管婴儿”是指精子和卵子在试管内进行结合的体外受精技术，受精前精子需要事先经过_处理，卵子要培养到_(时期)。除此之外还用到_(填两种)技术。(4)“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿”技术，二者在对人类作用上的区别是_。(5)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是_。答案(1)受精作用囊胚(2)有丝分裂(3)获能减数第二次分裂中期早期胚胎培养、胚胎移植(4)前者主要用于治疗不孕夫妇的生育问题，后者可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病(5)破坏了人类正常的性别比例，违反了伦理道德解析受精前，精子需要进行获能处理，卵子需要培养到减数第二次分裂中期才能受精，除此之外，“试管婴儿”还用到早期胚胎培养、胚胎移植技术。受精之后，受精卵进行有丝分裂，使细胞数目增多。观察题图可知，该图中有囊胚腔，是典型的囊胚期图。试管婴儿技术主要用于解决不孕不育问题，而设计试管婴儿主要可以治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病。大多数人认为那些配型不合适的胚胎被丢弃或杀死，及滥用设计试管婴儿技术，如设计婴儿性别等导致性别比例失调，违反了伦理道德。方向真题体验1(2017江苏高考)下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述，错误的是()A精子在获能液中于37 、5% CO2条件下培养的目的是使精子获能B小鼠在特定光控周期条件下饲养，注射相关激素有促进超数排卵的作用C分割的胚胎细胞有相同的遗传物质，因此发育成的个体没有形态学差异D注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育答案C解析分割的胚胎细胞虽有相同的遗传物质，但由于发育条件的不同，个体间也会存在形态学差异，C错误。2(2017江苏高考)牛雄性胚胎中存在特异性HY抗原，可在牛早期胚胎培养液中添加HY单克隆抗体，筛选胚胎进行移植，以利用乳腺生物反应器进行生物制药。下列相关叙述正确的是()AHY单克隆抗体由骨髓瘤细胞分泌B应选用原肠胚做雌雄鉴别C鉴别后的雄性胚胎可直接做胚胎移植D用HY抗原免疫母牛可获得相应抗体答案D解析抗体是由浆细胞产生的，A错误；原肠胚分化程度较高，取原肠胚细胞做雌雄鉴别易损伤胚胎，影响胚胎发育，应选用囊胚期的滋养层细胞，B错误；因题干中明确利用乳腺生物反应器进行生物制药，故应选用雌性胚胎进行胚胎移植，以获得雌性个体，这样才能获得乳腺生物反应器，C错误；用HY抗原免疫母牛，会使母牛产生免疫反应，刺激B细胞分化形成浆细胞，进而产生相应抗体，D正确。3(2016江苏高考)印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物，通过胚胎工程技术，可以让家猫代孕而繁育，主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是()A步