1、第21讲胚胎工程和生态工程考点考试内容考试要求胚胎工程1.从受精卵谈起a2.胚胎工程a生态工程1.生态工程的主要类型a2.生态工程在农业中的应用a3.活动：庭院生态系统的经济效益分析a胚胎工程1体内受精和早期胚胎发育(1)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”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。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。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。(2)受精过程的三个易混点精子
2、获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。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。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。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。(4)早期胚胎发育过程：受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚。图示2胚胎工程的基本程序如
3、图是科学家通过不同方法培育优良种牛的过程，其中表示操作过程。请回答以下问题：(1)图中过程涉及的精子需进行_处理；防止多精入卵的两道屏障为_。(2)对图中良种母牛注射促性腺激素的目的是_。(3)图中过程所用的方法是_。外源基因插入牛受精卵中的DNA上后，有的受精卵能发育成转基因牛，而有的会死亡，请分析外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵死亡的最可能原因：_。(4)图中b、c分别代表囊胚的_。(5)图中过程表示_，由一个囊胚经过程得到的B、C牛性别相同的概率为_。答案(1)获能透明带反应、卵细胞膜反应(2)促使其超数排卵(3)显微注射法外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵内生命活
4、动必需的某些基因不能表达(合理即可)(4)囊胚腔、内细胞团(5)胚胎分割和胚胎移植100%(1)体外受精注意点对象：获能精子和成熟卵子。条件：获能溶液或专用受精溶液。(2)早期胚胎培养培养液成分的4个“2”2“盐”：无机盐和有机盐。2“酸”：氨基酸和核苷酸。 (3)胚胎移植或胚胎分割的2个时期：桑椹胚和囊胚。(4)2种“冲卵”的不同胚胎移植：冲出的是早期胚胎。体外受精：冲出的是卵子。(5)胚胎移植成功的关键供、受体同期发情处理。供体用促性腺激素做超数排卵处理。(6)不同胚胎发育的个体生殖方式不同有性生殖a体内受精产生胚胎发育的个体。b体外受精产生胚胎发育的个体。c采用显微注射技术将外源(目的)
5、基因导入受精卵培育的胚胎发育的个体。无性生殖：核移植产生的重组细胞培育的胚胎，培育出克隆动物。题组突破1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，主要步骤如下图所示。下列相关叙述正确的是()A步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割B诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞C受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液D步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同解析：选B。步骤甲、乙分别指体外受精、胚胎移植，A错误；诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素，只能作用于性腺，B正确；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自卵细胞，C错误；受精过程使用的培养液是获能溶液或专用
6、的受精溶液，与早期胚胎培养液有区别，D错误。2下图为绵羊多莉克隆过程，请回答有关问题：(1)步骤中若要获得较多数量的卵细胞，通常对母羊注射相关激素使其_。(2)步骤中可通过_来实现对乳腺细胞的营养限制性培养。A提高培养基浓度B降低培养基浓度C提高牛血清浓度D降低牛血清浓度(3)步骤中科研人员采用_技术进行细胞融合，步骤通过_方法获得胚胎，待发育至_细胞以上胚胎时进行移植，通常移植至代孕母羊的_部位。(4)若要将目的基因导入乳腺细胞中，在扩增目的基因时，除利用PCR技术外，还可将目的基因所在的重组载体导入大肠杆菌中，利用大肠杆菌_使其扩增。解析：(1)步骤通常对供体注射促性腺激素使其超数排卵。(
7、2)步骤为体细胞营养限制性培养，可降低培养液中的牛血清浓度，来实现对乳腺细胞的营养限制性培养，D正确。(3)步骤为核移植，一般采用电刺激技术进行细胞融合，步骤为卵裂形成早期胚胎，可通过胚胎体外培养技术获得早期胚胎，培养至8细胞以上胚胎时进行移植，胚胎移植部位为受体的子宫角或输卵管。答案：(1)超数排卵(2)D(3)电脉冲细胞融合(电脉冲、电刺激)胚胎体外培养8输卵管或子宫角(写一个即可)(4)繁殖(增殖、培养)生态工程1生态工程概念的理解(1)遵循的规律：自然界物质循环规律。(2)目的：达到经济效益和生态效益同步发展。(3)特点：少消耗、多效益、可持续。2生态工程原理的分析项目理论基础意义实例
8、物质循环再生原理物质循环可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响“无废弃物农业”物种多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力“三北防护林”建设中的单纯林问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物的数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题、过度放牧等整体性原理社会、经济、自然构成复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡和稳定林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式改变和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：整体大于部分之
9、和保持系统很高的生产力珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系3.生态工程基本原理的判断方法(1)强调物质循环、废物利用、减轻环境污染物质循环再生原理。(2)体现物种多，营养关系复杂生物多样性原理。(3)强调生物与环境的协调与平衡；涉及环境承载力协调与平衡原理。(4)涉及自然、经济和社会；指整个系统，如林业生态工程建设整体性原理。(5)涉及结构、功能，分布式、集中式、环式系统的结构决定功能原理(系统学和工程学原理)。(6)涉及系统组分的比例关系、总体功能大于各部分之和；指系统内部，如互利共生系统整体性原理(系统学和工程学原理)。4生态工程的类型与实例类 型原 理实 例物质循环利用的生态工程物质循环利用城市生
10、活垃圾资源化处理；农村发展养殖业节水和废水处理与应用的生态工程以节水为主，对工业废水和生活污水实施减量、回收、再生、再循环在干旱半干旱地区，收集雨水和地表水，农业区节水灌溉；造糖厂用废弃的糖蜜制乙醇；造纸厂用废液回收钙粉、木质素；屠宰场用废血生产凝血酶、血红蛋白等续表类 型原 理实 例山区小流域综合治理与开发的生态工程治理小流域生态环境，可持续利用小流域自然资源三北、长江中上游防护林生态工程；治坡、治沟、修梯田与发展林业、草业、牧业结合清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程能量的多级利用；开发和利用清洁能源利用农作物秸秆、生活垃圾发酵生产沼气；开发太阳能、风能5.农业生态系统的设计原则(1)应
11、当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则。(2)应当能够构成一个合理的生产结构。(3)应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。(4)应当体现减少环境污染的原则。(5)应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益。(6)所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现良性循环。(2019浙江4月选考)某农业生态工程示意图如下，回答下列问题：(1)该农业生态工程体现的生态工程原理主要是_。对该工程的经济效益分析，可从系统内部的投入和产出、_、系统的有效贡献等三方面进行核算。(2)若要提高该工程的经济效益，可采用农业生产的_技术在桑基上再种植大豆，也可采用农业生态工程的_技术放养适量的鸡、鸭等动物
12、以调整该工程的产业结构。(3)某小组应用基因工程方法开展适用于该生态工程的抗虫植物改良研究。为提高将重组DNA分子导入受体细胞的效率，除考虑导入方法、筛选条件、防止污染外，还需考虑的主要因素有_(答出2点即可)。农杆菌介导法是目前植物转基因的常用方法，该方法的基本过程是农杆菌感染植物时，_，并将其插入到受体细胞的基因组中。欲获得稳定遗传的抗虫性强的转基因植物品种，则转入的抗虫基因必须能在受体细胞中_。答案(1)物质循环系统的实际消费(2)间种种植业和畜牧业合理优化(3)重组DNA的质量和浓度、受体细胞的生长状态与密度携带目的基因的Ti质粒转移到受体细胞稳定和高效地表达生态农业(1)原理：生态系
13、统的物质循环和能量流动。(2)目的：提高能量利用率(不是传递效率)，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分。(3)优点：实现物质循环再生和能量多级利用，降低农业投入，减少环境污染。(4)常见模式：桑基鱼塘和沼气农田立体养殖。 题组突破1下面为一庭院生态系统各成分的组成和相互关系的示意图，下列关于该生态系统的叙述，正确的是()A建立该生态系统的目的是实现物质和能量的循环利用，提高经济效益B若在果树间间种绿肥类杂草，能导致该系统中生物多样性增加，可能有效控制果园中某些害虫的数量从而减少对果树的危害C在庭院中饲养鸡、鸭能提高生态系统中物质的利用效率，增加产量，但由于食物链延长，生态系统中能量传递效率
14、会降低D在庭院中建沼气池处理垃圾、粪便和植物枝叶，目的是尽可能减少分解者获得的能量，从而使能量流向对人有益的部分解析：选B。生态系统中的能量不能循环利用；增加生物的多样性，可提高生态系统的稳定性；能量沿食物链传递的效率与食物链的长短无关。2下图是我国南京古泉生态农场的以沼气为纽带，联动农作物种植、蚯蚓养殖、养鱼、养鸡、养鸭等产业的物质循环利用示意图。请据图回答问题：(1)图中蘑菇房中的蘑菇属于生态系统成分中的_。(2)某同学据图写出一条捕食食物链：果树蚯蚓鸡，该食物链_(填“正确”或“不正确”)。(3)该生态工程的核心技术是_。若在果园中同时种植蔬菜，属于_技术。图中的沼气工程是在沼气池的基础
15、上增添了脱硫塔等设施，更加优化了_的新能源开发技术。(4)此生态农业与传统农业相比，明显的优势是_和_。(5)假设如图是建成生态农场前的部分物质循环示意图，请画出与该图对应的能量流动图解。解析：蘑菇属于生态系统成分中的分解者，捕食链中的生物间有捕食关系，蚯蚓是以植物落叶等为食，与果树间不构成捕食关系，因而果树蚯蚓鸡的食物链不正确；该生态工程的核心技术是物质循环再生技术，此生态农业与传统农业相比，明显的优点是能量多级利用，减轻了对环境的污染。答案：(1)分解者(2)不正确(3)物质的良性循环技术间种洁净可再生(4)能量多级利用减轻了对环境的污染(或实现了废物资源化等)(顺序可颠倒，答出两点即可)
16、(5)如图课后作业一、选择题1牛胚胎移植的基本程序如下图所示，下列说法错误的是()A供体母牛的主要职能是产生具有优良性状的胚胎B图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素C为了提高牛胚胎的利用率，常采用的方法是胚胎分割移植D供体和受体(代孕母牛)要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应解析：选D。胚胎移植的目的是发挥雌性优良个体的繁殖潜力；胚胎分割是将一个胚胎分成多份，从而提高了优良胚胎的利用率；胚胎移植过程不同于器官移植，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，不需要进行免疫检查。2下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是()A胚胎移植可以定向改造动物的遗传性状，需移植
17、到发情的母牛子宫内发育BA细胞不一定是受精卵细胞C两个胚胎具有不同的遗传物质D图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段解析：选B。胚胎移植不能定向改造动物的遗传性状；和两个胚胎是由同一受精卵发育而来的，其遗传物质相同；在胚胎分割移植时，需用早期胚胎，胚胎未发育到原肠胚阶段；A细胞也可以是核移植的重组细胞。3设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，下图是一种“加环”示意图。据图判断，下列说法不正确的是()A用蛆蛹粪便还田，运用了能量循环原理B用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用C用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益D该生态工程的正常运转离不开人的管理解析：选A。能量
18、是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，A错误；用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质和能量的多级利用，B正确；用玉米芯生产木糖醇，实现了物质的多级利用，可以增加经济效益，C正确；该图属于生态农业，人的作用非常关键，D正确。二、非选择题4科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS)，继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下：(1)从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培养称为_，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂，这种现象称为_。(2)图中2细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得，该过程称为_；也可从灰鼠体内取出卵子，通过_后进行早期胚胎培养获得。(3
19、)图中重组囊胚通过_技术移入白鼠子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用_方法保存。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的_分离培养获得。iPS与ES细胞同样具有发育全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向_后用于疾病的细胞治疗。解析：本题以多能干细胞的获得及其全能性的体现为线索，综合考查动物细胞培养和胚胎工程的相关知识。(1)将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理成单个细胞后进行的初次培养称为原代培养；贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。(2)将早期胚胎从雌性动物子宫中冲洗出来的方法叫冲卵；早期胚胎也可以通过成熟卵子和精子在体外受精后进行早期胚胎培养获得。
20、(3)重组后的囊胚通过胚胎移植技术移入母体子宫内继续发育，暂不进行胚胎移植的胚胎可放入196 的液氮中冷冻保存。(4)胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，这里的早期胚胎是指从受精卵发育到囊胚期(内细胞团)的细胞；iPS与ES细胞一样，可通过诱导定向分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。答案：(1)原代培养接触抑制(2)冲卵(或冲胚)体外受精(或核移植)(3)胚胎移植冷冻(或低温)(4)内细胞团诱导分化5下图为科学家采用不同方法培育良种牛的过程，请据图回答下列有关问题：(1)与一般的繁育良种动物方式相比较，胚胎移植的优势是_。在获取卵母细胞之前需用促性腺激素
21、对奶牛进行处理，目的是_。(2)“转基因牛D”培育过程中，常用受精卵作为外源基因的受体细胞，主要原因是受精卵的全能性易于表达，导入目的基因的受精卵需要在_液中进行早期胚胎培养，培养到_阶段后可进行胚胎移植。(3)图中数字标号代表的结构为_，将来发育为_，cd过程需对其均等分割的目的是_。A、B牛基因型是否相同？_。(4)以上培育过程中，用到的生物技术有_(至少答两个)。答案：(1)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力超数排卵(2)发育培养桑椹胚或囊胚(3)内细胞团胎儿的各种组织有利于胚胎的恢复和进一步发育相同(4)基因工程、早期胚胎培养、胚胎分割、胚胎移植(不少于两项均可)6治疗性克隆对解决供体
22、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)过程采用的是细胞工程中的_技术，过程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)过程表示细胞核与去核卵母细
23、胞结合，即核移植技术；过程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
24、可颠倒)标记(4)内细胞团B7某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。(1)拟进行如下杂交：A(具高产奶基因的纯种)B(具适宜本地生长基因的纯种)C选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常_。若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是_性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是_，后代中出现这种母牛的概率是_(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。(2)用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。精子要具有受精能力，需对其进行_处理；卵子的成熟在过程_中完成。在过程的培养基中含有葡萄糖，其作用
25、是_。为筛选出具有优良性状的母牛，过程前应鉴定胚胎的_。子代母牛的优良性状与过程_的基因重组有关。(3)为了提高已有胚胎的利用率，可采用_技术。解析：(1)用具有适宜本地生长基因的纯种母牛作母本的原因之一是胚胎能在母体内正常生长发育。设控制产奶量高低的基因分别用T、t表示，控制适应性强弱的基因分别用R、r表示。杂交后代C中的母牛表现为适应性强但产奶量并未提高，说明高产奶、低适应性均为隐性性状，则推导出A的基因型为ttrr，B的基因型为TTRR，C的基因型为TtRr。通过回交，即C牛与A牛杂交(TtRrttrr)，获得高产奶量且适应性强的母牛的概率为1/21/21/21/8。(2)在体外受精过程
26、中，从供体公牛获得的精子经获能处理后，才具有受精能力。从供体母牛采集的卵子经培养达到M中期后，在与精子受精过程中最终成熟。由于受精作用的随机性，为筛选出具有优良性状的母牛，在胚胎移植前应鉴定胚胎的性别、是否具有高产奶基因和适应本地生长的基因。由于公牛为隐性纯合子，所以子代母牛的优良性状与供体母牛减数分裂产生卵子的过程中的基因重组有关。(3)提高已有胚胎利用率的最好措施是胚胎分割。答案：(1)生长发育或胚胎发育隐性AC1/8(2)获能供能性别、高产奶和适应生长的基因(3)胚胎分割8下图是我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总
27、能量(总初级生产量)是_。人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第_营养级。(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过_作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的_，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力_。(4)建立该生态系统遵循的原理主要是_、_、_。解析：(1)粪便中的能量是未被生物同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级同化的能量。即蚕沙中的能量是生产者同化的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以
28、实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统的生物种类较作物单一的农田生态系统复杂，故该生态系统自我调节能力较强。答案：(1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量一(2)分解者(或微生物)的分解(3)多级(或充分)利用较强(4)物质循环再生原理物种多样性原理整体性原理9下面为利用自然生态系统净化城市生活污水的一种大面积、敞开式污水处理池塘(即稳定塘)示意图。请据图回答下列问题：(1)稳定塘一般会出现藻类增多现象，影响出水水质。在稳定塘中种植挺水植物可使藻类密度下降，也可以引进_控制藻类的过度繁殖。从稳定塘输出的CO2_(填“大于”
29、“小于”或“等于”)输入稳定塘的CO2。(2)处理后的出水和流入污水相比，明显减少的元素是_，稳定塘每天处理污水的量是有限的，说明生态系统的_。(3)流经该生态系统的总能量是_。输入第一营养级的能量，一部分_，一部分用于生长、发育和繁殖等生命活动，储存在生产者的有机物中。(4)稳定塘依据的最主要的生态工程原理是_。解析：(1)挺水植物可影响藻类光合作用，使藻类种群密度下降，引入以藻类为食的动物也可降低藻类密度，控制藻类的过度繁殖；向稳定塘输入的二氧化碳只有生产者的光合作用固定的二氧化碳，稳定塘输出的二氧化碳包括各生物呼吸作用产生的二氧化碳和微生物分解污水中有机物产生的二氧化碳，故输出的CO2大
30、于输入的CO2。(2)污水中的有机物被分解产生的含N、P等元素的无机盐可被植物吸收，处理后的出水与流入的污水相比，明显减少的元素为N、P；稳定塘每天处理污水的量是有限的，说明生态系统的自我调节能力是有限的。(3)流经该生态系统的总能量包括生产者固定的太阳能总量和污水中有机物含有的能量；输入第一营养级的能量，一部分在呼吸作用过程中以热能的形式散失，一部分用于生长、发育、繁殖等生命活动，储存在生产者体内的有机物中。(4)稳定塘将流入的污水分解产生无机盐和二氧化碳用于植物的生长发育和光合作用，故稳定塘依据的主要原理是物质循环再生原理。答案：(1)以藻类为食的动物大于(2)N、P自我调节能力有限(3)生活污水中有机物含有的能量和生产者固定的太阳能在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(4)物质循环再生原理
