2020版高考生物一輪復習 生物技術(shù)與工程 第5講 胚胎工程 生物技術(shù)的安全性和倫理問題教學案 新人教版

第5講胚胎工程生物技術(shù)的安全性和倫理問題考綱展示1.動物胚胎發(fā)育的基本過程與胚胎工程的理論基礎(chǔ)()2.胚胎干細胞的移植()3.轉(zhuǎn)基因生物的安全性()4.胚胎工程的應(yīng)用()5.生物武器對人類的威脅()6.生物技術(shù)中的倫理問題()考點一| 體內(nèi)受精和早期胚胎的發(fā)育1精子與卵子的發(fā)生(1)五個不同點的比較項目精子的發(fā)生卵子的發(fā)生場所睪丸曲細精管卵巢時間從初情期開始胚胎出現(xiàn)性別分化后和初情期以后變形需變形不需變形分裂均等分裂不均等分裂(第一極體分裂除外)結(jié)果形成4個精子形成1個卵子和3個極體(2)二者的聯(lián)系原始生殖細胞的增殖方式為有絲分裂。原始生殖細胞產(chǎn)生成熟生殖細胞為減數(shù)分裂；減數(shù)分裂過程中染色體行為、數(shù)目變化相同，都復制一次，分裂兩次，子細胞中染色體數(shù)目減半。2體內(nèi)受精(1)場所：雌性動物的輸卵管內(nèi)。(2)過程受精前的準備階段。a精子獲能：正常情況下在雌性動物的生殖道內(nèi)完成。b卵子的準備：發(fā)育到減數(shù)第二次分裂中期，才具備與精子受精的能力。受精過程3早期胚胎發(fā)育1精子的形成過程完全是在精巢中完成的，卵子的形成是否也完全在卵巢中進行？提示：不是。卵子的形成過程中，減數(shù)第一次分裂和減數(shù)第二次分裂是不連續(xù)的，其實減數(shù)第二次分裂是在受精過程中進行的，場所是輸卵管。2如圖表示哺乳動物胚胎發(fā)育過程的幾個階段，請據(jù)圖回答問題：(1)用字母、箭頭及名稱表示出胚胎發(fā)育的先后順序？提示：A桑椹胚B囊胚C原腸胚。(2)細胞分化、胚層分化分別出現(xiàn)在哪個時期？2部位細胞將來的發(fā)育情況？提示：囊胚期、原腸胚期。2部位細胞為內(nèi)細胞團細胞，將來發(fā)育成胎兒的各種組織。(3)早期胚胎發(fā)育過程中，卵裂時細胞的體積和所有的細胞體積之和有何變化？提示：卵裂過程中，細胞只分裂不生長，所以每個細胞的體積越來越小，總的體積基本不變或略有縮小。考法體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育過程分析胚胎工程技術(shù)，是在體外的條件下，模擬自然狀態(tài)下的受精和胚胎發(fā)育過程，因此了解和掌握哺乳動物受精和胚胎發(fā)育規(guī)律，十分重要。(1)和受精有關(guān)的過程有：第一次卵裂開始；釋放第二極體，雌、雄原核的形成；頂體反應(yīng)；穿越透明帶；核膜消失，雌、雄原核融合；透明帶反應(yīng)；穿越卵細胞膜。其正確的順序為_(填序號)。(2)如圖表示哺乳動物受精卵的發(fā)育過程。胚胎發(fā)育的早期有一段時間是在透明帶內(nèi)進行的，這一時期稱為_時期。早期胚胎發(fā)育要經(jīng)過若干發(fā)育階段，在_階段，內(nèi)細胞團的細胞開始出現(xiàn)分化，其實質(zhì)是_，為了研究內(nèi)細胞團的細胞遷移和分化情況，將內(nèi)細胞團的DNA進行放射性同位素標記，當胚胎發(fā)育至原腸胚階段，可發(fā)現(xiàn)放射性出現(xiàn)在_(部位4、部位5、部位6、部位7)解析：(1)受精過程的正確順序為。(2)胚胎發(fā)育的早期有一段時間是在透明帶中進行的，這一時期稱為卵裂期。囊胚孵化后，再進一步發(fā)育，內(nèi)細胞團的細胞開始出現(xiàn)分化，繼而形成外胚層和內(nèi)胚層。分化的實質(zhì)為基因的選擇性表達。部位4和部位7分別為外胚層和內(nèi)胚層，均由內(nèi)細胞團細胞分化形成的，因此將內(nèi)細胞團的DNA進行放射性同位素標記，當胚胎發(fā)育至原腸胚階段，可發(fā)現(xiàn)放射性出現(xiàn)在部位4和部位7。答案：(1)(2)卵裂原腸胚基因的選擇性表達部位4和部位7考點二| 體外受精和早期胚胎培養(yǎng)及胚胎工程的應(yīng)用1體外受精2胚胎的早期培養(yǎng)(1)培養(yǎng)目的：檢驗受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。(2)培養(yǎng)液成分(3)胚胎處理：當胚胎發(fā)育到適宜階段時，將其取出向受體移植，或冷凍保存。3胚胎工程的應(yīng)用(1)胚胎移植地位：胚胎工程其他技術(shù)的最后一道“工序”。生理學基礎(chǔ)移入哺乳動物發(fā)情排卵后，在一段時間內(nèi)，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的收集早期胚胎處于游離狀態(tài)存活受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)遺傳性供體胚胎的遺傳特性，在孕育過程中不受影響基本程序方法：手術(shù)法和非手術(shù)法檢查受體母牛是否妊娠實質(zhì)：早期胚胎在生理環(huán)境相同的條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。意義：充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。(2)胚胎分割概念采用機械方法將早期胚胎分割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。材料：發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。實質(zhì)：動物的無性生殖。分割要求：對囊胚階段的胚胎進行分割時，要注意將內(nèi)細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。(3)胚胎干細胞(ES或EK細胞)來源：早期胚胎或原始性腺。特點應(yīng)用：治療人類某些頑癥；培育人造組織器官，用于器官移植；研究體外細胞分化等。1排卵和沖卵有何區(qū)別？提示：排卵是卵子從卵泡中排出，沖卵是把供體母牛子宮內(nèi)的早期胚胎沖洗出來。2如圖為牛胚胎移植過程示意圖，請回答下列問題：(1)階段常用促性腺激素對供體母牛進行處理，其目的是什么？提示：獲得更多的卵子。(2)沖卵的生理基礎(chǔ)是什么？提示：早期胚胎形成后，處于游離狀態(tài)，未與母體子宮建立組織上的聯(lián)系。(3)胚胎移植過程中的為兩次檢查，其目的是什么？提示：收集胚胎進行質(zhì)量檢查；移植后是否妊娠檢查。1早期胚胎培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)的比較項目早期胚胎培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理細胞的分裂分化細胞分裂目的獲得早期胚胎獲得大量細胞培養(yǎng)基成分鹽類有機鹽、無機鹽無機鹽、微量元素營養(yǎng)物質(zhì)氨基酸、核苷酸糖、氨基酸調(diào)節(jié)物質(zhì)維生素、激素促生長因子特有成分血清血清、血漿2胚胎移植中的四個注意點(1)胚胎移植過程中兩次激素使用第一次常用孕激素對受、供體進行同期發(fā)情處理；第二次用促性腺激素處理供體使其超數(shù)排卵。(2)胚胎移植過程中有兩次檢查第一次對收集的胚胎進行檢查；第二次對受體母畜是否妊娠進行檢查。(3)不同動物胚胎移植的時間不同牛、羊要培養(yǎng)到桑椹胚或囊胚階段。小鼠、家兔在桑椹胚前。幾乎所有動物都不能到原腸胚階段移植，因為此時分化程度高，移植成功率很低。(4)胚胎移植是有性生殖還是無性生殖的判斷取決于胚胎的來源。胚胎若是由受精卵形成的，則為有性生殖；若是由核移植技術(shù)或胚胎分割形成的，則為無性生殖?？挤?體外受精及早期胚胎培養(yǎng)1我國全面放開二孩政策已正式實施。一些高齡產(chǎn)婦希望通過試管嬰兒技術(shù)圓二胎夢。請回答以下相關(guān)問題：(1)由于女性的自然周期產(chǎn)生的卵子太少，在取卵前通常需要注射促性激素，而不通過服用雌激素來直接促進更多的卵泡發(fā)育，原因是_。(2)在體外受精前，醫(yī)生借助超聲波探測儀等工具用吸卵針從某女士卵巢中吸取卵母細胞：隨后將取回的卵母細胞置于與_中相似的環(huán)境，讓它進一步發(fā)育成熟。受精過程中，精子頂體內(nèi)的頂體酶能協(xié)助精子穿過卵子的_，最終完成受精作用。(3)胚胎的早期培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)一樣，都需要_ _及營養(yǎng)條件等。(4)若做試管嬰兒的夫婦中，妻子患有線粒體病(線粒體DNA缺陷)，丈夫正常，則子女患病情況為_。若要獲得健康的孩子，可通過特殊的設(shè)計試管嬰兒技術(shù)即“三親嬰兒”(醫(yī)生要去除女性捐贈者卵子中的細胞核，接著用母親卵細胞中對應(yīng)的遺傳基因取而代之，最后再按照標準的試管嬰兒技術(shù)進行培育)?！叭H嬰兒”的獲得過程，除運用胚胎工程的技術(shù)手段外，還有特別運用_。解析：(1)在下丘腦、垂體、卵巢分級調(diào)節(jié)中，當雌激素含量增多，會通過負反饋調(diào)節(jié)，抑制卵巢的發(fā)育。因此需要注射促性腺激素，來促進卵巢的發(fā)育。(2)生物體內(nèi)卵母細胞發(fā)育成熟的場所為輸卵管，因此體外獲得的卵母細胞也應(yīng)置于與輸卵管相似的環(huán)境中，讓它進一步發(fā)育成熟。頂體酶能夠溶解卵丘細胞之間的物質(zhì)，形成精子穿越放射冠的通路；隨后頂體酶能將透明帶溶出一條孔道，精子借自身運動穿越透明帶。(3)胚胎的早期培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)一樣，需要滿足無菌無毒的環(huán)境、適宜的溫度和pH(7.27.4)、相應(yīng)的氣體環(huán)境(O2與CO2)。(4)受精作用時，受精卵中的線粒體來自于母本，而母本患有線粒體疾病，因此子女全患病。去除女性捐贈者卵子中的細胞核，接著用母親卵細胞中對應(yīng)的遺傳基因取而代之，屬于動物細胞核移植過程。答案：(1)過量的雌激素會通過負反饋調(diào)節(jié)影響卵巢的發(fā)育(2)輸卵管放射冠和透明帶(3)無菌無毒的環(huán)境、適宜的溫度和pH、相應(yīng)的氣體環(huán)境(4)全患病動物細胞核移植2(2017·江蘇高考)下列關(guān)于小鼠體外受精及胚胎發(fā)育的敘述，錯誤的是()A精子在獲能液中于37 、5% CO2條件下培養(yǎng)的目的是使精子獲能B小鼠在特定光控周期條件下飼養(yǎng)，注射相關(guān)激素有促進超數(shù)排卵的作用C分割的胚胎細胞有相同的遺傳物質(zhì)，因此發(fā)育成的個體沒有形態(tài)學差異D注射到囊胚腔中的胚胎干細胞可以參與個體器官的發(fā)育C分割的胚胎細胞雖有相同的遺傳物質(zhì)，但由于發(fā)育條件的不同，個體間也會存在形態(tài)學差異，C項錯誤?？挤?胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用3(2015·江蘇高考)下列關(guān)于動物細胞工程和胚胎工程的敘述，正確的是()A乳腺細胞比乳腺癌細胞更容易進行離體培養(yǎng)B細胞核移植主要在同種動物、同種組織的細胞之間進行C采用胚胎分割技術(shù)產(chǎn)生同卵多胚的數(shù)量是有限的D培養(yǎng)早期胚胎的培養(yǎng)液中含維生素、激素等多種能源物質(zhì)答案：C4(2019·廣東“六校聯(lián)盟”聯(lián)考)為了解決臨床上供體器官不足等問題，科學家在人體皮膚細胞中移植了胚胎干細胞中能高度表達并決定其“發(fā)育全能性”的多個基因，使其成為“萬能細胞”?，F(xiàn)將上述細胞植入小鼠身體內(nèi)，植入的細胞便長成了“腫瘤”。請回答下列問題。 (1)胚胎干細胞又稱ES細胞，如果胚胎發(fā)育到了囊胚期，這時的_細胞就是ES細胞，為維持此類細胞不分化的狀態(tài)，培養(yǎng)時應(yīng)_ _。(2)體外培養(yǎng)“萬能細胞”需要配制營養(yǎng)液，通常要在合成培養(yǎng)基中添加_等一些天然成分。培養(yǎng)過程中所需氣體主要有_。當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就停止分裂增殖。通常將多孔的中空薄壁小玻璃珠放入培養(yǎng)瓶中，目的是_ _，也有利于空氣交換。(3)小鼠的“腫瘤”中出現(xiàn)了多種人類的組織和器官，類似于“器官移植”。為“保住腫瘤”，需要去除小鼠的_(器官)，原因是_ _。解析：(1)囊胚包括內(nèi)細胞團、滋養(yǎng)層和囊胚腔，其中內(nèi)細胞團細胞具有全能性，就是ES細胞；在培養(yǎng)液中添加抑制分化因子，可使此類細胞維持不分化的狀態(tài)。(2)動物細胞培養(yǎng)液中需要加入動物血清或血漿等生長因子，培養(yǎng)過程中通入O2，有利于細胞呼吸，另外還需通入CO2維持培養(yǎng)液的pH。將多孔的中空薄壁小玻璃珠放入培養(yǎng)瓶中，目的是擴大細胞(貼壁)生長的附著面積，防止細胞過早出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象，增加培養(yǎng)的細胞數(shù)量，也有利于空氣交換。(3)小鼠身體中的“腫瘤”對于小鼠來說是異物，會使小鼠產(chǎn)生特異性免疫，因此為“保住腫瘤”，需要去除小鼠的胸腺，使小鼠不能形成T細胞，不發(fā)生細胞免疫，不會對移植的“腫瘤”發(fā)生免疫排斥。答案：(1)內(nèi)細胞團在飼養(yǎng)層細胞上培養(yǎng)，或在培養(yǎng)液中添加抑制分化因子(2)動物血清(血漿)O2和CO2擴大細胞(貼壁)生長的附著面積，防止細胞過早出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象，增加培養(yǎng)的細胞數(shù)量(3)胸腺小鼠不能形成T細胞，(不發(fā)生細胞免疫，)不會對移植的“腫瘤”發(fā)生免疫排斥考點三| 生物技術(shù)的安全性和倫理問題1轉(zhuǎn)基因生物的安全性(1)轉(zhuǎn)基因生物存在安全性的原因目前對基因的結(jié)構(gòu)、調(diào)控機制及基因間的相互作用了解有限。目的基因往往是異種生物的基因。外源基因往往是隨機插入宿主細胞基因組的。(2)對安全性問題的爭論食物安全：可能會出現(xiàn)滯后效應(yīng)、新的過敏原及營養(yǎng)成分的改變等。生物安全：可能降低生物多樣性。環(huán)境安全：可能破壞生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和人類生活的環(huán)境。(3)理性看待生物技術(shù)正視轉(zhuǎn)基因技術(shù)可能帶來的安全性問題，要趨利避害，不能因噎廢食。制定政策和法規(guī)，最大程度地保證轉(zhuǎn)基因技術(shù)和產(chǎn)品的安全性。2生物技術(shù)的倫理問題(1)克隆人治療性克隆與生殖性克隆類型項目治療性克隆生殖性克隆區(qū)別目的治療人類疾病用于生育，產(chǎn)生新個體水平細胞水平個體水平聯(lián)系都屬于無性繁殖；產(chǎn)生的新個體、新組織遺傳信息相同中國政府態(tài)度：禁止生殖性克隆，不反對治療性克隆。(2)設(shè)計試管嬰兒：設(shè)計試管嬰兒需要對胚胎進行基因檢測。3禁止生物武器(1)生物武器的種類(連線)種類實例致病菌、病毒a重組流感病毒、新型鼠痘病毒生化毒劑 b鼠疫菌、炭疽桿菌基因重組的致病病毒 c肉毒桿菌毒素提示：bca(2)我國政府觀點在任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴散。1目前基因檢測存在的問題有哪些？(答出兩點即可)提示：(1)對個人所有基因進行檢測是不現(xiàn)實的，因為還有很多基因尚未確定。即便是進行少數(shù)基因的檢測，也并不是每個人都必需的，往往是在有遺傳病家族史的個人或某類疾病的高危人群間進行。(2)有致病基因未必就一定會患病。很多病是由遺傳因素和環(huán)境共同決定的，有些致病基因檢測相當困難，往往要檢測其所表達的蛋白質(zhì)。(3)個人基因資訊的泄露容易造成基因歧視。2試管嬰兒和設(shè)計試管嬰兒有哪些共同點？(答出三點即可)提示：都是體外受精，并進行體外早期胚胎培養(yǎng)，都要經(jīng)過胚胎移植，都是有性生殖。試管嬰兒和設(shè)計試管嬰兒的不同點(1)過程區(qū)別：設(shè)計試管嬰兒比試管嬰兒多出的是胚胎移植前的遺傳學診斷過程。(2)技術(shù)手段不同：設(shè)計試管嬰兒胚胎移植前需要進行遺傳學診斷，而試管嬰兒無需進行遺傳學診斷。(3)應(yīng)用不同：試管嬰兒主要解決不孕夫婦的生育問題，而設(shè)計試管嬰兒主要用于白血病、貧血癥的治療。考法1考查轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性1對番茄的研究中發(fā)現(xiàn)，害蟲損傷番茄葉片后，葉上的細胞壁能釋放出一種類激素因子，這種物質(zhì)通過組織擴散到莖和其他葉片上，啟動了蛋白酶抑制劑的基因，開始高效合成蛋白酶抑制劑，并在莖葉中迅速積累，以對付害蟲的再次侵襲。蛋白酶抑制劑對害蟲的消化酶有抑制作用，因此害蟲取食后，就會因無法消化食物而被殺死。人們嘗試著將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)胗衩?，讓玉米獲得與番茄相似的抗蟲性狀，以對付異常猖獗的玉米螟(一種玉米害蟲)。試分析完成下列問題：(1)番茄的蛋白酶抑制劑很可能是在莖葉細胞的_處合成的。(2)將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)胗衩變?nèi)，使玉米形成新的性狀，這種變異屬于_。(3)能抗玉米螟的抗蟲玉米的生態(tài)效益顯著，有人認為抗蟲玉米就是無蟲玉米，不必防治害蟲。你是否贊成這種說法？說明理由。_。(4)有人對食用這種轉(zhuǎn)基因玉米的安全性感到擔憂。你認為這種擔憂有道理嗎？試以學過的知識進行簡要分析說明。_。解析：(1)蛋白質(zhì)合成的場所是核糖體。(2)可遺傳變異有基因突變、基因重組和染色體變異，轉(zhuǎn)基因生物(基因工程)產(chǎn)生的變異屬于基因重組。(3)培育出的轉(zhuǎn)基因生物不是萬能的，具有專一性，只能對導入基因表達的性狀起作用。即轉(zhuǎn)基因玉米能抵抗玉米螟，并不能抵抗所有害蟲。(4)面對轉(zhuǎn)基因技術(shù)的利弊，正確的做法應(yīng)該是趨利避害，不能因噎廢食。答案：(1)核糖體(2)基因重組(3)不贊成。轉(zhuǎn)基因玉米能抵抗玉米螟，并不能抵抗所有的害蟲(4)(答案不唯一)如：有道理。這種轉(zhuǎn)基因玉米的果實中可能含有蛋白酶抑制劑，食用后可能抑制人體消化酶的活性，使人無法對食物進行消化而出現(xiàn)病患沒必要擔憂。因為人與害蟲消化酶的結(jié)構(gòu)存在差異，玉米的蛋白酶抑制劑對害蟲的消化酶有抑制作用，但對人可能無影響沒必要擔憂。人類食用的通常是煮熟后的玉米食品，玉米蛋白酶抑制劑在高溫下已經(jīng)被破壞，因此不會對人的消化造成不良影響考法2生物技術(shù)的倫理問題2重癥聯(lián)合免疫缺陷(SCID)是一種罕見的遺傳病，該病是由于腺苷脫氨酶ADA缺陷所致，ADA活性下降將使細胞損傷或死亡，致細胞體液免疫缺陷，ADA活性缺陷性疾病為X染色體隱性遺傳病，雖然ADA編碼基因也發(fā)現(xiàn)有缺失突變，但大部分為堿基置換突變。(1)某研究小組利用一種經(jīng)過修飾的腺病毒作為_，將治療SCID的正?；?qū)肱咛ジ杉毎麅?nèi)，胚胎干細胞再經(jīng)_形成骨髓細胞，然后移植給人體。這種對SCID患者進行治療的方法稱為_。(2)有一對正常的夫婦生了一個患SCID的兒子，他們希望通過設(shè)計試管嬰兒再生一個健康的孩子。設(shè)計試管嬰兒的基本程序：首先為女性注射_，實現(xiàn)超數(shù)排卵，然后從卵巢中吸取卵母細胞，培養(yǎng)到M中期；再將成熟的卵子與獲能的精子經(jīng)_形成受精卵，然后將受精卵移入_中繼續(xù)培養(yǎng)獲得早期胚胎；從早期胚胎中取出一個細胞進行_，選擇無致病基因的胚胎進行移植。(3)這對夫婦用該試管嬰兒的臍帶血救治患病孩子。大多數(shù)人認為，用設(shè)計試管嬰兒的辦法救治自己的孩子是符合倫理道德的，理由是_。解析：(1)在對SCID患者進行治療時，首先從病人體內(nèi)獲得治療SCID的正?；?，進行培養(yǎng)，在體外借助一種經(jīng)過修飾的腺病毒作為載體進行基因轉(zhuǎn)移，將轉(zhuǎn)入治療SCID的正?；虻呐咛ジ杉毎ㄏ蛘T導分化，繼而形成骨髓細胞，然后移植給人體，這種治療方法稱為體外基因治療。(2)設(shè)計試管嬰兒所需受精卵是通過體外受精形成的。受精卵形成后需移入發(fā)育培養(yǎng)液進行培養(yǎng)獲得早期胚胎。在進行胚胎移植前要對形成的早期胚胎進行遺傳學診斷。女性超數(shù)排卵時注射的激素為促性腺激素。(3)用設(shè)計試管嬰兒的辦法救治自己的孩子是符合倫理道德的，理由在于：父母是出于強烈的愛子之心，千方百計地想救治自己孩子；同時也是救治患者最好、最快捷的辦法之一。答案：(1)載體細胞分化(定向誘導分化)體外基因治療(2)促性腺激素體外受精發(fā)育培養(yǎng)液遺傳學診斷(基因檢測、性別鑒定)(3)父母是出于強烈的愛子之心，是為了救治孩子(這是救治患者最好、最快捷的辦法之一；提供造血干細胞等不會對嬰兒造成傷害)- 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