版高考生物一轮复习现代生物科技专题 第39讲 胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题 新人教版.docx
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第39讲胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题
考点一 体内受精和早期胚胎发育
1.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
2.受精
(1)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。
(2)卵子的准备:
卵子要在输卵管内进一步成熟,到减数第二次分裂中期时,才具备与精子受精的能力。
(3)受精过程
3.早期胚胎发育
↓
↓
↓
[诊断与思考]
1.判断下列说法的正误
(1)培养早期胚胎的培养液中含维生素、激素等多种能源物质( × )
(2)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( × )
(3)成熟的精子并不具有受精能力,必须获能后才具备受精能力( √ )
(4)排卵是指卵泡从卵巢中排出( × )
(5)精子和卵子的发生都是从初情期开始的( × )
(6)卵子形成过程中,减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的( × )
(7)卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大( × )
2.精子的形成完全是在精巢中完成的,卵子的形成是否也完全在卵巢中进行?
提示 不是,卵子的形成过程中减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的,其中减数第二次分裂是在受精过程中进行的,场所是输卵管。
3.受精过程中是如何避免多个精子入卵受精的?
提示 通过两次反应,一是透明带反应,二是卵细胞膜反应。
4.早期胚胎的发育过程中,卵裂时细胞的体积和所有的细胞体积之和有何变化?
提示 卵裂过程中,细胞只分裂而不生长,所以每个细胞的体积越来越小,总的体积基本不变。
题组一 图析配子的发生
1.分析下面图解,判断以下哪一项不是精子、卵细胞发生的区别( )
A.初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间
B.MⅠ和MⅡ的时间连续性
C.成熟生殖细胞是否经过变形
D.成熟生殖细胞中染色体的数目
答案 D
解析 初级精母细胞是雄性动物初情期开始后,才由精原细胞分裂形成的,而初级卵母细胞是在胎儿期性别分化后形成的。
精子的产生过程中,MⅠ和MⅡ是连续的,而卵细胞产生通过MⅠ形成次级卵母细胞,在精子与卵细胞结合的过程中才完成MⅡ。
精子细胞形成后变形为蝌蚪状,卵细胞不需要变形。
成熟的精子和卵细胞经过减数分裂形成,都含有相当于亲本体细胞一半的染色体数目。
2.下图表示卵子的发生过程。
与此相关的叙述中,不合理的是( )
A.图中A是第一极体,B是合子,E是指受精,阶段C是指胎儿期,阶段D是指初情期后
B.当观察到第二极体时,可以表明卵子已经完成了受精
C.能发生染色体着丝点分裂的阶段是①④
D.①阶段存在的变异方式有基因突变、基因重组和染色体变异
答案 D
解析 图中①为有丝分裂,可增加卵原细胞的数量,卵原细胞进一步演变为初级卵母细胞;③为减数第一次分裂,只有在受精后,次级卵母细胞才能最终完成减数第二次分裂,因此E是受精,B是合子;卵泡的形成是在胎儿期,减数分裂是从初情期后开始的,因此阶段C为胎儿期,阶段D为初情期后。
当观察到两个极体时,表明卵子已完成了受精作用。
着丝点分裂可发生在有丝分裂中,也可发生在减数第二次分裂中,因此①④均能发生着丝点分裂。
有丝分裂中的变异类型只有基因突变、染色体变异,没有基因重组。
题组二 体内受精及早期胚胎发育过程分析
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 大量获能的精子接触到卵子周围的放射冠时,即开始释放顶体酶,解离放射冠的卵丘细胞之间的物质,这样部分精子可径直接触到透明带,A错误;透明带反应是多精入卵的第一道屏障,卵细胞膜的封闭作用是第二道防线,B正确;精子与卵细胞膜相互融合,精子的头部即进入卵细胞中,C正确;雄原核形成的同时,卵子完成第二次减数分裂,D正确。
4.如图表示哺乳动物发育过程的几个阶段,请据图回答下列问题:
(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)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的,合子只由一个精子和卵子结合,防止多精入卵受精的两道屏障分别是____________________、____________________。
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)透明带反应 卵细胞膜反应
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)桑椹胚细胞具有全能性;囊胚开始出现细胞分化,已分化为滋养层细胞和内细胞团;原肠胚已有胚层分化,分化为外胚层、内胚层,在内、外胚层之间将形成中胚层。
(4)内细胞团将发育为胎儿的各种组织,滋养层将发育为胎儿的胎膜和胎盘。
(5)受精时的透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。
1.图解精子和卵子的产生过程
2.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。
3.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。
考点二 体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用
1.体外受精
(1)卵母细胞的采集和培养
(2)精子的采集和获能
(3)受精:
获能的精子和培养成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精作用。
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培养液成分巧记
(3)胚胎处理:
向受体移植或冷冻保存。
3.胚胎工程的应用及前景
(1)胚胎移植
①地位:
胚胎工程其他技术的最后一道工序。
②过程
③意义:
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。
(2)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生殖即克隆。
③分割要求:
对囊胚分割时,要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。
(3)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。
[诊断与思考]
1.判断下列说法的正误
(1)采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的( √ )
(2)在对囊胚进行分割时,要将滋养层细胞均等分割( × )
(3)囊胚的滋养层细胞具有发育全能性( × )
(4)在胚胎移植中,对供体母畜要做超数排卵处理,对供、受体要做同期发情处理( √ )
(5)胚胎分割移植应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚( × )
(6)胚胎干细胞在体外培养条件下具有增殖而不发生分化的特点( √ )
2.胚胎移植是胚胎工程中的核心技术,下图表示胚胎移植的操作流程。
请据图思考下列问题:
(1)图中供体牛和受体牛分别是哪些?
选择标准是什么?
提示 供体牛是良种公、母牛;受体牛是一般受体奶牛和一般受体肉牛。
选择标准:
供体是遗传性能和生产性能优秀的个体,受体是健康、有繁殖能力的个体。
(2)对供体牛和受体牛要进行怎样的处理?
提示 对供体牛进行超数排卵处理;对供、受体进行同期发情处理。
(3)用于移植的早期胚胎应是发育到哪些阶段的胚胎?
提示 桑椹胚或囊胚。
(4)排卵和冲卵有什么区别?
提示 排卵是指卵子从卵泡中排出,冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。
题组一 体外受精过程分析
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.②过程只与细胞膜的流动性有关
C.③过程的细胞增殖方式是有丝分裂
D.④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;图中的②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;③过程是卵裂过程,该过程的细胞增殖方式是有丝分裂;④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。
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)采集精子的方法主要有____________、____________和________________。
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)假阴道法 手握法 电刺激法 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几个步骤。
(2)精子采集的方法有假阴道法、手握法、电刺激法。
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。
题组二 早期胚胎培养和胚胎移植的条件和过程分析
3.牛胚胎移植试验的主要流程如下,下列相关叙述正确的是( )
①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④________→⑤胚胎移植→⑥子代小牛。
A.①过程需要注射有关激素,目的是获得更多的卵母细胞并完成减数分裂
B.③过程是以哺乳动物早期胚胎与子宫建立了组织上的联系为前提
C.④过程是“对胚胎进行质量检查”,可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚
D.⑤过程成功率的高低主要决定于供、受体生理状况是否一致
答案 D
解析 卵细胞形成中的减数第二次分裂是在受精作用过程中完成的,A错误;③过程是以哺乳动物早期胚胎处于游离状态为前提,B错误;④过程是“对胚胎进行质量检查”,可移植的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚,C错误;⑤过程成功率的高低主要决定于供、受体生理状况是否一致,D正确。
4.随着生物科学技术的发展,动物的生殖方式变得越来越多样化。
如图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况,供体1是良种荷斯坦高产奶牛,供体2是健康的黄牛,请据图回答下列问题:
(1)应用1中获得的良种小牛,遗传物质来源于________个体,性别为____________。
(2)在应用2、3、4中,若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__________,得到的卵母细胞需要发育至__________________时期才能受精。
(3)应用3可解决良种动物快速大量繁殖的问题;对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将__________________均等分割,否则将影响分割后胚胎的恢复和进一步发育,如需做性别鉴定,还需从______________细胞取样做DNA分析。
(4)应用4中细胞进行定向诱导,可分化形成各种组织和器官。
在胚胎干细胞培养过程中除需要适宜的温度、无菌、无毒等环境条件以外,营养液通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、核苷酸,还要加入____________;向培养液中通入95%空气和5%二氧化碳,空气中的氧气参与细胞的代谢,二氧化碳可以维持培养基的__________。
答案
(1)供体1和供体2 雌性
(2)获能 减数第二次分裂中期(或答MⅡ中期)
(3)内细胞团 滋养层
(4)动物血清(或血浆) pH
解析
(1)应用1属于核移植技术,供体1主要提供细胞核,供体2主要提供细胞质(有细胞质基因),所以小牛的遗传物质来自于供体1和供体2,且性别由供核的良种荷斯坦高产奶牛(雌)决定。
(2)精子和卵子在体外受精前必须做好相应准备才能成功结合。
(3)对胚胎进行性别鉴定取滋养层细胞做DNA分析即可。
(4)动物细胞培养需要无菌、无毒、营养、气体等条件。
题组三 胚胎分割和胚胎干细胞的应用及过程分析
5.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。
胚胎分割是在动物体外进行的操作,但不能无限分割。
6.以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程,a~h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 (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;胚胎移植时宜选用桑椹胚期或囊胚期胚胎,囊胚的内细胞团细胞具有全能性,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。
7.阅读如下材料:
材料甲 传统哺乳动物的胚胎干细胞是在经核移植构建成重组胚胎的过程中获得的。
材料乙 现代在哺乳动物的体细胞中导入4个多能性相关的基因、2种特殊组蛋白的基因,在添加特殊化合物的培养基中培养,能快速获得诱导性多能干细胞(iPS)。
但是,这种方法诱导的多能干细胞必须应用逆转录病毒才能进行基因组整合。
材料丙 应用iPS已经成功培养和分化出心肌、神经、胰腺、骨等多种体细胞和不同的组织,多能干细胞的研究在器官再生、修复和疾病治疗方面极具应用价值。
回答下列问题:
(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)iPS建立的过程需将病毒介导后的细胞接种于____________细胞上,并于ES细胞专用培养体系中培养,以维持不分化状态;所用逆转录病毒相当于基因工程中的____________,且病毒应对生物体________________。
(3)在体外培养条件下,培养液中加入__________因子,可诱导iPS向不同类型的组织细胞分化,分化的实质是细胞中基因__________________的结果。
(4)对上述两种方法获得的由自体干细胞诱导分化形成的相应组织、器官进行移植,与传统器官移植相比,其优点是可避免发生____________反应。
答案
(1)桑椹胚或囊胚 原始性腺
(2)饲养层 载体 无害 (3)分化诱导 选择性表达 (4)免疫排斥
1.人工授精和体外受精的比较
比较项目
人工授精
体外受精
概念
人工授精技术是指用相应的器械采集公畜的精液,再将其注入正在发情的母畜的生殖道中,使母畜受孕的过程
体外受精是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术
场所
母畜的生殖道内
体外
过程
人工采精→检查与储存精液→人工授精(用人工的方法将精液注入正在发情的母畜生殖道中)
胚胎发育场所
受精卵的形成和胚胎发育场所在母畜体内
受精卵的形成和早期胚胎发育在体外,胚胎移植后的胚胎发育在母畜体内
2.克隆动物和试管动物的异同
(1)试管动物和克隆动物的性状不同:
前者由父本和母本共同决定,后者一般与核供体相同。
(2)试管动物和克隆动物的生殖方式不同:
前者是有性生殖,后者是无性生殖。
(3)试管动物和克隆动物的产生过程不同:
前者经过了体外受精过程,后者经过了核移植过程。
(4)试管动物和克隆动物细胞核遗传物质来源不同:
前者细胞核遗传物质来自于母本和父本两个个体,后者细胞核遗传物质仅来自一个个体。
(5)获得试管动物和克隆动物相同之处:
二者都经过早期胚胎培养和胚胎移植环节。
3.胚胎的早期培养的培养液与动物细胞培养液成分的比较
(1)区别
项目
动物胚胎培养液
动物细胞培养液
盐类
无机盐、有机盐
无机盐、微量元素
营养物质
氨基酸、核苷酸
糖、氨基酸
调节物质
维生素、激素
促生长因子
特有成分
血清
血清、血浆
胚胎的早期培养与动物细胞培养所用的培养液类似,但是二者所依据的原理和培养目的不同。
(2)巧记方法:
胚胎早期培养的培养液成分巧记为两“盐”、两“素”和两“酸”。
两“盐”:
无机盐和有机盐;两“素”:
维生素和激素;两“酸”:
氨基酸和核苷酸。
另外还有水和血清等。
4.干细胞的分类及特点
专能干细胞
多能干细胞
全能干细胞
特点
只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞
能分化成多种细胞或组织,但不能发育成完整个体
能形成机体的所有组织器官、发育成完整个体
举例
上皮组织基底层的干细胞,成纤维细胞
造血干细胞
胚胎干细胞
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)转基因成果
(2)对安全性问题的争论
①转基因生物与食物安全
a.反对“实质性等同”。
b.担心出现滞后效应。
c.担心出现新的过敏原。
d.担心营养成分改变。
e.侵犯宗教信仰者或素食者的权益。
②转基因生物与生物安全
a.可能扩散到新的生态区域,破坏生态平衡。
b.成为“入侵的外来物种”,威胁其他生物的生存。
c.可能与某些细菌或病毒杂交,重组出有害的病原体。
d.可能通过花粉传播进入杂草,形成“超级杂草”。
③转基因生物与环境安全:
转基因生物可能会对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏。
(3)理性看待转基因技术
①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。
②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
反 对
支 持
克
隆
人
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
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)
(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。
[诊断与思考]
1.判断下列说法的正误
(1)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( × )
(2)转入油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中( √ )
(3)目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上( √ )
(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( × )
(5)种植转基因植物有可能因基因扩散影响野生植物的遗传(基因)多样性( √ )
(6)我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆( × )
(7)我国反对生物武器,但我国在特殊情况下可以生产生物武器( × )
2.设计试管婴儿引发的伦理问题
观点
理由
不符合伦理道德
①把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不尊重
②早期的生命也有活下去的权利,抛弃或杀死多余的胚胎,无异于“谋杀”
③有人会滥用设计试管婴儿技术,即设计婴儿的性别
符合伦理道德
①设计试管婴儿是为了救人,是救治患者的最好、最快捷的办法之一
②提供骨髓中的造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤
③脐带血可视为试管婴儿的“身外之物”
中国政府观点
中国卫生部在《体外受精—胚胎移植及其衍生技术规范》中规定,实施体外受精—胚胎移植及其衍生技术必须获得卫生部的批准证书
3.如何解决基因歧视现象?
提示 可以通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法手段解决。
题组一 生物技术的安全性
1.转基因生物的安全性引起人们争论的技术原因是( )
①转移基因的功能往往未知
②转移基因的结构往往未知
③外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的
④外源基因往往是异种生物的基因
A.①②B.②③C.③④D.①③
答案 C
解析 由于科学水平的限制,目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制了解有限;转移的基因虽然功能已知,但不少是异种生物的基因;外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。
因此,在转基因生物中,有时候会出现意想不到的后果,引起人们在食物安全、生物安全和环境安全三个方面的激烈争论。
2.阅读以下材料,回答问题:
材料 自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来,转基因鱼的研究取得很大进步。
如转入外源生长激素(GH)基因的鱼生长速度快,饵料转化率高,但鱼类易于逃逸、扩散,因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题,需研究转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。
最近,我国科
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