2023版高考生物一轮总复习第10单元生物技术与工程第39课胚胎工程生物技术的安全性与伦理问题教师用书

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(×)【教材细节命题】1．(选择性必修3P56相关信息改编)使精子获能的方法有直接利用雌性动物的生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。2．(选择性必修3P58相关信息改编)在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志，为什么观察不到3个极体？多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体，也就观察不到3个极体。1．受精前的两个准备阶段(1)精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。(2)卵子的准备：不同动物排出的卵子成熟程度不同，有些为初级卵母细胞，有些为次级卵母细胞，但都必须在输卵管中发育到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。2．受精的具体过程过程主要变化获能后的精子接触卵细胞膜在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的透明带发生透明带反应，这是防止多精入卵的第一道屏障精子入卵卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，这是防止多精入卵的第二道屏障形成原核精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂，随后形成新的核膜，最后形成雄原核；精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核融合雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此接触，核膜消失，形成一个含两个染色体组的合子(受精卵)1．下图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是()A．图中X指卵细胞膜反应，Y指卵子的减数分裂ⅡB．经图中Y过程只形成了雌原核C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合D．精子入卵后，精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶B解析：X表示卵细胞膜反应，是防止多精入卵的第二道屏障，Y表示减数分裂Ⅱ，在受精过程中卵子完成减数分裂Ⅱ，A正确；经图中Y过程，除形成雌原核外，还形成第二极体，B错误；精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合，C正确；精子入卵后，尾部留在外面并在溶酶体的作用下自溶，D正确。2．下图为某哺乳动物受精作用及胚胎发育过程示意图，据图分析，下列相关叙述错误的是()A．①过程发生在雌性动物的输卵管中B．②过程通过有丝分裂进行C．a时期细胞开始出现分化D．b时期胚胎可发生孵化过程D解析：精子和卵细胞的结合过程发生在雌性动物的输卵管中，A正确；②过程是受精卵的卵裂，通过有丝分裂进行，B正确；a时期为囊胚期，此时细胞开始出现分化，C正确；b时期为原肠胚时期，胚胎的孵化过程发生在囊胚期，D错误。【易错提醒】受精作用和早期胚胎发育认识的六个误区(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。(2)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。(4)误认为子宫是唯一的发育场所。受精卵形成后即在输卵管内开始进行有丝分裂，输卵管为受精卵发育的最初场所。(5)误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。卵裂时期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。(6)误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减少，但有机物种类增加。3．(2021·湖北卷)子宫内膜异位症患者常伴有不孕症状，患者腹腔液中含有较高浓度的白细胞介素(IL)。为探明腹腔液中存在的IL对生殖活动的影响，科研人员利用三种重组人白细胞介素IL­1β、IL­5、IL­6，将获能处理后的精子与成熟的卵母细胞在培养液中混合培养，培养适宜时间后，观察受精情况，得到如下实验结果。以下说法错误的是()A．实验过程中，可给雌性小鼠注射一定量的促性腺激素，以获得多枚卵母细胞B．培养后取培养液用显微镜观察，若观察到卵细胞膜和透明带的间隙中有两个极体，则卵细胞已完成受精C．从图中可知，IL能抑制小鼠受精，且随浓度的升高，IL­1β、IL­5、IL­6的抑制作用均不断增强D．若要研究IL对小鼠早期胚胎发育的影响，可利用上述培养液，继续观察统计不同发育时期胚胎的发育情况C解析：实验过程中，需要从雌性小鼠体内获得多枚卵母细胞，一般可采取的方法是给雌性小鼠注射一定量的促性腺激素，从输卵管中冲出多枚卵母细胞，A正确；受精完成的标志是观察到卵细胞膜和透明带的间隙中有两个极体，B正确；从图中可以看出，IL­1β对小鼠的受精作用具有抑制作用，但并不是随浓度的升高，抑制作用增强，如IL­1β浓度为0.5ng·mL－1时抑制作用比IL­1β浓度为0.05ng·mL－1时要弱，C错误；若要研究IL对小鼠早期胚胎发育的影响，则需要利用题中培养液，继续观察统计不同发育时期胚胎的发育情况，D正确。考点二胚胎工程技术及其应用1．体外受精(1)过程(2)意义：①提高动物繁殖能力；②为胚胎移植提供可用的胚胎。2．胚胎移植(1)概念：指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。(2)过程(以牛的胚胎移植为例)(3)优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。3．胚胎分割(1)材料：应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。(2)实质：胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是动物的无性繁殖(或克隆)。(3)操作要求：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。(4)用途eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①促进优良动物繁殖,②为遗传学研究提供遗传性状相同的个体,③胚胎移植前的性别鉴定、遗传病筛查))1．采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精。 (×)2．胚胎移植的供体和受体必须是同一种群。 (×)3．通过体外受精后获得的早期胚胎需要立即移入母体子宫进行妊娠，以保证成活率。 (×)4．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。 (×)5．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。 (√)6．对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割。 (×)【教材细节命题】1．(选择性必修3P62相关信息改编)超数排卵是应用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。2．(选择性必修3P61～62图2­23和思考·讨论)(1)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。(2)供体母牛和受体母牛的选择标准是供体是遗传性状优良、生产能力强的个体，受体是有健康的体质和正常繁殖能力的个体，且二者必须是同一物种。1．自然受精、人工授精和体外受精的比较项目自然受精人工授精体外受精不同点过程不同雌雄动物交配完成用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程场所不同雌性动物输卵管中雌性动物输卵管中体外培养液中相同点①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程；②都是有性生殖2．胚胎移植的生理学基础3．胚胎移植中的三个注意点两次激素使用第一次：用激素对供、受体进行同期发情处理；第二次：用促性腺激素处理，使供体超数排卵两次检查第一次：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繁殖方式胚胎由受精卵发育而来，属于有性生殖；胚胎由核移植或胚胎分割形成，属于无性生殖4．胚胎分割动物与体细胞核移植动物的比较项目胚胎分割动物体细胞核移植动物相同点都属于无性生殖或克隆，最终技术是胚胎移植不同点胚胎的来源雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎通过核移植技术获得的重构胚遗传物质胚胎分割动物具有相同的遗传物质克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞的细胞核提供起点经过受精作用或其他方式形成的一个细胞经过核移植形成的一个细胞考向1|体外受精过程及相关技术的分析1．下列关于试管动物技术的叙述，错误的是()A．通过人工操作使卵子与精子在体外条件下成熟和受精B．运用该技术繁育后代的过程属于有性生殖C．可实现优良品种的快速、大量繁殖D．试管动物技术培育动物过程全部在体外进行D解析：试管动物技术是指通过人工操作使精子和卵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产生后代的技术，A正确。试管动物技术仍然属于通过有性生殖繁育后代的技术，因为操作过程中仍然有两性生殖细胞的结合过程，只不过是通过人工体外操作，获得胚胎，然后再移植到生物体内发育成新个体，B正确。早期胚胎经移植后的过程在体内进行，D错误。【技法总结】移植胚胎的来源及生殖方式(1)核移植eq\o(→,\s\up10(早期胚胎培养))无性繁殖(2)体外受精eq\o(→,\s\up10(早期胚胎培养))有性生殖(3)体内受精→收集胚胎→胚胎移植→有性生殖(4)基因工程→转入目的基因的受精卵eq\o(→,\s\up11(早期胚),\s\do4(胎培养))胚胎移植→转基因动物→有性生殖考向2|胚胎工程技术及应用2．下图表示牛胚胎移植的流程，其中①～④表示相应的操作过程。相关叙述错误的是()A．过程①是注射相关激素，使供、受体同期发情B．过程②是注射促性腺激素，达到超数排卵C．过程③主要涉及人工授精和从卵巢中收集胚胎D．过程④的主要目的是选择适合移植的胚胎C解析：过程③主要涉及体内受精和从输卵管中收集胚胎，C错误。3．(2021·河南名校联盟联考)近期，一篇有关“公鼠怀孕”的科研论文遭到了大量非科学的讨论攻击，并被“骂”上了微博热搜。“公鼠怀孕”是科研工作者利用一项成熟的生物技术进行的一场成功的动物实验。实验的具体步骤如下：首先，研究人员通过手术将阉割的近交系雄性大鼠和近交系雌性大鼠连接起来，形成了一对异性连接共生体。第二，8周后研究人员对雄性共生体进行子宫移植。第三，待恢复后，将囊胚期胚胎移植到雄性共生体的移植子宫和雌性共生体的原生子宫中。最后，胚胎在雄性共生体的移植子宫内发育成熟后剖腹取出。“公鼠怀孕”实验的成功说明移植胚胎在染色体性别为雄性的联体雄性共生体大鼠的移植子宫里，具有发育成熟的可能性。回答下列有关问题：(1)研究人员选择近交雄性大鼠和近交雌性大鼠来构建异性连接共生体的好处是____________________________________________。将雄性大鼠进行阉割的目的是_______________________________。(2)胚胎移植前需要对异性连接共生体注射________激素，使其具备接受外来胚胎的生理状态。用于进行移植的胚胎可以从受孕初期的雌性大鼠体内分离，也可以通过____________技术在体外获得。(3)一些观点认为，“公鼠怀孕”背后实验动物代价太大，实验价值低，且有不符合伦理规范的嫌疑。关于这些质疑，研究人员在实验时就已经采取了相应的措施来减轻实验动物的痛苦，这些措施可能是_____________________________________________________。(4)雄激素不敏感综合征是一种性连锁遗传病，是引起男性假两性畸形的病因之一，在染色体核型为46、XY的人中发病。该病的主要特点是患者血浆雄激素浓度正常，但靶组织对雄激素缺乏反应或反应不全，结果导致患者男性特征部分或完全丧失，病人呈现女性外观。从激素作用过程来看导致该病的原因可能是______________。解析：(1)近交异性大鼠亲缘关系近，免疫排斥反应小，因此择近交雄性大鼠和近交雌性大鼠来构建异性连接共生体。将雄性大鼠进行阉割的目的是避免雄激素对实验的干扰。(2)胚胎移植前，需要对异性连接共生体进行同期发情处理，也就是注射孕激素或雌激素，使其具备接受外来胚胎的生理状态，便于移植。用于进行移植的胚胎可以从受孕初期的雌性大鼠体内分离，也可以通过体外受精技术在体外获得。(3)研究人员在实验时就已经采取了相应的措施来减轻实验动物的痛苦，这些措施可能是减少实验动物数量，先麻醉后手术或采用剖宫产快速分娩。(4)该病的主要特点是患者血浆中雄激素浓度正常，但靶组织对雄激素缺乏反应或反应不全，说明可能是靶细胞中雄激素受体不足或缺乏导致的。答案：(1)近交异性大鼠亲缘关系近，免疫排斥反应小避免雄激素对实验的干扰(2)孕(或雌)体外受精(3)减少实验动物数量，先麻醉后手术或采用剖宫产快速分娩(4)靶细胞中雄激素受体不足或缺乏考点三生物技术的安全性和伦理问题1．转基因成果(1)基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域是对微生物的基因改造。(2)转基因动物方面，科学家将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜；转基因植物方面，目前已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物。(3)种植转基因植物面积较大的国家有美国、巴西、阿根廷、加拿大等；种植的转基因作物中大豆和玉米最多，其次是棉花和油菜。2．转基因产品的安全性(1)引发对转基因产品安全性争论的原因①基因工程对原本是自然造就的生命形式进行了改造，使之具有了全新特征。②人们所生活的国家或社会，政治制度、意识形态、宗教信仰、经济发展水平、历史背景、传统文化和伦理道德观念等的差异，决定了人们具有不同的价值观取向。(2)理性看待转基因技术①以完备的相关科学知识为基础，即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。②应该看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响。③要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。3．关注生殖性克隆人(1)生殖性克隆：指通过克隆技术产生独立生存的新个体。(2)治疗性克隆：指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。(3)我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。4．禁止生物武器(1)种类：致病菌类、病毒类、生化毒剂类等。(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。1．目前，种植的转基因植物中以水稻和小麦最多，其次是转基因棉花和油菜。 (×)2．转基因作为一项技术本身是中性的。 (√)3．治疗性克隆是指利用克隆技术获得胚胎，并将胚胎孕育成为个体的克隆性技术。 (×)4．对于设计试管婴儿技术，中国政府坚持“四不”原则。 (×)【教材细节命题】1．(选择性必修3P101正文)对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域，这是因为微生物具有生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点。2．(选择性必修3P102相关信息)在转基因研究工作中，我国科学家将来自玉米的α­淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，其原因是由于α­淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播。1．治疗性克隆和生殖性克隆比较比较治疗性克隆生殖性克隆不同点概念利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的通过克隆技术产生独立生存的新个体目的治疗人类疾病繁殖新个体操作水平细胞或组织水平个体水平相同点都属于无性生殖，产生新个体或新组织，遗传信息相同2．比较试管婴儿和设计试管婴儿(1)试管婴儿和设计试管婴儿的过程如图所示(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点项目试管婴儿设计试管婴儿不同点过程无图中d过程有图中d过程技术手段无须进行遗传学诊断进行遗传学诊断应用主要解决不孕夫妇的生育问题主要用于白血病、贫血症等遗传疾病的预测及治疗相同点二者都是体外受精、体外进行早期胚胎培养，再经过胚胎移植；从生殖方式上都为有性生殖考向1|转基因产品的安全性的判断1．转基因技术的研究正以惊人的速度发展，新的转基因动、植物不断出现。下列有关叙述正确的是()A．动物的抗冻基因导入植物后一定都表达B．转基因技术能实现种间遗传物质的交换C．转基因食品对人类都是有益的D．转基因技术可产生新的物种B解析：动物的抗冻基因导入植物后不一定都能表达，A错误；通过转基因技术可以把一种生物的基因转入另一种生物细胞中，实现种间遗传物质的交换，B正确；转基因食物带来的安全性问题是人们所关心的，转基因食品不一定对人类都是有益的，C错误；转基因技术能导入外源基因，所以可产生原物种不具有的新性状，不能产生新的物种，D错误。2．我国颁布了《农业转基因生物标识管理办法》，要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注。其主要目的是()A．警告消费者，不要随意购买B．维护消费者知情权和选择权C．鼓励消费者，可以放心购买D．坚持正确的舆论导向，促进科技发展B解析：我国颁布了《农业转基因生物标识管理办法》，要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注，其主要目的维护消费者的知情权和选择权，故选B。考向2|生殖性克隆人及设计试管婴儿的分析3．严重冲击婚姻、家庭和两性关系等伦理道德观念的技术是()A．利用动物克隆技术克隆人B．通过基因治疗手段治疗人类的遗传病C．利用现代生物技术有效确认身份和侦破案件D．利用人类基因序列，生产基因工程产品、分析病理、治疗疾病A解析：克隆人严重违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用；基因治疗应用于诊断和预防遗传病，利用PCR技术可以有效确认身份和侦破案件，利用人类基因序列，能够生产基因工程产品、分析病理、治疗疾病均属于基因工程的应用。4．关于设计试管婴儿的问题，下列哪项不合乎道德规范()A．利用试管婴儿提供脊髓造血干细胞，救治病人B．利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿，以供展览C．利用试管婴儿的脐带血D．设计试管婴儿，不一定非考虑其性别B解析：利用试管婴儿提供骨髓造血干细胞，救治病人合乎道德规范；利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿，以供展览不合乎道德规范；利用试管婴儿的脐带血治疗白血病等合乎道德规范；设计试管婴儿，不一定非考虑其性别合乎道德规范。【技法总结】区分三个不同层次的克隆(1)分子克隆：一般指DNA克隆，即DNA复制，如PCR技术。(2)细胞克隆：是指由一个单一的共同祖先细胞分裂形成一个细胞群体的过程，如动物细胞培养。(3)在个体水平：克隆是指形成基因型完全相同的两个或更多的个体的过程，如扦插、嫁接等。考向3|禁止生物武器5．下列关于生物武器的叙述，错误的是()A．自然界本来存在的、具有大规模杀伤性的武器B．是致病微生物、毒素和其他生物性物质的总称C．可以直接或通过食物、生活必需品等散布D．一旦使用，将对军队和平民造成大规模杀伤A解析：生物武器是致病微生物、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌等的总称，不一定是自然界本来存在的，A错误，B正确；生物武器可以直接或者间接通过食物、生活必需品等散布，C正确；生物武器一旦使用，将对军队和平民造成大规模的杀伤后果，D正确。6．接种过疫苗的人，在遇到同样的生物战剂(用于战争的病原微生物或毒素)时，仍然要再次接种疫苗，原因是()A．这些人已丧失免疫力B．这些人体内没形成记忆细胞C．原来的接种不成功D．这些病原微生物突变快，变异性强D解析：接种过疫苗的人，通过体液免疫就会产生相应的记忆细胞，但是这种记忆细胞只能识别这一种抗原，当这些抗原发生变异后，原先的记忆细胞将不能识别，因此需要再次接种，D正确。【命题动态】常结合生产或生活实例考查胚胎工程中胚胎移植与胚胎分割的工程操作及应用价值。更多情况下创设真实情境与基因工程、细胞工程综合在一起设置命题。难度中档，呈现形式一般为选择题。1．(2020·山东卷)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是()A．用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子B．体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理C．胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植D．遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得[思维培养]C解析：促性腺激素可以使雌鼠超数排卵，获得更多的卵子，A正确；精子只有获能后才能完成受精，故体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理，B正确；胚胎移植通常选择囊胚期之前的阶段，如桑葚胚或囊胚阶段，C错误；转基因技术可以定向改造小鼠的基因，所以遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得，D正确。2．(2020·海南卷)某课题组用生物技术制备转基因小鼠的过程，如图所示。回答下列问题。(1)通常把目的基因转入雄原核而不是雌原核，从两者形态差异上分析，原因是___________________________________________。(2)把桑葚胚植入假孕母鼠子宫前，需要对胚胎进行性别鉴定，目前最有效的方法是SRY­PCR法。操作的基本程序是：先从被测胚胎中取出几个细胞，提取DNA，然后用位于Y染色体的性别决定基因，即SRY基因的一段碱基设计______________，以胚胎细胞中的DNA作为模板，进行PCR扩增，最后用SRY特异性探针检测扩增产物。出现阳性反应者，胚胎为____________；出现阴性反应者，胚胎为______________。(3)若目的基因的表达产物是某种特定的蛋白质，检测目的基因在子代转基因小鼠中是否成功表达，常用的分子检测方法是____________________，检测的基本思路是____________________。[思维培养]解析：(1)通常来自精子的雄性原核较大，更容易容纳外源DNA，因此外源基因容易整合到精子的染色体上，这是提高转化率的关键。(2)目前，对胚胎的性别进行鉴定的最有效最准确的方法是SRY­PCR法，操作的基本程序：从被测的囊胚中取出几个滋养层细胞，提取DNA，然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段碱基作引物，在热稳定DNA聚合酶(Taq酶)催化作用下，以胚胎细胞中的DNA作为模板，进行PCR扩增，再用SRY特异性探针检测扩增产物，与SRY特异性探针出现阳性反应者，说明其含有Y染色体，胚胎为雄性；出现阴性反应者，说明其不含Y染色体，胚胎为雌性。(3)检测目的基因在子代转基因小鼠中是否成功表达，常用的分子检测方法是利用抗原—抗体杂交技术。基本步骤：从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体(对抗体进行同位素标记)进行抗原—抗体杂交，如果出现杂交带，表明目的基因已形成蛋白质产品。答案：(1)雄性原核较大，更容易容纳外源DNA(2)引物雄性小鼠雌性小鼠(3)抗原—抗体杂交技术从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体(对抗体进行同位素标记)进行抗原抗体杂交，如果出现杂交带，表明目的基因已经表达成功1．(科学实验和探究情境)精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，下图表示用该方法制备转基因鼠的基本流程。下列叙述正