高考生物一轮复习课堂互动探究案3胚胎工程

课堂互动探究案3胚胎工程考点一体内受精与早期胚胎发育(国考5年未考)任务驱动·探究突破任务1精子和卵子发生过程的比较项目精子的发生卵子的发生场所____________________时间从________开始____________变形________不需变形分裂均等分裂________过程结果形成4个精子______________师说拓展受精过程中的“三大反应”与防止多精入卵的“两道屏障”(1)顶体反应：是指精子获能后与卵子相遇时，顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程。顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的前提条件。(2)透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，它是防止多精入卵的第一道屏障。(3)卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵的第二道屏障。任务2请据体外受精过程的流程图回答下列问题(1)体外受精的过程主要包括______________________、________________及受精等几个步骤。(2)采集精子的方法主要有假阴道法、________法和电刺激法。获能的方法有________法和________法。(3)体外采集小鼠的卵子常用________法。特别提醒(1)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。(2)受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合成合子；受精卵是个体发育的开始。(3)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于卵细胞。考向分类·对点落实考向一生殖细胞和早期胚胎的形成1.[经典高考]哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程，只有在促性腺激素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图(N表示染色体组)。据图分析，下列叙述错误的是()A．次级卵母细胞形成的过程需要激素调节B．细胞Ⅲ只有在精子的作用下才能形成成熟卵子C.Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ细胞分裂后期染色体数目相同D．培育转基因动物应选择细胞Ⅳ作为受体细胞2．[2022·江苏盐城月考]下列有关哺乳动物精子、卵子的发生及受精作用的叙述，正确的是()B．卵子形成的过程需在卵巢和输卵管内完成C．采集到的精子和卵子相遇即可发生受精作用D．卵子发生时，MⅠ和MⅡ过程是不连续的，但细胞质均等分配3．[经典模拟]下图表示卵子的发生过程。与此相关的叙述中，不合理的是()A．图中A是第一极体，B是合子，E是受精作用，阶段C是指胎儿期，阶段D是指初情期后B．当观察到第二极体时，表明卵子已经完成了受精①④D．①阶段存在的变异方式有基因突变、基因重组和染色体变异考向二体内受精及早期胚胎发育过程分析4.[2022·江苏调研]梅花鹿属于单胎动物，季节性发情，育种工作者希望通过胚胎工程技术对优良品种进行扩大繁殖。下列有关叙述，正确的是()A．给供体母鹿注射促性腺激素可使其一次排出多个卵子B．培养早期胚胎的培养液中含有维生素、激素等多种能源物质C．当受体数量有限时，可采用胚胎分割技术以获得更多的后代D．梅花鹿的胚胎形成后一直处于游离状态，为胚胎收集提供可能5．[2022·河北高三冲刺]慢性病人常出现白蛋白值偏低的状况，缺乏白蛋白的病人容易出现浮肿。人体的白蛋白正常值在每100mL血液中含有3.8～4.8克，如果比正常值低很多时就需要注射人血白蛋白，所以临床上对白蛋白需求量很大。下图是利用崂山奶山羊乳腺生物反应器制备药用白蛋白的流程图：(1)要实现①超数排卵，应在崂山奶山羊A发情周期的某一阶段用________处理，然后在恰当时期采集卵子。通过②采集的精子不能直接与成熟的卵子受精，常要用化学诱导法对羊的精子进行________处理，即用一定浓度的____________________________处理。(2)若已知白蛋白基因的碱基序列，—般采用______________的方法获取目的基因。要使人的白蛋白基因在奶山羊乳腺细胞中特异性表达，完整的基因表达载体要包括目的基因、________、________、标记基因等部分。(3)对移植前的胚胎进行性别鉴定时，宜取囊胚期的________细胞进行鉴定，一般采用SRY—PCR方法，选择出现阴性反应的____________(性别)胚胎进行移植。考向三胚胎工程的综合应用6.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，在进行过程⑤之前应鉴定胚胎的______________________。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。考点二体外受精、胚胎移植、胚胎分割与胚胎干细胞(国考5年1考)(全国卷：2020全国卷Ⅲ)任务驱动·探究突破任务1完善胚胎移植的过程示意图，并填空(1)对供体牛要进行________处理；对供、受体牛要进行________处理。(2)排卵是指卵子从________中排出，冲卵是指把供体母牛子宫内的________冲洗出来。(3)动物的早期胚胎一般发育到________或________阶段才能进行移植。(4)若要获得多个遗传物质完全相同的新个体，可对检查合格的胚胎用胚胎分割技术处理，该过程属于________或克隆。易错提醒胚胎移植中的四个注意点(1)胚胎移植过程中两次激素使用第一次常用孕激素对受、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。(2)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。(3)不同动物胚胎移植的时间不同牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段，小鼠、家兔在桑椹胚前。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。(4)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖的判断取决于胚胎的来源。胚胎若是由受精卵形成的，则为有性生殖；若是由核移植技术或胚胎分割形成的，则为无性生殖。任务2胚胎干细胞(ES或EK细胞)(1)来源：是由________或________中分离出来的。(2)特点①形态：体积__________、细胞核__________、(3)应用①治疗人类某些______任务3克隆动物、试管动物与转基因动物遗传特性的比较项目克隆动物试管动物转基因动物概念用核移植的方法获得的动物用体外受精的方法获得的动物由被转入了目的基因的受精卵发育成的动物技术核移植体外受精DNA重组技术生殖方式无性繁殖有性生殖有性生殖或保持原生殖方式遗传特性主要与供核个体相同具备双亲的遗传性状具备原受精卵及被转入的目的基因两方的遗传特异性相同点三者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑椹胚或囊胚期的胚胎特别提醒(1)试管动物生殖的实质是正常的有性生殖，只不过受精、早期胚胎发育在体外进行。(2)克隆动物生殖的实质是无性生殖，该生殖方式依赖动物细胞核(高度分化的体细胞的细胞核)具有全能性，其特有的操作程序是核移植。考向分类·对点落实考向一对体外受精过程的分析1.[经典模拟]如图表示通过体外受精培育牛的过程，下列叙述错误的是()A．获取的精子经获能后才能进行体外受精B．②过程只与细胞膜的流动性有关C．③过程的细胞增殖方式是有丝分裂D．④过程属于胚胎移植考向二对早期胚胎培养和胚胎移植所需条件及过程的分析2.[2022·北京四中高三月考]小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，其制备流程如图所示。下列叙述正确的是()A.为获得更多的囊胚，可采用激素注射以促进雄鼠产生更多的精子B．细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞D．胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养3．下列关于胚胎移植的叙述，正确的是()A．胚胎移植的优势是可以充分发挥雄性优良个体的繁殖潜力B．胚胎移植过程中冲卵的操作是选择特定装置将卵子冲出来C．胚胎移植过程中受体母畜必须经过免疫学检验以防止排斥外来胚胎D．转基因、核移植、体外受精等技术获得的胚胎都必须移植给受体才能获得后代考向三对胚胎分割和胚胎干细胞的应用及过程的分析4.下列关于胚胎分割的叙述，正确的是()B．胚胎分割是一种有性生殖C．胚胎分割后，移植获得的后代基因型完全相同D．胚胎分割是在动物体内进行的5．[2022·广东汕头模拟]如图表示转基因牛的培育过程，请据图分析回答下列问题。(1)①过程为________________。(2)体外培养胚胎干细胞时，通常要加入________等一些天然成分，除了要保证被培养细胞处于无菌、无毒及氧气充足的环境中，还需要保证细胞生活所需适宜的________和________。(3)②过程是将细胞注入图中囊胚的__________位置，母牛A和B需要用激素进行处理使其_________________________________________________。(4)为获得较多基因型相同的犊牛，常采用________的方法。③过程是________，实际上是__________________________的过程。6．[山东卷]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。(4)胚胎干细胞可以来自于囊胚中的________。在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。若将图中获得的组织器官移植给个体________(填“A”或“B”)，则不会发生免疫排斥反应。[题后归纳]干细胞类型及培养过程(1)类型类别来源或举例特点全能干细胞桑椹胚或囊胚及以前的细胞能发育成完整个体多能干细胞(胚胎干细胞)内细胞团细胞、原始性腺细胞分离能分化出动物体内的任何组织专能干细胞(成体干细胞)骨髓干细胞、皮肤生发层细胞能分化出特定的组织(2)培养的关键环节：需要一种能促进胚胎干细胞的生长，但抑制其分化的一种培养体系，这种体系就是在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中。(3)培养过程考向四胚胎工程及其应用7.[江苏卷，11]牛雄性胚胎中存在特异性H－Y抗原，可在牛早期胚胎培养液中添加H－Y单克隆抗体，筛选胚胎进行移植，以利用乳腺生物反应器进行生物制药。下列相关叙述正确的是()A．H－Y单克隆抗体由骨髓瘤细胞分泌B．应选用原肠胚做雌雄鉴别C．鉴别后的雄性胚胎可直接做胚胎移植D．用H－Y抗原免疫母牛可获得相应抗体8．[江苏卷，11]印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物，通过胚胎工程技术，可以让家猫代孕而繁育，主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是()A．步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分离B．诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞9．[安徽卷]科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白，其技术路线如图。(1)由过程①获得的A为____________________________________________。(2)在核移植之前，必须先去掉受体卵母细胞的核，目的是__________________________。受体应选用____________期卵母细胞。(3)进行胚胎移植时，代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生__________，这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆，理论上可获得无限个转基因绵羊，这是因为____________________________________________________。[网络 建构提升][长句应答必备]1．受精的过程：获能的精子穿过放射冠和透明带→精卵通过细胞表面的糖蛋白相互识别→精子遗传物质进入卵细胞。2．胚胎发育的过程：受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚→组织器官分化→幼体。3．体外受精的过程卵母细胞的采集和培养4．胚胎移植的基本程序：对供、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→对胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎移植→移植后检查。[翻阅教材品原味]1．[2020·全国卷Ⅲ，38]W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。回答下列问题：(1)步骤①中需要使用的工具酶有__________________________。步骤②和③所代表的操作分别是__________和________。步骤④称为________________________________________________________________________。(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的____________________(答出2点即可)的限制。(3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息________(填“相同”或“不同”)，原因是____________________________。(4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有__________________________(答出2点即可)。[人教选修3]P13(高考VS教材)[人教选修3]P69(高考VS教材)[同类选做找共性]2．[2020·海南卷]下列关于人体造血干细胞的叙述，错误的是()B．造血干细胞分化产生的B细胞在胸腺中发育成熟C.造血干细胞可不断增殖和分化，捐献造血干细胞不影响人体健康D．造血干细胞移植是治疗白血病的有效手段3．[天津卷]2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。据图分析，下列叙述错误的是()A．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代B．捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿课堂互动探究案3考点一【任务驱动探究突破】任务1睾丸的曲细精管卵巢初情期从胚胎出现性别分化后和初情期以后需变形不均等分裂形成1个卵子和3个极体任务2(1)卵母细胞的采集和培养精子的采集和获能(2)手握培养化学诱导(3)超数排卵处理【考向分类对点落实】1．解析：据图可知，初级卵母细胞在形成次级卵母细胞的过程中需要促性腺激素处理，A正确；细胞Ⅲ为次级卵母细胞，减数第二次分裂是在输卵管中伴随着受精作用完成的，B正确；Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分别为初级卵母细胞、次级卵母细胞和受精卵，它们在细胞分裂后期的染色体组数依次为：2N、2N、4N，染色体数不同，C错误；动物细胞的受精卵全能性高，因此培育转基因动物常用受精卵作为受体细胞，D正确。答案：C2．解析：透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障，A错误；卵子形成的过程需在卵巢和输卵管内完成，B正确；采集到的精子获能后与成熟的卵子相遇方可发生受精作用，C错误；卵子发生时，MⅠ和MⅡ过程是不连续的，且细胞质不均等分配，D错误。答案：B3．解析：图中①为有丝分裂和减数第一次分裂间期，可增加卵原细胞的数量，卵原细胞可进一步演变为初级卵母细胞；③为减数第一次分裂，只有在受精后，次级卵母细胞才能最终完成减数第二次分裂，因此E是受精作用、B是合子；卵泡的形成是在胎儿期，减数分裂是从初情期后开始的，因此阶段C为胎儿期，阶段D为初情期之后。当观察到有两个极体时，表明卵子已完成了受精作用。着丝点分裂可发生在有丝分裂中，也可发生在减数第二次分裂中，因此①④均能发生着丝点分裂。有丝分裂中的变异类型只有基因突变、染色体变异，没有基因重组。答案：D4．解析：给供体母鹿注射促性腺激素可使其一次排出多个卵子，A正确；维生素、激素都不是能源物质，B错误；梅花鹿属于单胎动物，因此当受体数量有限时无法通过胚胎分割技术获得更多的后代，C错误；梅花鹿的胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，这为胚胎的收集提供了可能，D错误。答案：A5．解析：(1)促性腺激素可促进性腺的发育，在崂山奶山羊A发情周期的某一阶段用促性腺激素处理，可实现让其超数排卵。通过②采集的精子用一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液进行化学诱导处理，可使之获能。(2)已知白蛋白基因的碱基序列，可用DNA合成仪通过人工合成的方法获取目的基因。基因表达载体中除目的基因和标记基因外，还需要有乳腺蛋白基因的启动子和终止子，乳腺蛋白基因的启动子可以在启动乳腺蛋白基因转录的同时，启动白蛋白基因的转录，终止子可使转录停止。(3)滋养层细胞将来发育为胎膜和胎盘，取囊胚期的滋养层细胞可鉴定性别，且对胚胎发育影响较小。崂山奶山羊乳腺生物反应器是让目的基因在乳腺细胞中特异性表达，以便从乳汁中提取白蛋白，因此应选择雌性胚胎进行移植。答案：(1)促性腺激素获能肝素或钙离子载体A23187溶液(2)人工合成乳腺蛋白基因的启动子终止子(3)滋养层雌性6．解析：(1)由于胚胎需要在母体内正常生长发育，所以应选择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1/2×1/2×1/2＝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。胚胎培养所需的培养基中含有葡萄糖，葡萄糖氧化分解可提供能量。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，该过程可使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。答案：(1)生长发育(或胚胎发育)隐性♂A×♀C1/8(2)获能③供能性别、高产奶和适应生长的基因②(3)胚胎分割考点二【任务驱动探究突破】任务1同期发情超数冲卵胚胎移植(1)超数排卵同期发情(2)卵泡早期胚胎(3)桑椹胚囊胚(4)无性繁殖任务2(1)早期胚胎原始性腺(2)小大核仁全能性增殖发生分化(3)顽症人造组织器官细胞分化【考向分类对点落实】1．解析：在进行体外受精时，获取的精子需获能后才能进行体外受精；图中的②过程是受精作用，该过程涉及精卵细胞的识别、细胞膜的融合(与膜的流动性有关)、核的融合等；③过程是卵裂过程，该过程的细胞增殖方式是有丝分裂；④过程是将早期胚胎移入受体子宫的过程，属于胚胎移植过程。答案：B2．解析：为了获得更多的囊胚，可以采用激素促进成熟雌性个体超数排卵，然后将卵细胞从母体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，A错误；细胞a和细胞b是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的，故核基因相同，B错误；运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞，首先必须用胰蛋白酶处理内细胞团，分解细胞间的胶原蛋白等，使之分散成单个细胞，C错误；动物细胞培养时需要在含5%CO2的培养箱中进行培养，以维持培养液的pH，D正确。答案：D3．解析：胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；胚胎移植过程中冲卵的操作是选择特定装置将早期胚胎冲出来；大量的研究已经证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。答案：D4．解析：胚胎分割可以看做无性生殖，它所形成的后代基因型完全相同，遗传性状极为相似。胚胎分割是在动物体外进行的操作，要将内细胞团均等分割，且不能无限分割。答案：C5．解析：(1)①过程为被酶切割的载体和目的基因构建基因表达载体。(2)动物细胞培养液的成分包括糖、氨基酸、无机盐、微量元素和动物血清、血浆等。动物细胞培养的条件：无菌、无毒的环境；营养物质(合成培养基)；温度和pH(36.5±0.5℃，7.2～7.4)；气体环境(氧气和二氧化碳)等。(3)从图中分析可知，含有目的基因的胚胎干细胞应注入囊胚的内细胞团，内细胞团将来发育成胎儿的各种组织。供体母牛和受体母牛需要进行同期发情处理。(4)为获得较多基因型相同的胚胎可采用胚胎分割的方法。胚胎移植实际上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。答案：(1)基因表达载体的构建(2)血清、血浆温度pH(3)内细胞团同期发情(4)胚胎分割胚胎移植早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移6．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运载体，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基因表达载体的检测和筛选。(4)胚胎干细胞是从早期胚胎或者原始性腺中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性。囊胚中的内细胞团细胞为胚胎干细胞。图中获得的组织器官，其细胞的细胞核来自个体B，其性状与B相同。答案：(1)核移植早期胚胎培养(2)pH(3)限制酶DNA连接酶标记(4)内细胞团B7．解析：单克隆抗体由杂交瘤细胞分泌，A错误；做雌雄性别鉴别时应选择囊胚期的滋养层细胞，B错误；由于是利用乳腺生物反应器进行生物制药，则鉴别后的雌性胚胎可直接做胚胎移植，雄性胚胎没有实用价值，C错误；用H－Y抗原免疫母牛，使其体内产生体液免疫，产生相应的浆细胞，从而获得相应抗体，D正确。答案：D8．解析：步骤甲、乙分别指体外受精、胚胎移植，A错误；诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素，只能作用于性腺，B正确；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自卵细胞，C错误；受精过程使用的培养液是获能溶液或专用的受精溶液，与早期胚胎培养液在成分上有区别，D错误。答案：B9．解析：(1)根据题意可知，要将人凝