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-1-第38讲胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题最新考纲高频考点核心素养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．胚胎工程的应用(Ⅱ)4．转基因生物的安全性(Ⅰ)5．生物武器对人类的威胁(Ⅰ)胚胎移植1.科学思维——建立模型：试管动物和胚胎移植的基本操作流程2．科学探究——解决问题：胚胎工程的应用3．社会责任——尝试解决生产生活中的生物学问题：试管动物、克隆性治疗和转基因生物的安全性、生物技术中的伦理问题和生物武器对人类的威胁考点1体内受精与早期胚胎发育1．精子和卵子的发生2．受精(1)精子获能：刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。(2)卵子的准备：卵子要在输卵管内进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备与-2-精子受精的能力。(3)受精过程3．早期胚胎发育-3-判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．精子和卵子的发生都是从初情期开始的。(×)2．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。(×)3．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。(√)4．排卵是指卵泡从卵巢中排出。(×)5．卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大。(×)6．卵子形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的。(×)7．卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙出现两个极体。(√)8．透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。(√)9．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加。(×)-4-1．(选修3P63讨论题)(1)一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？(2)排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？(3)刚排出的卵子是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？提示：(1)正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。(2)是指卵子从卵泡中排出。(3)刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成了减数第一次分裂，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．(选修3P64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。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。应在体外人工模拟的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。图甲表示卵子的发生过程，图乙表示哺乳动物发育过程的几个阶段，请据图回答下列问题：-5-(1)图甲中A是第一极体，B、E分别指合子和受精，阶段C是指胎儿期，阶段D是指初情期后，能发生染色体着丝点分裂的阶段是①④(填图中标号)。(2)图乙中细胞分化开始于哪个时期？G中1部分的细胞将来形成什么结构？(3)早期胚胎的发育过程中，卵裂时细胞的体积和胚胎总体积有何变化？答案：(2)细胞分化开始于G(囊胚)时期。1部分的细胞将来形成胎膜和胎盘。(3)卵裂过程中，细胞只分裂而不生长，所以每个细胞的体积越来越小，胚胎总体积基本不变。●考向突破1精、卵细胞的发生与受精过程分析1．观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题：(1)图中①②③表示的细胞名称依次是卵原细胞、初级卵母细胞、次级卵母细胞。假设该动物体细胞内有染色体2N条，则①②③④四种细胞内的染色体数目依次是2N、2N、N、2N。(2)图中a、b、c表示细胞分裂，依次为有丝分裂、MⅠ分裂、MⅡ分裂，在精子与卵子结合过程中完成的分裂是c(填“a”“b”或“c”)。图中的p、q表示的结构依次是透明带、卵细胞膜。(3)a、b、c过程依次发生在个体发育的什么时期？胎儿期、初情期后、初情期后(受精时)。精子的发生与之不同的是整个过程都在初情期后完成。(4)卵子的发生与成熟过程进行到图中④时，即可进行受精，判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带间隙是否可以观察到两个极体。-6-解析：③中有第一极体，说明b、c两个过程分别代表减数第一次分裂和减数第二次分裂。减数第一次分裂产生的③为次级卵母细胞；卵原细胞进行DNA复制后体积增大，形成初级卵母细胞②。受精过程中进行的减数第二次分裂c产生④，④中包含了雄原核与雌原核融合后的细胞核，染色体数目恢复到体细胞数目。卵原细胞通过有丝分裂使自身数目增加，所以a为有丝分裂。动物的胚胎在性别分化以后，雌性胎儿卵巢内的卵原细胞通过有丝分裂的方式不断增加数量，并演变为初级卵母细胞，初级卵母细胞被卵泡细胞包围形成卵泡。减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后(初情期)完成的；减数第二次分裂是在精子和卵细胞结合的过程中完成的。在透明带与卵细胞膜间隙观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精，这是判断卵子是否受精的重要标志。●考向突破2早期胚胎发育的过程分析2．如图为早期胚胎发育过程(图甲)及经过受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程(图乙)。请回答下列问题：(1)图甲中标号3为滋养层，它将来可发育为胎膜和胎盘。(2)图乙中②指的是囊胚腔。进行胚胎分割时，应选择发育到桑椹胚或囊胚时期的胚胎进行操作。(3)图乙中A细胞是(次级)卵母细胞，在进行体外受精前要对精子进行获能处理。哺乳动物受精过程有哪些机制阻止多精子入卵受精B、D。A．顶体反应B．精子穿越卵子透明带触及卵细胞膜，导致透明带反应C．精子触发卵细胞膜表面微绒毛的抱合反应D．精子入卵后，触发卵细胞膜反应整合提升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-7-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。考点2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．早期胚胎培养(1)培养液成分：无机盐、有机盐(两盐)；维生素、激素(两素)；氨基酸、核苷酸(两酸)，另外还有水、血清等。(2)胚胎去向：向受体移植或冷冻保存。3．胚胎移植、胚胎分割与胚胎干细胞培养(1)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-8-③意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。(2)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。(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：形态上体积小、细胞核大、核仁明显；功能上具有发育的全能性；体外培养条-9-件下可以增殖而不分化。③培养过程判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．在胚胎移植中，对供体母羊要用促性腺激素进行超数排卵处理。(√)2．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。(×)3．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。(√)4．在胚胎移植中，对供体母畜要进行超数排卵处理，对供、受体要进行同期发情处理。(√)5．胚胎移植技术中对供体和受体母畜都要进行相同激素处理。(×)6．胚胎分割移植时应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚。(×)7．胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低。(√)8．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。(×)9．胚胎干细胞在分化诱导因子的作用下可以向不同类型的组织细胞分化。(√)(选修3P79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。-10-胚胎移植是胚胎工程中的核心技术，下图为繁育良种奶牛的技术流程示意图。请据图思考下列问题：(1)图中供体牛是良种公、母牛，受体牛是一般受体奶牛和一般受体肉牛，选择标准是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桑椹胚或囊胚阶段的胚胎。●考向突破1体外受精过程和早期胚胎培养1．(2020·广西桂林十八中高三月考)小鼠是常用的实验动物，其受精卵在交配24小时后进行第一次分裂，3天后发育成桑椹胚，并进入子宫。下图为转基因鼠培育过程流程图。据图回答问题：(1)给供体母鼠注射促性腺激素，目的是使其超数排卵。在供体母鼠交配后的次日清晨，将其水死并从输卵管处收集受精卵，置于含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中培养。-11-(2)受精卵在培养箱中培养几小时后，可以在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体。将DNA溶液注入受精卵的雄原核中，注射后的受精卵经过鉴定为活的受精卵，马上进行移植，或放入－196_℃液氮中保存。(3)受精卵移植的前一天晚上，受体母鼠需要与输精管结扎的公鼠交配，使母鼠呈假孕的生理状态，这样做的目的是为供体的受精卵移入受体提供了相同的生理环境。(4)由于科学家对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制了解有限，再加上目的基因是异种生物基因，同时由于目的基因插入小鼠基因组的部位是随机的，因此在转基因小鼠中，有时候会出现一些科学家意想不到的后果。解析：(1)对供体母鼠注射促性腺激素，可以促进其超数排卵；交配后可以从供体母鼠输卵管中获得受精卵，再置于含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中培养。(2)受精卵在培养箱中培养几小时后，可以在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体；将DNA溶液注入到受精卵的雄原核中，注射后的受精卵经过鉴定为活的受精卵，马上进行移植，或放入－196℃液氮中保存。(3)受体母鼠需要与输精管结扎的公鼠交配，使母鼠呈假孕的生理状态，目的是为供体的受精卵移入受体提供了相同的生理环境。(4)由于目的基因插入小鼠基因组的部位是随机的等原因，在转基因小鼠中，有时候会出现一些科学家意想不到的后果。整合提升人工授精和体外受精的比较比较项目人工授精体外受精概念人工授精技术是指用相应的器械采集公畜的精液，再将其注入正在发情的母畜的生殖道中，使母畜受孕的过程体外受精是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术场所母畜的生殖道内体外过程人工采精→检查与储存精液→人工授精(用人工的方法将精液注入正在发情的母畜生殖道中)卵母细胞的采集和培养体外精子的采集和获能体外-12-→受精体外胚胎发育场所受精卵的形成和胚胎发育场所在母畜体内受精卵的形成和早期胚胎发育在体外，胚胎移植后的胚胎发育在母畜体内●考向突破2胚胎移植和胚胎分割的条件和过程2．如图是科学家通过不同方法培育优良种牛的过程，其中①～⑤表示操作过程。请回答以下问题：(1)图中①过程涉及的精子需进行获能处理；防止多精入卵的两道屏障为透明带反应、卵细胞膜反应。(2)对图中良种母牛注射促性腺激素的目的是促使其超数排卵。(3)图中②过程所用的方法是显微注射法。外源基因插入牛受精卵中的DNA上后，有的受精卵能发育成转基因牛，而有的会死亡，请分析外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵死亡的最可能原因：外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵内生命活动必需的某些基因不能表达(合理即可)。(4)图中b、c分别代表囊胚的囊胚腔、内细胞团。(5)图中④过程表示胚胎分割和胚胎移植，由一个囊胚经④过程得到的B、C牛性别相同的概率为100%。解析：(1)图中①过程指的是获能的精子与成熟卵细胞结合成合子，完成受精作用的过程。防止多精入卵的两道屏障为透明带反应和卵细胞膜反应。(2)为了使良种奶牛产生多个卵细胞，需用促性腺激素处理。(3)基因工程将目的基因导入受体细胞的DNA中，如果破坏生命活动必需的某些基因，受体细胞将会死亡，不能发育成转基因生物。(4)由一个囊胚得到两个个体的过程要涉及胚胎分割和胚胎移植技术，且得到的两个个体性别相同。-13-整合提升胚胎移植