高考生物微专题（通用版）：第33讲 胚胎工程与生态工程(含生物技术的安全性和伦理问题)

第33讲胚胎工程与生态工程(含生物技术的安全性和伦理问题)内容考情——知考向核心素养——提考能内容要求1.简述动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础2.简述干细胞在生物医学工程中的应用价值3.举例说出日常生活中的转基因产品及影响4.举例说明生物武器对人类的威胁5.简述生态工程的原理及应用6.活动：搜集“转基因食品是否安全”及关于设计试管婴儿的资料生命观念生态工程的结构决定其功能科学思维建立胚胎移植和试管动物的基本操作流程模型科学探究胚胎工程的应用近三年考情2020·全国卷Ⅱ(38)、2020·全国卷Ⅲ(38)社会责任转基因生物的安全性、实施生态工程保护生态环境考点一体内受精和早期胚胎发育1.胚胎工程的概念对动物早期胚胎或配子所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。2.精子和卵子的发生3.受精作用(1)场所：雌性的输卵管。(2)过程提醒①排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。②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。4.早期胚胎发育过程1.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？eq\x(选修③P63“讨论”)提示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.早期胚胎的发育过程中，卵裂期胚胎发育过程中物质和体积有何变化？eq\x(选修③P66“内文信息”)提示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。(2021·湖南长沙市模拟)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)在哺乳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________(填时期)时才具备与精子受精的能力，受精的场所是________，判断卵子受精的重要标志是___________________。(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，这一过程叫做孵化。(4)胚胎干细胞是由囊胚的________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。答案(1)排卵前后MⅡ中期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)透明带反应卵细胞膜反应(顺序可颠倒)(3)小囊胚(4)内细胞团原始性腺解析哺乳动物的卵细胞形成过程中，减数第一次分裂发生在雌性动物排卵前后，次级卵母细胞发育到减数第二次分裂中期才具备受精能力。受精的场所是输卵管。判断卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。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。胚胎干细胞是由囊胚的内细胞团或原始性腺中分离出来的一类细胞。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)早期胚胎培养应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力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。2.胚胎移植实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移(1)地位：胚胎工程其他技术的最后一道工序。(2)主要过程：即胚胎移植的优势(3)意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。(4)生理学基础3.胚胎分割无性繁殖或克隆(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的数量，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。对未知性别的胚胎可以取滋养层，做DNA分析进行性别鉴定。4.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；体外培养条件下可以增殖而不分化。(3)培养过程提醒(1)滋养层≠饲养层滋养层：囊胚时期沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎盘。(2)不同动物胚胎移植的时间不同①牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。②小鼠、家兔在桑椹胚前。③几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。1.排卵和冲卵有什么区别？eq\x(选修③P63“内文信息”拓展)提示排卵是指卵子从卵泡中排出，冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。2.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？eq\x(选修③P79“旁栏思考”)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.(2019·江苏卷，29)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题：(1)对1号猪使用________处理，使其超数排卵，收集并选取处在____________________________________时期的卵母细胞用于核移植。(2)采集2号猪的组织块，用________处理获得分散的成纤维细胞，放置于37℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是________________________。(3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行________。产出的基因编辑猪的性染色体来自于________号猪。(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达，可采用的方法有________(填序号)。①DNA测序②染色体倍性分析③体细胞结构分析④抗原—抗体杂交答案(1)促性腺激素减数第二次分裂中期(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)维持培养液的pH(3)分割2(4)①④解析(1)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母猪注射促性腺激素，使其超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常处于减数第二次分裂的中期。(2)常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织块，使其分散成单个细胞。动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。(3)若要获得更多基因编辑猪，可采用胚胎分割技术对移植前的胚胎进行分割。子代猪的性别取决于核供体亲本，即2号猪。(4)为了判断目的基因是否被导入受体，可采用DNA分子杂交、DNA测序等技术进行检测；判断目的基因导入受体细胞后是否成功表达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交法从分子水平进行检测。2.(2021·黑龙江省顶级名校联考)2n/4n嵌合体胚胎是指用四倍体(4n)胚胎与二倍体(2n)胚胎或胚胎干细胞(ES细胞)进行聚合，形成由二倍体和四倍体细胞组成的嵌合体。2n/4n嵌合体胚胎的构建常用方法如下图，请据图分析回答：(1)受精卵是胚胎发育的开端，图中的卵细胞达到________________期，才具备受精的能力，而精子需经过________过程才能和卵细胞结合。(2)2n的ES细胞来自胚胎发育过程的________期，本实验从功能上说明了该细胞________________。(3)2n/4n嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有________________________________________(答出2项即可)。(4)ES细胞经嵌合体方法培育的动物与核移植方法培育的动物相比，遗传物质来源的区别主要是 。答案(1)减数第二次分裂中精子获能(2)囊胚具有发育的全能性(3)动物细胞培养、动物细胞融合和胚胎移植(答出2项即可)(4)用ES细胞经嵌合体方法克隆的动物是完全的复制体，而用核移植方法克隆的动物只是核型一致，但胞质类型却不一定相同解析(1)具有受精能力的卵细胞实际是处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞；精子必须先在雌性生殖道内停留一段时间，才能具有和卵子结合的能力，这一过程称为精子的获能。(2)囊胚期的细胞开始出现分化，出现内细胞团和滋养层细胞，其中内细胞团属于胚胎干细胞，本实验中依据实验结果可知胚胎干细胞在功能上具有发育的全能性。(3)2n/4n嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有动物细胞培养、动物细胞融合和胚胎移植。(4)由于ES细胞经嵌合体方法培育的动物是完全复制体，遗传物质来自同一个细胞，所以核型和胞质类型都一致；由核移植方法培育的动物，发育的起点是重组细胞，所以只是核型一致，胞质类型却不一定相同。3.(2020·河南开封一模)科学家通过导入外源分子使动物的某特定基因失活，进而培养出有基因缺陷的动物来研究相应基因的功能，如图是流程示意图。请据图回答相关问题。(1)①过程通常用到________(仪器)，②过程所采取避免杂菌污染措施，除培养液及培养用具灭菌处理外，一般需加入____________，还要定期更换培养液。定期更换培养液的理由是 。(2)图示体外受精过程，一般需要在________________中完成。(3)为更多地获得基因剔除小鼠，可对囊胚阶段的胚胎进行分割移植，在分割时要注意________________。请说明理由 。(4)胚胎移植能否成功，主要与供体和受体的________有关。(5)经研究得知，某基因与乳腺癌细胞的增殖密切相关。请简述基因剔除技术在乳腺癌治疗方面的基本思路： 。答案(1)显微注射仪一定量的抗生素清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害(2)专用的受精溶液(或获能溶液)(3)对内细胞团进行均等分割若不均等分割，会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育(4)生理状况(5)通过基因剔除技术使该基因失活，从而阻止乳腺细胞的癌变解析(1)图中①过程将体外转录后mRNA导入受精卵常用显微注射技术使用的仪器为显微注射仪。②是早期胚胎培养过程，除培养液及培养用具灭菌处理外，一般需加入一定量的抗生素(防止杂菌污染)，还要定期更换培养液。定期更换培养液的目的是清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(2)体外受精过程，一般需要在获能溶液或专用的受精溶液中完成。(3)对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要对内细胞团进行均等分割，因为内细胞团将来发育成胎儿的组织器官，若不均等分割，会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(4)胚胎移植能否成功，主要与供体和受体的生理状况有关，应将早期胚胎移植到同期发情的代孕母体内。(5)某基因与乳腺癌细胞的增殖密切相关，则可通过基因剔除技术使该基因失活，从而阻止乳腺细胞癌变。(1)胚胎移植过程中两次使用激素：第一次是用孕激素对受体和供体进行同期发情处理；第二次是用促性腺激素处理供体使其超数排卵。(2)胚胎移植过程中有两次检查：第一次是对收集的胚胎进行检查；第二次是对受体母畜是否妊娠进行检查。(3)移植胚胎的来源及生殖方式eq\x(核移植→早期胚胎培养→胚胎移植)无性生殖eq\x(体外受精→早期胚胎培养→胚胎移植)有性生殖eq\x(体内受精→冲卵→胚胎移植)有性生殖eq\x(基因工程→转入目的基因的受精卵→早期胚胎培养→胚胎移植)有性生殖(4)早期胚胎培养液与动物细胞培养液成分的比较项目早期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、激素促生长因子天然成分血清血清、血浆考点三生物技术的安全性和伦理问题1.转基因成果(1)微生物方面：对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域，这是因为微生物具有生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点。例如，转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期。(2)转基因动物方面：科学家将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜；将某些抗病毒的基因导入动物体内，培育了抵抗相应病毒的动物新品种。(3)转基因植物方面：目前，科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物。以转基因耐储藏番茄为例，科学家利用转基因技术显著抑制番茄中乙烯形成酶的活性和乙烯的生成量，从而育成了转基因耐储藏番茄。2.转基因产品的安全性(1)人们的价值观取向不同，对转基因技术就会产生不同的见解，特别是在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。(2)理性看待转基因技术需要建立在完备的科学知识基础之上，既清晰地了解转基因技术的原理和操作规程，还应该看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响，最重要的是，要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。(3)我国针对转基因技术，颁布和实施了一系列法规和政策，既维护了消费者对转基因产品的知情权和选择权，又最大程度地保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的安全性。3.关注生物技术的伦理问题项目反对支持设计试管婴儿(1)把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；(2)早期的生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余的胚胎，无异于“谋杀”；(3)有人会滥用设计试管婴儿技术，例如设计婴儿性别(1)设计试管婴儿是为了救人，是救治患者的最好、最快捷的方法之一；(2)提供骨髓中造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤；(3)脐带血是试管婴儿的“身外之物”基因检测技术方面目前人类对基因结构及基因间的相互作用尚缺乏足够的认识，通过基因检测达到预防疾病的目的是困难的；基因检测结果会给受检者带来巨大的心理压力通过基因检测可以对遗传性疾病及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的道德方面基因资讯的泄露造成基因歧视，如个人婚姻困难、人际关系疏远，更明显的是造成一支遗传性失业大军对于基因歧视现象，可以通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法得以解决4.禁止生物武器(1)生物武器的种类(连线)(2)我国政府观点：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。(2021·山西太原调研)“试管婴儿”是通俗名词，在专业文献中称为体外受精及胚胎移植。试管婴儿是指精子和卵子的结合是在试管内进行的，并使受精卵在符合条件的环境内生长、分裂和发育4～6天，形成胚胎(如图所示)，然后将胚胎移植到子宫腔内，使之能在子宫腔内发育，最后出生的一种生育方法，这是对科学技术要求非常高的一种方法。它的成功和发展，不仅给不孕不育夫妇带来了希望，而且对研究人类的生殖生理和胚胎发生学以及优生学等方面的课题有不可估量的积极作用。(1)图示时期是胚胎发育的________期，若要从图中所示的胚胎中获得胚胎干细胞，应从________获取。(2)“试管婴儿”是指精子和卵子在试管内进行结合的体外受精技术，受精前精子需要事先经过________处理，卵子要培养到________(时期)。除此之外还用到________________(填两种)技术。(3)“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿”技术，二者在对人类作用上的区别是①用途不同： ；②后者胚胎在移植前需进行 。(4)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是 。答案(1)囊胚内细胞团(2)获能减数第二次分裂中期早期胚胎培养、胚胎移植(3)前者主要用于治疗不孕夫妇的不孕症，后者可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植的疾病遗传学诊断(4)破坏了人类正常的性别比例，违反了伦理道德解析(1)图示时期是胚胎发育的囊胚期。囊胚包括滋养层和内细胞团，内细胞团的细胞具有全能性，可从内细胞团细胞中获得胚胎干细胞。(2)“试管婴儿”是指精子和卵子在试管内进行结合的体外受精技术，受精前精子需要事先经过获能处理，卵子要培养到减数第二次分裂中期，除此之外还用到早期胚胎培养、胚胎移植技术。(3)“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿”技术，前者主要用于治疗不孕夫妇的不孕症，后者可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植的疾病。(4)设计婴儿性别破坏了人类正常的性别比例，违反了伦理道德，因此现在大多数人反对设计婴儿性别。考点四生态工程1.生态工程与生态经济(1)生态工程①任务：修复和重建已遭到破坏的生态系统；改善传统的生产方式，提高生态系统的生产力。②目的：遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。③特点：与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。(2)生态经济①原则：“循环经济”。②特点：使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料。③目的：实现废弃物的资源化。④手段：生态工程。2.生态工程所遵循的五项原理项目理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环可避免环境污染，有利于系统的稳定和发展“无废弃物农业”物种多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力“三北防护林”建设中的单一林问题；珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物的数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题、过度放牧等整体性原理社会、经济、自然构成复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡和稳定林业建设中自然系统与社会、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：总体功能大于各部分之和保持较高的系统生产力珊瑚礁中藻类和珊瑚虫的关系3.生态工程的实例类型主要原理注意问题农村综合发展型生态工程物质循环再生原理、物种的多样性原理、整体性原理①核心：沼气工程②农林牧渔全面发展；开发可更新资源，减少环境污染小流域综合治理生态工程协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理①考虑生态效益和经济效益②生态工程模式应各具特色大区域生态系统恢复工程协调与平衡原理、多样性原理、整体性原理“三北”防护林工程建设：①种植适宜品种②树种多样性、体系稳定性湿地生态恢复工程协调与平衡原理、整体性原理主要措施：退耕还湖矿区废弃地的生态恢复工程系统学和工程学原理①种植耐旱的灌木、草和树②合理确定载畜量③改良土壤城市环境生态工程协调与平衡原理、整体性原理等①城市绿化②减少排放污水，净化污水1.(2020·全国卷Ⅱ，38)植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题：(1)在植树造林时，一般认为，全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性________。抵抗力稳定性的含义是_________________。(2)“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式，其做法是收集有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，再施用到农田中。施用有机肥料的优点是_______________________________________________(答出3点即可)。在有机肥料的形成过程中，微生物起到了重要作用，这些微生物属于生态系统组分中的________。(3)在污水净化过程中，除发挥污水处理厂的作用外，若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素，请提供一个方案：______________________________。答案(1)低生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力(2)改善了土壤结构；培育了土壤微生物；实现了土壤养分的循环利用分解者(3)种植能吸收这些金属元素的水生植物，再从植物中回收金属解析(1)一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越高，因而，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性会相对较低。抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力。(2)施用有机肥可改善土壤的结构、培育土壤微生物、实现土壤养分的循环利用。微生物可作为分解者将有机肥料中的有机物分解为无机物。(3)在污水净化过程中，可种植能吸收污水中铜、镉等金属元素的水生植物，再从植物中回收金属。2.(2021·吉林长春质量监测)在我国北方地区，冬天气温很低，会导致农作物不能生长，家畜生长缓慢，甚至停止，沼气池不能正常产气等一系列生产生活问题。为解决上述问题，有关专家设计了如图所示“四位一体”的农业生态工程(“四位”指沼气池、猪禽舍、厕所及日光蔬菜温室四部分)，请分析回答：(1)一般来说，生态工程的主要任务是对______________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、________等特点，它是实现________最重要的手段之一。(2)图中①～④最终形成的沼液用于蔬菜的生产主要符合____________原理。沼液作为一种有机肥，与直接施用化肥相比，优点是________________________(答出两点即可)。为提高温室蔬菜的光合作用强度，可采取的措施有________________________(答出两点即可)。(3)图中①～⑦过程不能表示能量流动的有________，该生态农业模式实现了能量的________。答案(1)已被破坏的生态环境可持续循环经济(2)物质循环再生有利于增加土壤微生物类群、改善土壤性质、为植物提供CO2、降低环境污染(答出两点即可)适当补充光源、适当补充CO2、通风透光(答出两点，合理即可)(3)⑦多级利用解析(1)一般来说，生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、可持续等特点，它是实现循环经济最重要的手段之一。(2)图中①～④最终形成的沼液用于蔬菜的生产主要符合物质循环再生原理。沼液作为一种有机肥，与直接施用化肥相比，优点是有利于增加土壤微生物类群、改善土壤性质、为植物提供CO2、降低环境污染等。为提高温室蔬菜的光合作用强度，可采取的措施有适当补充光源、适当补充CO2、通风透光等。(3)依据能量单向流动的特点，可判断图中①～⑦过程不能表示能量流动的有⑦，沼液中的无机盐可被植物吸收，但不能给植物提供能量；该生态农业模式能实现能量的多级利用，提高了能量的利用率。重温真题经典再现1.(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)标记解析(1)由流程图知，个体A提供去核卵母细胞，个体B提供体细胞核，二者通过①得到重组细胞，重组细胞经②得到囊胚，故①是核移植，②是早期胚胎培养。(2)动物细胞培养时，要通入含有5%CO2的空气，CO2的作用是维持培养液的pH。(3)构建基因表达载体时，要用同种限制酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、复制原点、标记基因等，标记基因的作用是便于目的基因的检测和筛选。2.(2015·重庆卷，8)某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。(1)拟进行如下杂交：♂A(具高产奶基因的纯种)×♀B(具适宜本地生长基因的纯种)→C选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常________________。若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是________性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是______________，后代中出现这种母牛的概率是________(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。(2)用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。精子要具有受精能力，需对其进行________处理；卵子的成熟在过程________中完成。在过程④的培养基中含有葡萄糖，其作用是________。为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的______________________________。子代母牛的优良性状与过程________的基因重组有关。(3)为了提高已有胚胎的利用率，可采用________技术。答案(1)生长发育或胚胎发育隐性♂A×♀C1/8(2)获能或增强活力③供能性别、高产奶和适应生长的基因②(3)胚胎分割解析(1)由于胚胎能在母体内正常生长发育，所以选择B作为母本。若子代母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明适宜本地生长是显性性状(设基因为M)，高产奶是隐性性状(设基因为n)。则♂A基因型是mmnn，♀B基因型是MMNN，♀C基因型是MmNn，为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛(M_nn)，可选择♂A和♀C进行杂交，后代出现该种母牛的概率是eq\f(1,2)×eq\f(1,2)×eq\f(1,2)＝1/8。(2)精子经过获能处理才具有受精能力，卵子的成熟发生在受精过程中，即过程③。胚胎培养过程的培养基中含有葡萄糖，葡萄糖氧化分解提供能量。具有优良性状的母牛含有高产奶和适应生长的基因，则胚胎移植前应进行鉴定，同时还需鉴定性别。基因重组发生在减数分裂过程中，控制不同性状的基因重新组合，由于供体公牛是纯合子，不会发生基因重组，供体母牛是杂合子，则子代母牛的优良性状与供体母牛产卵过程中的基因重组有关。(3)为提高已有胚胎的利用率，可采用胚胎分割技术，增加胚胎的数量。课后·强化训练(时间：40分钟)1.(2021·陕西西安中学模拟)科学家将绿色荧光蛋白(GFP)基因转入小鼠胚胎干细胞(ES细胞)内，GFP基因若表达就会使细胞带有绿色荧光，继而利用带有绿色荧光的ES细胞培育出嵌合型的小鼠用于科学研究，流程如图所示。请回答：(1)在步骤①中构建基因表达载体时，需要在GFP基因的首端加入________酶识别和结合的部位，有了它才能驱动GFP基因转录出mRNA，最终获得GFP。GFP基因的尾端还需有________，使转录在需要的地方停止。(2)步骤②的受体细胞是小鼠ES细胞，ES细胞一般从囊胚的________分离得到，且ES细胞在形态上表现为________________________的特点。在培养ES细胞时，细胞充满培养皿底部后停止分裂，这种现象称为________。如果想继续培养则需要重新用________处理，然后分瓶继续培养，这样的培养过程通常被称为________培养。(3)图中重组囊胚在步骤⑤之前要先检测是否有绿色荧光细胞，再通过________技术移入代孕母鼠子宫内继续发育。答案(1)RNA聚合终止子(2)内细胞团体积小、细胞核大、核仁明显接触抑制胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)传代(3)胚胎移植解析(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，能启动转录过程，因此，构建基因表达载体时，必须在目的基因首端加入启动子，在末端加入终止子，使转录在需要的地方停下来。(2)ES细胞来自早期胚胎(囊胚的内细胞团)，在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显。对ES细胞进行的初次培养称为原代培养；在培养ES细胞时，细胞充满培养皿底部后停止分裂，这种现象称为接触抑制，此时的细胞需要用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)使其分散，便于传代培养。(3)由图可知，目的基因和标记基因都是GFP基因，因此图中重组囊胚在步骤⑤之前要先检测是否有绿色荧光细胞，再通过胚胎移植技术移入代孕母鼠子宫内继续发育。2.(2021·吉林调研)利用PGD/PGS技术经全基因组检测的试管婴儿已在我国诞生。PGD是指胚胎植入前的基因诊断，主要用于检查胚胎是否携带有遗传缺陷的基因。PGS是指在胚胎植入前进行染色体异常检测，通过比对、分析，从而有助于避免遗传物质异常的胚胎产生。(1)试管婴儿的培育需经过体外受精、________、________以及在代孕母体中发育和产出(分娩)等过程。(2)设计试管婴儿时，为了提高受孕率与筛选的需要，需要用________激素处理以促进母亲排出更多的卵子，胚胎移植时常采用________(填“1”“2”或“多”)个胚胎进行移植。(3)利用________(填“PGD”或“PGS”)技术可以筛选不携带地中海贫血基因的试管婴儿。为了避免某些遗传疾病的产生，有时需对胚胎的性别进行鉴定，目前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________细胞，提取DNA后利用PCR扩增________基因；最后用SRY特异性探针检测，出现阳性反应者，胚胎为雄性。答案(1)早期胚胎培养胚胎移植(2)促性腺多(3)PGD滋养层SRY解析(1)试管婴儿的培育技术包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等。(2)获取卵母细胞时可用促性腺激素处理来促进超数排卵。因胚胎移植成功率较低，故常用多个胚胎进行移植。(3)设计试管婴儿在胚胎移植前要进行遗传学诊断，欲检测是否携带地中海贫血基因，可用PGD进行基因诊断。早期胚胎进行性别鉴定时可取囊胚的滋养层细胞进行DNA性别鉴定，需用PCR技术扩增SRY基因，再用特异性探针进行检测，出现阳性反应的为雄性胚胎。3.(2021·贵州铜仁模拟)现代生物科技与人们的生活息息相关，尤其在动物品种的改良、保护濒危物种等方面得到了越来越广泛的应用。请回答下列相关问题：(1)利用绵羊的精子和卵子进行体外受精时，所用的精子是经过________处理的。判断卵子是否受精的重要标志是 。(2)利用早期胚胎培养技术培养大熊猫的早期胚胎时，所用培养液成分除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、________、核苷酸等营养成分以及________等物质。欲增加大熊猫早期胚胎的数量，可通过胚胎工程中的________技术来实现，此技术在进行时，应注意____________；将获得的胚胎移入代孕母体内属于________技术，此技术对代孕受体的要求是 。答案(1)获能在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体(2)氨基酸血清胚胎分割将内细胞团均等分割胚胎移植同种的、生理状态相同的其他雌性动物解析(1)体外受精时，通常需对精子进行获能处理，对卵母细胞进行培养至减数第二次分裂中期，再在获能溶液或专用的受精溶液中进行受精，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)早期胚胎培养时，所用培养液成分包括“两酸”(氨基酸、核苷酸)、“两素”(维生素、激素)、“两盐”(无机盐和有机盐)及动物血清等物质。欲增加大熊猫早期胚胎的数量，可选择早期胚胎(桑椹胚或囊胚期)进行胚胎分割，在囊胚期进行分割时，应注意将内细胞团均等分割；将获得的胚胎移入代孕母体内属于胚胎移植技术，要求代孕母体是同种的、生理状态相同的其他雌性动物。4.(2020·山西太原五中一模)我国新型农业现代化地区充分利用土地，创造了一种高效人工生态系统，如图所示。据图回答有关问题。(1)沼气池中的微生物在该生态系统中的主要功能是________；沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内的意义是 。(2)禽畜粪便进入沼气池发酵后，产生的沼气可作为生活能源，沼液和沼渣再施入农田，使土壤有机质含量明显提高，这样做的生态学意义有________________________、提供清洁的能源等。(3)该模式减少了投入、增加了农民收入，其利用的生态学原理是 。答案(1)分解作用可以增加大棚中CO2浓度，增强植物的光合作用，提高作物的产量(2)减少了化肥的使用、减小粪便对环境的污染(3)物质循环再生原理和能量的多级利用原理解析(1)沼气池中的微生物在该生态系统中的主要功能是分解作用，将有机物分解成无机物；沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内，可以增加大棚中CO2浓度，增强植物的光合作用，提高作物的产量。(2)禽畜粪便进入沼气池发酵后，产生的沼气可作为生活能源，沼液和沼渣再施入农田，使土壤有机质含量明显提高，这样做的生态学意义是减少了化肥的使用、减小粪便对环境的污染和提供清洁的能源等。(3)该模式减少了投入、增加了农民收入，其利用的生态学原理是物质循环再生原理和能量的多级利用原理。5.(2021·河南焦作模拟)日本明治大学和京都府立大学的科学家团队通过转基因技术，开发出一种可为人类提供移植器官的方法。研究人员首先从胰腺病患者身上提取诱导性多能干细胞(iPSC)，然后将干细胞注入猪胚胎中，这种胚胎经过基因改造，不具备长出胰腺的能力，因而在猪身上腾出了一个空间，可供人体器官在猪体内生长。在母猪分娩之前，研究人员将子宫移走，带到无病原体房间中将猪仔取出，并用无菌人造牛奶饲养1个月，之后这些猪仔就可以进行器官移植了。请回答下列问题：(1)诱导性多能干细胞(iPSC)具有与胚胎干细胞类似的功能，可以发育成人体的各种组织和器官。人体内有许多的多能干细胞，如乳腺中的多能干细胞、胰腺中的多能干细胞及骨髓、外周血、脐带血中的造血干细胞等，最容易获取的多能干细胞是________。(2)该类用于器官移植的猪在培养过程中，必须经历________、早期胚胎培养和________。之所以能培养出长有人体器官的猪，是因为猪与人的________反应较小；将从该猪身上摘下的胰腺移植到患者体内，________(填“一定有”“一定没有”或“几乎没有”)免疫排斥现象。(3)这种猪的后代是否也会产生人体器官？________。(4)为了多获得这种基因改造过的胚胎，可以采用________的方法，当处理对象为囊胚时，操作要点是________________________。答案(1)造血干细胞(2)体外受精胚胎移植排异几乎没有(3)不会(4)胚胎分割将内细胞团均等分割解析(1)出生后留存体内的干细胞为成体干细胞，最容易获取的多能干细胞是造血干细胞。(2)该类用于器官移植的猪在培养过程中，必须经历体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。既然能培养出长有人体器官的猪，可见猪与人的排异反应较小；将从该猪身上摘下的胰腺移植到患者体内，几乎没有免疫排斥现象。(3)由于是将人的干细胞注入猪胚胎，进而分化出人的器官，而猪的遗传物质没有改变，因此这种猪的后代不会产生人体器官。(4)为了多获得这种基因改造过的胚胎，可以采用胚胎分割的方法，对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割。6.(2021·河南郑州一中模拟)2018年4月，《ReproductiveBioMedicine》期刊在线发表的一篇文章显示，到2100年，借助辅助生殖技术(即试管婴儿技术)诞生的人数可能将达到全球总人口的3.5%——约4亿人。请回答下列问题：(1)试管婴儿技术的最后一道工序是________。(2)体外受精首先需采集卵子，成熟的卵子能与________的精子结合，形成受精卵。受精卵发育成胎儿的大致过程是受精卵→________→囊胚→________→组织器官的分化。(3)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，还需要提供一定浓度的________以维持培养液的正常pH。母体对移入子宫的外来胚胎________________________，这为胚胎在母体内存活提供了可能。(4)借助胚胎分割技术，理论上一次可以获得多个胎儿，胚胎分割操作过程需要特别注意的问题是在囊胚期将________均等分割。(5)人也是生态系统的一员，要维持地球的和谐有序发展，我们必须关注生态工程建设。下列结构示意图最能体现生态工程中系统学和工程学原理的是________。答案(1)胚胎移植(2)获能桑椹胚原肠胚(3)CO2基本上不发生免疫排斥反应(4)内细胞团(5)D解析(1)试管婴儿技术的最后一道工序是胚胎移植。(2)体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤。采集的卵子需将其培养到减数第二次分裂中期，才能与获能的精子在体外受精，形成受精卵。受精卵发育成胎儿的大致过程是受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化。(3)动物细胞培养时，一定浓度的CO2的作用是维持培养液的正常pH。母体对移入子宫的外来胚