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1第3讲胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题及生态工程考纲要求核心素养1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础Ⅰ2．胚胎干细胞的移植Ⅰ3．胚胎工程的应用Ⅱ4．转基因生物的安全性Ⅰ5．生物武器对人类的威胁Ⅰ6．生物技术中的伦理问题Ⅰ7．简述生态工程的原理Ⅱ8．生态工程的实例Ⅰ生命观念结合生活或生产实例，分析胚胎工程和生态工程等生物工程的基本原理，建立生物与环境相统一的观点。科学探究在胚胎工程中选取恰当的技术和方法，尝试提出初步的工程学设计构想，完成初步设计或简单应用。社会责任就生物技术与工程的安全与伦理问题表明自己的观点并展开讨论；尝试解决生产生活中的生物学问题，实施生态工程，减少污染，节约能源，保护生态环境。胚胎工程授课提示：对应学生用书第210页[基础突破——抓基础，自主学习]1．体内受精和早期胚胎发育(1)精子与卵子的发生项目精子的发生卵子的发生场所睾丸曲细精管卵巢时间从初情期开始从胚胎出现性别分化后和初情期以后变形需变形不需变形分裂均等分裂不均等分裂(第一极体分裂除外)结果形成4个精子形成1个卵细胞和3个极体(2)受精过程2(3)早期胚胎发育过程2．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(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：输卵管卵巢MⅡ中期假阴道培养3③生理学基础a．移入：动物发情排卵后，在一段时间内同种动物的供受体生殖器官的生理变化是相同的。b．收集：早期胚胎处于游离状态。c．存活：受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥。d．遗传特征：供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。④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、核大、核仁明显；功能上具有发育的全能性；体外培养条件下可以增殖而不分化。[重难突破——攻重难，名师点拨]1．关于体内受精的4点提醒(1)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量；排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。4(2)动物排出的卵子成熟程度不同，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，才具备与精子受精的能力。(3)受精的标志≠受精完成的标志：受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。(4)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。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减小，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．胚胎的早期培养与动物细胞培养的比较胚胎的早期培养依据的原理是细胞的分裂和分化，培养的目的是获得早期胚胎；动物细胞培养依据的原理是细胞分裂，培养的目的是获得大量细胞。两者培养时所用的培养液成分也有区别：项目动物胚胎培养液动物细胞培养液盐类无机盐、有机盐无机盐、微量元素营养物质氨基酸、核苷酸糖、氨基酸调节物质维生素、激素促生长因子特有成分血清血清、血浆4.胚胎移植应注意的4个问题(1)胚胎移植的实质：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，因此各种性状能保持其原来的优良特性。(2)胚胎移植的优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，从而大大缩短了供体本身的繁殖周期，大大推动了畜牧业的发展。(3)胚胎移植过程中两次使用激素，第一次用激素对受、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素处理供体使其超数排卵。(4)胚胎移植过程中有两次检查：第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体母畜是否妊娠进行检查。5．试管动物与克隆动物的比较比较试管动物克隆动物5项目技术基础体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植核移植技术、细胞培养、早期胚胎培养、胚胎(分割)移植实例试管牛克隆羊过程生殖方式有性生殖无性生殖遗传物质遗传物质来自两个个体遗传物质大部分来自供核生物体意义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加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等[题型突破——练题型，夯基提能]题型1动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础1．如图为受精作用及胚胎发育示意图，a、b代表两个发育时期，下列叙述不正确的是()A．过程①发生同源染色体的分离B．过程②通过有丝分裂增殖C．a时期可分离得到胚胎干细胞D．①→④细胞分化程度逐渐增大解析：过程①是受精作用，该过程中不会发生同源染色体的分离，A错误；过程②为早期胚胎发育过程，通过有丝分裂增殖，B正确；a时期为囊胚期，其中的内细胞团细胞具有发育的全能性，因此可分离得到胚胎干细胞，C正确；过程①→④细胞全能性逐渐降低，细胞分化程度逐渐增大，D正确。答案：A2．(2018·河南郑州模拟)培育“试管山羊”的基本过程如图所示。据图回答下列问题：6(1)甲过程为____________________。(2)进行乙过程之前需要对精子进行________处理。(3)乙过程与丙过程中采用的培养液成分不同，乙过程的培养液为________________或专用的受精溶液，丙过程的培养液为________________。(4)丁过程是__________，是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的代孕母羊子宫内。解析：(1)分析图示可知，甲过程为卵母细胞的采集。(2)进行乙过程之前需要对精子进行获能处理。(3)获能的精子和培养成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精。丙过程为早期胚胎培养，在发育培养液中进行。(4)丁过程为胚胎移植，是将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同(而不是性状相同)的其他雌性动物子宫内，使之继续发育为新个体。答案：(1)卵母细胞的采集(2)获能(3)获能溶液发育培养液(4)胚胎移植3．胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。请根据动物受精和早期胚胎发育过程回答下列问题：(1)在动物体内卵子的发生过程中，减数第一次分裂完成的时间是在雌性个体________，当次级卵母细胞发育到__________期时才具备与精子受精的能力，受精的场所是__________，判断卵子是否受精的重要标志是_________________________________________________________________________。(2)受精过程中防止多精入卵的两道屏障是________和__________。(3)胚胎发育过程首先是卵裂，所得每个子细胞的体积比受精卵________，胚胎发育到________期会导致透明带破裂，胚胎从中伸展出来，这一过程叫作孵化。(4)胚胎干细胞是从囊胚的________________或________________中分离出来的一类细胞，在人类疾病治疗和科学研究中有着广泛的应用。解析：(1)在动物体内卵子的发生过程中，减数第一次分裂发生在排卵前后；当次级卵母细胞发育到MⅡ中期时才具备与精子受精的能力；受精的场所是输卵管；判断卵子是否受精的重要标志是在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。(2)受精过程中，防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(3)胚胎发育过程首先是卵裂，该过程中细胞通过有丝分裂方式增殖，细胞数目增加，但胚胎的体积不变或略微减小，因此所得每个子细胞的体积比受精卵小；胚胎发育到囊胚期会导致透明带破裂，胚胎从中伸展出来，这一过程叫作孵化。(4)胚胎干细胞是从早期胚胎(囊胚的内细胞团)或原始性腺中分离出来的一类细胞，在人类疾病治疗和科学研究中有着广泛的应用。答案：(1)排卵前后MⅡ中输卵管在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体(2)7透明带反应卵细胞膜反应(3)小囊胚(4)内细胞团原始性腺题型2胚胎工程的应用4．(2018·福州模拟)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS)，继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如图所示：(1)从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培养称为__________，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂，这种现象称为__________。(2)图中2－细胞胚胎可用人工方法从灰鼠子宫内获得，该过程称为________；也可从灰鼠体内取出卵子，通过__________后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过__________技术移入白鼠子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用________方法保存。(4)小鼠胚胎干细胞(ES细胞)可由囊胚的________分离培养获得。iPS细胞与ES细胞同样具有发育的全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向__________后用于疾病的治疗。解析：(1)原代培养指将动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培养。接触抑制指贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖的现象。(2)将早期胚胎从母体子宫中冲洗出来叫冲卵。(3)暂不进行胚胎移植的胚胎可放入－196℃的液氮中保存。(4)iPS细胞与ES细胞一样，可通过定向诱导分化成修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。答案：(1)原代培养接触抑制(2)冲卵体外受精(或核移植)(3)胚胎移植冷冻(或低温)(4)内细胞团诱导分化5．如图为牛胚胎移植过程示意图，请回答下列问题。(1)②阶段常用________激素对供体母牛进行处理，其目的是获得更多的卵子。(2)冲卵的生理基础是_______________________________________________________________________________________________________________。(3)③阶段对胚胎进行质量检查，这时的胚胎应发育到__________或________阶段。(4)若要通过④获得遗传物质完全相同的多个新个体，可对③阶段检查合格的胚胎进行8________技术处理，该过程中应注意对________进行均等分割。(5)ES或EK细胞的形态特征是_______________________________________________________________，在培养液中加入________，可诱导其向不同类型的组织细胞分化。解析：(1)胚胎工程中常用促性腺激素对供体母牛进行处理，其目的是获得更多的卵子。(2)早期胚胎形成后处于游离状态，未与母体子宫建立联系，这是冲卵的生理基础。(3)胚胎移植前对胚胎进行质量检查，这时的胚胎应发育到囊胚或桑椹胚阶段。(4)应用胚胎分割技术可以获得遗传物质完全相同的多个新个体，胚胎分割时注意对内细胞团进行均等分割。(5)胚胎干细胞具有体积小、细胞核大、核仁明显等形态特征，胚胎干细胞在培养时加入分化诱导因子，可诱导其向不同类型的组织细胞分化。答案：(1)促性腺(2)早期胚胎形成后处于游离状态，未与母体子宫建立联系(3)囊胚桑椹胚(4)胚胎分割内细胞团(5)体积小、细胞核大、核仁明显分化诱导因子6．(2018·江门一模)荷斯坦奶牛是世界上产奶量最高的奶牛品种之一。某良种公司引进纯种荷斯坦奶牛，并用如图所示途径繁育出荷斯坦良种奶牛群体。请回答以下问题。(1)请把图中空格的内容补充完整：①________激素；②____