1、第3讲胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题1(2020黑龙江哈九中高考模拟)下图为吉林大学农学部奶牛繁育基地成功培育出的一头携带转入赖氨酸基因的克隆牛的大致过程，请据图回答问题。(1)获得赖氨酸转基因克隆奶牛所用的细胞工程技术手段包括动物细胞培养、动物细胞核移植。通过显微操作去除卵母细胞中的核，用物理或化学方法(如电脉冲、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程，构建重组胚胎。克隆牛诞生的主要原理是已高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有发育的全能性，这个过程属于无性生殖(有性生殖/无性生殖)。(2)将编码赖氨酸的基因转入胚胎成纤维细胞的核心步骤是目的基因
2、表达载体的构建。(3)赖氨酸转基因克隆奶牛的早期胚胎在母体子宫内形成后，所以能够收集，其依据的生理学基础是早期胚胎在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，处于游离状态；赖氨酸转基因克隆奶牛的乳汁中富含赖氨酸，因此我们将之称为乳腺(房)生物反应器。解析(1)分析流程图可知，获得赖氨酸转基因克隆奶牛所用的技术有基因工程、动物体细胞核移植、动物细胞培养、早期胚胎培养及胚胎移植技术，其中所用的细胞工程技术手段是动物细胞培养、动物细胞核移植技术。通过显微操作去除卵母细胞中的核，用物理或化学方法(如电脉冲、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程，可构建重组胚胎。
3、克隆牛诞生的主要原理是已高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有发育的全能性，这个过程属于无性生殖。(2)基因工程中将编码赖氨酸的基因(即目的基因)转入胚胎成纤维细胞(受体细胞)的核心步骤是目的基因表达载体的构建。(3)早期胚胎在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，处于游离状态，因此赖氨酸转基因克隆奶牛的早期胚胎在母体子宫内形成后，可以收集；赖氨酸转基因克隆奶牛的乳汁中富含赖氨酸，因此将之称为乳腺(房)生物反应器。2(2020山西高考模拟)人乳铁蛋白是一种具有免疫作用的含铁的糖蛋白，由乳腺上皮细胞表达和分泌，是母乳与普通婴儿配方奶粉的主要区别之一。应用基因工程和胚胎工程技术，将人的乳铁蛋白基因
4、转入奶牛细胞中，利用牛的乳腺细胞生产出人乳铁蛋白已成为可能。其过程大致如下：.采集良种供体奶牛的卵母细胞和精子，通过体外受精形成受精卵。.将人乳铁蛋白基因导入奶牛受精卵，形成重组细胞。.电脉冲刺激重组细胞，促使其形成早期胚胎。.将胚胎移植到受体母牛的子宫中，最终发育成转基因牛，从乳汁中大量获得人乳铁蛋白。请回答下列问题：(1)过程在获取卵母细胞之前需用促性腺激素对奶牛进行处理，目的是超数排卵。在体外受精前，需要对奶牛的精子进行获能处理。受精时，往往一个卵母细胞只能和一个精子结合，受精过程中防止多精入卵的生理反应包括透明带反应和卵细胞膜反应。(2)过程将人的乳铁蛋白基因导入奶牛受精卵最为有效的方
5、法是显微注射法。(3)进行动物早期胚胎体外培养时，培养液中除了含有各种无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、氨基酸、激素、核苷酸等营养成分和动物血清。如果想同时获得更多相同的子代，可采用胚胎分割技术，若对囊胚操作，应注意将内细胞团均等分割。(4)早期胚胎移植到代孕奶牛体内时，代孕奶牛对移入子宫的重组胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为重组胚胎在代孕奶牛体内的存活提供了可能。解析(1) 由于促性腺激素有促进雌性动物排卵的作用，所以为了获取更多的卵母细胞，常常需用促性腺激素对奶牛进行处理，目的就是超数排卵。在体外受精前，需要对奶牛的精子进行获能处理。受精时，往往一个卵母细胞只能和一个精子结合，主要原因
6、是受精过程中存在透明带反应和卵细胞膜反应两个防止多精入卵的生理反应。(2)将目的基因(人的乳铁蛋白基因)导入受体动物(奶牛)的受精卵中常常采用显微注射法。(3)进行动物早期胚胎体外培养时，培养液中需添加的营养成分有各种无机盐和有机盐、维生素、氨基酸、激素、核苷酸和动物血清等。如果想同时获得更多相同的子代，可采用胚胎分割技术，若对囊胚进行分割操作，应注意将内细胞团均等分割。(4)早期胚胎移植到代孕奶牛体内时，代孕奶牛对移入子宫的重组胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为重组胚胎在代孕奶牛体内的存活提供了可能。3(2020山西高三期末)自然情况下，牛的生育率很低，通过胚胎工程的技术手段，可以实现良种牛
7、的快速繁殖。回答下列问题：(1)自然条件下，哺乳动物的受精作用是在雌性动物的输卵管内完成的。当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成受精。(2)釆用胚胎移植的方法，可使一头良种雌性黄牛一年生下数十头自己的后代。该方法的操作过程中需要用激素对该良种母牛和代孕母牛进行同期发情处理。一般来说，胚胎移植的适宜时期是胚胎发育至桑椹胚或囊胚阶段。在胚胎移植过程中，移入子宫的胚胎能在受体内存活的生理学基础是受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。(3)釆用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和早期胚胎培养。采集的精子
8、需要经过获能处理，才具备受精能力。一般情况下，符合受精要求的精子和卵子可以在获能(或专用的受精)溶液中完成受精过程。培养早期胚胎时，所用培养液的成分除了一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及动物血清等物质。解析(1)自然条件下，哺乳动物的受精作用是在雌性动物的输卵管内完成的。当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成受精。(2)釆用胚胎移植的方法，可使一头良种雌性黄牛一年生下数十头自己的后代。该方法的操作过程中需要用激素对该良种母牛和代孕母牛进行同期发情处理。一般来说，胚胎移植的适宜时期是胚胎发育至桑椹胚或囊胚阶段。在胚胎移植过程中
9、，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这是移入子宫的胚胎能在受体内存活的生理学基础。(3)釆用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和早期胚胎培养。采集的精子需要经过获能处理，才具备受精能力。一般情况下，符合受精要求的精子和卵子可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。培养早期胚胎时，所用培养液的成分除了一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及动物血清等物质。4(2021长郡月考)回答下列与生态工程有关的问题：(1)一般来说，生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境(或受损的生态系统
10、)进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、可持续等特点。(2)生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生、协调与平衡、整体性、物种多样性等原理。人畜粪便用于农作物的生产主要符合物质循环再生原理；连年种植单一品种造成病虫害增加主要违反了物种多样性原理。(3)在湿地生态恢复工程中，应在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。(4)“猪沼果”是我国一种常见的生态农业模式，以沼气为纽带，带动畜牧业、林果业等相关农业产业共同发展。该生态农业中的所有生物共同组成了群落(填“生态系统”“群落
11、”或“种群”)；该生态农业模式能实现能量的多级利用(多途径利用)。5(2021广东高考模拟)回答下列问题：(1)用头发将蝶螈的受精卵横缢为有核和无核的两半，有核的一半能分裂，无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到1632个细胞时，科学家将其中一个细胞的细胞核挤到无核的一半，结果发现这一半也开始分裂，并且像有核的那一半一样，最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了早期胚胎细胞的细胞核具有全能性，从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。(2)进行体细胞核移植前，从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养，培养条件除营养、温度和pH适宜外，还应保证无菌、无毒、适宜气体环境(答出2点)。核移植前还需
12、对受体卵母细胞进行去核操作，其目的是保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体。(3)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过早期胚胎培养、胚胎移植等技术环节，才能获得克隆动物。(4)体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性，原因主要是卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质。根据这一启示，请提出一种恢复体细胞分裂分化能力的新思路：从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质，将其导入到细胞中。解析(1)用头发将蝶螈的受精卵横缢为有核和无核的两半，有核的一半能分裂，无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到1632个细胞时，科学家将其中一个细胞的细胞核挤到无核的一半，结果发现这
13、一半也开始分裂，并且像有核的那一半一样，最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了早期胚胎细胞的细胞核具有全能性，从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。(2)进行体细胞核移植前，从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养，培养条件除营养、温度和pH适宜外，还应保证无菌、无毒、适宜气体环境。核移植前还需对受体卵母细胞进行去核操作，其目的是保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体。(3)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过早期胚胎培养、胚胎移植等技术环节，才能获得克隆动物。(4)由于卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质，体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性。根据
14、这一启示，可从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质，将其导入到细胞中，从而恢复体细胞分裂分化能力。6(2020江西临川一中高考模拟)研究人员成功的获得了一种野生型濒危生物东方盘羊的克隆后代，他们在试验中将2只死后的雌性野生盘羊的细胞核注入到去核的家羊卵母细胞中构建了重组细胞，并最终获得了健康的克隆子代，该研究可应用到濒危动物和珍惜动物的保护领域。回答下列问题：(1)核移植的理论基础是细胞核的全能性，该试验获得的健康的子代的性状更加接近于东方盘羊(填“东方盘羊”或“家羊”)，理由是重组细胞的主要遗传物质来自细胞核，而细胞核是东方盘羊提供的。(2)体外培养的重组细胞需要培养到桑椹胚或囊胚期时
15、才可以移植到代孕母羊中，这是动物克隆技术的最后一道“工序”，这道“工序”称为胚胎移植。(3)为了降低克隆难度，核移植的供体细胞最好取自东方盘羊的胚胎干细胞(填“胚胎干细胞”或“体细胞”)，原因是胚胎干细胞的分化程度低，全能性高。解析(1)核移植的理论基础是细胞核的全能性，由于重组细胞的主要遗传物质来自细胞核，而细胞核是东方盘羊提供的，故试验获得的健康的子代的性状更加接近于东方盘羊。(2)体外培养的重组细胞需要培养到桑椹胚或囊胚期时才可以移植到代孕母羊中，这是动物克隆技术的最后一道“工序”，这道“工序”称为胚胎移植。(3)为了降低克隆难度，核移植的供体细胞最好取自东方盘羊的胚胎干细胞，原因是胚胎
16、干细胞的分化程度低，全能性高。7(2020石家庄模考)慢性病人常出现白蛋白值偏低的状况，缺乏白蛋白人就容易出现浮肿。人体的白蛋白正常值在每100 mL血液中含有3.84.8 g，如果比正常值低很多时就需要注射人血白蛋白，所以临床上对白蛋白需求量很大。下图是利用崂山奶山羊乳腺生物反应器制备药用白蛋白的流程图：请回答：(1)要实现超数排卵，应在崂山奶山羊A发情周期的某一阶段用促性腺激素处理，然后在恰当时期采集卵子。通过采集的精子不能直接使成熟的卵子受精，常要用化学诱导法对羊的精子进行获能处理，即用一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液处理。(2)若我们已知白蛋白基因的碱基序列，一般采用人工合成
17、的方法获取目的基因。要使人的白蛋白基因在奶山羊乳腺细胞中特异性表达，完整的基因表达载体要包括目的基因、乳腺蛋白基因的启动子、终止子、标记基因等部分。(3)对移植前的胚胎进行性别鉴定时，宜取囊胚期的滋养层细胞进行鉴定，一般采用SRYPCR方法，选择出现阴性反应的雌性(性别)胚胎进行移植。解析(1)在崂山奶山羊A发情周期的某一阶段用促性腺激素处理，可促使其超数排卵。通过采集的精子用一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液进行化学诱导处理，可使之获能。(2)已知白蛋白基因的碱基序列，可通过DNA合成仪用人工合成的方法获取目的基因。基因表达载体中除目的基因和标记基因外，还需要有乳腺蛋白基因的启动子和
18、终止子，乳腺蛋白基因的启动子可以在启动乳腺蛋白基因转录的同时启动白蛋白基因的转录。(3)滋养层细胞将来发育为胎膜和胎盘，取囊胚期的滋养层细胞鉴定性别，对胚胎发育影响较小。崂山奶山羊乳腺生物反应器是让目的基因在乳腺细胞中特异性表达，以便从乳汁中提取白蛋白，因此应选择雌性胚胎进行移植。8(2020山东高考模拟)基因定点整合可替换特定基因，该技术可用于单基因遗传病的治疗。苯丙酮尿症是由PKU基因突变引起的，将正常PKU基因定点整合到PKU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上，替换突变基因，可用来研究该病的基因治疗过程。定点整合的过程是：从染色体DNA上突变PKU基因两侧各选择一段DNA序列HB1
19、和HB2，根据其碱基序列分别合成HB1 和 HB2，再将两者分别与基因HSVtk1、HSVtk2连接，中间插入正常 PKU 基因和标记基因neor，构建出如图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1和HB2序列发生交换，导致两者之间区域发生互换，如图所示。(1)构建重组载体时，常用的工具酶有限制性核酸内切酶(或限制酶)和DNA连接酶。该实验用小鼠胚胎干细胞作为 PKU 基因的受体细胞以培育出转基因小鼠，除了胚胎干细胞能大量增殖外，还因为胚胎干细胞全能性强。(2)为获得小鼠的胚胎干细胞，可将小鼠囊胚中的取出内细胞团，并用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理使其分散成单个细胞进行培养，培养过程中大
20、部分细胞会贴附在培养瓶的表面生长，这种现象称为细胞贴壁(或贴壁生长)。(3)用图中重组载体转化胚胎干细胞时，会出现 PKU 基因错误整合。错误整合时，载体的两个HSVtk中至少会有一个与neor一起整合到染色体DNA 上。已知含有neor 的细胞具有G 418的抗性，HSVtk1、HSVtk2的产物都能把DHPG 转化成有毒物质而使细胞死亡。转化后的胚胎干细胞依次在含有G 418及同时含有G 418和DHPG的培养液中进行培养，在双重选择下存活下来的是PKU基因正确整合(或PKU基因定点整合)的胚胎干细胞，理由是在含有G_418的培养液中培养时，不含neor的细胞全部死亡，含有PKU基因的细胞可以存活下来；在含有G_418和DHPG的培养液中培养时，错误整合的细胞因含HSVtk而死亡。(4)将筛选得到的胚胎干细胞培育成小鼠，从个体生物学水平检测，若小鼠不患苯丙酮尿症，说明 PKU 基因成功表达。
