【生物】2021届一轮复习人教版选修3第3讲胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题及生态工程作业

【生物】2021届一轮复习人教版选修3第3讲胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题及生态工程作业

练案[37]选修三　现代生物科技专题 第3讲　胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题及生态工程 ‎1．(2020·黑龙江哈九中高考模拟)下图为吉林大学农学部奶牛繁育基地成功培育出的一头携带转入赖氨酸基因的克隆牛的大致过程，请据图回答问题。‎ ‎(1)获得赖氨酸转基因克隆奶牛所用的细胞工程技术手段包括动物细胞培养、动物细胞核移植。通过显微操作去除卵母细胞中的核，用物理或化学方法(如电脉冲、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程，构建重组胚胎。克隆牛诞生的主要原理是已高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有发育的全能性，这个过程属于无性生殖(有性生殖/无性生殖)。‎ ‎(2)将编码赖氨酸的基因转入胚胎成纤维细胞的核心步骤是目的基因表达载体的构建。‎ ‎(3)赖氨酸转基因克隆奶牛的早期胚胎在母体子宫内形成后，所以能够收集，其依据的生理学基础是早期胚胎在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，处于游离状态；赖氨酸转基因克隆奶牛的乳汁中富含赖氨酸，因此我们将之称为乳腺(房)生物反应器。‎ ‎[解析]　(1)分析流程图可知，获得赖氨酸转基因克隆奶牛所用的技术有基因工程、动物体细胞核移植、动物细胞培养、早期胚胎培养及胚胎移植技术，其中所用的细胞工程技术手段是动物细胞培养、动物细胞核移植技术。通过显微操作去除卵母细胞中的核，用物理或化学方法(如电脉冲、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程，可构建重组胚胎。克隆牛诞生的主要原理是已高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有发育的全能性，这个过程属于无性生殖。(2)基因工程中将编码赖氨酸的基因(即目的基因)转入胚胎成纤维细胞(受体细胞)的核心步骤是目的基因表达载体的构建。(3)早期胚胎在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，处于游离状态，因此赖氨酸转基因克隆奶牛的早期胚胎在母体子宫内形成后，可以收集；赖氨酸转基因克隆奶牛的乳汁中富含赖氨酸，因此将之称为乳腺(房)生物反应器。‎ ‎2．(2020·山西高考模拟)人乳铁蛋白是一种具有免疫作用的含铁的糖蛋白，由乳腺上皮细胞表达和分泌，是母乳与普通婴儿配方奶粉的主要区别之一。应用基因工程和胚胎工程技术，将人的乳铁蛋白基因转入奶牛细胞中，利用牛的乳腺细胞生产出人乳铁蛋白已成为可能。其过程大致如下：‎ Ⅰ.采集良种供体奶牛的卵母细胞和精子，通过体外受精形成受精卵。‎ Ⅱ.将人乳铁蛋白基因导入奶牛受精卵，形成重组细胞。‎ Ⅲ.电脉冲刺激重组细胞，促使其形成早期胚胎。‎ Ⅳ.将胚胎移植到受体母牛的子宫中，最终发育成转基因牛，从乳汁中大量获得人乳铁蛋白。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)过程Ⅰ在获取卵母细胞之前需用促性腺激素对奶牛进行处理，目的是超数排卵。在体外受精前，需要对奶牛的精子进行获能处理。受精时，往往一个卵母细胞只能和一个精子结合，受精过程中防止多精入卵的生理反应包括透明带反应和卵细胞膜反应。‎ ‎(2)过程Ⅱ将人的乳铁蛋白基因导入奶牛受精卵最为有效的方法是显微注射法。‎ ‎(3)进行动物早期胚胎体外培养时，培养液中除了含有各种无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、氨基酸、激素、核苷酸等营养成分和动物血清。如果想同时获得更多相同的子代，可采用胚胎分割技术，若对囊胚操作，应注意将内细胞团均等分割。‎ ‎(4)早期胚胎移植到代孕奶牛体内时，代孕奶牛对移入子宫的重组胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为重组胚胎在代孕奶牛体内的存活提供了可能。‎ ‎[解析]　(1) 由于促性腺激素有促进雌性动物排卵的作用，所以为了获取更多的卵母细胞，常常需用促性腺激素对奶牛进行处理，目的就是超数排卵。在体外受精前，需要对奶牛的精子进行获能处理。受精时，往往一个卵母细胞只能和一个精子结合，主要原因是受精过程中存在透明带反应和卵细胞膜反应两个防止多精入卵的生理反应。(2)将目的基因(人的乳铁蛋白基因)导入受体动物(奶牛)的受精卵中常常采用显微注射法。(3)进行动物早期胚胎体外培养时，培养液中需添加的营养成分有各种无机盐和有机盐、维生素、氨基酸、激素、核苷酸和动物血清等。如果想同时获得更多相同的子代，可采用胚胎分割技术，若对囊胚进行分割操作，应注意将内细胞团均等分割。(4)早期胚胎移植到代孕奶牛体内时，代孕奶牛对移入子宫的重组胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为重组胚胎在代孕奶牛体内的存活提供了可能。‎ ‎3．(2019·黑龙江哈尔滨市第六中学校高考模拟)请回答关于生物工程操作和应用的优势的有关问题：‎ ‎(1)基因工程中，不能将目的基因直接导入受体细胞，而是先要构建基因表达载体，因为其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代 ，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。‎ ‎(2)植物细胞工程中，微型繁殖技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速实现种苗的大量繁殖。同时由于培养细胞一直处于不断地分裂状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变，从中筛选出对人们有利的个体。‎ ‎(3)动物细胞核移植技术选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是：去核卵母细胞的细胞质中含有使供体细胞核表现出全能性的物质，并且营养物质丰富，有利于早期胚胎的发育。‎ ‎(4)“生物导弹”是借助单克隆抗体的靶向(导向)作用，在原位杀死癌细胞，减少毒副作用。‎ ‎(5)进行胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。‎ ‎(6)ES细胞可以用于治疗人类的某些顽症，因为ES细胞在功能上具有发育的全能性特性。‎ ‎[解析]　(1)基因工程中，不能将目的基因直接导入受体细胞，而是先要构建基因表达载体，因为其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。(2)植物细胞工程中，微型繁殖技术(主要利用植物组织培养技术)不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速实现种苗的大量繁殖。同时由于培养细胞一直处于不断地分裂状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变，从中筛选出对人们有利的个体。(3)动物细胞核移植技术选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是：去核卵母细胞的细胞质中含有使供体细胞核表现出全能性的物质，并且营养物质丰富，有利于早期胚胎的发育。(4)“生物导弹”是借助单克隆抗体的导向作用，在原位杀死癌细胞，减少毒副作用。(5)进行胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(6)ES细胞可以用于治疗人类的某些顽症，因为ES细胞在功能上具有发育的全能性。‎ ‎4．(2019·湖南高考模拟)依据复制与宿主菌相关程度不同，细菌中的质粒分松散型质粒和严谨型质粒。当宿主菌蛋白质合成停止时，严谨型质粒DNA复制随之停止，松散型质粒DNA复制仍可进行。‎ ‎(1)通常选用松散型质粒作为基因工程载体，原因是目的基因容易复制(不容易受干扰)。‎ ‎(2)转化是指目的基因进入受体细胞维持稳定并表达的过程。‎ ‎(3)动物基因工程通常用MⅡ中期的卵母细胞(或受精卵)作受体细胞，当胚胎发育到囊胚或桑椹胚阶段时，通过胚胎移植技术移入母体子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用冷冻方法保存。‎ ‎(4)同一基因在不同生物中表达产生相同蛋白质的原因都是共用一套遗传密码。‎ ‎[解析]　(1)当宿主菌蛋白质合成停止时，严谨型质粒DNA复制随之停止，松散型质粒DNA复制仍可进行，通常选用松散型质粒作为基因工程载体，原因是目的基因容易复制，不容易受到干扰。(2)转化是指目的基因进入受体细胞维持稳定并表达的过程。(3)动物基因工程通常用MⅡ中期的卵母细胞(或受精卵)作受体细胞，当胚胎发育到囊胚或桑椹胚阶段时，通过胚胎移植技术移入母体子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用冷冻方法保存。 (4)由于从微生物到人类都共用一套遗传密码，所以可以将一种生物的基因转移到其他生物细胞内进而表达出相同的蛋白质。‎ ‎5．(2019·广东高考模拟)回答下列问题：‎ ‎(1)用头发将蝶螈的受精卵横缢为有核和无核的两半，有核的一半能分裂，无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到16～32个细胞时，科学家将其中一个细胞的细胞核挤到无核的一半，结果发现这一半也开始分裂，并且像有核的那一半一样，最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了早期胚胎细胞的细胞核具有全能性 ‎，从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。‎ ‎(2)进行体细胞核移植前，从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养，培养条件除营养、温度和pH适宜外，还应保证无菌、无毒、适宜气体环境(答出2点)。核移植前还需对受体卵母细胞进行去核操作，其目的是保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体。‎ ‎(3)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过早期胚胎培养、胚胎移植等技术环节，才能获得克隆动物。‎ ‎(4)体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性，原因主要是卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质。根据这一启示，请提出一种恢复体细胞分裂分化能力的新思路：从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质，将其导入到细胞中。‎ ‎[解析]　(1)用头发将蝶螈的受精卵横缢为有核和无核的两半，有核的一半能分裂，无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到16～32个细胞时，科学家将其中一个细胞的细胞核挤到无核的一半，结果发现这一半也开始分裂，并且像有核的那一半一样，最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了早期胚胎细胞的细胞核具有全能性，从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。(2)进行体细胞核移植前，从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养，培养条件除营养、温度和pH适宜外，还应保证无菌、无毒、适宜气体环境。核移植前还需对受体卵母细胞进行去核操作，其目的是保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体。(3)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过早期胚胎培养、胚胎移植等技术环节，才能获得克隆动物。(4)由于卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质，体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性。根据这一启示，可从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质，将其导入到细胞中，从而恢复体细胞分裂分化能力。‎ ‎6．(2020·山东高考模拟)2018年11月，一对名为“露露”和“娜娜”的基因编辑婴儿的诞生引发了国内巨大的争议。基因编辑过程的实质是用特殊的引导序列将“基因剪刀——Cas9酶”精准定位到所需修饰的基因上然后进行编辑。回答下列问题：‎ ‎(1)科学家用显微注射法将特殊的引导序列与“基因剪刀——Cas9酶”导入目的细胞，上述实例中目的细胞为受精卵。‎ ‎(2)“露露”与“娜娜”其实也是试管婴儿，试管婴儿需让成熟且获能的精子与成熟的卵细胞结合形成受精卵，然后进行早期胚胎培养。该时期所用培养液中含有的物质有无机盐和有机盐类、氨基酸、维生素、激素、核苷酸、水和血清等。‎ ‎(3)一个处于囊胚期的早期胚胎经过胚胎分割技术可形成两个甚至多个胚胎，该技术操作的关键是要做到将内细胞团均等分割，若科学家想在早期胚胎时就知道“露露”的性别，可通过取囊胚期胚胎的滋养层细胞进行染色体(或DNA)分析实现。‎ ‎[解析]　(1) 将特殊的引导序列与“基因剪刀——Cas9酶”‎ 导入目的细胞是受精卵细胞，采用显微注射法。(2)体外受精需要将成熟的精子获能后与成熟的卵细胞结合形成受精卵；早期胚胎培养所用的培养基需要加入无机盐和有机盐类、氨基酸、维生素、激素、核苷酸、水和血清等。(3)将囊胚期的早期胚胎采用胚胎分割技术可形成两个甚至多个胚胎，该技术操作的关键是要做到将内细胞团均等分割，若在早期胚胎时了解其性别，可取囊胚期胚胎的滋养层细胞进行染色体(或DNA)分析。‎ ‎7．(2020·江西临川一中高考模拟)研究人员成功的获得了一种野生型濒危生物——东方盘羊的克隆后代，他们在试验中将2只死后的雌性野生盘羊的细胞核注入到去核的家羊卵母细胞中构建了重组细胞，并最终获得了健康的克隆子代，该研究可应用到濒危动物和珍惜动物的保护领域。回答下列问题：‎ ‎(1)核移植的理论基础是细胞核的全能性，该试验获得的健康的子代的性状更加接近于东方盘羊(填“东方盘羊”或“家羊”)，理由是重组细胞的主要遗传物质来自细胞核，而细胞核是东方盘羊提供的。‎ ‎(2)体外培养的重组细胞需要培养到桑椹胚或囊胚期时才可以移植到代孕母羊中，这是动物克隆技术的最后一道“工序”，这道“工序”称为胚胎移植。‎ ‎(3)为了降低克隆难度，核移植的供体细胞最好取自东方盘羊的胚胎干细胞(填“胚胎干细胞”或“体细胞”)，原因是胚胎干细胞的分化程度低，全能性高。‎ ‎[解析]　(1)核移植的理论基础是细胞核的全能性，由于重组细胞的主要遗传物质来自细胞核，而细胞核是东方盘羊提供的，故试验获得的健康的子代的性状更加接近于东方盘羊。(2)体外培养的重组细胞需要培养到桑椹胚或囊胚期时才可以移植到代孕母羊中，这是动物克隆技术的最后一道“工序”，这道“工序”称为胚胎移植。(3)为了降低克隆难度，核移植的供体细胞最好取自东方盘羊的胚胎干细胞，原因是胚胎干细胞的分化程度低，全能性高。‎ ‎8．(2019·陕西高三期末)Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗，其技术流程如图(图中数字序号表示的是相关过程)。请回答：‎ ‎(1)过程①将进行培养的上皮细胞注入去核的卵母细胞中，接受细胞核的卵母细胞应处于MⅡ中期。‎ ‎(2)过程②利用的技术是早期胚胎培养，当重组胚胎培养到囊胚期时，可从其内细胞团分离出ES细胞，ES细胞在功能上具有发育的全能性的特点。‎ ‎(3)过程③中获取的目的基因是(正常的)Rag2基因，若要将目的基因导入受体细胞，需要构建含(正常的)Rag2基因的基因表达载体，构建之前可以根据(正常的)Rag2基因的脱氧核苷酸序列(或碱基对序列或遗传信息)设计引物，利用PCR技术对目的基因进行扩增。为了检测ES细胞的DNA上是否插入了目的基因，可采用DNA分子杂交技术。‎ ‎(4)按此方法和图示技术流程，完成Rag2基因缺失小鼠的基因治疗涉及的酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶和胰蛋白酶和耐高温的DNA聚合酶(Taq酶)等。检测Rag2基因的表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞的蛋白质，用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。‎ ‎[解析]　(1)卵细胞体外接受细胞核，卵母细胞需在体外培养到减数第二次分裂中期。(2)过程②是将重组胚胎进行培养形成早期胚胎，故利用的是早期胚胎培养技术；ES细胞是胚胎干细胞的简称，在囊胚时期分离的内细胞团细胞分离培养；ES细胞在功能上具有发育的全能性。(3)通过图示可知，将重组的造血干细胞导入缺失Rag2基因的小鼠体内，故过程③中获取的目的基因是Rag2基因，若要将目的基因导入受体细胞，需要构建含(正常的)Rag2基因的基因表达载体，设计引物要遵循碱基互补配对原则，所以根据Rag2基因的核苷酸序列进行设计，利用PCR技术对目的基因进行扩增。通过DNA分子杂交技术，检测ES细胞的DNA上是否插入了目的基因。(4)图示③是基因工程，涉及的酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶和耐高温的DNA聚合酶(Taq酶)，老鼠上皮细胞分散开可用胰蛋白酶等。检测表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞的蛋白质，用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。‎ ‎9．(2019·山西高三期末)自然情况下，牛的生育率很低，通过胚胎工程的技术手段，可以实现良种牛的快速繁殖。回答下列问题：‎ ‎(1)自然条件下，哺乳动物的受精作用是在雌性动物的输卵管内完成的。当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成受精。‎ ‎(2)釆用胚胎移植的方法，可使一头良种雌性黄牛一年生下数十头自己的后代。该方法的操作过程中需要用激素对该良种母牛和代孕母牛进行同期发情处理。一般来说，胚胎移植的适宜时期是胚胎发育至桑椹胚或囊胚阶段。在胚胎移植过程中，移入子宫的胚胎能在受体内存活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。‎ ‎(3)釆用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和早期胚胎培养。采集的精子需要经过获能处理，才具备受精能力。一般情况下，符合受精要求的精子和卵子可以在获能(或专用的受精)溶液中完成受精过程。培养早期胚胎时，所用培养液的成分除了一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及动物血清等物质。‎ ‎[解析]　(1)自然条件下，哺乳动物的受精作用是在雌性动物的输卵管内完成的。当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成受精。(2)釆用胚胎移植的方法 ‎，可使一头良种雌性黄牛一年生下数十头自己的后代。该方法的操作过程中需要用激素对该良种母牛和代孕母牛进行同期发情处理。一般来说，胚胎移植的适宜时期是胚胎发育至桑椹胚或囊胚阶段。在胚胎移植过程中，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这是移入子宫的胚胎能在受体内存活的生理学基础。(3)釆用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和早期胚胎培养。采集的精子需要经过获能处理，才具备受精能力。一般情况下，符合受精要求的精子和卵子可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。培养早期胚胎时，所用培养液的成分除了一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及动物血清等物质。‎ ‎10．(2019·长郡月考)回答下列与生态工程有关的问题：‎ ‎(1)一般来说，生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、可持续等特点。‎ ‎(2)生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生、协调与平衡、整体性、物种多样性等原理。人畜粪便用于农作物的生产主要符合物质循环再生原理；连年种植单一品种造成病虫害增加主要违反了物种多样性原理。‎ ‎(3)在湿地生态恢复工程中，应在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。‎ ‎(4)“猪—沼—果”是我国一种常见的生态农业模式，以沼气为纽带，带动畜牧业、林果业等相关农业产业共同发展。该生态农业中的所有生物共同组成了群落(填“生态系统”“群落”或“种群”)；该生态农业模式能实现能量的多级利用(多途径利用)。‎