专题27胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

高考四元聚焦生物学海网胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题(1)高考四元聚焦生物学海网一、胚胎工程的概念胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子进行的多种显微操作和处理技术，如体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。考点1精子和卵子的发生及早期胚胎发育过程高考四元聚焦生物学海网二、精子、卵子的发生1．精子的发生：睾丸的曲细精管中的精原细胞在初情期后先进行有丝分裂，后进行减数分裂，一个精原细胞最后形成4个精细胞，再经过变形过程形成精子。精细胞的变形过程：细胞核为精子头的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子的尾，供能的线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。高考四元聚焦生物学海网．卵子的发生：卵巢中的卵原细胞在性别分化后经有丝分裂并进一步演变成初级卵母细胞(被卵泡细胞包围)形成初级卵泡，在排卵前后经减数第一次分裂形成第一极体和次级卵母细胞，排入输卵管的次级卵母细胞的减数第二次分裂是在受精过程中完成的，形成1个卵子和1个第二极体，其中多数哺乳动物的第一极体不进行减数第二次分裂形成2个第二极体。高考四元聚焦生物学海网．精子、卵子形成过程的异、同点：高考四元聚焦生物学海网特别提醒：抓住“三不”区分精子与卵子的发生，卵子的发生有不连续、不变形、不均分，即卵子的发生时期“不连续”(胚胎在性别分化后形成初级卵母细胞，初情期后初级卵母细胞在卵巢中完成MⅠ，排卵后次级卵母细胞在输卵管中与精子结合的过程中完成MⅡ)，两次分裂细胞质分配“不均等”，卵子形成后“不变形”；而精子则相反。高考四元聚焦生物学海网三、体内受精1．受精作用的场所：输卵管2．受精前的准备阶段(1)精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。原因解释：精液由精子和精清(精浆)两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的高考四元聚焦生物学海网生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。(2)卵子的准备：在输卵管中发育到减数第二次分裂中期的卵子，才能获得与精子受精的能力。高考四元聚焦生物学海网．受精阶段四步曲：第一步：精子穿越放射冠和透明带，分别发生顶体反应与透明带反应。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质。透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。第二步：精子入卵细胞膜，立即发生卵细胞膜作用。卵细胞膜作用是防止多精入卵受精的第二道屏障。高考四元聚焦生物学海网第三步：雄原核、雌原核的形成。入卵后的精子，尾部脱离，精子核膜破裂，形成新的核膜，发育为比精子核还大的雄原核。入卵后的精子同时激活卵子完成减数第二分裂，排出第二极体，形成略小于雄原核的雌原核。在卵细胞膜与透明带的间隙看到两个极体是判断卵子是否受精的标志。第四步：合子形成。雌、雄原核充分发育后融合形成合子。高考四元聚焦生物学海网特别提醒：①排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是指卵泡从卵巢中排出。②动物排出卵子的成熟程度不同，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，才具有与精子受精的能力。高考四元聚焦生物学海网③受精过程中有三大反应(作用)：顶体反应、透明带反应、卵细胞膜作用。三大反应(作用)的作用不同：顶体反应主要是形成精子穿越放射冠的通路；透明带反应是防止多精子入卵受精的第一道屏障；卵细胞膜作用则是防止多精子入卵受精的第二道屏障。④要注意区分受精的标志和受精过程结束的标志。受精的标志是卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体，受精过程结束的标志是雌、雄原核融合成合子。高考四元聚焦生物学海网⑤受精卵的遗传物质中，核物质(染色体上的DNA)一半来自父方(精子)，一半来自母方(卵子)，细胞质中遗传物质几乎全来自卵子。高考四元聚焦生物学海网【例1】下列关于哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述中，错误的是()A．精子变形中，高尔基体发育为头部的顶体，细胞核变为精子头部的主要部分B．卵子形成时的两次分裂均在卵巢内完成，排出成熟卵子的过程即为排卵C．卵子是否释放第二极体是卵子是否受精的标志D．只有获能的精子和发育成熟的卵子相遇才发生受精作用高考四元聚焦生物学海网解析：本题考查精子、卵细胞的形成及体外受精的知识。精子变形中，高尔基体发育为顶体，中心体演变为尾，细胞核是头部的主要成分，线粒体——“动力工厂”在尾的基部。排卵是指卵子从卵泡中排出，排出的可能是初级卵母细胞或次级卵母细胞，但不是成熟的卵细胞；卵子形成时第一次分裂一般在卵巢内，第二次分裂在输卵管中。获能精子与发育至MⅡ(中期)卵子才具备受精能力，释放第二极体是卵子受精的标志。答案：B高考四元聚焦生物学海网【跟踪训练1】(2013·合肥质检)下列不是精子、卵细胞发生的区别的是()A．初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间B．减数第一次分裂和减数第二次分裂的时间连续性C．成熟生殖细胞是否经过变形D．成熟生殖细胞中染色体的数量D高考四元聚焦生物学海网解析：初级精母细胞是雄性动物初情期开始后，才由精原细胞分裂形成的，而初级卵母细胞是在胎儿期形成的；精子的产生在减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的，而卵细胞的产生通过减数第一次分裂形成次级卵母细胞，在精子和卵子的结合过程中才完成减数第二次分裂；精子细胞形成后变形为蝌蚪状，卵细胞不需变形；成熟的精子和卵细胞经过减数分裂形成，都含有亲本细胞一半的染色体数目。高考四元聚焦生物学海网四、胚胎发育高考四元聚焦生物学海网．个体发育起点是受精卵，终点是发育为性成熟的个体。由受精卵发育为幼体是胚胎发育，由幼体发育为成体是胚后发育。2．早期胚胎发育包括受精卵经卵裂期形成桑椹胚，经初步分化形成有滋养层、内细胞团、囊胚腔的囊胚，透明带破裂孵化后进一步分化发育为具有三胚层、原肠腔的原肠胚的过程。高考四元聚焦生物学海网．发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞。4．受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。桑椹胚前的细胞属于全能细胞；囊胚中的内细胞团也具有全能性。5．原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿于整个个体发育过程中。高考四元聚焦生物学海网【例2】(2013·威海质检)下图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是()高考四元聚焦生物学海网【例2】(2013·威海质检)下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．囊胚是具有囊胚腔、内细胞团滋养层的早期胚胎，内细胞团的细胞为胚胎干细胞D．原肠胚是进行胚胎移植的最好时期高考四元聚焦生物学海网解析：由受精卵发育为幼体是胚胎发育，由幼体发育为成体是胚后发育。卵裂形成的囊胚总体积基本不变，而每个细胞的体积减小。囊胚孵化后形成的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。答案：C高考四元聚焦生物学海网【跟踪训练2】下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中，DNA总量、每个细胞的体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是()高考四元聚焦生物学海网【跟踪训练2】下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中，DNA总量、每个细胞的体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是()A．①②B．③④C．①②③D．①②③④A高考四元聚焦生物学海网解析：伴随着受精卵的分裂，细胞数目不断增多，DNA总量不断增加，每个细胞的体积不断减少，①②正确。需要注意的是和受精卵相比较，囊胚的体积并未增大，而是略有减小，③错误。蛙的受精卵发育至囊胚过程在体外完成，不能从母体摄取营养，有机物的含量应减少，④错误。高考四元聚焦生物学海网一、胚胎干细胞的概念哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类具有发育的全能性的细胞。考点2胚胎干细胞的移植高考四元聚焦生物学海网二、胚胎干细胞的来源1．胚胎发育中，从桑椹胚及囊胚中的内细胞团均可分离出胚胎干细胞。2．在胎儿性别分化后，从原始性腺中也可分离出胚胎干细胞。高考四元聚焦生物学海网三、胚胎干细胞的特点具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。高考四元聚焦生物学海网四、胚胎干细胞的培养胚胎干细胞的增殖不分化培养：在饲养层细胞上或者在添加抑制因子的培养液中培养。胚胎干细胞的增殖分化培养：在加入分化诱导因子的培养液中培养。高考四元聚焦生物学海网五、胚胎干细胞的主要用途1．ES细胞移植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，移植ES细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。2．体外诱导分化ES细胞，可培育成组织器官，用于器官移植。高考四元聚焦生物学海网．在培养液中加入分化诱导因子，诱导ES细胞向不同类型组织细胞分化，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效手段。4．ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。高考四元聚焦生物学海网【例3】下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答下面的问题。高考四元聚焦生物学海网(1)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至__________期的内细胞团或胎儿的__________中分离得到的一类细胞。(2)图中分化程度最低的干细胞是__________。在体外培养条件下，培养液中加入__________因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。(3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因__________的结果。高考四元聚焦生物学海网(4)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的