【生物】2020届一轮复习胚胎工程与生态工程学案

【生物】2020届一轮复习胚胎工程与生态工程学案

第35讲　胚胎工程与生态工程 ‎[考纲要求]　1.从受精卵谈起(a)。2.胚胎工程(a)。3.生态工程的主要类型(a)。4.生态工程在农业中的应用(a)。5.活动：庭院生态系统的经济效益分析(a)。‎ 考点一　胚胎发育与胚胎体外培养 ‎1.受精作用 ‎(1)过程：包括精卵识别、精子附着于卵膜、精卵质膜融合等几个过程。‎ ‎(2)同种动物精卵结合的原因之一：同种动物精子、卵细胞表面有特异性相互识别的蛋白。‎ ‎2.胚胎发育的过程 受精卵：动物个体发育的起点，在输卵管内完成受精作用时已开始分裂 ‎↓‎ 卵裂球 ‎↓‎ 囊胚 ‎↓‎ 原肠胚 ‎3.胚胎工程的概念 ‎(1)含义：在胚胎发育过程中进行的胚胎操作技术。‎ ‎(2)技术：主要包括体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。‎ ‎(3)研究对象：主要限定于高等脊椎动物，特别是哺乳动物。‎ ‎4.体外受精和胚胎体外培养 项目 体外受精 胚胎体外培养 含义 采集雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子，使其在试管中受精 通过人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养 过程或注意事项 ‎(1)将成熟的精子放入培养液中培养，使精子达到获能状态；‎ ‎(2)采集成熟的卵细胞，方法是卵巢经超数排卵处理，吸取卵泡液，取出卵母细胞，人工培养促其成熟；‎ ‎(1)培养不同发育时期的胚胎，需要配制一系列含不同成分的培养液；‎ ‎(2)胚胎培养比组织培养和细胞培养要困难得多；‎ ‎(3)获能精子和成熟卵细胞在体外合适环境下共同培养一段时间，便可受精；‎ ‎(4)受精后形成的受精卵需经早期发育培养，才能完成植入和着床，通常移植的适宜时期是发育到8细胞以上的胚胎；‎ ‎(5)分娩产仔得到“试管动物”‎ ‎(3)目前，只能对少数物种不同阶段的胚胎进行培养，尚无从受精卵到新生儿的全体外胚胎培养技术 ‎(1)从卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精(　×　)‎ ‎(2)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(　√　)‎ ‎(3)囊胚的滋养层细胞具有发育全能性(　×　)‎ ‎(4)囊胚形成的过程中，每个细胞的体积不断增大(　×　)‎ ‎(5)原肠胚时期的每一个细胞都属于全能干细胞(　×　)‎ 如图为纯种荷斯坦小奶牛的繁殖过程，请据图回答下列问题：‎ ‎(1)克隆动物培育过程与图示繁殖过程相比，特有的技术手段是核移植技术，这两种动物繁殖的方式相比，实质性的区别为前者是无性(填“无性”或“有性”)生殖，后者是有性(填“无性”或“有性”)生殖。‎ ‎(2)一般用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理，用孕激素处理受体牛以便接受胚胎。‎ ‎(3)如果培育转基因荷斯坦奶牛，可采用显微注射技术将药用蛋白基因导入到受精卵中，在检测受体细胞中的染色体DNA上是否插入了目的基因时，常采用的方法是DNA分子杂交技术，根据是否显示出杂交带进行鉴定。‎ ‎(4)上述技术应用于人类所得到的婴儿通常叫试管婴儿，在生育方面的积极意义是解决患不孕不育症夫妇的生育问题。‎ ‎1.关于精子和卵子的发生和受精作用 ‎(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。‎ ‎(2)受精卵的遗传物质中，核物质(染色体上DNA)一半来自父方(精子)，一半来自母方(卵细胞)，细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。‎ ‎(3)进行体外受精时，从卵巢中取出的卵细胞还没有成熟，应在体外人工模拟输卵管环境中进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。‎ ‎2.胚胎发育分析 ‎(1)起点是受精卵分裂，在输卵管内完成受精作用时即已开始，直至发育成为成熟的胎儿。‎ ‎(2)卵裂期的特点：细胞有丝分裂使细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加或略有缩小，因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小，但核内遗传物质并未减少。‎ ‎(3)桑椹胚以前的细胞均未分化，细胞全能性很高，是胚胎分割的最佳时期。‎ ‎(4)桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。‎ ‎(5)原肠胚的特点：个体发育中分化能力最强的阶段，细胞已分化形成外、中、内三个胚层。‎ ‎(6)个体发育过程中从囊胚阶段开始初步分化，分化出内细胞团和滋养层细胞，囊胚之前细胞未分化，为全能细胞，囊胚之后的原肠胚阶段细胞已分化，但仍有全能细胞。‎ ‎3.胚胎的早期体外培养分析 ‎(1)早期胚胎一般指可用于移植的胚胎，在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。‎ ‎(2)胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同，除无机盐、营养成分和调节物质外，还需要血清，两者都是液体培养基。‎ ‎1.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，近年来发展起来的细胞工程和胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机，请据图完成下列问题：‎ ‎(1)在试管牛和克隆羊的培育过程中都必须用到的生物技术有______________________。‎ ‎(2)从哺乳动物早期胚胎或原始性腺中分离出来的细胞，称为ES或EK细胞。这类细胞的形态特征有________________________________。‎ ‎(3)试管牛D的性别为____________，克隆羊的性状和________面绵羊最接近。‎ ‎(4)超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射________________；冲卵实质上是用特定装置，将供体母牛子宫内的________冲洗出来。‎ ‎(5)图乙中从A到E中，适宜于牛的胚胎移植的有________(填字母)；图中标号3为________，它将来可发育为胚胎的附属结构或胚外结构。‎ ‎(6)动物的早期胚胎移植到同种且______________与供体相同的动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移植。‎ 答案　(1)动物细胞培养(早期胚胎培养)、胚胎移植　(2)体积小、细胞核大、核仁明显　(3)雌性或雄性(或不能确定)　白　(4)促性腺激素　(早期)胚胎　(5)D、E　滋养层　(6)生理状态 解析　(1)试管牛是通过体外受精和胚胎移植培育的，克隆羊是通过核移植和胚胎移植培育的。在试管牛和克隆羊的培育过程中都必须用到的生物技术是动物细胞培养、胚胎移植等。(2)胚胎干细胞在形态上，具有体积较小、细胞核大、核仁明显的特点。(3)因为克隆羊的细胞核来自白面绵羊，生物的性状主要是由细胞核基因控制的，所以克隆羊的性状和白面绵羊最接近。(4)促性腺激素在胚胎移植中有非常重要的作用，可促进超数排卵。冲卵实质上是用特定装置，将供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。(5)从A到E中，分别是受精卵、二细胞胚胎、四细胞胚胎、桑椹胚和囊胚，适宜于牛的胚胎移植的时期有桑椹胚和囊胚。(6)动物的早期胚胎移植到同种且生理状态与供体相同的动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移植，生理状态相同更有利于胚胎的存活。‎ ‎2.据第三次全国大熊猫野外种群调查，全世界野生大熊猫不足1600只，因此，如何保护和繁殖大熊猫是亟待解决的问题，现设计如下繁殖过程。请回答下列问题：‎ ‎(1)“克隆熊猫”培育技术为胚胎干细胞核移植，培育成功的部分原因是卵细胞质具有调控____________发育的作用。图中A过程是______________；为了抑制细胞分化，要在培养皿底部制备一层细胞(如胚胎成纤维细胞)，称为________________。‎ ‎(2)图中激素处理可使供体______________，从而可培育更多的早期胚胎。代孕受体在移植前需要经过________处理，以便早期胚胎成功植入或着床。‎ ‎(3)下列对象中，通常不适合胚胎移植的是________。‎ A.受精卵 B.八细胞胚 C.桑椹胚 D.早期囊胚 ‎(4)为了繁殖更多后代，可以通过________技术，产生同卵多仔。下列关于该技术的叙述中，错误的是________。‎ A.增加胚胎数量，快速繁殖 B.同卵多仔的表现型一定相同 C.该技术涉及显微操作技术 D.可以采用相关酶处理卵裂球 答案　(1)细胞核　(胚胎干)细胞培养　饲养层　(2)超数排卵　同期发情　(3)A　(4)胚胎分割(和移植)　B 解析　(1)重组细胞中，卵细胞质中的一些蛋白因子会逐渐替换掉细胞核中阻碍核基因表达的调节蛋白，促进其全能性的表达；A过程是将囊胚的内细胞团细胞——胚胎干细胞取出进行培养的过程；培养皿底部的一层细胞称为饲养层，可促进胚胎干细胞生长而抑制其分化。(2)图中激素处理供体，会促进其超数排卵，受精后产生更多胚胎；为了给移植胚胎创造良好的孕育条件，应对代孕母畜进行同期发情处理。(3)受精卵直接移植成功率不高，通常会先进行胚胎体外培养，然后对早期胚胎进行筛选，选择健康的胚胎进行移植，以提高成功率。不同动物移植的最佳时期有差异，因此将受精卵培养到什么阶段视物种而定。(4)胚胎分割能够使一个胚胎分割成几个胚胎，从而增加繁殖量；胚胎分割处理的是早期胚胎，体积非常小，需要显微操作，可用切割针或切割刀进行切割，也可采用酶消化的方法，使胚胎数量在原来的基础上明显增加，虽然这些胚胎来自同一受精卵，遗传物质相同，但环境因素对其性状表现也有一定的影响，故表现型未必完全一致。‎ 试管动物与克隆动物的比较 比较项目 试管动物 克隆动物 技术要求 体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植 核移植、胚胎体外培养、胚胎移植 过程 生殖方式 有性生殖 无性生殖 遗传物质 来自两个亲本 大部分来自核供体 意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能，缩短供体的繁殖周期 加速家畜遗传改良进程，挽救濒危物种等 实例 试管牛、试管山羊 ‎“多莉”羊 考点二　胚胎移植、胚胎分割及胚胎干细胞 ‎1.胚胎移植 ‎(1)概念：指将经济价值较高、遗传性状优良的母畜，经过激素处理，使其超数排卵后受精，然后将发育的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫内，通过代孕母妊娠产仔的技术。‎ ‎(2)供体：指提供胚胎的动物。‎ ‎(3)受体(代孕母)：接受胚胎的动物。‎ ‎(4)过程：供体母畜―→早期胚胎同期发情排卵、但未经配种的受体的相应部位后代。‎ ‎(5)意义：胚胎工程中获得后代的唯一方法。‎ ‎2.胚胎分割 ‎(1)概念：借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。‎ ‎(2)基本过程：良种母牛早期胚胎分割的胚胎或细胞受体后代。‎ ‎(3)意义：可成倍增加胚胎数量，是一种快速繁殖良种畜的方法。‎ ‎3.胚胎干细胞 ‎(1)来源：囊胚内细胞团。‎ ‎(2)培养：一般用胚胎成纤维细胞作饲养层培养胚胎干细胞，这样可以促进干细胞生长的同时抑制干细胞的分化。‎ ‎(3)获取：把胚胎放到有饲养层的培养液中培养，直到内细胞团突出饲养层外，用酶消化或机械剥离内细胞团，再把它用酶消化成单个细胞，置于新鲜培养液中培养。‎ ‎(4)应用：①胚胎干细胞核移植：把胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的技术。‎ ‎②用干细胞克隆器官，为器官移植提供器官。‎ ‎(1)采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的(　√　)‎ ‎(2)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(　×　)‎ ‎(3)在胚胎移植中，对供体母羊要做超数排卵处理，对供、受体要做同期发情处理(　√　)‎ ‎(4)胚胎分割移植应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚(　×　)‎ ‎(5)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(　√　)‎ 据图分析胚胎移植的操作流程 ‎(1)图中供体牛和受体牛分别是哪些？选择标准是什么？‎ 提示　供体牛是良种公、母牛；受体牛是一般受体奶牛和一般受体肉牛。‎ 选择标准：供体是遗传性能和生产性能优良的个体，受体是健康、有繁殖能力的个体。‎ ‎(2)对供体牛和受体牛要进行怎样的处理？‎ 提示　对供体母牛进行超数排卵处理；对供、受体母牛进行同期发情处理。‎ ‎(3)用于移植的早期胚胎应是发育到哪些阶段的胚胎？‎ 提示　桑椹胚或囊胚(或8细胞以上的早期胚胎)。‎ ‎(4)排卵和冲卵有什么区别？‎ 提示　排卵是指卵子从卵泡中排出，冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。‎ ‎1.胚胎移植分析 ‎(1)“供体”与“受体”的确定：提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”；供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。‎ ‎(2)实质：胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变。‎ ‎(3)优势：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期。‎ ‎(4)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处理使其超数排卵。‎ ‎(5)胚胎移植过程产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体牛，性别取决于公牛提供何种类型的精子，与受体牛没有关系。‎ ‎(6)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖取决于胚胎是由受精卵形成的，还是由核移植技术形成的重组细胞发育而成的，前者为有性生殖，后者为无性生殖。‎ ‎2.胚胎分割分析 对囊胚阶段的胚胎进行分割时，必须将内细胞团均等分割；内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育成胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养层细胞。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，含内细胞团少的部分发育不良，甚至不能发育等问题。‎ ‎1.牛胚胎移植的基本程序如下图所示，下列说法错误的是(　　)‎ A.供体母牛的主要职能是产生具有优良性状的胚胎 B.图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素 C.为了提高牛胚胎的利用率，常采用的方法是胚胎分割移植 D.供体和受体(代孕母牛)要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应 答案　D 解析　胚胎移植的目的是发挥雌性优良个体的繁殖潜力；胚胎分割是将一个胚胎分成多份，从而提高了优良胚胎的利用率；胚胎移植过程不同于器官移植，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，不需要进行免疫检查。‎ ‎2.下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是(　　)‎ A.胚胎移植可以定向改造动物的遗传性状，③需移植到发情的母牛子宫内发育 B.A细胞不一定是受精卵细胞 C.①②两个胚胎具有不同的遗传物质 D.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段 答案　B 解析　胚胎移植不能定向改造动物的遗传性状；①和②两个胚胎是由同一受精卵发育而来的，其遗传物质相同；在胚胎分割移植时，需用早期胚胎，胚胎未发育到原肠胚阶段；A细胞也可以是核移植的重组细胞。‎ ‎3.下图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所做的一系列研究，下列相关叙述不正确的是(　　)‎ A.过程Ⅰ用饲养层培养ES细胞时，需要加入动物血清 B.过程Ⅱ中ES细胞正常发育成图中胎儿，体现了ES细胞的全能性 C.过程Ⅲ可直接将褐毛基因片段通过显微注射法导入ES细胞中 D.过程Ⅳ利用免疫缺陷的小鼠的目的是使受体不对移植的组织细胞产生免疫反应 答案　C 解析　过程Ⅰ是动物细胞培养技术，需要加入血清，A正确；ES细胞正常发育成图中胎儿，体现了ES细胞的全能性，B正确；过程Ⅲ 将目的基因导入胚胎干细胞前需构建重组DNA分子，再通过显微注射法导入ES细胞中，C错误；免疫缺陷的小鼠不会对移植细胞产生免疫反应，D正确。‎ 考点三　生态工程 ‎1.生态工程的主要类型 产生背景 人口爆炸、粮食短缺、资源枯竭、空气污染、生态环境被破坏，人类面临着生存和发展的挑战 原理 整体、协调、循环、再生 研究对象 社会—经济—自然复合生态系统 总体目标 可持续发展 应用领域 ‎(1)物质循环利用的生态工程：‎ ‎①城市生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理；‎ ‎②农村地区发展养殖业，将农作物秸秆“过腹还田”等。‎ ‎(2)节水和废水处理与应用的生态工程：农业区域实施节水灌溉技术，城市、工业开发节水性质的生态系统；对工业废水、生活污水等实施减量、回收、再生和再循环的措施。‎ ‎(3)山区小流域综合治理与开发的生态工程：利用小流域自然资源，将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合起来。‎ ‎(4)清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程：生产沼气，开发利用太阳能、风能等清洁及可再生能源。‎ ‎2.生态工程在农业中的应用 ‎(1)传统农业措施：套种、间种、轮种。‎ ‎(2)生态工程在农业中的应用 ‎①庭院生态工程：进行物质和能量的多级利用。‎ ‎②农业生态工程：按照生态和经济规律，种养结合的优化设计。‎ ‎(3)农业生态工程的主要技术 主要技术 实例 物质的良性循环技术 庭院生态系统、桑基鱼塘生态工程、农作物秸秆“过腹还田”‎ 洁净可再生的新能源开发技术 太阳能热水器直接利用太阳能、利用发酵技术产生沼气开发生物能、开发风能和潮汐能 种植业和畜牧业合理优化技术 ‎“退耕还林”、“退耕还草”‎ 套种、间种和轮种制度 小麦、玉米套种、南方桑园中种植大豆、北方果园中种植蔬菜 立体养殖技术 混养鱼塘 利用生物种间关系，发展生物防治技术 放养害虫的天敌青蛙等 ‎3.生态农业两大经典实例分析 ‎(1)桑基鱼塘模式 人工建立的高产稳产的农业生态系统，做到桑叶养蚕、蚕粪养鱼、鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示。‎ ‎(2)沼气农田立体养殖模式 通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。‎ ‎(1)生态农业的指导思想是环境与经济协调发展(　√　)‎ ‎(2)生态工程是无消耗、多效益的工程(　×　)‎ ‎(3)设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化(　×　)‎ ‎(4)矿区废弃地生态修复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益(　×　)‎ ‎(5)退耕还林还草的措施主要利用的农业生态工程技术是种植业和畜牧业合理优化技术(　√　)‎ ‎(6)“秸秆的多级利用”充分体现了生态工程的物质循环再生原理(　√　)‎ ‎(7)在农业生态系统中，物质经多次重复利用，提高了物质利用率(　√　)‎ ‎(8)建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低(　×　)‎ ‎1.在我国，生态工程的发展特别迅速。阅读教材，分析提供的日常实例，试归纳我国生态工程的主要类型及其有关规律。‎ 实例一　城市生活垃圾减量化、无害化、资源化处理；农村发展养殖业。‎ 实例二　在干旱半干旱地区，雨水和地表水收集，农业区节水灌溉；造糖厂用废弃的糖蜜制酒精；造纸厂利用废液回收钙粉、木质素等物质；屠宰场用废血生产凝血酶、血红蛋白等。‎ 实例三　三北、长江中上游防护林生态工程；治坡、治沟、修梯田、发展林业。‎ 实例四　利用农作物秸秆、生活垃圾发酵生产沼气；开发太阳能、风能。‎ ‎(1)实例一为物质循环利用的生态工程。其原理为物质循环再生；其优点为减少污染，废物资源化。‎ ‎(2)实例二为节水和废水处理与应用的生态工程。其原理为以节水为主；对工业废水、生活污水等实施减量、回收、再生、再循环的措施，寓废水处理于利用之中。‎ ‎(3)实例三为山区小流域综合治理与开发的生态工程。其原理为治理恢复小流域生态环境，可持续利用小流域自然资源，其优点为可持续利用小流域自然资源；将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合。‎ ‎(4)实例四为清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。其原理为开发和利用清洁能源；其优点是为全社会提供能效高、对环境影响小、可持续的能源服务。‎ ‎2.如图是某生态工程示意图，据图回答下列问题：‎ ‎(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用；该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的物质循环再生原理。‎ ‎(2)该生态工程能生产出无公害大米的原因是减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。‎ ‎(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，原因是蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强。‎ ‎1.设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法不正确的是(　　)‎ A.用蛆蛹粪便还田，运用了能量循环原理 B.用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用 C.用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益 D.该生态工程的正常运转离不开人的管理 答案　A 解析　能量是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，A错误；用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质和能量的多级利用，B正确；用玉米芯生产木糖醇，实现了物质的多级利用，可以增加经济效益，C正确；该图属于生态农业，人的作用非常关键，D正确。‎ ‎2.一青年农民利用自己学习的生态学知识，在自家庭院里建了一个小型生态农业，年创收入上万元。如图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答问题：‎ ‎(1)从图中可知，人类生活中所需的能源来自于太阳能、沼气等。利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是__________________________________________________________。‎ ‎(2)该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是__________________________。‎ ‎(3)生态工程建设的目的就是遵循自然界____________的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统工程相比较，生态工程具有____________________________的特点。‎ ‎(4)据生态工程中的物种多样性这一原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链和营养级越长越多越好，你是否支持这一观点？________。‎ 答案　(1)减少了燃烧煤炭所产生的污染　(2)充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用　(3)物质循环　少消耗、多效益、可持续　(4)否 解析　(1)该生态农业减少了燃烧煤炭所产生的污染。(2)该生态工程充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用，使能量能够更多地被人类利用。(3)生态工程建设的目的就是遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。(4)食物链越长，营养级越多，则能量损耗越多。‎ 生态工程设计的常用方法 ‎(1)生态工程设计的常用方法之一是食物链(网)的“相接”。例如，在稻田养鱼的农业生态工程中，鱼与稻原属于不同生态系统的食物链(网)，但在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼(如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等)的鱼苗放养在稻田中，使稻田生态系统的结构有所改变，物质循环和能量流动更为合理。这表现在鱼类摄食杂草，减少了杂草在阳光、养分方面与水稻的竞争；鱼粪中含有丰富的氮、磷，增加了水稻的肥源；滤食性和杂食性鱼能摄食稻田中的浮游生物、底栖动物等。‎ ‎(2)生态工程设计的常用方法之二是食物链(网)的“加环”。“加环”可为未被利用的部分找到出路。例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来培养食用菌，栽培食用菌后的残余物用来养殖蛆蛹，蛆蛹粪作为优良有机肥还田等。‎ 探究真题　预测考向 ‎1.(2016·全国Ⅱ，40)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为_________________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用________________的方法。②代表的过程是________________。‎ ‎(2)经过多次传代后，供体细胞中________________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。‎ ‎(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是__________________________________________________________________________。‎ ‎(4)与克隆羊“多莉”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了____________。‎ 答案　(1)XX或XY　显微操作　胚胎移植　(2)遗传物质　(3)卵细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　(4)动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性 解析　(1)因供体的性别不确定，故其细胞核内的性染色体组成为XX或XY；一般将卵细胞培养到MⅡ中期，用显微操作法将其细胞核去除；②代表的过程是胚胎移植。(2)传代培养10代以内的细胞可以保持正常的二倍体核型，超过10代以后，供体细胞中遗传物质的稳定性会降低。(3)克隆动物细胞质中的遗传物质来自卵细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质对克隆动物的性状会产生影响。(4)克隆动物的成功可以证明动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。‎ ‎2.(2015·山东，36)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。流程如下：‎ ‎(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。‎ 答案　(1)(体细胞)核移植　(早期)胚胎培养　(2)pH　(3)限制性核酸内切酶　DNA连接酶　标记　(4)内细胞团　B 解析　(1)由流程图知，个体A提供去核卵母细胞，个体B提供体细胞核，二者通过①得到重组细胞，重组细胞经②得到囊胚，故①是核移植，②是早期胚胎培养。(2)动物细胞培养时，要通入含有5%CO2的空气，CO2的作用是维持培养液的pH。(3)构建基因表达载体时，要用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、复制原点、标记基因等，标记基因的作用是便于目的基因的检测和筛选。(4)胚胎干细胞是从早期胚胎中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性。囊胚中的内细胞团细胞为胚胎干细胞。图中获得的组织器官，其细胞的细胞核来自个体B，将所得组织器官移植给个体B，不会发生免疫排斥反应。‎ ‎3.(2017·浙江4月选考)回答与生态工程有关的问题：‎ ‎(1)对农作物秸秆多途径利用的基本过程示意图如下，贯穿全过程的核心技术是___________技术。其中“过腹还田”的具体途径是________________________。将秸秆和动物粪便等通过微生物发酵产生沼气，这是利用了农业生态工程中的______________________技术。‎ ‎(2)农业生产上，畜牧业依赖和受制于种植业，可以通过种植业和畜牧业的________________技术提高经济和社会效益。“退耕还林”后，林地的增加可以减少________，更有利于受损生态系统的恢复。使用农药能有效控制农业害虫，但也使生态系统的______________减少，因此利用生物的________进行生物防治是今后的发展方向。‎ 答案　(1)物质的良性循环　秸秆→家畜→粪便→农田　洁净可再生的新能源开发　(2)合理优化　水土流失　生物多样性　种间关系 解析　(1)看图可知，该农业生态系统通过物质的良性循环技术把秸秆多途径利用，其中“过腹还田”的具体途径是“秸秆→家畜→粪便→农田”使废物资源化，实现循环经济；太阳能、沼气、风能、潮汐能、水电能属于洁净可再生的新能源开发技术。‎ ‎(2)种植业和畜牧业通过合理优化，整体效益高于优化前；“退耕还林”后，林地的增加可以减少水土流失，使用农药能有效控制农业害虫，但也使生态系统的生物多样性减少，因此利用生物的种间关系发展生物防治技术是今后的发展方向。‎ ‎4.(2016·浙江自选，18)某农户建立了小型的“蔬菜—鸡、猪—沼气”系统。请回答：‎ ‎(1)这一系统属于人工干预下的_________生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和__________，在分析该生态系统的经济效益时，除了考虑这三者的投入与产出外，还要考虑__________的投入。‎ ‎(2)在该生态系统中，利用发酵技术产生沼气开发生物能属于________的生态工程。‎ A.生物多样性保护和持续利用 B.节水和废水处理与应用 C.山区小流域综合治理与开发 D.清洁及可再生能源系统组合利用 答案　(1)庭院　分解者　劳动者　(2)D 解析　(1)该小型人工系统属于庭院生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和分解者，在分析该系统的经济效益时，需要综合考虑这三者的投入和产出和劳动者的投入。(2)该生态系统中，利用发酵技术产生沼气开发生物能属于清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。‎ ‎5.(2018·浙江11月选考，32(二))某农业生态工程示意图如下，回答下列问题：‎ ‎(1)该农业生态工程体现的生态工程原理主要是____________。对该工程的经济效益分析，可从系统内部的投入和产出、__________________、系统的有效贡献等三方面进行核算。‎ ‎(2)若要提高该工程的经济效益，可采用农业生产的________技术在桑基上再种植大豆，也可采用农业生态工程的__________技术放养适量的鸡鸭等动物以调整该工程的产业结构。‎ ‎(3)某小组应用基因工程方法开展适用于该生态工程的抗虫植物改良研究。为提高将重组DNA分子导入受体细胞的效率，除考虑导入方法、筛选条件、防止污染外，还需考虑的主要因素有______________________________________________________________(答出2点即可)。农杆菌介导法是目前植物转基因的常用方法，该方法的基本过程是农杆菌感染植物时，______________________________________________________________________________，并将其插入到受体细胞的基因组中。欲获得稳定遗传的抗虫性强的转基因植物品种，则转入的抗虫基因必须能在受体细胞中____________________。‎ 答案　(1)物质循环　系统的实际消费 ‎(2)间种　种植业和畜牧业合理优化 ‎(3)重组DNA的质量和浓度、受体细胞的生长状态与密度　携带目的基因的Ti质粒转移到受体细胞　稳定和高效地表达 解析　(1)农业生态工程的主要原理是物质循环(再生)，农业生态工程的效益分析包括三方面：对系统的投入和产出、系统的实际消费、系统的有效贡献等。‎ ‎(2)桑基上种植大豆属于间种，桑基上放养适当的鸡鸭等动物用到的技术是种植业和畜牧业合理优化技术。‎ ‎(3)影响重组DNA导入受体细胞的效率的因素主要有重组DNA的质量和浓度、受体细胞的生长状态与密度等。农杆菌介导法的基本过程：农杆菌感染植物→携带目的基因的Ti质粒转移到受体细胞→将其插入到受体细胞的基因组中。只有抗虫基因在受体细胞内稳定和高效地表达，才能获得稳定遗传的抗虫性强的转基因植物。‎ 课时作业 一、选择题 ‎1.下列有关胚胎工程及其应用的叙述中，错误的是(　　)‎ A.体外受精和胚胎发育的研究为胚胎工程提供了理论基础 B.胚胎移植技术可在畜牧业生产中加速育种进程 C.桑椹胚、囊胚是进行胚胎分割的最佳时期 D.促进动物超数排卵的激素主要是垂体产生的促性腺激素 答案　A 解析　哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的研究为胚胎工程提供了理论基础，A错误；胚胎移植技术可在畜牧业生产中加速育种进程，B正确；胚胎分割时，应选择形态正常、发育良好的早期胚胎(桑椹胚或囊胚)，C正确；促进动物超数排卵的激素主要是垂体产生的促性腺激素，D正确。‎ ‎2.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.诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞 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 答案　B 解析　步骤甲、乙分别指体外受精、胚胎移植，A错误；诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素，只能作用于性腺，B正确；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自卵细胞，C错误；受精过程使用的培养液是获能溶液或专用的受精溶液，与早期胚胎培养液有区别，D错误。‎ ‎3.据下图判断，下列叙述不符合生态学原理的是(　　)‎ A.物质经过多级利用，实现了良性循环 B.每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益 C.由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用效率降低 D.由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染 答案　C 解析　选项A符合物质循环再生原理；选项B对物质循环再生进行了进一步阐述；选项C与能量多级利用提高了能量利用效率不符；选项D在物质循环再生基础上，阐述了“污染物是放错地点的原料”的含义。‎ ‎4.下面为一庭院生态系统各成分的组成和相互关系的示意图，下列关于该生态系统的分析中，正确的是(　　)‎ A.建立该生态系统的目的是实现物质和能量的循环利用，提高经济效益 B.若在果树间间种绿肥类杂草，能导致该系统中生物多样性增加，可能有效控制果园中某些害虫的数量从而减少对果树的危害 C.在庭院中饲养鸡、鸭能提高生态系统中物质的利用效率，增加产量，但由于食物链延长，生态系统中能量传递效率会降低 D.在庭院中建沼气池处理垃圾、粪便和植物枝叶，目的是尽可能减少分解者获得的能量，从而使能量流向对人有益的部分 答案　B 解析　生态系统中的能量不能循环利用；增加生物的多样性，可提高生态系统的稳定性；能量沿食物链传递的效率与食物链的长短无关。‎ 二、非选择题 ‎5.(2018·浙江十校3月联考)回答基因工程和胚胎工程有关的问题：‎ ‎(1)1989年，投入工业化生产的我国第一个基因重组新药是α-干扰素，先要制备白细胞，经病毒诱导，分离出________，在________酶的催化下合成DNA，再经PCR克隆α-干扰素基因，将α-干扰素基因与________连接，构建重组DNA分子，转化腐生型假单胞杆菌，筛选高表达、稳定遗传的工程菌。‎ ‎(2)胚胎干细胞是一种未分化细胞，具有__________________和__________________。在培养胚胎干细胞时，首先要在培养皿底部制备一层细胞，称为________。‎ ‎(3)胚胎干细胞核移植是指把胚胎干细胞核移植到去核卵细胞中，经过胚激活、________、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的技术。‎ 答案　(1)(相应的)mRNA　逆转录　质粒(或基因的载体)　(2)发育全能性　二倍体核型　饲养层　(3)胚胎培养 解析　(1)分离出的α-干扰素的mRNA，经逆转录酶的催化合成DNA，经过PCR扩增，将该基因与质粒等基因载体连接，构建重组DNA分子。(2)胚胎干细胞具有发育全能性和二倍体核型。在培养胚胎干细胞时，需要在培养皿底部制备一层饲养层细胞。(3)胚胎干细胞核移植形成的重组细胞需要经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植等过程。‎ ‎6.某研究所为了加快优良种牛的繁殖速度，采用了以下方法，请据图回答：‎ ‎　　　　　　　　　　　　乙牛(♂)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　↓‎ 甲牛(♀)→a→配种→回收胚胎→质量检测→丙牛丁牛 ‎(1)胚胎移植能提高具优良性状动物繁殖率的原因之一是：对甲牛进行[a]____________处理，一次受精就能获得多个受精卵，让________(填“一”或“多”)头丙牛帮助完成丁牛胚胎发育过程，甲牛和乙牛专门提供胚胎。‎ ‎(2)若丁牛是乳汁中含有人干扰素的转基因牛，则上述过程要改变或增加一些环节，如需要将__________基因作为目的基因与适当的载体结合并导入受体细胞；为了便于检测目的基因是否导入受体细胞，载体上要有________________________________________________。‎ ‎(3)若丁牛是乳汁中含有人干扰素的转基因牛，下列叙述中错误的是________。‎ A.丁牛的遗传物质只来自甲牛和乙牛 B.可选受精卵作重组DNA的受体细胞 C.胚胎移植之前需要对胚胎进行检测和筛选 D.需用含不同成分的培养液来培养不同时期的早期胚胎 ‎(4)若采集丁牛的乳腺细胞，用________________处理，可分散为单个的细胞悬浮液，把一个单细胞从群体中分离出来单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体的技术，叫细胞克隆，未经克隆化的细胞系具有__________性。‎ ‎(5)下列提高细胞克隆形成率的方法中不正确的是________________________________。‎ A.使用二氧化碳培养箱 B.选择适宜的培养基，添加血清 C.培养液中添加胰岛素 D.滋养层细胞支持生长，抑制分化 答案　(1)超数排卵　多　(2)人干扰素　标记基因　(3)A　(4)胰蛋白酶　异质　(5)D 解析　(1)用促性腺激素处理甲牛，可促使甲牛超数排卵，与乙牛交配可得到多个受精卵；一头代孕母牛能够孕育的胚胎数量有限，因此需多头丙牛代孕。(2)转基因牛能够产生人干扰素，说明转入了人干扰素基因，即人干扰素基因为目的基因。载体上标记基因表达的产物或控制的性状可作为目的基因是否导入受体细胞的筛选依据，故载体上需有标记基因。(3)丁牛的遗传物质除了来自甲牛和乙牛外，还有转入的外源基因，即人干扰素基因，A项错误；受精卵具有发育的全能性，易发育形成动物个体，B项正确；胚胎移植前需检测和筛选出符合要求的健康胚胎进行移植，C项正确；不同时期的早期胚胎生长发育所需的条件不同，故不同阶段需配制含不同成分的培养液，D项正确。(4)胰蛋白酶可将组织细胞之间的粘连蛋白去除，使细胞彼此分散；未经克隆化的细胞来自不同的祖细胞，性状通常并非完全一致，即具有异质性。(5)二氧化碳有助于维持培养液的pH，A项正确；培养不同的细胞需要不同的培养基，动物血清含有动物细胞生长增殖所需的许多成分，B项正确；胰岛素可促进氨基酸、葡萄糖转运入组织细胞，C项正确；应用滋养细胞支持生长，抑制分化，常用失去增殖能力的小鼠成纤维细胞作滋养细胞，而滋养层细胞则是囊胚的外层细胞，发育成胚胎附属结构或胚外结构，D项错误。‎ ‎7.(2018·浙江名校新高考联盟联考)下图是科学家培育能生产人血清白蛋白乳腺生物反应器的过程，请回答相关问题：‎ ‎(1)要获取人血清白蛋白基因，可采用PCR技术进行大量扩增，前提是_____________。‎ ‎(2)过程①获得的产物是______________。过程②需对卵细胞供体母牛进行________处理。过程③常采用________法。过程④通常将受精卵培养至________阶段，并在进行过程⑤之前对胚胎进行筛选，选择________________________胚胎进行移植。‎ ‎(3)若转基因母牛只有一条染色体上含有人血清白蛋白基因，该母牛与普通公牛交配，产下转基因母牛的概率是________。‎ 答案　(1)人血清白蛋白基因序列已知　(2)重组质粒　超数排卵　显微注射　早期囊胚　含人血清白蛋白基因的雌性　(3)1/4‎ 解析　(1)利用PCR技术扩增目的基因，前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便据此合成引物，即人血清白蛋白基因序列已知。(2)分析题图可知，过程①为重组DNA分子的形成，获得的产物是重组质粒；过程②是体外受精，在受精之前需要对供体母牛进行超数排卵处理，以获得更多的卵细胞；过程③是将含有人血清白蛋白基因的重组DNA分子导入到受精卵中，常采用显微注射法；过程④是早期胚胎的培养过程，通常将受精卵培养至早期囊胚阶段；过程⑤是胚胎移植，为了获得乳汁中含有人血清白蛋白的奶牛，在进行胚胎移植前要对胚胎进行性别鉴定，选择含有人血清白蛋白基因的雌性胚胎进行移植。(3)若转基因母牛只有一条染色体上含有人血清白蛋白基因(设A表示含人血清白蛋白基因、a表示不含人血清白蛋白基因)，则该转基因母牛(Aa)与普通公牛(aa)交配，产下转基因牛(Aa)且为母牛的概率是1/2×1/2＝1/4。‎ ‎8.(2018·浙江超级全能生3月联考)通过转基因技术培育出乳汁中含人β-酪蛋白的山羊，其流程如下图。回答下列有关问题：‎ ‎(1)基因工程的核心是图中的________(填图中数字)过程；如果要利用人类基因组构建含β-酪蛋白基因的基因文库，该过程________(填“需要”或“不需要”)限制性核酸内切酶参与。若要检测乳汁中是否出现人β-酪蛋白，可用的检测物质是________________(填“人β-酪蛋白基因”或“人β-酪蛋白抗体”)。‎ ‎(2)②过程一般是通过________法实现的。当形成转基因受精卵后，需要经过一段时间的体外培养，这一过程中不需要的措施是________(A.培养液中加入动物血清　B.培养液要及时更换成分　C.加入饲养层细胞　D.放在CO2培养箱中)。‎ ‎(3)③过程的实现必须通过________技术；通过④过程实现转基因山羊的克隆繁殖，可通过________技术形成重组细胞后，再经胚胎工程实现。‎ 答案　(1)①　需要　人β-酪蛋白抗体　(2)显微注射　C　(3)胚胎移植　核移植 解析　(1)图中的①过程为形成重组DNA分子的过程，这是基因工程的核心；利用人类基因组构建基因文库需要限制性核酸内切酶；检测表达产物——蛋白质是否合成，一般用抗原－抗体杂交法。(2)将重组质粒导入动物受精卵的方法一般用显微注射法，受精卵的体外培养是胚胎体外培养的初期环节，但与动物胚胎干细胞培养不同的是不需要抑制细胞分化，故不需要加入饲养层细胞。(3)早期胚胎形成个体必须经过胚胎移植技术，这是哺乳动物培育的必需环节；动物克隆繁殖时，若使用体细胞或胚胎细胞，可通过核移植技术形成重组细胞，再经胚胎工程实现。‎ ‎9.下图为某农场的农业生态工程简图。请回答下列问题：‎ ‎(1)在评价养殖效益时，除了人工投入等成本外，往往采用单位时间内饲料投入量和体重净增长量(可采用相关参数转换成干物质量)作为评价指标。其中体重净增长量为_______生产量，该值的大小取决于饲料到饲养动物的能量________。‎ ‎(2)该生态工程的核心技术是____________。若在果园中同时种植蔬菜，属于________技术。图中的沼气工程是在沼气池的基础上增添了脱硫塔等设施，更加优化了____________的新能源开发技术。‎ ‎(3)在无人为因素干预下，养殖鱼类种群呈逻辑斯谛增长，若养鱼场中迁入捕食养殖鱼类幼体的乌鳢鱼，将使“S”形曲线中的________下降。通过生态系统的______调节，乌鳢鱼和养殖鱼类的数量将趋于相对平衡。‎ 答案　(1)次级　传递效率 ‎(2)物质的良性循环技术　间种　洁净可再生 ‎(3)K值　自我(或负反馈)‎ 解析　(1)饲养动物在生态系统中属于消费者，消费者属于次级生产者，其体重净增长量(转换为干物质量)等于同化量减去呼吸消耗量，即为次级生产量；饲养动物的能量均来自饲料，因此其体重净增长量的大小取决于二者之间的能量传递效率。‎ ‎(2)该生态工程实现了对废物的充分利用，加快了物质的循环，因此其核心技术是物质的良性循环技术；在一块地上同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上的作物，这种栽培方式叫作间种；脱硫塔的使用使沼气中易造成污染的成分被去除了，使能源更清洁，优化了清洁可再生新能源开发技术。‎ ‎(3)乌鳢鱼的迁入增大了养殖鱼类的环境阻力，会使K值下降；生态系统具有一定的自我调节能力，在受到一定限度的外力干扰时，可通过负反馈调节维持自身的稳态。‎