- 2021-09-29 发布 |
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文档介绍
【生物】2021届一轮复习人教版胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题教案(湖北专用)
第35讲 胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题 课程内容 核心素养——提考能 1.简述动物胚胎发育的基本过程 2.简述胚胎工程的基本技术 3.关注转基因生物产品的安全性 4.举例说明生物武器对人类的威胁 5.讨论生物技术中的伦理问题 科学思维 建立试管动物和胚胎移植的基本操作流程模型 科学探究 探究转基因食品的安全性,讨论是否支持设计试管婴儿 社会责任 尝试解决生产生活中的生物学问题:试管动物、克隆治疗、转基因生物的安全性等 考点一 体内受精和早期胚胎发育 1.精子和卵子的发生 2.受精作用 3.早期胚胎发育 1.受精过程中的“三大反应”与防止多精入卵受精的“两道屏障” (1)顶体反应:精子的质膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道,是精子和卵子结合必不可少的条件。 (2)透明带反应:精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应,称做透明带反应,它是防止多精入卵受精的第一道屏障。 (3)卵细胞膜反应:精子入卵后,卵细胞膜会立即发生一种生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,称为卵细胞膜反应,这是防止多精入卵受精的第二道屏障。 2.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)细胞体积:胚胎总体积不变或略有缩小,但细胞数目增多,所以每个细胞体积减小。 (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。 3.胚胎工程中的一些场所及时期 (1)精子发生场所——睾丸曲细精管;卵子的发生场所——卵巢;受精场所——输卵管;发育场所——输卵管和子宫。 (2)精子发生时间及特点——初情期后,两次分裂连续进行;卵子发生时间及特点——胚胎期性别分化以后和初情期以后,两次分裂不连续进行。 (3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是囊胚期,可以进行胚胎移植或分割的阶段为桑椹胚和囊胚阶段。 (4)卵子和精子能够受精的前提条件 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动物排出的卵子并未成熟且成熟程度因动物种类而异,但只有达到减数第二次分裂中期时才具备与精子受精的能力。 (1)(人教版选修三P63“讨论”)排卵是指卵子从卵泡中排出,还是指卵泡从卵巢中排出?刚排出的卵是成熟的卵子吗?它在母体的什么部位与精子受精? 提示 是指卵子从卵泡中排出。刚排出的卵子尚未完全成熟,仅完成减数第一次分裂,需要在输卵管内进一步成熟,直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。 (2)(人教版选修三P64“旁栏思考题”)进行体外受精时,将卵母细胞取出后,是否应当将它置于与输卵管中相似的环境,让它进一步成熟? 提示 是的。从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟,尚未完成减数第一次分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养,才能使其成熟,即达到受精前的成熟阶段。 (2018·湖北武汉调研)哺乳动物排卵后卵巢内残留的某些细胞团称黄体,其在卵巢内存在的时间长短取决于雌性哺乳动物是否妊娠。如果没有妊娠,黄体发育两周后即退化,反之可以维持数月。回答下列问题: (1)哺乳动物精子的发生过程和卵子发生过程的主要区别有:精子的形成需经过变形且生殖细胞数量多;卵子的发生不需变形且生殖细胞数量少。除此之外还有 (答出一个区别即可)。 (2)在受精前,精子发生相应的生理变化后才具备受精能力,该过程称为 。在受精阶段,精子与卵子相遇时,首先发生 ,释放出来的酶溶解放射冠和透明带。在精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止多个精子入卵受精的反应,称为 。 (3)进行胚胎分割时,需对囊胚阶段的内细胞团进行均等分割,其原因是_______ ____________________________________________________________________。 (4)胚胎植入子宫后能产生大量的蛋白质类激素X,而未受孕的母体内激素X的含量极低。请推测激素X对黄体的生理作用是_______________________________。 解析 (1)精子的发生起始于雄性动物的初情期,卵子的发生和储备起始于胎儿期,这也是精子和卵细胞形成过程中的不同点。(2)精子需要经过获能处理才具备受精能力。获能后的精子与卵子相遇时,首先发生顶体反应。在精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止多个精子入卵受精的反应,称为透明带反应。(3)对囊胚阶段的内细胞团进行均等分割,有利于被分割的各个部分正常发育,如果分割不均匀,则含内细胞团少的部分发育不良或不发育。(4)根据题干信息“黄体在卵巢内存在的时间长短取决于雌性哺乳动物是否妊娠,若妊娠,则黄体能维持数月,反之黄体发育两周后即退化”,再根据胚胎植入子宫后能产生大量的蛋白质类激素X,而未受孕的母体内激素X的含量极低,可推知激素X能维持黄体的寿命。 答案 (1)精子的发生起始于雄性动物的初情期,卵子的发生和储备起始于胎儿期(或精子的发生过程是连续的,而卵子的发生过程是不连续的) (2)精子获能 顶体反应 透明带反应 (3)若分割不均匀,会使含内细胞团少的部分发育不良或不发育 (4)维持黄体的寿命 考点二 体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用 1.体外受精与早期胚胎培养 (1)体外受精 (2)早期胚胎培养 ①培养目的:检查受精状况和受精卵的发育能力。 ②培养液的成分 ③胚胎去向:向受体移植或冷冻保存。 2.胚胎移植 (1)地位:胚胎工程其他技术的最后一道工序。 (2)主要过程: (3)意义:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。 3.胚胎分割 (1)材料:发育良好,形态正常的桑椹胚或囊胚。 (2)实质:胚胎分割可增加动物后代,其实质是动物的无性繁殖或克隆。 (3)注意:对囊胚分割时,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。 胚胎移植与胚胎分割中的相关问题 (1)胚胎移植是胚胎工程中的最后一道“工序” ,移植的胚胎必须在原肠胚之前,但不能直接移植受精卵。 (2)移植胚胎的来源及生殖方式:①核移植后进行早期胚胎培养,其为无性生殖;②体外受精后进行早期胚胎培养,其为有性生殖;③体内受精→冲卵→胚胎移植,其为有性生殖。 (3)两次处理:①用激素对供体(雌性个体)和受体进行同期发情处理;②用促性腺激素对供体(雌性个体)进行超数排卵处理。 (4)两次检查:①收集胚胎检查;②移植后是否妊娠检查。 (5)胚胎移植成功的两个条件:同种动物之间、供受体生理状态要相同。 (6)冲卵含义:冲出早期胚胎,不是冲出卵子。 (7)将内细胞团均等分割,以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 (8)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质,该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合,属于无性繁殖或克隆。 (9)胚胎分割应选取桑椹胚或囊胚时期的胚胎。 1.(人教版选修三P77图3-19拓展)供体牛和受体牛的选择标准是什么? 提示 供体是遗传性能和生产性能优秀的个体,受体是健康、有繁殖能力的个体。 2.(人教版选修三P79旁栏思考题)对囊胚阶段的胚胎进行分割时,为什么要将内细胞团均等分割? 提示 内细胞团一般到囊胚阶段才出现,它是发育为胚胎本身的基础细胞,其他细胞为滋养细胞,只为胚胎和胎儿发育提供营养。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,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题。 1.(2018·高考江苏卷,10)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 常通过注射促性腺激素的方法对良种母牛进行超数排卵处理,A正确;体外培养发育到桑椹胚或囊胚期的胚胎可进行胚胎移植,B错误;一般情况下,代孕牛不会对外来移植胚胎产生免疫排斥反应,不需要免疫抑制剂,C错误;利用胚胎分割技术,同卵双胎较同卵多胎成功率高,D错误。 答案 A 2.(2018·山西太原期中)干扰素是治疗癌症的重要药物,它必须从血液中提取,每升人血液中只能提取0.5 μg,所以价格昂贵。某生物制品公司用如下图的方式生产干扰素。试回答相关问题。 (1)若要使获得的转基因牛乳汁中含有人干扰素,构建的基因表达载体必须包括:乳腺蛋白基因的启动子、人干扰素基因、终止子、 和复制原点等。将基因表达载体导入受精卵最有效的方法是 。 (2)通常情况下,对供体和受体母牛选择后,要用激素进行 。并用激素对供体母牛做 处理。 (3)为了实现干扰素的批量生产,早期胚胎进行移植之前要进行质量检测,并要求早期胚胎细胞中的性染色体组成为 。选择发育良好的囊胚或 胚进行移植。为了提高胚胎利用效率,可在这两个阶段进行胚胎分割,胚胎分割可以看作动物 (填“有性”或“无性”)繁殖的方法之一。 (4)近年来,关于胚胎干细胞的研究越来越多。胚胎干细胞具有发育的全能性,如图所示的细胞A和细胞B分别是 细胞、 细胞,可以从这些细胞中获得胚胎干细胞。 解析 (1)基因表达载体的组成必须包括:启动子、人干扰素基因(或目的基因)、终止子、标记基因和复制原点等;目前将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法。(2)通常情况下,对供体和受体母牛选择后,要用激素进行同期发情处理,使供受体具有相同的生理环境,保证胚胎移植到相同的生理环境。用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。(3) 只有雌性牛才能产奶,因此要求早期胚胎细胞中的性染色体组成为XX;选择发育良好的囊胚或桑椹胚进行移植。为了提高胚胎利用效率,可在这两个阶段进行胚胎分割,由于胚胎分割获得后代没有经过两性生殖细胞的融合且来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖的方法之一。(4)胚胎干细胞来自早期胚胎(囊胚的内细胞团)和原始性腺。 答案 (1)标记基因 显微注射法 (2)同期发情处理 超数排卵 (3)XX 桑椹 无性 (4)内细胞团 原始性腺 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的争论:在食物安全、生物安全、环境安全三个方面存在激烈的争论。 (3)理性对待转基因技术:趋利避害,不能因噎废食。 2.生物技术中的伦理问题 (1)克隆 ①治疗性克隆与生殖性克隆 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 都属于无性生殖; 产生新个体或新组织,遗传信息不变 ②中国政府态度:禁止生殖性克隆,不反对治疗性克隆。 (2)试管婴儿与设计试管婴儿 试管婴儿与设计试管婴儿都是有性生殖,都要通过①体外受精,并进行②体外早期胚胎培养和③胚胎移植,不同的是设计试管婴儿胚胎移植前需进行“④遗传学诊断”或基因诊断。 3.基因身份证 (1)否定的理由:个人基因资讯的泄露造成基因歧视,势必造成遗传学失业大军、个人婚姻困难和人际关系疏远等。 (2)肯定的理由:一些遗传性疾病在后代中复现率很高,通过基因检测可以及早预防,适时治疗,达到挽救患者生命的目的。 4.生物武器 (1)种类:致病菌、病毒、生化毒剂,以及经过基因重组的致病菌。 (2)中国政府的态度: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。 现代生物技术在造福人类的同时,也可能引起一系列的安全和伦理问题,回答以下有关问题。 (1)关于转基因生物的安全性问题的争论主要集中在 安全、 安全和环境安全三个方面。 (2)生物武器包括 、 、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等。 (3)我国对于“克隆人”这一技术总体上来说是禁止 性克隆,但不反对 性克隆。 (4)设计试管婴儿与普通试管婴儿的区别在于前者在植入前需要对胚胎进行 。 (5)对于“基因身份证”,反对者认为:通过基因检测确定和治疗遗传病目前困难重重,而且存在个人基因资讯泄露造成社会生活中出现 的风险,因此没有必要进行基因检测。 解析 (1)转基因生物的安全性问题主要包括食物安全(滞后效应、新的过敏原、营养成分改变)、生物安全(对生物多样性的影响)、环境安全(对生态系统稳定性的影响)。(2)生物武器包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等。 (3)我国对于“克隆人”这一技术总体上来说是禁止生殖性克隆,但不反对治疗性克隆。(4)设计试管婴儿是指体外受精形成的胚胎在植入母体孕育前,根据人们的需要,将胚胎的一个细胞取出,进行某些设计,当检测结果符合人们需要时,再把胚胎植入母体孕育,因此设计试管婴儿与普通试管婴儿的区别在于前者在植入前需要对胚胎进行遗传学诊断。(5)对于“基因身份证”,反对者认为:通过基因检测确定和治疗遗传病目前困难重重,而且存在个人基因资讯泄露造成社会生活中出现基因歧视的风险,因此没有必要进行基因检测。 答案 (1)食物 生物 (2)致病菌 病毒 (3)生殖 治疗 (4)遗传学诊断 (5)基因歧视 澄清易错易混·强化科学思维 [易错易混] 易错点1 关注受精过程的2个易混点 点拨 (1)精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量。 (2)排卵是指卵子从卵泡中排出,而不是卵泡从卵巢中排出。 易错点2 对胚胎移植的胚胎生殖方式分辨不清 点拨 判断用于移植的胚胎来源及生殖方 易错点3 对克隆动物、试管动物与转基因动物分辨不清 点拨 三类动物的比较如下 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 无性繁殖 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异性 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。 [深度纠错] 1.(2019·宁夏银川一中月考)甲图为牛胚胎移植示意图,乙图为胚胎发育某时期示意图。请据图回答: (1)甲图牛胚胎移植过程中,②用 (填激素名称)处理使供体母牛超数排卵。冲卵的实质是获得 。 (2)冲卵后,对胚胎进行质量检查,这时的胚胎应发育到 或 阶段。收集的胚胎可直接向受体移植,方法有 、 ;或放入 中保存。 (3)胚胎移植时,早期胚胎容易从供体中收集的生理基础是_____________________________________________________________________。 (4)乙图中1是 ,4是 ;将来发育成胎儿各种组织的是 。 解析 (1) 给供体母牛注射促性腺激素可促使其超数排卵;冲卵的实质是获得早期胚胎。(2)冲卵后,对胚胎进行质量检查,这时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。收集的胚胎可通过手术法和非手术法直接向受体移植,或放入-196 ℃的液氮中保存。(3)早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,处于游离状态,所以可以从母体内通过冲卵获得早期胚胎供胚胎移植所用。(4)乙图的1为滋养层,4为囊胚腔;滋养层将来发育成胎膜和胎盘,内细胞团将来发育成胎儿的各种组织。 答案 (1)促性腺激素 早期胚胎 (2)桑椹胚 囊胚 手术法 非手术法 (-196 ℃)液氮 (3)早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立联系,处于游离状态 (4)滋养层 囊胚腔 内细胞团 2.(2019·山东德州调研)2013年,全球首批全基因组测序的PGD/PGS试管婴儿在长沙诞生。新技术的突破意味着通过设计试管婴儿解决部分不孕不育问题的同时,部分肿瘤疾病、遗传性疾病的家族性遗传也将有望避免。 (1)设计试管婴儿时为了提高受孕率,胚胎移植时多采用多胚胎移植,因此需要用 处理,促进母亲排出更多的卵子,胚胎发育的卵裂期在 (填“透明带”或“放射冠”)内进行,受精卵经72小时体外培养发育成有32个细胞左右的胚胎,叫 ,可用于胚胎移植。 (2)目前SRY-PCR法是对胚胎的性别进行鉴定最有效最准确的方法,操作的基本程序是:从被测的囊胚中取出几个 (填“部位”)细胞,提取DNA;然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段核苷酸序列作 ,以 为模板进行PCR扩增;最后与SRY特异性探针出现阳性反应者,胚胎为 性。 (3)治疗性克隆,即可利用人体细胞核移植等技术治疗人类疾病,在去除卵母细胞的细胞核时,可用微型吸管把位于 和 之间的第一极体一并吸出。 解析 (1)给母亲注射促性腺激素可促使其超数排卵。胚胎发育的卵裂期在透明带内进行,受精卵经72小时体外培养发育成有32个细胞左右的胚胎,叫桑椹胚,可用于胚胎移植。(2)目前,对胚胎的性别进行鉴定的最有效最准确的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:从被测的囊胚中取出几个滋养层细胞,提取DNA;然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因) 的一段核苷酸序列作引物,以滋养层细胞的DNA为模板进行PCR扩增;与SRY特异性探针出现阳性反应者,说明其含有Y染色体,为男性。(3)治疗性克隆是指利用人体细胞核移植等技术治疗人类疾病,在去除卵母细胞的细胞核时,可用微型吸管把位于卵细胞膜和透明带之间的第一极体一并吸出。 答案 (1)促性腺激素 透明带 桑椹胚 (2)滋养层 引物 滋养层细胞的DNA 男 (3)卵细胞膜 透明带 随堂·真题&预测 1.(2015·江苏卷,3)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 解析 本题考查动物细胞工程和胚胎工程的相关知识。乳腺癌细胞比乳腺细胞更容易进行离体培养,A错误;细胞核移植主要在同种动物细胞间进行,不一定在同种组织的细胞之间进行,B错误;由于早期胚胎细胞数量是有限的,而且还受技术的限制,因此采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的,C正确;维生素是营养物质,但不是能源物质,激素是调节物质,不能充当能源物质,D错误。 答案 C 2.(2015·山东理综,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。 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(两空可颠倒) 标记 3.(2020·选考预测)科学家培育乳糖分解酶转基因奶牛的过程如图所示。请回答下列问题: (1)对胚胎成纤维细胞进行培养前,需要对动物组织块进行处理,处理所用的酶是 ,处理的目的是________________ 。 (2)在原代培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为 。此时需要将贴壁的细胞再处理,分瓶继续培养,这样的培养过程叫 。 (3)重组细胞1的构建过程需用到的生物技术是 ,重组细胞2的构建所采用的技术是 。 (4)图中所采用的卵母细胞应处于 期;重组胚胎能移植到受体母牛内存活,说明____________________________________________________________。 解析 (1)动物细胞培养前需要将动物组织块用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,目的是将组织分散成单个细胞。(2)在原代培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。接触抑制后的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,然后分瓶继续培养,这种培养叫传代培养。(3)图中的重组细胞1接受了外源基因——乳糖分解酶基因,所用技术为转基因技术。重组细胞2是卵母细胞接受重组细胞1的细胞核形成的,所用技术为体细胞核移植技术。(4)体细胞核移植时,接受细胞核的卵母细胞应处于减数第二次分裂中期。移植的早期胚胎能在受体牛的子宫中成活,说明受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。 答案 (1)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 将组织分散成单个细胞 (2)接触抑制 传代培养 (3)基因工程(或DNA重组技术) 体细胞核移植技术 (4)减数第二次分裂中(或MⅡ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查看更多