2020版新一线高考生物（人教版）一轮复习教学案：生物技术与工程第5讲胚胎工程生物技术的安全性和伦理问题

第5讲　胚胎工程　生物技术的安全性和伦理问题

[考纲展示]　1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础(Ⅰ)　2.胚胎干细胞的移植(Ⅰ)　3.转基因生物的安全性(Ⅰ)　4.胚胎工程的应用(Ⅱ)　5.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)　6.生物技术中的伦理问题(Ⅰ)

考点一| 体内受精和早期胚胎的发育

1．精子与卵子的发生

(1)五个不同点的比较

(2)二者的联系

①原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂。

②原始生殖细胞产生成熟生殖细胞为减数分裂；减数分裂过程中染色体行为、数目变化相同，都复制一次，分裂两次，子细胞中染色体数目减半。

2．体内受精

(1)场所：雌性动物的输卵管内。

(2)过程

①受精前的准备阶段。

a．精子获能：正常情况下在雌性动物的生殖道内完成。

b．卵子的准备：发育到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。

②受精过程

3．早期胚胎发育

1．精子的形成过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进行？

提示：不是。卵子的形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的，其实减数第二次分裂是在受精过程中进行的，场所是输卵管。

2．如图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，请据图回答问题：

(1)用字母、箭头及名称表示出胚胎发育的先后顺序？

提示：A桑椹胚→B囊胚→C原肠胚。

(2)细胞分化、胚层分化分别出现在哪个时期？2部位细胞将来的发育情况？

提示：囊胚期、原肠胚期。2部位细胞为内细胞团细胞，将来发育成胎儿的各种组织。

(3)早期胚胎发育过程中，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，细胞只分裂不生长，所以每个细胞的体积越来越小，总的体积基本不变或略有缩小。

考法　体内受精和早期胚胎发育过程分析

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)和受精有关的过程有：①第一次卵裂开始；②释放第二极体，雌、雄原核的形成；③顶体反应；④穿越透明带；⑤核膜消失，雌、雄原核融合；⑥透明带反应；⑦穿越卵细胞膜。其正确的顺序为____________(填序号)。

(2)如图表示哺乳动物受精卵的发育过程。

①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________时期。

②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__________________，为了研究内细胞团的细胞迁移和分化情况，将内细胞团的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4、部位5、部位6、部位7)

解析：(1)受精过程的正确顺序为③④⑥⑦②⑤①。

(2)胚胎发育的早期有一段时间是在透明带中进行的，这一时期称为卵裂期。囊胚孵化后，再进一步发育，内细胞团的细胞开始出现分化，继而形成外胚层和内胚层。分化的实质为基因的选择性表达。部位4和部位7分别为外胚层和内胚层，均由内细胞团细胞分化形成的，因此将内细胞团的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4和部位7。

答案：(1)③④⑥⑦②⑤①　(2)①卵裂　②原肠胚　基因的选择性表达　部位4和部位7

考点二| 体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用

1．体外受精

2．胚胎的早期培养

(1)培养目的：检验受精状况和受精卵的发育能力。

(2)培养液成分

(3)胚胎处理：当胚胎发育到适宜阶段时，将其取出向受体移植，或冷冻保存。

3．胚胎工程的应用

(1)胚胎移植

①地位：胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。

②生理学基础

③基本程序

—方法：手术法和非手术法

—检查受体母牛是否妊娠

④实质：早期胚胎在生理环境相同的条件下空间位置的转移。

⑤意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

(2)胚胎分割

①概念

采用机械方法将早期胚胎分割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。

②材料：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

③实质：动物的无性生殖。

④分割要求：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，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

(3)胚胎干细胞(ES或EK细胞)

①来源：早期胚胎或原始性腺。

②特点

③应用：治疗人类某些顽症；培育人造组织器官，用于器官移植；研究体外细胞分化等。

1．排卵和冲卵有何区别？

提示：排卵是卵子从卵泡中排出，冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。

2．如图为牛胚胎移植过程示意图，请回答下列问题：

(1)阶段②常用促性腺激素对供体母牛进行处理，其目的是什么？

提示：获得更多的卵子。

(2)冲卵的生理基础是什么？

提示：早期胚胎形成后，处于游离状态，未与母体子宫建立组织上的联系。

(3)胚胎移植过程中的③⑤为两次检查，其目的是什么？

提示：③收集胚胎进行质量检查；⑤移植后是否妊娠检查。

1．早期胚胎培养与动物细胞培养的比较

2．胚胎移植中的四个注意点

(1)胚胎移植过程中两次激素使用

第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素处理供体使其超数排卵。

(2)胚胎移植过程中有两次检查

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。

(3)不同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、家兔在桑椹胚前。几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。

(4)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖的判断

取决于胚胎的来源。胚胎若是由受精卵形成的，则为有性生殖；若是由核移植技术或胚胎分割形成的，则为无性生殖。

考法1　体外受精及早期胚胎培养

1．我国全面放开二孩政策已正式实施。一些高龄产妇希望通过试管婴儿技术圆二胎梦。请回答以下相关问题：

(1)由于女性的自然周期产生的卵子太少，在取卵前通常需要注射促性激素，而不通过服用雌激素来直接促进更多的卵泡发育，原因是_____

_____________________________________________________________。

(2)在体外受精前，医生借助超声波探测仪等工具用吸卵针从某女士卵巢中吸取卵母细胞：随后将取回的卵母细胞置于与________中相似的环境，让它进一步发育成熟。受精过程中，精子顶体内的顶体酶能协助精子穿过卵子的________________，最终完成受精作用。

(3)胚胎的早期培养与动物细胞培养一样，都需要_________________ __________________及营养条件等。

(4)若做试管婴儿的夫妇中，妻子患有线粒体病(线粒体DNA缺陷)，丈夫正常，则子女患病情况为________________。若要获得健康的孩子，可通过特殊的设计试管婴儿技术即“三亲婴儿”(医生要去除女性捐赠者卵子中的细胞核，接着用母亲卵细胞中对应的遗传基因取而代之，最后再按照标准的试管婴儿技术进行培育)。“三亲婴儿”的获得过程，除运用胚胎工程的技术手段外，还有特别运用________________________。

解析：(1)在下丘脑、垂体、卵巢分级调节中，当雌激素含量增多，会通过负反馈调节，抑制卵巢的发育。因此需要注射促性腺激素，来促进卵巢的发育。

(2)生物体内卵母细胞发育成熟的场所为输卵管，因此体外获得的卵母细胞也应置于与输卵管相似的环境中，让它进一步发育成熟。顶体酶能够溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路；随后顶体酶能将透明带溶出一条孔道，精子借自身运动穿越透明带。

(3)胚胎的早期培养与动物细胞培养一样，需要满足无菌无毒的环境、适宜的温度和pH(7.2～7.4)、相应的气体环境(O2与CO2)。

(4)受精作用时，受精卵中的线粒体来自于母本，而母本患有线粒体疾病，因此子女全患病。去除女性捐赠者卵子中的细胞核，接着用母亲卵细胞中对应的遗传基因取而代之，属于动物细胞核移植过程。

答案：(1)过量的雌激素会通过负反馈调节影响卵巢的发育　(2)输卵管　放射冠和透明带　(3)无菌无毒的环境、适宜的温度和pH、相应的气体环境　(4)全患病　动物细胞核移植

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

C　[分割的胚胎细胞虽有相同的遗传物质，但由于发育条件的不同，个体间也会存在形态学差异，C项错误。]

考法2　胚胎工程技术及其应用

3．(2015·江苏高考)下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述，正确的是

(　　)

A．乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养

B．细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行

C．采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的

D．培养早期胚胎的培养液中含维生素、激素等多种能源物质

答案：C

4．(2019·广东“六校联盟”联考)为了解决临床上供体器官不足等问题，科学家在人体皮肤细胞中移植了胚胎干细胞中能高度表达并决定其“发育全能性”的多个基因，使其成为“万能细胞”。现将上述细胞植入小鼠身体内，植入的细胞便长成了“肿瘤”。请回答下列问题。

  (1)胚胎干细胞又称ES细胞，如果胚胎发育到了囊胚期，这时的_______细胞就是ES细胞，为维持此类细胞不分化的状态，培养时应___ ____________________________________________________________。

(2)体外培养“万能细胞”需要配制营养液，通常要在合成培养基中添加________等一些天然成分。培养过程中所需气体主要有________。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就停止分裂增殖。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入培养瓶中，目的是____________ ______________________________，也有利于空气交换。

(3)小鼠的“肿瘤”中出现了多种人类的组织和器官，类似于“器官移植”。为“保住肿瘤”，需要去除小鼠的________(器官)，原因是________________ ___________________________________________。

解析：(1)囊胚包括内细胞团、滋养层和囊胚腔，其中内细胞团细胞具有全能性，就是ES细胞；在培养液中添加抑制分化因子，可使此类细胞维持不分化的状态。

(2)动物细胞培养液中需要加入动物血清或血浆等生长因子，培养过程中通入O2，有利于细胞呼吸，另外还需通入CO2维持培养液的pH。将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入培养瓶中，目的是扩大细胞(贴壁)生长的附着面积，防止细胞过早出现接触抑制现象，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。

(3)小鼠身体中的“肿瘤”对于小鼠来说是异物，会使小鼠产生特异性免疫，因此为“保住肿瘤”，需要去除小鼠的胸腺，使小鼠不能形成T细胞，不发生细胞免疫，不会对移植的“肿瘤”发生免疫排斥。

答案：(1)内细胞团　在饲养层细胞上培养，或在培养液中添加抑制分化因子

(2)动物血清(血浆)　O2和CO2　扩大细胞(贴壁)生长的附着面积，防止细胞过早出现接触抑制现象，增加培养的细胞数量　(3)胸腺　小鼠不能形成T细胞，(不发生细胞免疫，)不会对移植的“肿瘤”发生免疫排斥

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的原因

①目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。

②目的基因往往是异种生物的基因。

③外源基因往往是随机插入宿主细胞基因组的。

(2)对安全性问题的争论

①食物安全：可能会出现滞后效应、新的过敏原及营养成分的改变等。

②生物安全：可能降低生物多样性。

③环境安全：可能破坏生态系统稳定性和人类生活的环境。

(3)理性看待生物技术

①正视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制定政策和法规，最大程度地保证转基因技术和产品的安全性。

2．生物技术的伦理问题

(1)克隆人

①治疗性克隆与生殖性克隆

②中国政府态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。

(2)设计试管婴儿：设计试管婴儿需要对胚胎进行基因检测。

3．禁止生物武器

(1)生物武器的种类(连线)

种类　　　　　　　　　　 实例

①致病菌、病毒　　　　　 a．重组流感病毒、

 新型鼠痘病毒

②生化毒剂　　　　　　　  b．鼠疫菌、炭疽杆菌

③基因重组的致病病毒　　  c．肉毒杆菌毒素

提示：①—b　②—c　③—a

(2)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。

1．目前基因检测存在的问题有哪些？(答出两点即可)

提示：(1)对个人所有基因进行检测是不现实的，因为还有很多基因尚未确定。即便是进行少数基因的检测，也并不是每个人都必需的，往往是在有遗传病家族史的个人或某类疾病的高危人群间进行。(2)有致病基因未必就一定会患病。很多病是由遗传因素和环境共同决定的，有些致病基因检测相当困难，往往要检测其所表达的蛋白质。(3)个人基因资讯的泄露容易造成基因歧视。

2．试管婴儿和设计试管婴儿有哪些共同点？(答出三点即可)

提示：都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。

试管婴儿和设计试管婴儿的不同点

(1)过程区别：设计试管婴儿比试管婴儿多出的是胚胎移植前的遗传学诊断过程。

(2)技术手段不同：设计试管婴儿胚胎移植前需要进行遗传学诊断，而试管婴儿无需进行遗传学诊断。

(3)应用不同：试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题，而设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症的治疗。

考法1　考查转基因技术的安全性

1．对番茄的研究中发现，害虫损伤番茄叶片后，叶上的细胞壁能释放出一种类激素因子，这种物质通过组织扩散到茎和其他叶片上，启动了蛋白酶抑制剂的基因，开始高效合成蛋白酶抑制剂，并在茎叶中迅速积累，以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，因此害虫取食后，就会因无法消化食物而被杀死。人们尝试着将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米，让玉米获得与番茄相似的抗虫性状，以对付异常猖獗的玉米螟(一种玉米害虫)。试分析完成下列问题：

(1)番茄的蛋白酶抑制剂很可能是在茎叶细胞的____________处合成的。

(2)将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米内，使玉米形成新的性状，这种变异属于________。

(3)能抗玉米螟的抗虫玉米的生态效益显著，有人认为抗虫玉米就是无虫玉米，不必防治害虫。你是否赞成这种说法？说明理由。_________。

(4)有人对食用这种转基因玉米的安全性感到担忧。你认为这种担忧有道理吗？试以学过的知识进行简要分析说明。

__________________________________________________________

________________________________________________________。

解析：(1)蛋白质合成的场所是核糖体。

(2)可遗传变异有基因突变、基因重组和染色体变异，转基因生物(基因工程)产生的变异属于基因重组。

(3)培育出的转基因生物不是万能的，具有专一性，只能对导入基因表达的性状起作用。即转基因玉米能抵抗玉米螟，并不能抵抗所有害虫。

(4)面对转基因技术的利弊，正确的做法应该是趋利避害，不能因噎废食。

答案：(1)核糖体　(2)基因重组　(3)不赞成。转基因玉米能抵抗玉米螟，并不能抵抗所有的害虫　(4)(答案不唯一)如：①有道理。这种转基因玉米的果实中可能含有蛋白酶抑制剂，食用后可能抑制人体消化酶的活性，使人无法对食物进行消化而出现病患　②没必要担忧。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，但对人可能无影响　③没必要担忧。人类食用的通常是煮熟后的玉米食品，玉米蛋白酶抑制剂在高温下已经被破坏，因此不会对人的消化造成不良影响

考法2　生物技术的伦理问题

2．重症联合免疫缺陷(SCID)是一种罕见的遗传病，该病是由于腺苷脱氨酶ADA缺陷所致，ADA活性下降将使细胞损伤或死亡，致细胞体液免疫缺陷，ADA活性缺陷性疾病为X染色体隐性遗传病，虽然ADA编码基因也发现有缺失突变，但大部分为碱基置换突变。

(1)某研究小组利用一种经过修饰的腺病毒作为________，将治疗SCID的正常基因导入胚胎干细胞内，胚胎干细胞再经________形成骨髓细胞，然后移植给人体。这种对SCID患者进行治疗的方法称为____________。

(2)有一对正常的夫妇生了一个患SCID的儿子，他们希望通过设计试管婴儿再生一个健康的孩子。设计试管婴儿的基本程序：首先为女性注射____________，实现超数排卵，然后从卵巢中吸取卵母细胞，培养到MⅡ中期；再将成熟的卵子与获能的精子经________形成受精卵，然后将受精卵移入________中继续培养获得早期胚胎；从早期胚胎中取出一个细胞进行________，选择无致病基因的胚胎进行移植。

(3)这对夫妇用该试管婴儿的脐带血救治患病孩子。大多数人认为，用设计试管婴儿的办法救治自己的孩子是符合伦理道德的，理由是____

____________________________________________________________。

解析：(1)在对SCID患者进行治疗时，首先从病人体内获得治疗SCID的正常基因，进行培养，在体外借助一种经过修饰的腺病毒作为载体进行基因转移，将转入治疗SCID的正常基因的胚胎干细胞定向诱导分化，继而形成骨髓细胞，然后移植给人体，这种治疗方法称为体外基因治疗。

(2)设计试管婴儿所需受精卵是通过体外受精形成的。受精卵形成后需移入发育培养液进行培养获得早期胚胎。在进行胚胎移植前要对形成的早期胚胎进行遗传学诊断。女性超数排卵时注射的激素为促性腺激素。

(3)用设计试管婴儿的办法救治自己的孩子是符合伦理道德的，理由在于：父母是出于强烈的爱子之心，千方百计地想救治自己孩子；同时也是救治患者最好、最快捷的办法之一。

答案：(1)载体　细胞分化(定向诱导分化)　体外基因治疗　(2)促性腺激素　体外受精　发育培养液　遗传学诊断(基因检测、性别鉴定)　(3)父母是出于强烈的爱子之心，是为了救治孩子(这是救治患者最好、最快捷的办法之一；提供造血干细胞等不会对婴儿造成伤害)