2020年高考生物一轮复习讲义:第37讲 胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题
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1、第 37 讲 胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题1动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础() 2.胚胎干细胞的移植() 3.胚胎工程的应用() 4.生物技术的安全性和伦理问题()体内受精与早期胚胎发育1精子和卵子的发生比较项目 精子的发生 卵子的发生场所 睾丸的曲细精管 卵巢时间 从初情期开始 从胚胎出现性别分化后变形 需变形 不需变形分裂 均等分裂 不均等分裂结果 形成 4 个精子 形成 1 个卵子和 3 个极体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
2、二次分裂中 期时,才具备与精子受精的能力。(3)受精过程3早期胚胎发育卵 裂 期 细 胞 分 裂 方 式 : 有 丝 分 裂细 胞 数 量 增 多 , 胚 胎 总 体 积 不 增 加 或 略 有 缩 小 )桑 椹 胚 细 胞 数 目 为 32个 左 右细 胞 都 具 有 全 能 性 )囊 胚 内 细 胞 团 : 发 育 为 胎 儿 的 各 种 组 织滋 养 层 细 胞 : 发 育 成 胎 膜 和 胎 盘 )原 肠 胚 外 胚 层 : 内 细 胞 团 表 层 的 细 胞内 胚 层 : 内 细 胞 团 下 方 的 细 胞 )(选修 3 P63 讨论题解答 )(1)一个卵泡中能形成几个成熟的卵子?(
3、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?答案:(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。(选修 3 P64 旁栏思考题解答 )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?答案: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
4、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:(1)图甲中 A 是第一极体, B、 E 分别指_,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_( 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:(1)合子和受精 (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
5、向 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)图中表示的细胞名称依次是_ 。假设该动物体细胞内有染色体 2N 条,则 四种细胞内的染色体数目依次是_。(2)图中 a、b、c 表示细胞分裂,依次为_,在精子与卵子结合过程中完成的分裂是_( 填“a”“b”或“c”)。图中的 p、q 表示的结构依次是_。(3)a、b、c 过程依次发生在个体发育的什么时期?_。精子的发生与之不同的是整个过程都在_后完成。(4)卵子的发生与成熟过程进行到图中时,即可进行受精,判断卵子是否受精的标志是_。解析: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
6、和减数第二次分裂。减数第一次分裂产生的为次级卵母细胞;卵原细胞进行 DNA 复制后体积增大,形成初级卵母细胞。受精过程中进行的减数第二次分裂 c 产生,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
7、精的重要标志。答案:(1)卵原细胞、初级卵母细胞、次级卵母细胞 2N、2N、N 、2N(2)有丝分裂、M 分裂、M 分裂 c 透明带、卵细胞膜(3)胎儿期、初情期后、初情期后( 受精时) 初情期(4)在卵细胞膜和透明带间隙是否可以观察到两个极体受精过程中的“三大反应”和防止多精入卵受精的“两道屏障”(1)顶体反应:精子膜和顶体膜发生的一系列改变,释放顶体酶。(2)透明带反应:在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,它是防止多精入卵受精的第一道屏障。(3)卵细胞膜反应:精子入卵后,卵细胞膜拒绝其他精子再进入卵内,这是防止多精入卵受精的第二道屏障。 考向 2 早期胚胎发
8、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_,它将来可发育为_ 。(2)图乙中指的是_。进行胚胎分割时,应选择发育到 _时期的胚胎进行操作。(3)图乙中 A 细胞是 _,在进行体外受精前要对精子进行_处理。哺乳动物受精过程有哪些机制阻止多精子入卵受精_。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,触发卵细胞膜反应答案:(1)滋养层 胎膜和胎盘(2)囊胚腔 桑椹胚或囊胚(3)(次级 )卵母细胞 获能 B、D胚胎发育过程体外受精和早期胚
9、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)胚胎移植地位:胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。主要过程对 供 、 受 体 的选 择 和 处 理 选 择 : 遗 传 性 能 和 生 产 性 能 优 秀 的 供 体 、有 健 康 的 体 质 和 正 常 繁 殖 能 力 的受 体处 理 : 同 期 发 情 处 理 和 对 供 体 母 畜 进 行超 数 排 卵 处 理 )进 行 配 种 或 人 工 授 精对 胚
10、 胎 的 收 集 、检 查 、 处 理 收 集 : 冲 卵检 查 : 对 胚 胎 进 行 质 量 检 查 , 这 时 胚 胎应 发 育 到 桑 椹 胚 或 囊 胚 阶 段处 理 : 直 接 向 受 体 移 植 或 放 入 196 的 液 氮 中 保 存 )方法:手术法和非手术法胚 胎 移 植检查受体母牛是否妊娠胚 胎 移 植 后 的 检 查意义:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。(2)胚胎分割材料:发育良好,形态正常的桑椹胚或囊胚。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。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
11、 或 EK 细胞 )来源:早期胚胎或原始性腺。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。培养过程 受 精 卵早 期胚 胎 分 离 内 细 胞 团 并 转 入 培 养 皿 中 胚 胎 干 细 胞(选修 3 P79 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?答案: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。胚胎移植是胚胎工程中的核心技
12、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_,受体牛是_ ,选择标准是_。(2)对供体母牛进行_处理;对供、受体母牛进行 _处理。(3)用于移植的早期胚胎应是发育到_阶段的胚胎。答案:(1)良种公、母牛 一般受体奶牛和一般受体肉牛 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)超数排卵 同期发情(3)桑椹胚或囊胚考向 1 体外受精过程和早期胚胎培养1(2019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
13、供体母鼠注射促性腺激素,目的是使其_ 。在供体母鼠交配后的次日清晨,将其水死并从_处收集受精卵,置于含_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_。将 DNA 溶液注入受精卵的_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_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_。(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_,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
14、)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。答案:(1)超数排卵 输卵
15、管 95% 空气加 5% CO2(2)两个极体 雄 196 液氮 (3)为供体的受精卵移入受体提供了相同的生理环境 (4)目的基因插入小鼠基因组的部位是随机的考向 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,其中表示操作过程。请回答以下问题:(1)图中过程涉及的精子需进行_处理;防止多精入卵的两道屏障为_。(2)对图中良种母牛注射促性腺激素的目的是_ 。(3)图中过程所用的方法是_。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:_。(4)图中 b、c 分
16、别代表囊胚的_。(5)图中过程表示_ ,由一个囊胚经过程得到的 B、C 牛性别相同的概率为_ 。解析:(1)图中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,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。答案:(1)获能 透明带反应、卵细胞膜反应(2)促使其超数排卵(3)显微注射法 外源基因插入牛受精卵中的
17、 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)囊胚腔、内细胞团(5)胚胎分割和胚胎移植 100%胚胎移植的三个关键环节(1)移植的胚胎必须在原肠胚之前,但不能直接移植受精卵。(2)移 植 胚胎 的 来源 及 生殖 方 式 核 移 植 早 期 胚 胎 培 养 无 性 生 殖体 外 受 精 早 期 胚 胎 培 养 有 性 生 殖体 内 受 精 冲 卵 移 植 有 性 生 殖基 因 工 程 转 入 目 的 基 因 的 受 精 卵 早 期 胚 胎 培 养胚 胎 移 植 转 基 因 动 物 有 性 生 殖 )(3)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物,同一物种的动物才有可能具
18、有相同的生理特征。 考向 3 胚胎干细胞的应用及过程3(2019江苏南京金陵中学期末) 请据图分析回答下列问题:(1)图中的胚胎干细胞(ES 细胞) 可以从_或_中分离获取。(2)过程是将胚胎干细胞置于经 射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞构成的饲养层上,并加入动物血清、抗生素等物质培养,维持细胞不分化的状态。在此过程中,饲养层能提供胚胎干细胞增殖所需的_,加入抗生素是为了_。该过程对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义。(3)过程是将带有遗传标记的 ES 细胞注入囊胚的囊胚腔,通过组织化学染色,用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响因素,这项研究利用了胚胎干细胞具有_的特点。在哺乳动物
19、早期发育过程中,囊胚的后一个阶段是_。(4)过程是培育转基因小鼠,将获得的目的基因导入胚胎干细胞之前需构建基因表达载体,目的是_。将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是_。(5)过程得到的小鼠畸胎瘤中全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官。实验时,必须去除小鼠的胸腺,使其存在免疫缺陷,其目的是_,该过程研究的意义在于解决_问题。(6)该研究中,包含的生物技术有_(至少写出两种)。解析:(1)胚胎干细胞可以从早期胚胎或原始性腺中分离获取。(2) 饲养层细胞可为胚胎干细胞增殖提供所需的营养物质,而加入抗生素可防止杂菌的污染。(3)胚胎干细胞具有发育的全能性。哺乳动物的早期胚胎发育过
20、程为受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚。(4)基因工程中最关键的步骤为构建基因表达载体,目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以传给下一代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是显微注射法。(5)为解决临床上供体器官不足或器官移植后发生免疫排斥等问题,常用转基因动物作为器官移植的供体。为解决免疫排斥问题,在实验时,必须去除小鼠的胸腺,使其不能形成 T 细胞,不发生细胞免疫,使移植组织细胞不会被排斥。(6)该研究中,包含的生物技术有动物细胞培养、转基因技术、早期胚胎培养、胚胎移植等。答案:(1)早期胚胎 原始性腺(2)营养物质 防止杂菌污染(3)发育的
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