2022高考生物二轮复习现代生物科技2

第二讲胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题、生态工程核心要点突破一、受精及胚胎发育的过程1．精子和卵子的发生(1)精子的发生：精原细胞先通过有丝分裂增殖，部分精原细胞发育成初级精母细胞后进行减数分裂。变形过程中，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，线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜，为精子运动提供能量，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。(2)卵子的发生：在胎儿时期，卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞，被卵泡细胞包围；减Ⅰ分裂在排卵前后完成，形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精；减Ⅱ分裂是在受精过程中完成的。2．受精过程(1)准备阶段：包括精子获能及卵子达到减数第二次分裂中期。(2)受精阶段：包括精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，雌、雄原核形成及其融合。(3)防止多个精子入卵受精的屏障①透明带反应。②卵黄膜封闭作用。(4)受精的标志和受精完成的标志①卵子受精的标志：在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。②受精完成的标志：雌、雄原核的融合。3．早期胚胎发育过程二、胚胎移植的基础及其操作流程1．生理学基础(1)哺乳动物排卵后，同种供受体生殖器官的生理变化是相同的，这是胚胎能够移入受体的生理基础。(2)早期胚胎形成后，未与母体子宫建立联系，而是处于游离状态，这是胚胎收集的生理基础。(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，这是胚胎在受体内能够存活的生理基础。(4)供体胚胎可与受体子宫建立联系，且不影响供体胚胎的遗传特性，这是供体胚胎正常发育的生理基础。2．操作流程3．胚胎分割(1)材料选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。(2)囊胚期分割要求：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。(3)意义：加快繁殖速度，是动物无性繁殖或克隆的方法之一，其他克隆方法还有核移植。三、胚胎干细胞的移植1．哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。2．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。3．干细胞按分化潜能可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三种类型。全能干细胞是可以发育成一个完整个体的未分化细胞，如受精卵。多能干细胞是指能分化成除胎盘之外所有其他组织细胞的未分化细胞，如ES细胞，它的分化能力仅次于受精卵。专能干细胞是指与特定器官和特定功能相关的一类干细胞，如神经干细胞、造血干细胞等。干细胞按来源不同又分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。胚胎干细胞来自胚胎，如上述ES细胞；成体干细胞是来自已出生的人体内，如人体各种组织中的干细胞。4．干细胞可以通过以下四个途径获得：(1)从体外培养的胚胎中获得；(2)从早期流产的胎儿中获得；(3)从克隆的胚胎中获得；(4)从成体中获得。5．胚胎干细胞的主要用途是：(1)可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律。(2)是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段。(3)可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等。(4)利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。(5)随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。四、生物技术可能引发的安全性问题和伦理问题1．转基因生物可能引起的安全性问题(1)食物安全问题①出现滞后效应；②出现新的过敏源；③营养成分改变；④侵犯宗教信仰者或素食者的权益。(2)生物安全问题①成为新杂草；②成为“入侵的外来物种”，威胁其他生物生存；③通过基因重组产生“超级杂草”。(3)环境安全问题①打破自然界物种的原有界限，破坏生态系统稳定性。②重组微生物降解某些化合物的过程中产生污染环境的中间产物。③重组DNA与微生物杂交，产生有害病原微生物。④转基因植物的花粉中含有的毒蛋白或致敏蛋白可通过蜜蜂进入蜂蜜中，最后进入其他动物和人体内。2．生物技术引发的伦理问题(1)克隆人技术①违反人类伦理道德。②冲击现有婚姻、家庭和两性关系等传统伦理道德观念。③人为制造心理上和社会地位上都不健全的人。(2)设计试管婴儿①把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重。②拋弃或杀死配型不合适的多余胚胎无异于“谋杀”。(3)基因检测①对个人隐私权提出挑战。②制造基因歧视。3．正确看待生物技术(1)正视转基因技术可能带来的安全性问题，要趋利避害，不能因噎废食。(2)支持治疗性克隆，反对任何生殖性克隆人实验。五、生态工程遵循原理归纳与举例理论基础内容意义举例物质循环再生原理物质循环物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽，用之不竭避免环境污染及对其他系统稳定性和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的抵抗力稳定性物种多，营养关系复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性，生物多样性程度高，可以为各类生物提供多种机会和条件。营养关系越复杂，有限资源下就可以容纳更多的生物量避免生态系统结构和功能失衡单纯林引起的“绿色荒漠”问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡指生物与环境平衡，需要考虑环境承载力，即指某种环境所能养活的生物种群的数量避免生态系统的失衡和破坏赤潮和水华等水体富营养化问题整体性原理社会、自然、经济复合系统生态工程的建设，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑社会和经济等系统的影响力统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：整体大于部分系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果保持系统较高的生产力藻类和珊瑚虫的关系热点考向探究胚胎工程的步骤和技术

(2010年高考江苏卷)下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述，错误的是(

)A．对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理B．人工授精后的一定时间内，收集供体原肠胚用于胚胎分割C．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎D．一次给受体母羊植入多个胚胎，可增加双胞胎和多胞胎的比例【解析】哺乳动物在发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供体与受体的生殖器官的生理状态是相同的，这就为供体的胚胎移入受体体内提供了相同的生理环境，所以要对供体和受体进行同期发情处理，A项正确；收集胚胎时应收集处于桑椹胚或囊胚期的胚胎，所以B项错误；利用胚胎分割技术获得的两个胚胎实质上来自于同一个受精卵的有丝分裂，因此可以获得两个基因型完全相同的胚胎，C项正确；D项一次给受体母羊植入多个胚胎，即可形成多个个体，也就是增加了双胞胎和多胞胎的比例。【答案】

B胚胎工程、细胞工程的知识

(2010年高考山东理综)胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术，可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。

(1)从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是_____；从良种公牛采集的精子需____后才能进行受精作用。(2)在体外培养受精卵时，除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还需要提供_____气体以维持_____。(3)图中过程A称为________，它在胚胎工程中的意义在于________。(4)研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是________；获得转基因母牛后，如果________即说明目的基因已经表达。【解析】

(1)从良种母牛采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。(2)动物细胞培养的条件之一是提供气体环境：O2和CO2，前者的作用是维持细胞正常代谢，后者的作用是维持培养液的pH。(3)图中过程A是胚胎移植，意义是充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。(4)将目的基因导入动物细胞的常用方法是显微注射法；获得转基因母牛后，若在其乳汁中含有人类白细胞介素，则说明目的基因得到了表达。【答案】

(1)使卵母细胞成熟(或：使卵母细胞获得受精能力)获能(2)CO2培养液(基)的pH

(3)胚胎移植提高优良母畜的繁殖率(4)显微注射法牛奶中含有人类白细胞介素(或：牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素)

(2009年高考宁夏理综)下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答：胚胎干细胞与单克隆抗体(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。(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目的。骨髓移植的实质是将上图中的________细胞移植到患者体内。(5)若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的________，其原因是________。(6)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制，使用该药物可使肝肿瘤细胞停留于细胞周期的________期。(7)在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段，用________细胞与骨髓瘤细胞融合，经多次筛选最终得到能分泌________的杂交瘤细胞。【解析】

胚胎干细胞是指动物胚胎发育成囊胚期时的细胞或胎儿中的原始性腺中分离出来的一类细胞。胚胎干细胞是一种高度未分化细胞，它具有发育的全能性，在体外培养时，培养液中加入分化诱导因子后能分化出成体动物的所有组织和器官。细胞分化的实质是基因的选择性表达的结果。骨髓移植实际移植的是骨髓中的造血干细胞，通过骨髓移植可以治疗白血病。通过细胞增殖可以大量的克隆细胞，哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，不能进行增殖。DNA的复制发生在细胞分裂的间期，用药物抑制肿瘤细胞DNA的复制可使肿瘤细胞停留在细胞分裂间期。制备单克隆抗体时，可用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，得到杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体。【答案】

(1)囊胚原始性腺细胞(2)胚胎干细胞分化诱导(3)选择性表达(4)造血干(5)红细胞细胞中无细胞核(6)间(7)B淋巴特异性抗体高考真题体验1．(2009年高考江苏卷)下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是(

)A．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加B．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割C．胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点D．胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取解析：考查胚胎工程的知识。卵裂期胚胎中细胞数目增加而有机物总量减少，A项错误；胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割，B项错误；胚胎干细胞具有细胞核大、核仁明显的特征，C项错误；胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取，D项正确。答案：D2．英国科学家首次用羊的体细胞(乳腺细胞)成功地培育出一只小母羊(多利)，这一方法被称为“克隆”，以下四项与此方法在本质上最相近的是(

)A．将兔的早期胚胎分割后，分别植入两只母兔子宫内，并最终发育成两只一样的兔子B．将人的抗病毒基因嫁接到烟草的DNA分子上，培育出有抗病能力的烟草新品种C．将鼠的骨髓瘤细胞与经免疫的B细胞融合成杂交瘤细胞D．将人的精子与卵子在体外受精，受精卵在试管内发育解析：A项的结果是两只兔子一样，与克隆本质上相近。B项是转基因技术，C项是动物细胞融合技术，D项则是试管婴儿的操作过程。答案：A3．下列关于转基因生物与环境安全的叙述错误的是(

)A．重组DNA与微生物杂交可能会产生对动植物和人类有害的病原微生物B．种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响C．如果转基因花粉中有有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链进入人体内D．转基因生物所带来的环境安全问题是可以解决的解析：抗虫棉的种植可在一定程度上减少农药的使用量，但在环境保护方面有潜在的危险性。答案：B4．下列说法正确的是(

)A．卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化B．原肠胚细胞属于全能细胞C．囊胚腔先于原肠腔出现D．桑椹胚开始进行孵化答案：C5.高等哺乳动物受精后不久，受精卵开始进行细胞分裂。经桑椹胚、囊胚、原肠胚和组织器官的分化，最后发育成一个完整的幼体，下列有关完成胚胎发育全过程的叙述错误的是(

)A．如图是胚胎发育过程中囊胚期示意图，①②③依次称为透明带、滋养层、内细胞团B．高等哺乳动物胚胎发育经历的时期是受精卵→卵裂期→桑椹胚期→囊胚期→原肠胚期→幼体，其中最关键的时期是原肠胚期C．高等哺乳动物胚胎发育中的细胞分化开始于囊胚期，终止于生命结束