1、专题 3、4 胚胎工程 生物技术的安全性和伦理问题知识结构网络 基础知识整合 一、体内受精和早期胚胎发育1.精子和卵子的发生过程比较 名称精子的发生卵子的发生场所睾丸的曲细精管卵巢时期从初情期开始胚胎在性别分化以后是否需变形需变形无需变形分裂情况均等分裂不均等分裂结果形成 4 个精子细胞形成 1 个卵子和 3 个极体M和 M是否连续是否 精子变形过程中，细胞核为精子头部的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体在尾基部形成线粒体鞘，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。基础知识整合 2.受精作用准备阶段 精子获能:成熟的精子必须在雌性动物的生殖道 中经历一段时间,发生相应的生理变化
2、后,才能 获得受精能力,此过程叫获能卵子的准备:卵子都要在输卵管中进一步成熟,到减数第二次分裂中期时,才具备受精能力 基础知识整合 受精阶段(1)受精的标志是在卵细胞膜与透明带的间隙可观察到两个极体；受精完成的标志是雌雄原核融合成合子。受精卵是个体发育的起点。(2)阻止多精入卵的两道屏障：第一道屏障是透明带反应，第二道屏障是卵细胞膜反应。(3)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核和卵细胞的细胞核，而细胞质遗传物质几乎全部来自于卵细胞。基础知识整合 3.早期胚胎发育(1)过程:受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚(2)图示基础知识整合 请回答下列与哺乳动物精子和卵子发生有关的问题。(1)精细
3、胞经变形后,高尔基体发育形成精子的顶体,顶体内含有的能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。(2)某动物排卵时,减数第一次分裂尚未完成,此时卵子处于卵母细胞阶段,当该细胞发育至减数第二次分裂期时,才具备受精能力。若在卵细胞膜和透明带之间看到两个极体,则表明过程已完成。(3)动物的早期胚胎移植到同种且与供体相同的动物体内,使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移植。为了获得更多的早期胚胎,常用激素对供体进行处理,其目的是获得更多的,经人工授精后可得到早期胚胎。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时,发现活胚胎细胞不能被染色,其原因是活细胞膜。(4)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体,可对发
4、育到桑椹期或囊胚期阶段的早期胚胎进行处理,再植入到受体内。若要对早期胚胎进行长期保存,应将其置于条件下。基础知识整合 解析:(1)顶体内含有的顶体酶能水解卵母细胞的放射冠和透明带。(2)动物排卵时处于减数第一次分裂的细胞称为初级卵母细胞,减数第二次分裂中期的细胞才具备受精能力,受精作用完成的标志是在卵细胞膜和透明带之间看到两个极体。(3)胚胎移植时受体的生理状态要和供体一致,才能保证胚胎成活。为了获得更多的早期胚胎,常用促性腺激素对供体进行处理,其目的是获得更多的卵母细胞。细胞膜具有选择透过性,活胚胎细胞不能被染色,原因是细胞对染料的吸收具有选择性。死细胞会被染色,因为细胞膜失去选择透过性。(
5、4)通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体,常用的方法是胚胎分割,要注意胚胎一定要分割均匀。生物学中常采用液氮冷冻的方法保存早期胚胎和生殖细胞。基础知识整合 答案:(1)顶体酶(2)初级 中 受精(3)生理状态 促性腺 卵母细胞 对物质的吸收具有选择透过性(4)胚胎分割 冷冻(或液氮)基础知识整合 二、胚胎工程1.体外受精和早期胚胎培养基础知识整合 2.胚胎移植(1)生理基础动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。早期胚胎处于游离状态。受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响。基础知识整合(2)流程对供、受体母牛进
6、行选择,并用雌性激素进行同期发情处理用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理超数排卵的母牛与优秀的公牛进行配种或人工授精基础知识整合 胚胎的收集(冲卵)对胚胎进行质量检查。这时的胚胎处于桑椹胚或囊胚阶段,并培养或保存胚胎的移植基础知识整合 对受体母牛进行是否妊娠的检查受体母牛产下胚胎移植的犊牛 (1)胚胎移植中的“供体”与“受体”的确定：提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎移植的个体称为“受体”；供体为具有优良性状的品种，受体为常见的或现存量大的普通与供体同种的雌性个体。(2)胚胎移植的实质：胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，其遗传特性与
7、受体动物无关。(3)胚胎移植的优势：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期。(4)不能及时移植的胚胎要放在冷冻环境或液氮中保存。(5)胚胎移植的时期：不同的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、家兔要桑椹胚前，人胚胎可在 816 细胞阶段移植。基础知识整合 3.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数量,其实质是动物的无性繁殖或克隆。(3)注意:对囊胚阶段的胚胎分割时,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。4.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
8、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发生分化。基础知识整合 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:基础知识整合(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)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
9、 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。基础知识整合 解析:(1)获得体细胞后进行的初次培养称为原代培养;培养的细胞会出现接触抑制现象。(2)利用人工方法从灰鼠输卵管内获得胚胎的过程称为冲卵;也可从灰鼠体内取出卵子通过体外受精后再进行早期胚胎培养。(3)将重组胚胎通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内进行发育;暂不移入的胚胎可利用冷冻法保存。(4)ES 细胞可由囊胚的内细胞团分离后获得;可通过对 iPS 细胞进行定向诱导分化形成所需组织用于疾病的细胞治疗。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
10、温)(4)内细胞团 诱导分化基础知识整合 三、生物技术的安全性及伦理问题1.转基因生物的安全性(1)转基因生物存在安全性的原因目前对基因的结构、基因间的相互作用、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是随机的。(2)转基因生物安全性的讨论:主要在食物安全、生物安全、环境安全三个方面存在激烈的争论。基础知识整合(3)转基因生物的优缺点分析 优点缺点解决粮食短缺问题减少农药使用,减少环境污染增加食物营养,提高附加值增加食物种类,提升食物品质提高生产效率,带动相关产业发展可能产生有毒蛋白或新过敏原可能产生重组病菌、重组病毒或超级杂草可能使疾病的传
11、播跨越物种障碍可能会损害生物多样性可能干扰生态系统的多样性 基础知识整合 2.克隆人(1)过程基础知识整合(2)分类 类型项目 治疗性克隆生殖性克隆区别目的治疗人类疾病用于生育,产生新个体水平细胞水平个体水平联系都属无性繁殖;产生新个体、新组织,遗传信息相同(3)克隆人技术中的伦理问题反对的观点:主要认为克隆人违反了人类伦理道德,是克隆技术的滥用;克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念;克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。另外,克隆技术尚不成熟,可能孕育出有基因缺陷的孩子。中国政府的态度禁止生殖性克隆人,但不反对治疗性克隆。基础知识整合 3.试管婴儿与设计
12、试管婴儿 比较设计试管婴儿试管婴儿技术手段胚胎移植前进行遗传诊断不进行遗传诊断实践应用用于白血病、贫血等疾病的治疗解决不孕不育4.基因身份证(1)概念:利用生物技术,把每个人的致病基因和易感基因都检测出来,并记录在磁卡上,就是个人基因身份证。(2)争论焦点 基因检测能否达到预防疾病的目的是否引起基因歧视及其他危害 基础知识整合 5.生物武器(1)种类 种类例证病菌炭疽杆菌、伤寒杆菌、霍乱弧菌病毒天花病毒、动物痘病毒生化毒剂肉毒杆菌毒素经基因重组的致病菌通过转基因技术改造的蜡状杆菌、重组流感病毒 基础知识整合(2)特点传染性强。污染面广,危害时间长。直接喷洒的生物气溶胶,可随风飘到较远的地区,杀
13、伤范围可达数百至数千平方千米。在适宜条件下,生物武器存活时间较长,不易被发现。难以防治。具有一定的潜伏期。受自然条件影响大。(3)局限性生物武器主要指病原微生物,所以它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。受地形、风向等多种条件影响。生物武器使用不易控制,使用不当可危害本方安全。基础知识整合 多年来,每天的食品中含 60%80%的转基因成分,许多美国人竟一无所知。(1)一向挑剔、苛刻的美国人对转基因食品的这种漠视态度,反映了转基因食品在安全性方面是。(2)科学家对转基因食品可能带给人类健康和环境方面的风险表示关注和担忧,可能原因是什么?。(3)生物武器是一种大规模的杀伤性武器,它与常规武器相
14、比有许多特点:,。(4)1998 年 6 月27 日,中美两国元首在关于禁止生物武器公约议定书的联合声明中,重申在任何情况下、生物武器。基础知识整合 解析:转基因作物及其产品是新生事物,转基因生物存在的潜在风险是生物入侵、破坏原来的生态平衡、引起过敏反应、疾病流行等,因此人们对它的安全性还存在着质疑。答案:(1)相对安全的(2)转基因生物存在的潜在风险:如生物入侵、破坏原来的生态平衡、引起过敏反应、疾病流行等(3)传染性强 污染面广 难以防治(4)不发展 不生产 不储存速效提升训练 1.下图为胚胎移植的基本程序及早期胚胎发育过程，请据图回答：(1)超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射。(2)
15、冲卵实质上是用特定装置，将供体母牛子宫内冲洗出来。(3)动物的早期胚胎移植到同种且与供体相同的动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫作胚胎移植。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时，发现活胚胎细胞不能被染色，其原因是活细胞膜。速效提升训练(4)从 A 到 E 中，适宜于牛的胚胎移植的时期有。(5)图中标号 3 为，它将来可发育为胎膜和胎盘。(6)若一次给受体母牛移入多个胚胎，产生的多个后代基因型相同吗？。为什么？。(7)哺乳动物是否受精的重要标志是；哺乳动物受精过程有、机制阻止多精子入卵受精。速效提升训练 解析：(1)促进超数排卵的方法是向供体母牛体内注射促性腺激素。(2)在胚胎移植中，冲卵是将
16、供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。(3)做同期发情处理后，供体与受体动物的生理状态相同。利用细胞膜的选择透过性可鉴定胚胎细胞的死活。(4)图中的 D 为桑椹胚，E 为囊胚，胚胎移植时通常移植桑椹胚或囊胚，因为它们还没有与母体建立组织和生理上的联系。(5)囊胚包括滋养层和内细胞团，图中 3 为滋养层，将来发育成胎膜和胎盘。(6)胚胎的来源不同，则基因型可能不同。胚胎由不同的受精卵发育而来，则基因型不同；若来源于分割的胚胎，则基因型相同。(7)卵母细胞是否受精的标志是在卵黄膜与透明带的间隙中是否可以观察到两个极体，阻止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵黄膜的封闭作用。速效提升训练 答案：(1)促性
17、腺激素(2)胚胎(3)生理状态具有选择透过性(4)D、E(5)滋养层(6)不一定相同这些胚胎由不同的受精卵发育而来时基因型不同，由分割胚胎发育而来时基因型相同(7)在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体透明带反应卵细胞膜反应速效提升训练 2.克隆技术是人类医学科学史上的一个里程碑,其为人类认识自身奥秘和纷繁复杂的生物界提供锐利武器并展示广阔前景。“治疗性克隆”指把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚,把重组胚体外培养到囊胚,然后从囊胚内分离出 ES 细胞,获得的 ES 细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞、肌肉细胞和血细胞),用于替代疗法。下图所示为人类“治疗性克隆”的大概
18、过程,请据图回答问题。速效提升训练(1)过程 A 表示,是目前实现体细胞克隆的关键技术,该技术的主要操作是应用患者的体细胞作为核供体,由细胞提供,进行人工重组。(2)经过程 B 得到的结构中,是未分化的细胞,因而这些细胞被认为是胚胎干细胞。在体外培养条件下,胚胎干细胞具有增殖能力并保持状态。(3)在进行 C 过程时,通常在合成培养基中加入适量血清,其原因是。细胞培养应在含5%CO2 的恒温培养箱中进行,CO2 的作用是。(4)“治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞的核仍然具有。相同的胚胎干细胞,“克隆”的结果各种各样,如有的是神经细胞,有的是血细胞,有的是肌肉细胞,究其本质原因是的结果。速效
19、提升训练 解析:(1)识题图知 A 为核移植过程,受体为去核卵母细胞。(2)胚胎干细胞在体外培养处于未分化状态。(3)定向诱导在合成培养基中加入血清,可以补充合成培养基中缺乏的营养物质,CO2 的作用是维持培养液中 pH。(4)“治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞的细胞核仍然具有全能性,相同的胚胎干细胞,“克隆”的结果各种各样,根本原因是基因的选择性表达。答案:(1)细胞核移植 细胞质(2)未分化(3)血清可以补充合成培养基中缺乏的营养物质 维持培养液的 pH(4)全能性 基因选择性表达速效提升训练 3.(2015山东卷)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流
20、程如下：速效提升训练（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于囊胚中的 。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。速效提升训练 解析：(1)由流程图知，个体A提供去核卵母细胞，个体B提供
21、体细胞核，二者通过得到重组细胞，重组细胞经得到囊胚，故是核移植，是早期胚胎培养。(2)动物细胞培养时，要通入含有5 CO2的空气，CO2的作用是维持培养液的pH。(3)构建基因表达载体时，要用同种限制酶切割目的基因和运载体，再用DNA连接酶进行连接。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、复制原点、标记基因等，标记基因的作用是便于目的基因的检测和筛选。(4)胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性。囊胚中的内细胞团细胞为胚胎干细胞。图中获得的组织器官，其细胞的细胞核来自个体B，性状与B相同，若将其移植给个体B，则不会发生免疫排斥反应。答案：(1)(体细胞)核移植
22、 (早期)胚胎培养 (2)pH(或酸碱度)(3)限制酶(或限制性核酸内切酶)DNA连接酶 标记 (4)内细胞团 B 速效提升训练 4.慢性病人常出现白蛋白值偏低的状况(比如慢性肝病、慢性肾病、肿瘤等)，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：(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，要对精子进行获能处理，对羊的精子常用化学
23、诱导法，即用一定浓度的诱导精子获能。速效提升训练（2）若我们已知白蛋白基因的碱基序列，一般采用获取目的基因。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、标记基因等部分。（3）过程需将重组质粒用方法注入受精卵的雄原核内，在显微镜下判断是否完成受精作用的标志是。（4）对移植前的胚胎进行性别鉴定时，宜取囊胚期的细胞进行鉴定，一般采用 SRY-PCR 方法，选择出现阴性反应的(性别)胚胎进行移植。（5）为了使胚胎移植能成功，需要对代孕奶山羊 C 进行处理，使之与供体的生理状况保持相同。速效提升训练 解析：（1）要实现超数排卵，应对供体母羊发情的某个时期用促性腺激素
24、处理，这样可以避免性激素引起的反馈抑制；精子获能应放在肝素或钙离子载体 A23187 溶液中。（2）对于已知碱基序列的目的基因，可采用人工合成(或化学合成)的方法来获取。要使人的白蛋白基因在奶山羊乳腺细胞中特异性表达，则基因表达载体中必须有乳腺蛋白基因的启动子和终止子，并且目的基因必须插入该启动子和终止子之间。（3）基因工程的受体细胞是动物细胞，采用显微注射方法将重组质粒导入；在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体标志着受精作用的完成，雌雄原核融合形成受精卵，标志着受精过程结束。（4）选用滋养层细胞，采用 SRY-PCR 方法鉴定性别，出现阳性反应者，胚胎为雄性，出现隐性反应者，胚胎为雌性。选
25、用雌性移植是因为雌性山羊乳腺可以产乳，制备药用白蛋白，雄性不能。(5)保证受体与供体的生理状况保持相同应该进行同期发情处理。速效提升训练 答案：(1)促性腺激素肝素或钙离子载体 A23187 溶液(填对一空给分)(2)人工合成(或化学合成)乳腺蛋白基因的启动子终止子(3)显微注射在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体(4)滋养层细胞雌性(5)同期发情速效提升训练 5.英国剑桥大学的罗伯特爱德华兹教授荣获诺贝尔生理医学奖的理由是“他使试管受精技术用于治疗不孕症成为可能,为占总人口比例超过 10%的不孕夫妇带来了福音”。胚胎工程等生物工程技术正在改变着人类的生活。请回答下面相关问题:(1)试管婴儿
26、的奥秘,通俗地说就是改变精子和卵子的相遇方式及场所,通过诱发与在体外培养皿中完成受精作用。(2)用来培养受精卵的营养液除水和无机盐以外,还需添加等物质。(3)体外受精及培养过程需在条件下及无菌环境中进行。母体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生,这为胚胎在母体内存活提供了可能。(4)为了确保受孕成功常根据母体年龄及健康状态移植。现在大多数人反对设计婴儿性别,原因是。速效提升训练 解析:精子只有获能后才具有受精能力;动物细胞培养液中需要有特殊成分动物血清;整个体外培养过程需要在与母体内温度相同的无菌环境中进行。为保证胚胎在母体内的成活率,通常移植 23 个胚胎。答案:(1)成熟的卵子获能的精子(2)
27、维生素、激素、氨基酸、葡萄糖、血清(3)37免疫排斥反应(4)23 个胚胎可能破坏人类正常性别比例6.胚胎工程技术包含的内容很丰富，如图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况，其中供体 1 是良种荷斯坦高产奶牛，供体 2 是黄牛，请据图回答下列问题：(1)应用 1 中获得的小牛，其遗传物质来源于，细胞 B 的名称是。(2)应用 2 中牛完成体内受精的场所是，刚种植在子宫内的胚胎其发育程度一般为，胚胎种植后可以通过从母体获得正常发育所需要的物质。这种试管牛的产生，采用的胚胎工程技术有(至少答出 2 种)等。(3)应用 3 中细胞 C 取自牛胎儿的或细胞。(4)应用 4 中通过技术获得二分胚和，得到两
28、只小牛，可以通过 PCR 技术进行小牛早期胚胎性别鉴定，也可以在细胞水平上通过对的分析进行性别鉴定。解析：(1)由图分析可知应用1 中获得的小牛为克隆牛，其细胞核遗传物质来源于供体 1，细胞质遗传物质来源于供体 2，因此其遗传物质来源于供体 1 和供体 2；在细胞核移植过程中，选择卵细胞作为受体细胞的原因：卵(母)细胞大，容易操作；卵(母)细胞质多，营养丰富；含有促使细胞全能性表达的物质。(2)牛完成体内受精的场所是输卵管；一般发育到桑椹胚或囊胚时期时进行胚胎移植；胚胎种植后可以通过胎盘从母体获得正常发育所需要的物质。这种试管牛的产生，采用的胚胎工程技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等。(3)细胞C 为胚胎干细胞，该细胞取自牛胎儿的原始性腺或早期胚胎细胞。(4)应用4 中通过胚胎分割技术获得二分胚和，得到两只小牛，可以通过 PCR 技术进行小牛早期胚胎性别鉴定；也可以在细胞水平上通过对染色体的分析进行性别鉴定。答案：(1)供体 1 和供体 2卵细胞(2)输卵管桑椹胚或囊胚胎盘体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植(3)原始性腺早期胚胎(4)胚胎分割染色体