2020版高考新创新一轮复习生物通用版学案：选修3第3讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

第3讲 胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

一、体内受精和早期胚胎发育
1．精子与卵子发生过程
(1)精子的发生

(2)卵子的发生

2．受精

3．早期胚胎发育

二、体外受精和早期胚胎培养
1．体外受精

2．胚胎的早期培养

三、胚胎工程的应用及前景
1．胚胎移植

2．胚胎分割

3．胚胎干细胞

四、生物技术的安全性和伦理问题
1．生物技术的三个安全性和三个伦理问题
安全性问题
①食物安全，②生物安全，③环境安全
伦理问题
①克隆人，②设计试管婴儿，③基因检测

2．试管婴儿与克隆人
(1)试管婴儿的培育过程

(2)克隆人的培育过程

3．治疗性克隆与生殖性克隆的比较
　　类型
项目
治疗性克隆
生殖性克隆
区别
目的
从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗
用于生育，获得人的复制品
水平
细胞水平
个体水平
联系
都属无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同
[基础微点全练]
1．判断正误
(1)排卵是指卵泡从卵巢中排出(×)
(2)卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙出现两个极体(√)
(3)在胚胎发育过程中，细胞的分化出现在桑椹胚期(×)
(4)内细胞团将来发育成胎膜和胎盘(×)
(5)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎(√)
(6)胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割(×)
(7)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(×)
(8)胚胎干细胞在分化诱导因子的作用下可以向不同类型的组织细胞分化(√)
2．下列有关哺乳动物精子和卵子发生的叙述，错误的是(　　)
A．精细胞经变形后，高尔基体发育形成精子的顶体
B．不同种动物的精子形态相似，但大小不同，体型越大的动物精子越大
C．卵母细胞发育至减数第二次分裂中期时，才具备受精能力
D．哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别
解析：选B　不同种动物的精子形态相似，大小略有不同，但与动物的体型大小无关。
3．下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是(　　)
A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度
B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害
C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提
D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
解析：选B　我国农业部颁布了《农业转基因生物标识管理办法》，要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注，以方便消费者自主选择。但并非国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，A正确，B错误；目前对转基因生物安全性的争论主要集中在转基因食物的安全性和转基因生物对环境安全的影响上，这些可以通过风险评估、预警跟踪和风险管理等措施得以解决，C、D正确。
4．如图是利用高等哺乳动物的生殖细胞进行的体外受精技术培育试管动物的大致流程。请回答下列问题：

(1)在体外受精前，要对精子进行________处理，从而使精子具有与卵细胞受精的能力。
(2)体外培养受精卵时，需给予一定量的O2和CO2。受精卵进行细胞呼吸产生CO2的场所是________，消耗的O2是用于________的产生。
(3)从受精卵到早期胚胎过程中所利用的胚胎工程技术是________，胚胎移植前通过________技术可获得较多胚胎。
解析：(1)获得的精子需要进行获能处理后才具有受精能力。(2)受精卵进行的细胞呼吸是有氧呼吸，有氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质；有氧呼吸第三阶段O2与[H]反应形成H2O。(3)受精卵培养成早期胚胎需要利用早期胚胎培养技术。将早期胚胎分割(囊胚的内细胞团要均等分割)后，可以获得多个胚胎。
答案：(1)获能　(2)线粒体基质　H2O(水)　(3)早期胚胎培养　胚胎分割
5．(2019·衡阳调研)科学家利用活体卵子及皮肤成纤维细胞，在实验室已成功克隆出了数个人体胚胎，进而可开发出有研究价值的胚胎干细胞。回答下列问题：
(1)胚胎干细胞在形态上表现为体积小，细胞核大，______明显等特点，在功能上具有__________________________。自然状况下的胚胎干细胞是从哺乳动物的________________________中分离出来的一类细胞。
(2)若将胚胎干细胞用于检测有毒物质是否引起了基因突变，在分子水平上需要采用______________________技术。
(3)通过胚胎干细胞体外诱导分化，可培育出人造组织器官，解决目前______________________和____________________________问题。
(4)科学家克隆人体胚胎时选用活体卵子，而不用精子，其原因是________________
________________________________。
解析：(1)胚胎干细胞在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显等特点，在功能上具有发育的全能性。自然状况下的胚胎干细胞是从哺乳动物的早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。(2)若将胚胎干细胞用于检测有毒物质是否引起了基因突变，在分子水平上需要采用DNA分子杂交技术。(3)通过胚胎干细胞体外诱导分化，可培育出人造组织器官。目前临床上器官移植存在两大问题：供体器官不足和器官移植后免疫排斥。(4)科学家克隆人体胚胎时选用活体卵子，而不用精子，其原因是卵细胞较大，营养物质丰富，含有早期胚胎发育所需要的营养物质，也较易操作。
答案：(1)核仁　发育的全能性　早期胚胎或原始性腺
(2)DNA分子杂交(基因探针)　(3)临床存在的供体器官不足　器官移植后免疫排斥　(4)卵细胞含有早期胚胎发育所需要的营养物质；卵细胞较大，也较易操作

一、体内受精与早期胚胎发育
[试考题·查欠缺]
1．(2013·天津高考)哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程，只有在促性腺激素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图(N 表示染色体组)。

据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．次级卵母细胞形成的过程需要激素调节
B．细胞Ⅲ只有在精子的作用下才能形成成熟卵子
C．Ⅱ、Ⅲ 和Ⅳ细胞分裂后期染色体数目相同
D．培育转基因动物应选择细胞Ⅳ作为受体细胞
解析：选C　分析题图可知，在促性腺激素的作用下完成减数第一次分裂并产生次级卵母细胞；只有在精子的作用下，次级卵母细胞才能完成减数第二次分裂；Ⅱ为卵原细胞，染色体数目为2N，Ⅲ为次级卵母细胞，在减数第二次分裂后期，着丝点分裂后染色体数为2N，Ⅳ为受精卵，在有丝分裂后期，着丝点分裂，染色体数目加倍为4N，三者在分裂后期染色体数目不同；动物基因工程中常用受精卵作为受体细胞。
2．(2019·北京海淀实验中学月考)如图为受精作用及早期胚胎发育示意图，下列叙述错误的是(　　)

A．①过程需依赖细胞表面糖蛋白识别
B．②过程通过有丝分裂方式增殖
C．③过程细胞的“核/质”比例逐渐变小
D．④过程细胞的基因表达发生了差异
解析：选C　①为受精过程，该过程需要依赖细胞表面糖蛋白识别，A正确；②为卵裂过程，该过程通过有丝分裂方式增殖，B正确；细胞卵裂过程中，单个细胞体积减小，因此“核/质”比例增大，C错误；④过程中发生细胞分化，而细胞分化的实质是基因表达发生了差异，D正确。
[强知能·补欠缺]
1．精子和卵子发生的比较
项目
精子
卵子
区别
场所
睾丸的曲细精管
卵巢
时间
从初情期开始，直至生殖机能衰退
从胚胎出现性别分化后和初情期以后
变形
需变形
不需变形
分裂
均等分裂
不均等分裂
结果
形成4个精子
形成1个卵子和3个极体
联系

②减数分裂过程中，染色体复制一次，细胞分裂两次，染色体数目减半

2．受精过程中的“三大反应”

3．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：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。
4．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。
[练题点·全过关]
1．(2019·安阳一模)如图表示试管牛的培育过程。请回答下列问题：

(1)图中所采用的生物技术有_________________________________________________。
(2)获取的精子需要经过__________处理后才具备受精能力，采集的卵子需要发育到__________________________期才具有与精子受精的能力。
(3)精子和卵子可以在获能溶液或______________中完成受精过程，受精过程主要包括________________________________________________________________________
____________________等过程。
(4)图中32细胞期的胚胎称为________，该胚胎进一步发育，可以先后形成的胚胎类型是____________。动物细胞的体外培养需要满足一定的条件，为了保证培养基无菌无毒的环境，通常在细胞培养液中添加一定的________，此外，还应定期更换培养液。
解析：(1)图中试管牛的培育过程主要采用的生物技术有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。(2)获取的精子需要在体外经过获能处理后才具备受精能力，采集的卵子需要发育到MⅡ中期才具有受精能力。(3)精子和卵子要在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程，受精过程包括精子穿越放射冠和透明带，进入卵细胞膜，原核形成，与卵子结合等过程。(4)32细胞期的胚胎称为桑椹胚，该胚胎进一步发育，可以先后形成囊胚和原肠胚，在胚胎早期培养时，通常在细胞培养液中添加抗生素来灭菌。
答案：(1)体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植
(2)获能　减数第二次分裂的中(或MⅡ中)
(3)专用的受精溶液　精子穿越放射冠和透明带，进入卵细胞膜，原核形成，与卵子结合
(4)桑椹胚　囊胚和原肠胚(顺序不能颠倒)　抗生素
2．(2018·广州模拟)如图表示哺乳动物发育过程的几个阶段，请据图回答下列问题：

(1)写出各个阶段的名称：
A：____________，B：____________，C：____________。
(2)写出图中各标号的名称：
[2]__________，[4]__________，[5]____________，
[7]__________，[8]____________。
(3)A时期的细胞具有发育上的__________性，B时期开始出现____________，C时期开始出现____________。
(4)[2]将来发育成__________________。
(5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中，细胞数目____________，胚胎总体积________________________________________________________________________。
解析：(1)图中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原肠胚。(2)图B中[1]是滋养层，[2]是内细胞团，[3]是透明带，[4]是囊胚腔；图C中[5]是外胚层，[6]是滋养层，[7]是原肠腔，[8]是内胚层。(3)桑椹胚细胞具有全能性；囊胚开始出现细胞分化，已分化为滋养层细胞和内细胞团；原肠胚已有胚层分化，分化为外胚层、内胚层，在内、外胚层之间将形成中胚层。(4)内细胞团将发育为胎儿的各种组织，滋养层将发育为胎儿的胎膜和胎盘。(5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中，虽然细胞数目增多，但胚胎总体积基本不变。
答案：(1)桑椹胚　囊胚　原肠胚　(2)内细胞团　囊胚腔外胚层　原肠腔　内胚层　(3)全能　细胞分化　胚层分化　(4)胎儿的各种组织　(5)增多　基本不变

二、体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用
[试考题·查欠缺]
1．(2018·江苏高考)下列关于采用胚胎工程技术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
C．使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应
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，因此发育成的个体没有形态学差异
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。
[强知能·补欠缺]
1．人工授精和体外受精的比较
比较项目
人工授精
体外受精
概念
用相应的器械采集公畜的精液，再将其注入正在发情的母畜的生殖道中，使母畜受孕的过程
哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程
场所
母畜的生殖道内
体外
过程
人工采精→检查与储存精液→人工授精(用人工的方法将精液注入正在发情的母畜生殖道中)

胚胎发
育场所
受精卵的形成和胚胎发育在母畜体内
受精卵的形成和早期胚胎发育在体外，胚胎移植后的胚胎发育在母畜体内

2．胚胎移植中的四个关键点
两次激
素使用
第一次：用孕激素对受、供体进行同期发情处理
第二次：用促性腺激素处理使供体超数排卵
两次检查
第一次：对收集的胚胎进行检查
第二次：对受体母畜是否妊娠进行检查
移植时间不同
牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段
小鼠、家兔培养到桑椹胚前
几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植
繁殖方式
胚胎由受精卵形成，属于有性生殖
胚胎由核移植或胚胎分割形成，属于无性生殖

[练题点·全过关]
1．(2015·重庆高考)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×♀B→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④的培养基中含有葡萄糖，其作用是________。为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤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(TrRr×ttrr)，获得高产奶量且适应性强的母牛的概率为1/2×1/2×1/2＝1/8。(2)在体外受精过程中，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MⅡ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　♂A ×♀C　1/8
(2)获能或增强活力　③　供能　性别、高产奶和适应生长的基因　②　(3)胚胎分割
2．(2019·肇庆统测)随着科学技术的发展，人们可以通过结合多种现代生物技术大量生产出人类需求量大的一些药物，如我国基因工程药物的研制和生产就已取得极大的成功。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品，大致过程如图所示：

(1)哺乳动物的体外受精主要包括[a]________、[b]________和受精等几个主要步骤。若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能，可给供体注射__________，使其排出更多的卵子。
(2)在过程c中需要用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶，构建好的重组质粒在其目的基因前要加上特殊的启动子，启动子是__________识别、结合位点。　
(3)d过程常用的方法是____________，e过程的名称为____________，其实质是早期胚胎在相同生理环境条件下________的转移。
(4)若要一次获得多只完全相同的转基因牛，应采用胚胎分割技术，通常选择发育良好、形态正常的____________或桑椹胚。
解析：(1)哺乳动物的体外受精主要包括精子的获取、卵母细胞的采集和受精等几个主要步骤。若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能，可给供体注射促性腺激素，使其排出更多的卵子。(2)启动子是RNA聚合酶识别、结合位点。(3)将目的基因导入受精卵中常用显微注射法，e过程将早期胚胎通过胚胎移植技术移植到受体母牛的子宫内。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。(4)若要一次获得多只完全相同的转基因牛，应采用胚胎分割技术，通常选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。
答案：(1)精子的获取　卵母细胞的采集　促性腺激素
(2)RNA聚合酶　(3)显微注射法　胚胎移植　空间位置　(4)囊胚

3．(2019·皖南八校联考)据报道，中科院动物研究所的科学家利用CRISPR—Cas9基因编辑技术创造出12只健康猪，其体内脂肪比普通猪低约24%。低脂肪的动物有一个基因能通过燃烧脂肪控制体温，创造出低脂肪的猪将能节省养殖户的大量保温费用，减少寒冷冬季造成的损失。回答下列问题：
(1)为了获得更多的猪卵(母)细胞，要对供体猪注射促性腺激素，促进其__________。采集的精子需经过__________处理，才具备受精能力。判断卵细胞是否完成受精的标志是________________________________________________________________________。
(2)在体外培养受精卵时，培养液中通常需加入__________等一些天然成分，还需提供CO2以维持________________。
(3)在猪胚胎移植前要对接受胚胎的受体进行________处理。胚胎能在受体猪的子宫内存活并正常发育，其生理原因是__________________________________。
解析：(1)为了获得更多的猪卵(母)细胞，要对供体猪注射促性腺激素，促进其超数排卵。采集的精子需经过获能处理，才具备受精能力。在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体是受精完成的标志。(2)在体外培养受精卵时，培养液中通常需加入(动物)血清等一些天然成分，还需提供CO2以维持培养液的pH。(3)在猪胚胎移植前要对接受胚胎的受体进行同期发情处理。胚胎能在受体猪的子宫内存活并正常发育，其生理原因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，供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系。
答案：(1)超数排卵　获能　在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体　(2)(动物)血清　培养液的pH　(3)同期发情　受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系
三、生物技术的安全性和伦理问题　

[试考题·查欠缺]
1．(2014·重庆高考)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．(2015·天津高考)2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。据图分析，下列叙述错误的是(　　)

A．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
B．捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿
C．三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核
D．三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术
解析：选C　受精卵的细胞质几乎全部来自捐献者的卵母细胞，故避免了母亲的线粒体遗传病基因遗传给后代。红绿色盲为细胞核基因遗传病，捐献者仅提供了卵母细胞的细胞质，故捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿。受精卵的细胞质几乎全部来自捐献者，但细胞核中的染色体一半来自父方，一半来自母方。三亲婴儿的培育是体外受精，所以需要在体外培养至早期胚胎阶段再进行胚胎移植。
[强知能·补欠缺]
1．转基因生物安全性的两个常见误区
(1)引入外来物种≠增加生物多样性：如果引进的生物会破坏环境或者对当地生物的生存造成影响，可能会造成生物多样性的锐减。
(2)转基因生物具有危害≠阻止技术的发展：应该用正确的态度对待转基因技术，不能因为可能的危害而阻止技术的发展。
2．关注生物技术的伦理问题

反对
支持
克隆人
伦理
方面
违反了人类的伦理道德观念，中国禁止生殖性克隆
中国不反对治疗性克隆
技术
方面
技术不成熟，流产率高、畸形率高、出生后死亡率高
可通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决技术问题
设计试
管婴儿
胚胎也是生命，杀死胚胎无异于“谋杀”
提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤
基因
检测
技术方面
人类对基因结构及基因间的相互作用尚缺乏足够的认识，很难用在具体医疗中
有一些遗传性疾病可以通过基因检测后在早期采取预防措施
道德方面
可能引起基因歧视
通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法，解决基因歧视现象

3．克隆动物、试管动物与转基因动物
项目
克隆动物
试管动物
转基因动物
概念
用核移植的方法获得的动物
用体外受精的方法获得的动物
由被转入了目的基因的受精卵发育成的动物
技术
核移植
体外受精
DNA重组技术
生殖
方式
无性生殖
有性生殖
有性生殖或保持原生殖方式
遗传
特性
主要与供核个体相同
具备双亲的遗传性状
具备原受精卵及被转入的目的基因两方的遗传特性
相同点
三者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑椹胚或囊胚期的胚胎

[练题点·全过关]
1．(2019·贵港联考)人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白，可通过转基因技术在羊乳中获得。流程如下，回答下列问题：

(1)上述基因工程中，目的基因是____________________；在重组表达载体中有一段特殊的DNA片段，是RNA聚合酶识别和结合的部位，这段DNA被称为____________。
(2)在操作中要对供体母羊注射______________进行超数排卵处理；应采用____________法使精子体外获能；对供体母羊和______________进行同期发情处理。该转基因母羊进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产htPA，因而被称为________________。
(3)为了获得含有htPA的羊乳，在移植前取早期胚胎滋养层细胞进行____________。
(4)人的基因能在羊体内表达说明__________________________________________。
解析：(1)依题意和图示分析可知，在上述基因工程中，目的基因是人组织纤溶酶原激活物基因(或htPA基因)；在重组表达载体中，启动子位于目的基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位。(2)在操作中要对供体母羊注射促性腺激素进行超数排卵处理。对于牛、羊等家畜的精子常采用化学诱导(或化学)法使精子体外获能；对供体母羊和代孕母羊(受体母羊)进行同期发情处理。该转基因母羊进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产htPA，因而被称为乳腺生物反应器(或乳房生物反应器)。(3)为了获得含有htPA的羊乳，可以在移植前取早期胚胎滋养层细胞进行性别鉴定。(4)人的基因能在羊体内表达说明人与羊共用一套遗传密码子。
答案：(1)人组织纤溶酶原激活物基因(或htPA基因)　启动子　(2)促性腺激素　化学诱导(或化学)　代孕母羊(受体母羊)　乳腺生物反应器(或乳房生物反应器)　(3)性别鉴定　(4)人与羊共用一套遗传密码子
2．(2019·信阳模拟)“试管婴儿”技术是将不孕夫妇的精子和卵细胞取出，在体外完成受精，并在体外培养，使其发育到如图所示的时期，再将胚胎移入女性子宫内发育成胎儿。它不仅使一部分不能生育的男女重新获得了生育的机会，也为人类的优生开辟了新的途径。据此回答：
(1)“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是(　　)
A．有性生殖　　　　 B．组织培养
C．克隆技术 D．基因工程
(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，进而形成器官和系统。从细胞水平看，卵裂的分裂方式是__________。
(3)图示时期是胚胎发育的________期。
(4)在该图下一时期，b细胞最可能成为____胚层的一部分。
(5)要得到“同卵双胞胎”，采用的技术是______________________。双胞胎的性别__________(填“相同”或“不同”)。
(6)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是___________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)试管婴儿技术实际是体外受精，即经过精卵结合，所以是有性生殖。(2)卵裂是指在透明带中进行的早期胚胎发育，细胞数目不断增多，此时的细胞分裂方式为有丝分裂。(3)图示时期的特点是含有一个腔，即囊胚腔，所以称为囊胚期。(4)图示胚胎发育过程中，b细胞从囊胚表面运动到内部，形成一层内层细胞，最终形成内胚层。(5)将一个受精卵发育形成的早期胚胎一分为二，再移植到母体子宫发育，可形成两个婴儿，即同卵双胞胎，性别相同。(6)滥用设计试管婴儿技术设计婴儿性别会引起性别比例失调，且违反伦理道德。
答案：(1)A　(2)有丝分裂　(3)囊胚　(4)内　(5)胚胎分割移植　相同　(6)破坏人类正常的性别比例，违反伦理道德

1．如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是(　　)

A．图中①过程表示胚胎发育，②过程表示胚后发育
B．受精卵卵裂处于囊胚形成的过程中，每个细胞的体积不断增大
C．兔子、雄鹰和眼镜蛇在个体发育过程中会出现羊膜
D．原肠胚是进行胚胎移植的最好时期
解析：选C　由受精卵发育为幼体的过程是胚胎发育，由幼体发育为成体的过程是胚后发育，A错误；卵裂形成的囊胚总体积基本不变，而每个细胞的体积减小，B错误；兔子、雄鹰和眼镜蛇分别是哺乳类、鸟类和爬行类动物，都是真正的陆生脊椎动物，羊膜和羊水能保证其胚胎发育所需的水环境，还具有防震和保护作用，C正确；原肠胚期已发生了细胞的分化，最好在早期胚胎时进行移植，如牛、羊一般在桑椹胚或囊胚阶段移植，而其他生物要在更早阶段进行移植，D错误。
2．(2019·山东师大附中模拟)科学家将4个关键基因移植入已分化的肌肉细胞中并表达，使这个细胞成为多能干细胞(iPS细胞)，如图为该实验示意图。下列有关叙述正确的是(　　)

A．应用该技术可提高器官移植的成功率
B．iPS细胞所携带遗传信息与肌肉细胞相同
C．关键基因表达使细胞功能趋向专门化，降低了细胞的分化程度
D．图示过程体现了iPS细胞的全能性
解析：选A　用iPS细胞诱导分化成需要的器官后进行自体移植，没有免疫排斥反应，故提高了器官移植的成功率，A正确；iPS细胞中多了4个关键基因，故iPS细胞所携带遗传信息与肌肉细胞不同，B错误；关键基因表达使细胞功能趋向专门化，增加了细胞的分化程度，C错误；图示过程只是分化形成各种细胞，没有形成个体，故没有体现iPS细胞的全能性，D错误。
3．英国纯血马是世界顶级马术比赛的常用马种，其数量少，生育力低。现代生物工程能有效提高优质马的生育率。请回答下列问题：
(1)可以用由________分泌的激素处理适龄纯血母马，使其一次性排出比自然情况下多几倍到几十倍的卵子。采集的卵母细胞人工培养至减数第二次分裂的中期。培养过程中要定期更换培养液，其原因是__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)为取得同卵双胎或多胎，可以在胚胎发育的__________期用机械方法将胚胎分割。
(3)随着动物体细胞克隆技术的发展，人们可以将纯血马的______________________移入其他马的________细胞中，将其激活并发育成________，植入代孕母马体内。
(4)克隆技术在带来巨大社会效益和经济效益的同时，也对人们的传统观念造成极大冲击。我国政府的态度是禁止________性克隆人。
解析：(1)用垂体分泌的促性腺激素处理适龄纯血母马，可使其超数排卵。采集的卵母细胞培养过程中要定期更换培养液，防止细胞代谢产物的积累而毒害细胞。(2)桑椹胚或囊胚的内细胞团细胞为全能干细胞，可以在胚胎发育的桑椹胚或囊胚期用机械方法将胚胎分割，以取得同卵双胎或多胎。(3)利用克隆技术可以将纯血马的体细胞细胞核移入其他马的去核卵母细胞中，将其激活并发育成早期胚胎，植入代孕母马体内。(4)我国政府的态度是不反对治疗性克隆，禁止生殖性克隆人。
答案：(1)垂体　长时间不更换培养液，会导致细胞代谢产物的积累而毒害细胞　(2)桑椹胚或囊胚　(3)体细胞细胞核　去核卵母　早期胚胎　(4)生殖
4．(2019·濮阳一模)2016年4月，世界首例经过线粒体移植技术的“三亲婴儿”哈桑在墨西哥出生。如图是培育“三亲婴儿”的示意图，请回答下列问题：

(1)“三亲婴儿”共有三位生物学意义上的父母，即所谓的“______爸______妈”(填“一”或“二”)；由于女性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。
(2)引入的线粒体基因相当于对婴儿原来的基因进行了修饰，这一过程类似于________技术。
(3)去除细胞核时普遍使用________去核法。从受精卵到“三亲婴儿”的出生还需要__________和_________等技术。
(4)“三亲婴儿”的培育技术能避免母亲的________遗传病基因传递给后代，但其染色体仍有________(填比例)来自母亲提供的细胞核。
解析：(1)据图分析可知，“三亲婴儿”有两个母亲(分别提供细胞核和细胞质的母本)、一个父亲；促性腺激素可以促进女性超数排卵，产生多个卵细胞。(2)引入的线粒体基因相当于对婴儿原来的基因进行了修饰，属于基因重组，类似于基因工程。(3)一般采用显微操作去除细胞核；此外“三亲婴儿”的培育还需要早期胚胎培养技术和胚胎移植技术等。(4)“三亲婴儿”细胞核中的染色体一半来自母亲、一半来自父亲，而细胞质基因来自捐献者，这样可以避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代。
答案：(1)一　二　促性腺　(2)基因工程(或转基因)　(3)显微操作　早期胚胎培养　胚胎移植　(4)线粒体(或细胞质)　1/2(或50%)
5．(2019·汕头一模)新型的微生物蛋白农药是由微生物产生的一类蛋白质药物，能够激活农作物的防御系统，提高农作物抗病抗虫的能力。科研人员在某个真菌菌株上发现了激活蛋白AP45，并进行了相关研究(如图)。

(1)图中①是____________；②是__________________。
(2)所设计的引物对，应与________能互补配对，但在________________之间不应有能互补配对的核苷酸序列。
(3)据图分析，该实验以_____________基因作为标记基因。
(4)如果要利用抗原－抗体杂交技术检测目的基因是否成功表达，则需要以________为抗原，制备出其单克隆抗体。
(5)以此类激活蛋白制成的微生物蛋白农药并不会直接杀死害虫或者病原生物，是一种环境友好型的产品，具有_________________________________等优点(要求一项)。
解析：(1)图中cDNA的模板①是RNA；步骤②是构建目的基因表达载体。(2)所设计的引物对，应与目的基因能互补配对，但在两种引物之间不应有能互补配对的核苷酸序列。(3)据图分析，根据选择培养基添加抗生素的种类，该实验标记基因是青霉素抗性基因。(4)如果要利用抗原－抗体杂交技术检测目的基因是否成功表达，则需要以目的蛋白为抗原，制备出其单克隆抗体。(5)以此类激活蛋白制成的微生物蛋白农药并不会直接杀死害虫或者病原生物，是一种环境友好型的产品，具有不引起害虫或病原生物的抗药性、易分解无残留、对人畜无害等优点。
答案：(1)RNA(或mRNA)　构建目的基因表达载体
(2)目的基因(或cDNA)　两种引物(或引物自身的不同片段或引物与非目的基因)　(3)青霉素抗性　(4)激活蛋白AP45(或目的蛋白)　(5)不引起害虫或病原生物的抗药性(或易分解无残留或对人畜无害，合理即可)

6．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)用来促进母牛B多排卵的激素由________分泌，试管牛E的性别是________，克隆牛G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、早期胚胎发育和胚胎移植技术，克隆牛G的培育采用了核移植、早期胚胎发育和胚胎移植技术，因此试管牛E和克隆牛G的培育过程中都用到了动物细胞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X精子还是Y精子，因此其性别是雌性或雄性。克隆牛G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，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)动物细胞培养　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
7．转基因技术的应用大大提高了动植物的品质，下图是绿色荧光蛋白转基因克隆猪培育示意图，据图和材料回答下列问题：

(1)过程①需要的工具酶有________________。绿色荧光蛋白基因需要导入到成纤维细胞的________上才有可能培育出绿色荧光蛋白转基因克隆猪。
(2)猪胎儿成纤维细胞培养过程中，为了防止培养过程中的污染，通常还要在细胞培养液中添加一定量的__________。
(3)通过过程⑤将早期胚胎移植到受体母猪体内能存活的原因是________________________________________________________________________。
(4)若是想在短期内获得更多的相同的绿色荧光蛋白转基因克隆猪该如何做？________________________________________________________________________。
(5)科学家将反义F3H序列导入到康乃馨中，降低了植株中F3H基因的表达量和酶活性封锁了花青素合成途径，获得花香物质苯甲酸的释放量大大增加的转基因康乃馨。以上说明目的基因除了编码蛋白质的基因外，还可以是____________。将目的基因导入植物细胞常用的方法是________________。
解析：根据题意和图示分析可知，①表示基因表达载体的构建，②表示超数排卵处理，③表示核移植过程，④表示早期胚胎培养，⑤表示胚胎移植过程，最后通过妊娠分娩获得绿色荧光蛋白转基因克隆猪。(1)过程①表示基因表达载体的构建，需要的工具酶有限制酶和DNA连接酶。绿色荧光蛋白基因需要导入到成纤维细胞的染色体DNA上才有可能培育出绿色荧光蛋白转基因克隆猪。(2)猪胎儿成纤维细胞培养过程中，培养液中通常加入抗生素的目的是防止培养液被污染，培养液含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。(3)早期胚胎移植时，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体母猪体内的存活提供了可能。(4)来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，所以将早期胚胎进行胚胎分割移植可以获得更多相同的绿色荧光蛋白转基因克隆猪。(5)科学家将反义F3H序列导入到康乃馨中，降低了植株中F3H基因的表达量和酶活性，封锁了花青素合成途径，获得花香物质苯甲酸的释放量大大增加的转基因康乃馨。以上说明目的基因除了编码蛋白质的基因外，还可以是调控作用因子。因为导入的对象是植物细胞，而土壤农杆菌易侵染植物细胞，故一般用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞。
答案：(1)限制酶和DNA连接酶　染色体DNA　(2)抗生素　(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应　(4)对早期胚胎进行分割移植　(5)调控作用因子　农杆菌转化法
8．(2019·襄阳调研)现代生物科技不断发展，为治疗人类疾病带来了曙光。请回答相关问题：
(1)科学家将药用蛋白基因与________________的启动子等调控组件重组在一起，通过________等方法，导入哺乳动物的受精卵中，最终通过分泌的乳汁来生产所需要的药品。
(2)胰岛素是治疗糖尿病的有效药，天然胰岛素注射后会堆积在皮下，需较长时间才能进入血液，科学家利用________技术对胰岛素进行改造使其成为速效药，提高了胰岛素的治疗效果。
(3)单克隆抗体最主要的优点在于__________________。故可利用单克隆抗体作为诊断试剂、用于治疗疾病和运载药物。
(4)哺乳动物的胚胎干细胞是从________________中分离出来的一类细胞，可用于治疗人类的某些顽症。通过ES细胞________________，还可以培育出人造组织器官，解决临床上存在的供体器官不足和免疫排斥的问题。
解析：(1)最终通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，所以将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。将目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法。(2)对胰岛素等蛋白质的结构与功能进行改造，是利用了蛋白质工程技术。(3)单克隆抗体的主要优点是特异性强、灵敏度高，并可大量制备。(4)哺乳动物的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，可用于治疗人类的某些顽症。利用ES细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，培育出人造组织器官，解决临床上存在的供体器官不足和免疫排斥的问题。
答案：(1)乳腺蛋白基因　显微注射　(2)蛋白质工程　(3)特异性强、灵敏度高，并可大量制备　(4)早期胚胎或原始性腺　体外诱导分化
9．(2019·太原期末)科研人员利用胚胎干细胞对干扰素基因缺失小鼠进行基因治疗，其技术流程如图所示。请回答下列问题：

(1)过程①获得重组胚胎之前需要通过________技术获得重组细胞，接受细胞核的卵母细胞应处于________期，并用微型吸管吸出________。
(2)步骤②中，重组胚胎培养到囊胚期时，可从其________中分离出ES细胞，ES细胞在形态上表现为细胞核________、________明显，在功能上具有______________。
(3)步骤③中，需要构建含干扰素基因的________，构建之前可以利用________技术对目的基因进行扩增。
(4)步骤③中将基因导入ES细胞的方法通常是________法，为了检测ES细胞的DNA上是否插入了干扰素基因，可采用____________技术。在正常的小鼠体内，干扰素是在________(填一种细胞器)上合成的。
解析：(1)过程①获得重组胚胎之前需要通过核移植技术获得重组细胞，接受细胞核的去核卵母细胞应处于MⅡ期。(2)ES细胞可以从囊胚的内细胞团中分离出来，ES细胞在形态上表现为细胞核大、明显核仁，在功能上具有发育的全能性。(3)将目的基因导入受体细胞前，需要构建含有目的基因(干扰素基因)的表达载体。PCR技术可在体外大量扩增目的基因。(4)将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法。为了检测ES细胞的DNA上是否插入了干扰素基因，可采用DNA分子杂交技术。在正常的小鼠体内，干扰素是在核糖体上合成的。
答案：(1)核移植　MⅡ　细胞核　(2)内细胞团　大　核仁　发育的全能性　(3)表达载体　PCR　(4)显微注射　DNA分子杂交　核糖体
10．为了加快优良种牛的繁殖速度，科学家采用了以下两种方法，请根据图示信息回答下列问题：

(1)试管牛的培育属于______________(“有性繁殖”或“无性繁殖”)；试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的工程技术有早期胚胎培养、________________等；克隆牛的培育依据的原理是_______________________________________________________________。
(2)促使B牛多排卵的激素一般是_________________________________________。
对B牛和D牛要进行_________________________处理。
(3)在受精的过程中，卵子受精的标志是________________________________________
______________________。
(4)要培育高产奶率的转基因牛，可建立生产生长激素的乳腺生物反应器，即科学家将________________________________________________________________________
和乳腺蛋白基因的________、________等调控组件重组在一起(该过程需要用到的酶是______________________)，再通过________法导入牛的________中。
解析：(1)试管牛的培育属于有性繁殖，试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的工程技术有早期胚胎培养、胚胎移植等；克隆牛的培育依据的原理是动物细胞核具有全能性。(2)一般用促性腺激素处理供体母牛，促使其超数排卵；胚胎移植时，要对受体母畜和供体母畜进行同期发情处理。(3)在受精的过程中，卵子受精的标志是在透明带和卵细胞膜间有两个极体。(4)要培育高产奶率的转基因牛，可建立生产生长激素的乳腺生物反应器，即科学家将生长激素基因和乳腺蛋白基因的启动子、终止子等调控组件重组在一起，该过程需要用到的酶是限制酶和DNA连接酶，再通过显微注射法导入牛的受精卵中。
答案：(1)有性繁殖　胚胎移植　动物细胞核具有全能性　(2)促性腺激素　同期发情　(3)在透明带和卵细胞膜间有两个极体　(4)生长激素基因　启动子　终止子　限制酶和DNA连接酶　显微注射　受精卵