2020版高考一轮复习生物新课改省份专用讲义：第十二单元 第四讲 胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

第四讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

考点一　体内受精与早期胚胎发育

一、精子和卵子的发生

1．精子的发生

(1)场所：哺乳动物精子发生的场所是睾丸。

(2)时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退。

(3)过程[填图]

2．卵子的发生

(1)场所：雌性动物的卵巢内。

(2)时期：在动物胚胎性别分化以后。

(3)过程

二、受精

1．概念：精子和卵子结合形成合子(受精卵)的过程。

2．场所：雌性动物的输卵管内。

3．过程

三、早期胚胎发育

[基础自测]

1．判断下列叙述的正误

(1)精子和卵子的发生都是从初情期开始的(×)

(2)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(×)

(3)排卵是指卵泡从卵巢中排出(×)

(4)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(√)

(5)判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体(√)

(6)透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精子入卵的两道屏障(√)

(7)卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大(×)

(8)卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加(×)

(9)在胚胎发育过程中，细胞的分化出现在桑椹胚期(×)

(10)内细胞团将来发育成胎膜和胎盘(×)

2．学透教材、理清原理、规范答题用语专练

据下面哺乳动物发育过程的几个阶段的图示回答问题

(1)A、B、C分别处于什么阶段？

提示：桑椹胚、囊胚、原肠胚。

(2)图中的4和7两个空腔是同一个结构吗？

提示：不是，分别是囊胚腔和原肠腔。

(3)细胞分化开始出现于哪个时期？1部分的细胞将来形成什么结构？

提示：细胞分化开始出现于B(囊胚)时期，1部分的细胞将来形成胎膜和胎盘。

(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，但总体积并不增加或略有缩小。

1．精子和卵子发生的比较

2．受精过程中的“三大反应”、“两道屏障”

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)细胞数目和体积：胚胎总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，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。

[对点落实]

1．(2019·菏泽期中)如图为家畜卵子发生和成熟示意图(N表示染色体组)。下列叙述错误的是(　　)

A．Ⅰ→Ⅱ过程中细胞核内DNA数目加倍

B．Ⅱ的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的

C．减数第一次分裂在排卵前后完成，排出的Ⅲ为成熟的卵子

D．Ⅳ为受精卵，在卵细胞膜和透明带的间隙可观察到两个极体

解析：选C　Ⅰ→Ⅱ过程为染色体复制，复制完成后，细胞核内DNA数目加倍；Ⅱ的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的；减数第一次分裂在排卵前后完成，排出的Ⅲ为一个次级卵母细胞和一个第一极体，次级卵母细胞的减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的。次级卵母细胞分裂产生一个成熟卵子和一个第二极体，故排出的Ⅲ不是成熟卵子；Ⅳ细胞核的染色体数目为2N，为受精卵，此时在卵细胞膜和透明带的间隙可观察到两个极体。

2．胚胎工程技术是在体外的条件下，模拟自然状态下的受精和胚胎发育过程，因此了解和掌握哺乳动物受精和胚胎发育规律，十分重要。

(1)精子与卵细胞结合，首先发生________反应，释放的物质的作用是______________________________________。

(2)防止多精入卵的两道屏障是____________________反应。

(3)胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为________期。

(4)早期胚胎发育要经过若干发育阶段。在________阶段，内细胞团的细胞开始出现分化，其实质是________________。为了研究内细胞团细胞的迁移和分化情况，将内细胞团的表层细胞的DNA进行放射性同位素标记，当胚胎发育至原肠胚阶段，可发现放射性出现在______(部位A、部位B、部位C、部位D)。

解析：(1)精子与卵细胞结合，首先发生顶体反应，释放顶体酶，水解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通道，并溶解透明带(或溶解放射冠和透明带)。(2)防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(3)卵裂期在透明带内进行。(4)囊胚阶段细胞分化形成内细胞团和滋养层；在原肠胚阶段，内细胞团的细胞开始出现分化，而细胞分化的实质是基因的选择性表达。内细胞团的表层细胞将形成外胚层，即图中部位A。

答案：(1)顶体　水解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通道，并溶解透明带(或溶解放射冠和透明带)　(2)透明带反应和卵细胞膜　(3)卵裂　(4)原肠胚　基因的选择性表达　部位A

　　[易错提醒]

关于体内受精应注意的几个问题

(1)精子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。

(2)动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。

(3)受精的标志≠受精完成的标志：判断受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。

(4)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。

考点二　胚胎工程及其应用

一、体外受精和早期胚胎培养

1．体外受精

2．胚胎的早期培养

(1)培养液的成分

(2)胚胎处理：当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。

二、胚胎工程的应用及前景

1．胚胎移植

(1)意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

(2)生理学基础

(3)基本程序

―→―→―→―→

2．胚胎分割

(1)选择胚胎：应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

(2)操作要求：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割。

3．胚胎干细胞

(1)来源：从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。

(2)特点

(3)应用

[基础自测]

1．判断下列叙述的正误

(1)可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植(×)

(2)小鼠胚胎干细胞可来自对囊胚内细胞团的分离培养(√)

(3)为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂(×)

(4)早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清(√)

(5)胚胎移植技术中对供体和受体母牛都要进行相同激素处理(×)

(6)胚胎分割移植应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚(×)

(7)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(×)

(8)胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低(√)

(9)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎(√)

(10)囊胚的滋养层细胞具有发育全能性(×)

(11)胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点(×)

(12)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．请据体外受精过程的流程图回答下列问题

(1)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等几个步骤。

(2)精子获能的方法有培养法和化学诱导法。

(3)体外采集小鼠的卵子时常用超数排卵处理法。

3．完善胚胎移植的过程示意图并填空

(1)对供体牛要进行超数排卵处理；对供、受体牛要进行同期发情处理。

(2)排卵是指卵子从卵泡中排出，冲卵是指把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。

(3)动物的早期胚胎一般发育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植。

(4)若要获得多个遗传物质完全相同的新个体，可对检查合格的胚胎用胚胎分割技术处理，该过程属于无性繁殖或克隆。

1．胚胎早期培养与动物细胞培养液成分的比较

2．胚胎移植中的四个注意点

3．干细胞的种类

[对点落实]

1．(2019·泰安模拟)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)图中重组囊胚通过__________技术移入白鼠子宫内继续发育，此项技术在生产实践中的主要意义是________________________。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。这类细胞的形态特征有____________________________。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：(1)从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培养称为原代培养，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂，这种现象称为接触抑制。(2)图中2­细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得，该过程称为冲卵；也可从灰鼠体内取出卵子，培养到一定时期再通过体外受精(或核移植)后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续发育；胚胎移植的意义是充分发挥雌性优良个体的繁殖能力；暂不移入的胚胎可使用冷冻(或低温)方法保存。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的内细胞团细胞分离培养获得。胚胎干细胞在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显等特征。iPS与ES细胞在功能上都具有发育全能性，因此对人类iPS细胞进行定向诱导分化后用于疾病的细胞治疗，这种技术称为治疗性克隆。

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　充分发挥雌性优良个体的繁殖能力　冷冻(或低温)　(4)内细胞团　体积小，细胞核大，核仁明显　诱导分化

2．如图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a的操作名称是____________，c的操作名称是____________，操作时要注意将____________________。

(2)图中d、f为胚胎移植，其实质是__________________________________________，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是________________________________________。为了保证供、受体的生理状态相同，用激素进行________________。

(3)胚胎干细胞来源于图中的________(填图中数字标号)。胚胎干细胞在________细胞上，或在添加抑制因子的培养液中，能够维持____________的状态。

(4)图中A、B牛的性别________(填“相同”“不相同”或“不一定相同”)。

解析：(1)分析图解可知，图中a操作表示体外受精，c操作表示胚胎分割，胚胎分割时要注意将内细胞团均等分割。(2)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应。为了保证供、受体的生理状态相同，用激素进行同期发情处理。(3)胚胎干细胞来源于图中的③，即内细胞团。胚胎干细胞在饲养层细胞上，或在添加抑制因子的培养液中，能够维持(只增殖)不分化的状态。(4)A、B牛是通过胚胎分割产生的同卵双生个体，遗传物质相同，因此两者的性别相同。

答案：(1)体外受精　胚胎分割　内细胞团均等分割

(2)早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移　受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应　同期发情处理　(3)③　饲养层　(只增殖)不分化　(4)相同

　[易错提醒]

滋养层≠饲养层

(1)滋养层：囊胚时期沿透明带内壁排列的个体较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎盘。

(2)饲养层：饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为提供干细胞分裂、增殖的营养细胞。

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)转基因生物存在安全性问题的原因

①目前对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制等都了解得相当有限。

②目的基因往往是异种生物的基因。

③外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。

(2)对转基因生物安全性问题的争论：在食物安全、生物安全和环境安全三个方面存在激烈的争论。

(3)理性看待转基因技术：正确看待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．生物技术的伦理问题

3．禁止生物武器

(1)生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌等。

(2)生物武器的特点：致病力强、有潜伏期、污染面积大、危害时间长、传染途径多、拥有生命力、受自然条件影响大。

(3)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。

[基础自测]

1．判断下列叙述的正误

(1)转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中(×)

(2)种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性(√)

(3)转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加(×)

(4)如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题(×)

(5)转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中(√)

(6)中国政府禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆(√)

2．学透教材、理清原因、规范答题用语专练

Ⅰ.试管婴儿的培育过程：

Ⅱ.克隆人的培育过程：

 (1)试管婴儿技术与克隆技术在技术环节上的主要差异是

________________________________________________________________________。

(2)试管婴儿技术属于________生殖，克隆技术属于________生殖。

(3)在Ⅰ的图示中，________是试管婴儿的培育过程，____________是设计试管婴儿培育的过程。后者与前者的主要区别是_______________________________________。

答案：(1)前者需经过体外受精，后者需用到细胞核移植技术　(2)有性　无性　(3)①②③　①②④⑤　设计试管婴儿胚胎移植前的遗传学诊断过程

2．试管婴儿与设计试管婴儿的比较

3．克隆动物、试管动物与转基因动物的区别

 [对点落实]

1．生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述错误的是(　　)

A．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质

B．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆

C．反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿

D．生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力

解析：选D　在应用基因工程技术培育转基因植物时，应避免选择可能产生对人类有害的物质的目的基因；在对克隆技术引发的伦理问题的争论中，普遍的观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆；在对胚胎工程技术引发的伦理问题的争论中，反对设计试管婴儿的原因之一是有人可能滥用此技术选择性设计婴儿；生物武器种类包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等，不包括干扰素。

2.试管婴儿是通俗名词，在专业文献中称为体外受精及胚胎移植。试管婴儿是指精子和卵子的结合是在试管内进行的，并使受精卵在符合条件的环境内生长、分裂和发育4～6天，形成胚胎(如图所示)，然后将胚胎移植到子宫腔内，使之能在子宫腔内发育，最后出生的一种生育方法，这是科学技术要求非常高的一种方法。它的成功和发展，不仅给不孕不育夫妇带来了希望，而且对研究人类的生殖生理和胚胎发生学以及优生学等方面的课题，有不可估量的积极作用。

(1)试管婴儿技术在生物学上所依据的原理是__________，该图示时期是胚胎发育的________期。

(2)人的受精卵通过卵裂，逐渐形成大量形态、功能不同的细胞、组织，并进而形成器官和系统，从细胞水平看，卵裂的分裂方式是____________。

(3)“试管婴儿”是指精子和卵子在试管内进行结合的体外受精技术，受精前精子需要事先经过________处理，卵子要培养到________________________(时期)。除此之外还用到__________________________________(填两种)技术。

(4)“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿”技术，二者在对人类作用上的区别是_________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是________________________________

________________________________________________________________________。

解析：受精前，精子需要进行获能处理，卵子需要培养到减数第二次分裂中期才能受精。受精之后，受精卵进行有丝分裂，使细胞数目增多。观察题图可知，该图中有囊胚腔，是典型的囊胚期图。试管婴儿技术主要用于解决不孕不育问题，而设计试管婴儿主要用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植的疾病等。大多数人认为那些配型不合适的胚胎被丢弃或杀死，及滥用设计试管婴儿技术，如设计婴儿性别等导致性别比例失调，违反了伦理道德。

答案：(1)受精作用　囊胚　(2)有丝分裂　(3)获能　减数第二次分裂中期　早期胚胎培养、胚胎移植　(4)前者主要用于治疗不孕夫妇的不孕症，后者可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植的疾病；后者胚胎在移植前需进行遗传学诊断　(5)破坏了人类正常的性别比例，违反了伦理道德

　 　　　　　课堂一刻钟

1．(2018·江苏高考)下列关于实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是(　　)

A．采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理

B．体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植

D．利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高

解析：选A　胚胎工程中，通常采用注射激素的方法对良种母牛进行超数排卵处理；体外培养发育到桑椹胚期或囊胚期的胚胎即可进行移植；受体母牛不会对移入子宫的外来胚胎发生免疫排斥反应，所以受体不需要使用免疫抑制剂；采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，最常见的是经分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功率很低。

2．(2017·江苏高考)下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述，错误的是(　　)

A．精子在获能液中于37 ℃、5%CO2条件下培养的目的是使精子获能

B．小鼠在特定光控周期条件下饲养，注射相关激素有促进超数排卵的作用

C．分割的胚胎细胞有相同的遗传物质，因此发育成的

D．注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育

解析：选C　精子在获能液中于适宜条件下培养可以使精子获能；小鼠在特定光控周期条件下饲养，注射促性腺激素能促进其超数排卵；分割的胚胎细胞虽有相同的遗传物质，但由于生物的性状还受环境等因素的影响，故发育成的个体会存在形态学差异；胚胎干细胞可以发育成组织、器官，注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育。

3．(2016·江苏高考)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.

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　步骤甲为体外受精，步骤乙为胚胎移植；诱导超数排卵所用的激素是促性腺激素，只作用于性腺细胞；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于卵细胞中的卵黄；步骤甲体外受精使用的是获能溶液或专用的受精溶液，与早期胚胎培养液成分相差较大。

4．(2015·山东高考)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。：

(1)过程①采用的是细胞工程中的____________技术，过程②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。

解析：(1)过程①表示细胞核与去核卵母细胞结合，即核移植技术；过程②表示(早期)胚胎培养技术。(2)体细胞进行体外培养时，CO2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，个体B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：两空可颠倒)　标记　(4)内细胞团　B

[学情考情·了然于胸]

一、明考情·知能力——找准努力方向

二、记要点·背术语——汇总本节重点

(一)体内受精与早期胚胎培养

1．精子发生的过程

―→

2．卵子发生的过程

―→

3．受精的过程：精子穿越放射冠和透明带→进入卵细胞膜→原核形成→雌雄原核融合。

4．防止多精入卵有两道屏障，一是透明带反应，二是卵细胞膜反应。

5．判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜与透明带的间隙能观察到两个极体，受精作用完成的标志是雌雄原核融合形成合子。

6．早期胚胎发育的过程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

7．胚胎的早期培养所需培养液的成分包括：无机盐、有机盐(两盐)；维生素、激素(两素)；氨基酸、核苷酸(两酸)以及水、血清等。

(二)胚胎移植与胚胎干细胞

1．胚胎移植的基本程序：对供、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→对胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎移植→移植后的检查。

2．胚胎移植过程中两次使用激素，第一次用孕激素对供、受体进行同期发情处理，第二次用促性腺激素对供体进行超数排卵处理。

3．胚胎移植的意义是可以充分发挥雌性优良动物的繁殖潜力。

4．胚胎分割的对象是桑椹胚或囊胚，在对囊胚进行分割时，应注意将内细胞团均等分割。

5．胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，简称ES或EK细胞。胚胎干细胞在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显，功能上具有发育的全能性。

(三)生物技术的安全性与伦理问题

1．对转基因生物安全性的争论主要集中在食物安全、生物安全和环境安全上，面对转基因技术的利弊，要趋利避害，不能因噎废食。

2．中国政府对克隆人的态度是禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆。

3．设计试管婴儿技术比试管婴儿技术多了胚胎移植前的遗传学诊断过程。

一、基础题点练

1．(2019·聊城模拟)精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后，顶体释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列有关叙述错误的是(　　)

A．细胞中溶酶体酶的释放可造成细胞裂解

B．精子游向卵子所需的能量主要来自线粒体

C．受精卵的形成依赖于生物膜的选择透过性

D．受精卵细胞核中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方

解析：选C　溶酶体是“消化车间”，能够分解衰老、损伤的细胞器，因此细胞中溶酶体酶的释放可造成细胞裂解；精子游向卵子所需的能量主要来自聚集在精子尾部的线粒体鞘；受精卵的形成依赖于生物膜的流动性；受精作用的实质是精子的细胞核与卵细胞的细胞核相互融合，使彼此的染色体汇合在一起，因此受精卵细胞核中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方。

2．下列关于高等哺乳动物早期胚胎发育的叙述，正确的是(　　)

A．囊胚的每一个细胞都属于全能细胞

B．原肠胚开始出现细胞分化并形成两个胚层

C．胚胎在孵化之前未与母体子宫建立组织上的联系

D．从受精卵到桑椹胚时期，细胞的相对表面积逐渐减小

解析：选C　囊胚的内细胞团属于全能细胞，滋养层细胞不是，桑椹胚的细胞都是全能细胞；囊胚期开始出现细胞分化；胚胎在孵化之前未与母体子宫建立组织上的联系；从受精卵到桑椹胚时期，卵裂球的总体积基本不变，因此单个细胞的体积缩小，因此细胞的相对表面积逐渐变大。

3．梅花鹿属于单胎动物，季节性发情，育种工作者希望通过胚胎工程技术对优良品种进行扩大繁殖。下列有关叙述正确的是(　　)

A．给供体母鹿注射促性腺激素可使其一次排出多个卵子

B．培养早期胚胎的培养液中含有维生素、激素等多种能源物质

C．当受体数量有限时，可采用胚胎分割技术以获得更多的后代

D．梅花鹿的胚胎形成后一直处于游离状态，为胚胎收集提供可能

解析：选A　给供体母鹿注射促性腺激素可使其一次排出多个卵子；维生素、激素都不是能源物质；梅花鹿属于单胎动物，因此当受体数量有限时，无法通过胚胎分割技术获得更多的后代；梅花鹿的胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，这为胚胎的收集提供了可能。

4．(2018·泰安月考)下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　)

A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞以治疗糖尿病属于治疗性克隆

B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育出婴儿的过程属于生殖性克隆

C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖

D．治疗性克隆和生殖性克隆技术均需要应用动物细胞培养和核移植技术

解析：选C　要把病人的胚胎干细胞在一定的条件下，通过离体培养和诱导分化形成胰岛细胞以治疗糖尿病，属于治疗性克隆；生殖性克隆就是以产生新个体为目的克隆，即用生殖技术将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育出婴儿的过程；治疗性克隆和生殖性克隆都属于无性生殖；治疗性克隆和生殖性克隆技术均需要应用动物细胞培养和核移植技术。

5．如图表示利用二倍体小鼠所做的实验，下列分析合理的是(　　)

A．过程①中细胞数目和有机物总量在不断增加

B．图中囊胚的细胞基因型都相同

C．代孕母鼠需进行同期发情处理

D．嵌合体幼鼠是四倍体

解析：选C　卵裂期胚胎中细胞数目不断增加，但有机物总量在不断减少；图中囊胚的细胞基因来自两种小鼠，故有些细胞基因型不相同；胚胎移植技术中，进行该操作前需要对受体雌鼠进行同期发情处理；嵌合体幼鼠细胞中染色体并未加倍，仍是二倍体。

6.动物细胞培养是动物细胞工程的基础，如图所示，abc表示现代工程技术，①②③分别表示其结果，下列说法正确的是(　　)

A．若a是体细胞核移植技术，则①反映了动物体细胞也具有全能性

B．若c是胚胎分割技术，则③中个体的基因型和表现型一定相同

C．若b是体外受精技术，则②为良种家畜快速大量繁殖提供了可能

D．①②③中作为受体的动物品种是珍惜的或存量少的雌性动物

解析：选C　若a是体细胞核移植技术，则①反映了动物体细胞的细胞核具有全能性；胚胎分割技术所得个体的基因型完全相同，但表现型不一定完全相同，因为表现型还受环境的影响；若b是体外受精技术，则②为试管动物，这为良种家畜快速大量繁殖提供了可能；①②③中作为供体的动物品种是珍惜的或存量少的雌性动物，而受体只要健康和具有良好的繁殖能力同种个体即可，不需要是珍惜或存量少的雌性动物。

二、高考题型练

7．(2019·东营模拟)请完成下列有关胚胎工程的相关问题：

(1)胚胎发育的不同时期有着不同的变化特点，如：________期以前的细胞具有发育成完整胚胎的潜能；________期的滋养层发育为胎儿的胎膜和胎盘。

(2)体外受精过程中，对精子进行获能处理的方法有：________和____________。

(3)胚胎的早期培养过程，培养液的成分应包括：无机盐、有机盐、维生素、氨基酸、________和核苷酸等营养物质，以及动物血清等天然成分。

(4)胚胎移植能够移植成功的生理学基础是________________________________________________，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。胚胎移植实际上是____________和____________共同繁殖后代的过程。进行胚胎移植的优势是________________________________________。

解析：(1)在囊胚期细胞开始出现分化，在桑椹胚及以前时期细胞具有发育成完整胚胎的潜能，囊胚期滋养层将来发育成胎膜和胎盘。(2)对精子进行获能处理：包括培养法和化学诱导法。(3)胚胎的早期培养过程，培养液的成分应包括无机盐、有机盐、维生素、氨基酸、激素和核苷酸等营养物质，以及动物血清等天然成分。(4)胚胎移植能够移植成功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，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。

答案：(1)桑椹胚　囊胚　(2)培养法　化学诱导法　(3)激素 　(4)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应　生产胚胎的供体　孕育胚胎的受体　可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力

8．长期以来优良种畜的繁殖速度始终是限制畜牧养殖业发展的瓶颈，近年发展起来的生物工程技术使优良种畜的繁殖大大加速。下面是科学家快速繁殖良种奶牛的两种方法，请据图完成下列问题：

(1)在试管牛E和克隆牛G的培育过程中都必须用到的生物技术有____________、____________。

(2)用来促进B牛多排卵的激素由哪个腺体分泌________，E牛的性别是________，G牛的性别是________。

(3)试管牛技术作为现代生物技术和母牛正常怀孕、生产的过程的相同之处是____________________________，不同点在于______________________________________。

(4)防止多精入卵的生理反应有________________________________，顶体反应发生时，释放的顶体酶溶解的结构是________________。

解析：(1)试管牛E的培育采用了体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术，克隆牛G的培育采用了核移植、早期胚胎培养和胚胎移植技术，因此试管牛E和克隆牛G的培育过程中都用到了早期胚胎培养和胚胎移植技术。(2)给母牛注射促性腺激素可促使其超数排卵，促性腺激素是由垂体分泌的；试管牛E是由受精卵发育形成的，而图中的精子未标明是含X染色体的精子还是含Y染色体的精子，因此E的性别是雌性或雄性。G牛的核遗传物质都来自母牛C，因此其性别是雌性。(3)试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植后产生后代的技术。试管牛技术作为现代生物技术和母牛正常怀孕、生产的过程的相同之处是双亲生殖细胞都融合为合子，不同点在于试管牛是体外受精和胚胎移植的产物。(4)防止多精入卵的生理反应有透明带反应、卵细胞膜反应，顶体反应发生时，释放的顶体酶溶解的结构是放射冠和透明带。

答案：(1)早期胚胎培养　胚胎移植　(2)垂体　雌性或雄性　雌性　(3)双亲生殖细胞都融合为合子　试管牛是体外受精和胚胎移植的产物　(4)透明带反应、卵细胞膜反应　放射冠和透明带

9．叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中，该技术能有效改良植物的品质。请回答。

(1)为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中其他植物体内，科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中，其原因是________。(填编号)

A．叶绿体基因组不会进入生殖细胞中

B．植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比

C．转基因植物中的质基因与其他植物间不能通过花粉发生基因交流

D．转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流

(2)来自原核生物中有重要价值的外源基因，无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，据此分析，原因是________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)对大多数高等植物而言，与传统的细胞核转基因相比，叶绿体转基因更稳定，其遗传方式________(填“遵循”或“不遵循”)分离定律，不会随________(填“花粉”或“卵细胞”)传给后代，从而保持了________(填“父本”或“母本”)的遗传特性。

解析：(1)叶绿体不会进入精子，可以进入卵细胞；花粉中含有精子，其几乎不含细胞质，而受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中后，就不会通过花粉转移到自然界中的其他植物；转基因植物与同种的其他植物间能通过花粉发生基因交流，没有生殖隔离。(2)由于叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似或由于叶绿体大多数基因的结构、转录与翻译系统均与原核生物类似，因此来自原核生物中有重要价值的外源基因，无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达。(3)叶绿体转基因属于细胞质遗传，具有母系遗传特点，而基因分离定律是细胞核遗传，因此叶绿体转基因不遵循基因分离定律。花粉中细胞质较少，受精卵中细胞质几乎全来自卵细胞，因此叶绿体转基因不会随着花粉遗传给后代。

答案：(1)C　(2)叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似(由于叶绿体大多数基因的结构、转录与翻译系统均与原核生物类似)　(3)不遵循　花粉　母本

10．人的血清白蛋白在临床上需求量很大，通常从人血中提取。由于艾滋病病毒(HIV)等人类感染性病原体造成的威胁与日俱增，使人们对血液制品顾虑重重。如果应用一定的生物工程技术，将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中，利用牛的乳腺细胞生产血清白蛋白就成为可能。大致过程如下：

a．将人体血清白蛋白基因导入“奶牛胚胎”的细胞中，形成重组细胞①；

b．取出重组细胞①的细胞核，注入去核牛卵细胞中，形成重组细胞②；

c．电脉冲刺激重组细胞②促使其形成早期胚胎；

d．将胚胎移植到母牛的子宫内，最终发育成转基因小牛。

请回答下列问题：

(1)重组细胞①和②中________(填“①”或“②”)实现了基因的重组。

(2)在实验过程a中要选择________(填“雌性”或“雄性”)奶牛胚胎，方法是__________________________________________________。

(3)实验过程a人血清白蛋白基因需要与________的启动子等调控组件重组在一起，选择这些调控组件的目的是____________________________________。

(4)若将早期胚胎分离成若干个胚胎细胞，让其分别发育成小牛，这些小牛的基因型________(填“相同”或“不同”)，此项技术称为____________，操作过程需要特别注意的是____________________________。

(5)运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞(ES细胞)，培养如下：早期胚胎→内细胞团→胚胎干细胞。在培养过程中，可以用____________处理内细胞团，使之分散成单个细胞。在饲养层上培养可维持细胞________________的状态。

解析：(1)重组细胞①实现了基因的重组，重组细胞②实现了细胞核和细胞质的重组。(2)只有雌性奶牛能分泌乳汁，所以过程a需要选择雌性奶牛的胚胎，可在胚胎发育至囊胚阶段时，取滋养层细胞进行性别鉴定。(3)过程a人血清白蛋白基因需要与运载体的启动子等调控组件重组在一起，选择这些调控组件的目的是有利于人血清白蛋白基因的表达。(4)由于来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此这些小牛的基因型相同，此项技术为胚胎分割技术，在操作过程中需注意将内细胞团均等分割。(5)在培养过程中，可以用胰蛋白酶处理内细胞团，使之分散成单个细胞。在饲养层上培养可维持细胞只增殖不分化的状态。

答案：(1)①　(2)雌性　在胚胎发育至囊胚阶段时，取滋养层细胞进行性别鉴定　(3)运载体　有利于人血清白蛋白基因的表达　(4)相同　胚胎分割　将内细胞团均等分割　(5)胰蛋白酶　只增殖不分化

11．2016年4月6日，世界上首个拥有“三位亲生父母”的健康男婴在墨西哥诞生。其培育过程采用如图技术路线。据图回答下列问题：

(1)由于女性的自然周期产生的卵子太少，捐献者在取卵前通常需要注射________激素，促使一次有更多的卵泡发育。受捐者也要注射相关激素，目的是________________________。

(2)重组细胞需培养到MⅡ中期的原因是该时期的卵母细胞才具备____________，从受精卵到三亲婴儿的培育还需要____________和____________等技术。

(3)三亲婴儿的培育技术________(填“能”或“不能”)避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代，三亲婴儿的染色体________(填比例)来自母亲提供的细胞核。

(4)设计试管婴儿技术与为解决不孕夫妇的生育问题而出现的试管婴儿技术的主要区别是________________________________。

解析：(1)在取卵前，给捐献者注射促性腺激素，可促使其一次有更多的卵泡发育，使其超数排卵。受捐者也要注射相关激素，即进行同期发情处理，目的是为胚胎的植入提供相同的生理环境。(2)只有处于MⅡ中期的卵母细胞才具有(与精子)受精的能力。从受精卵到三亲婴儿的培育需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术。(3)分析图示可知：三亲婴儿的线粒体来自捐献者卵母细胞，细胞核来自母亲的卵母细胞，因此三亲婴儿的培育技术能避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代。三亲婴儿的染色体有一半来自母亲提供的细胞核。(4)设计试管婴儿技术与为解决不孕夫妇的生育问题而出现的试管婴儿技术的主要区别是在植入前对胚胎进行遗传学诊断(或基因检测或基因诊断)。

答案：(1)促性腺　为胚胎的植入提供相同的生理环境　(2)(与精子)受精的能力　早期胚胎培养　胚胎移植　(3)能　1/2　(4)植入前对胚胎进行遗传学诊断(或基因检测或基因诊断)

12．(2019·滨州模考)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3.8～4.8 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①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②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________处理，即用一定浓度的____________________处理。

(2)若我们已知白蛋白基因的碱基序列，一般采用____________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、________________、________、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________细胞进行鉴定，一般采用SRY­PCR方法，选择出现阴性反应的________(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②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，终止子可使转录停止。(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。

答案：(1)促性腺激素　获能　肝素或钙离子载体A23187溶液　(2)人工合成　乳腺蛋白基因的启动子　终止子　(3)滋养层　雌性