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專題十七　胚胎工程　生物技術(shù)的安全性和倫理問題及生態(tài)工程 1．科學(xué)家將蜘蛛的相關(guān)基因?qū)肷窖蝮w內(nèi)，創(chuàng)造出轉(zhuǎn)基因山羊，使羊奶中含有一種獨特的蛛絲蛋白，利用這種蛛絲蛋白制造的蛛絲纖維具有很高的強度和伸縮性，可制成防彈背心、降落傘繩等。下面是生產(chǎn)原理圖，請回答問題： (1)在①過程中用到的酶是__逆轉(zhuǎn)錄酶__，在②過程中用到的酶是__限制酶和DNA連接酶__。 (2)將基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞常用的方法是__顯微注射法__。如果導(dǎo)入的受體細(xì)胞為體細(xì)胞，則③過程需要的技術(shù)操作是__核移植__，重組細(xì)胞才具有發(fā)育的全能性。 (3)④過程所用的胚胎工程技術(shù)是__早期胚胎培養(yǎng)__，該過程所用培養(yǎng)液中通常含有葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素和__動物血清__等。 (4)進(jìn)行⑤過程需要的技術(shù)操作是__胚胎分割__，最佳時期是__桑椹胚或囊胚_(dá)_。 (5)進(jìn)行⑥過程時，需要對供、受體母羊進(jìn)行選擇，并__用激素進(jìn)行同期發(fā)情__處理。 [解析]　(1)由mRNA形成DNA是逆轉(zhuǎn)錄，需要逆轉(zhuǎn)錄酶。構(gòu)建基因表達(dá)載體需要限制酶對目的基因和運載體進(jìn)行切割，然后用DNA連接酶進(jìn)行連接。(2)將構(gòu)建好的基因表達(dá)載體導(dǎo)入動物受體細(xì)胞常用顯微注射法。如果是體細(xì)胞，則需要進(jìn)行體細(xì)胞核移植。(3)由重組細(xì)胞到早期胚胎需要經(jīng)過早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)。在培養(yǎng)液中除了營養(yǎng)物質(zhì)外還需要加入動物血清。(4)將胚胎形成2個相同的胚胎時需要采用胚胎分割技術(shù)，一般是將發(fā)育良好的桑椹胚或囊胚期的胚胎進(jìn)行分割，進(jìn)行分割時一定要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行均等分割。(5)進(jìn)行胚胎移植時，一定要對供體和受體母羊用孕激素進(jìn)行同期發(fā)情處理，使它們的生理狀態(tài)相同。 2．(2018江西省南昌市生物一模)人的血清白蛋白(HSA)在臨床上需求量很大，通常從人血中提取，但由于艾滋病病毒(HIV)等人類感染性病原體造成的威脅與日俱增，使人們對血液制品顧慮重重，如果應(yīng)用基因工程和克隆技術(shù)，將人的血清白蛋白基因轉(zhuǎn)入奶牛細(xì)胞中，那么利用牛的乳腺細(xì)胞生產(chǎn)血清白蛋白就成為可能，其大致過程如下： Ⅰ.采用良種供體奶牛的卵母細(xì)胞和精子，通過體外受精，形成受精卵； Ⅱ.將人血清白蛋白基因?qū)肽膛Ｊ芫眩纬芍亟M細(xì)胞； Ⅲ.電脈沖刺激重組細(xì)胞，促使其形成早期胚胎； Ⅳ.將胚胎移植到受體母牛的子宮中，最終發(fā)育成轉(zhuǎn)基因小牛。 請回答下列問題： (1)實驗步驟Ⅰ中，在體外受精前，需要對奶牛的精子進(jìn)行__獲能__處理，受精時，往往一個卵母細(xì)胞只能和一個精子結(jié)合，受精過程中防止多精入卵的生理反應(yīng)包括__透明帶反應(yīng)和卵細(xì)胞膜反應(yīng)__。 (2)實驗步驟Ⅱ中，將人的血清白蛋白基因?qū)肽膛Ｊ芫训淖顬橛行У姆椒ㄊ莀_顯微注射法__。 (3)實驗步驟Ⅲ中，進(jìn)行動物早期胚胎的體外培養(yǎng)時，培養(yǎng)液中除了含有各種無機鹽和有機鹽類、維生素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分外，還要添加__激素__和動物血清。 (4)實驗步驟Ⅳ中，應(yīng)選擇性別為__雌性__的奶牛胚胎進(jìn)行移植。 [解析]　(1)體外受精前，對精子要進(jìn)行獲能處理；阻止多精入卵的兩道屏障是透明帶反應(yīng)和卵細(xì)胞膜反應(yīng)。(2)將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞最有效的方法是顯微注射法。(3)進(jìn)行動物早期胚胎的體外培養(yǎng)時，培養(yǎng)液中除了含有各種無機鹽和有機鹽類、維生素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分外，還要添加激素和動物血清。(4)血清白蛋白要從乳汁中提取，只有雌性奶牛才能產(chǎn)生乳汁，因此胚胎移植時，必須選取雌性奶牛的胚胎進(jìn)行移植。 3．隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，動物的生殖方式變得越來越多樣化。如圖是胚胎工程技術(shù)研究及應(yīng)用的相關(guān)情況，供體1是良種荷斯坦高產(chǎn)奶牛，供體2是健康的黃牛，請據(jù)圖回答下列問題： (1)應(yīng)用1中獲得的良種小牛，遺傳物質(zhì)來源于__供體1和供體2__個體，性別為__雌性__。 (2)在應(yīng)用2、3、4中，若要使精子和卵母細(xì)胞在體外成功結(jié)合，需要對精子進(jìn)行處理，使其__獲能__。 (3)應(yīng)用3可實現(xiàn)良種動物快速大量繁殖的問題；對囊胚階段的胚胎進(jìn)行分割時，要注意將__內(nèi)細(xì)胞團(tuán)__均等分割，否則將影響分割后的胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育，如需做性別鑒定，還需從__滋養(yǎng)層__細(xì)胞取樣做DNA分析。 (4)應(yīng)用4中細(xì)胞進(jìn)行定向誘導(dǎo)，可分化形成各種組織和器官。在胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)過程中除需要溫度、無菌、無毒等環(huán)境條件外，營養(yǎng)液通常含有葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、核苷酸，還要加入__動物血清(或血漿)__；向培養(yǎng)液中通入95%空氣和5%二氧化碳，空氣中的氧氣參與細(xì)胞的代謝，二氧化碳可以維持培養(yǎng)基的__pH__。 [解析]　(1)應(yīng)用1為核移植技術(shù)，其中重組細(xì)胞的細(xì)胞核來自供體1、細(xì)胞質(zhì)來自供體2，所以良種小牛的遺傳物質(zhì)來自供體1和2，其中控制性別的基因位于細(xì)胞核中，所以良種小牛的性別與供體1(母牛)相同。(2)獲能的精子才能與成熟的卵母細(xì)胞(發(fā)育至減數(shù)第二次分裂中期)完成受精作用。(3)胚胎分割時，囊胚期的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)應(yīng)均等分割，這樣有利于胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育。從滋養(yǎng)層細(xì)胞取樣做DNA分析可鑒定性別。(4)培養(yǎng)動物細(xì)胞時，培養(yǎng)液中還應(yīng)加入血清或血漿。向培養(yǎng)液中通入CO2可維持培養(yǎng)液pH的穩(wěn)定。 4．培育“試管山羊”的基本過程如圖所示。據(jù)圖回答下列問題。 (1)甲過程為__卵母細(xì)胞的采集__，其過程中可通過給母山羊注射__促性腺激素__使其超數(shù)排卵。 (2)乙過程的目的之一是__對精子進(jìn)行獲能__處理。 (3)乙過程與丙過程中采用的培養(yǎng)液成分不同，乙過程的培養(yǎng)液為__獲能溶液__或?qū)Ｓ玫氖芫芤?，丙過程的培養(yǎng)液為__發(fā)育培養(yǎng)液__。 (4)丁過程是__胚胎移植__，是指將早期胚胎移植到同種的、生理狀態(tài)相同的代孕母羊子宮內(nèi)。 [解析]　分析圖示可知，甲過程為卵母細(xì)胞的采集，一般用促性腺激素處理良種母山羊，使其超數(shù)排卵。乙過程為精子獲能以及受精，獲能的精子和成熟的卵子在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫?。丙過程為早期胚胎培養(yǎng)，在發(fā)育培養(yǎng)液中進(jìn)行。丁過程是胚胎移植，是指將早期胚胎移植到同種的、生理狀態(tài)相同(而不是性狀相同)的其他雌性動物子宮內(nèi)使之繼續(xù)發(fā)育為新個體。 5．(2018長郡月考)回答下列與生態(tài)工程有關(guān)的問題： (1)一般來說，生態(tài)工程的主要任務(wù)是對__已被破壞的生態(tài)環(huán)境(或受損的生態(tài)系統(tǒng))__進(jìn)行修復(fù)，對造成環(huán)境污染和破壞的生產(chǎn)方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程具有少消耗、多效益、__可持續(xù)__等特點。 (2)生態(tài)工程所遵循的基本原理有物質(zhì)循環(huán)再生、協(xié)調(diào)與平衡、__整體性__、物種多樣性等原理。人畜糞便用于農(nóng)作物的生產(chǎn)主要符合__物質(zhì)循環(huán)再生__原理；連年種植單一品種造成病蟲害增加主要違反了__物種多樣性__原理。 (3)在濕地生態(tài)恢復(fù)工程中，應(yīng)在濕地周圍建立緩沖帶，以盡量減少__人類的干擾__，使?jié)竦匾揽孔匀谎萏娴葯C制恢復(fù)其生態(tài)功能。 (4)“豬—沼—果”是我國一種常見的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，以沼氣為紐帶，帶動畜牧業(yè)、林果業(yè)等相關(guān)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展。該生態(tài)農(nóng)業(yè)中的所有生物共同組成了__群落__(填“生態(tài)系統(tǒng)”“群落”或“種群”)；該生態(tài)農(nóng)業(yè)模式能實現(xiàn)能量的__多級利用(多途徑利用)__。 [解析]　(1)通過生態(tài)工程對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)和改善，可提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。(2)生態(tài)工程所遵循的基本原理有整體性原理、協(xié)調(diào)與平衡原理、物質(zhì)循環(huán)再生原理和物種多樣性原理等。(3)在濕地生態(tài)恢復(fù)工程中，應(yīng)盡量減少人類的干擾，使?jié)竦匾揽孔匀谎萏娴葯C制恢復(fù)其生態(tài)功能。(4)群落是同一時間內(nèi)聚集在一定區(qū)域中各種生物的集合。 6．加拿大科學(xué)家通過轉(zhuǎn)基因山羊已經(jīng)生產(chǎn)出重組的人類丁酰膽堿酯酶，該酶可以用于對抗生化武器。如圖是轉(zhuǎn)基因山羊的培育過程示意圖，請據(jù)圖回答問題(山羊為二倍體)： (1)在上述操作中，目的基因是__(人類)丁酰膽堿酯酶__基因，將該基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞常用的方法是__顯微注射__法。 (2)胚胎工程是指對動物的早期胚胎或__配子__所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)。圖中過程⑦所涉及的胚胎工程技術(shù)是__胚胎移植__。 (3)從雌性山羊卵巢內(nèi)獲取的卵母細(xì)胞需要培養(yǎng)到__減數(shù)第二次分裂中(MⅡ中)__期才能完成受精作用，此時細(xì)胞中的染色體組數(shù)是__1__。為了獲得更多的卵母細(xì)胞，往往需要向雌性山羊體內(nèi)注入__促性腺__激素。受精過程中防止多精入卵的兩道屏障是透明帶反應(yīng)和__卵細(xì)胞膜反應(yīng)__。 (4)要同時獲得多只與此轉(zhuǎn)基因山羊遺傳物質(zhì)相同的小羊，可對囊胚進(jìn)行__胚胎分割__。 (5)下列不屬于生物武器特點的是__D__。 A．致病力強，傳染性大 B．污染面積大，危害時間長 C．有潛伏期，傳染途徑多 D．造價高，技術(shù)難度大 [解析]　(1)根據(jù)題意，是利用轉(zhuǎn)基因山羊生產(chǎn)人類丁酰膽堿酯酶，所以丁酰膽堿酯酶基因是目的基因；由于受體是動物，故將目的基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞常用的方法是顯微注射法。(2)根據(jù)胚胎工程的概念，它是指對動物的早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，圖中過程⑦是將早期胚胎通過胚胎移植技術(shù)移植到代孕雌羊的子宮內(nèi)。(3)從山羊體內(nèi)獲取的卵母細(xì)胞需要培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期才具有受精能力；由于山羊是二倍體生物，減數(shù)第一次分裂結(jié)束時，細(xì)胞中染色體和染色體組數(shù)目減半，故此時細(xì)胞中染色體組數(shù)目為1；為了獲得更多的卵母細(xì)胞，可通過注射促性腺激素的方法促進(jìn)雌羊超數(shù)排卵；受精過程中防止多精入卵的兩道屏障是透明帶反應(yīng)和卵細(xì)胞膜反應(yīng)。(4)要同時獲得多只遺傳物質(zhì)相同的小羊，可在囊胚期進(jìn)行胚胎分割。(5)生物武器的特點是致病力強，傳染性大、污染面積大，危害時間長、有潛伏期，傳染途徑多。 7．(2018景德鎮(zhèn)一模)下圖是我國南方開始嘗試的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式圖，它利用雛鴨旺盛的雜食性，吃掉稻田里的雜草和害蟲，用作物養(yǎng)豬、養(yǎng)鴨，用秸稈培育蘑菇、生產(chǎn)沼氣，豬鴨糞、沼渣肥田。請據(jù)圖回答： (1)該生態(tài)系統(tǒng)中最主要的成分是__水稻、雜草、蔬菜(生產(chǎn)者)__，鴨在該生態(tài)系統(tǒng)中屬于第__二、三__營養(yǎng)級。 (2)若該生態(tài)系統(tǒng)中有鼠，調(diào)查鼠的種群密度，常用的方法是__標(biāo)志重捕法__；調(diào)查該生態(tài)系統(tǒng)中雜草中稗草的種群密度，一般采用的方法是__樣方法__。 (3)在生態(tài)系統(tǒng)中，基本組成元素能在生物群落和無機環(huán)境中不斷循環(huán)，為什么還要往農(nóng)田中不斷施加氮肥？ __氮元素不斷通過農(nóng)產(chǎn)品輸出該生態(tài)系統(tǒng)__。 (4)寫出該生態(tài)系統(tǒng)運用的生態(tài)工程原理：__物質(zhì)循環(huán)再生、整體性、協(xié)調(diào)與平衡、物種多樣性等原理__(至少2種)。 [解析]　(1)每個生態(tài)系統(tǒng)中的主要成分都是生產(chǎn)者，從圖中看，鴨在不同的食物鏈中所處的營養(yǎng)級不同，分別處于第二、三營養(yǎng)級。(2)鼠的活動能力較強，所以一般采用標(biāo)志重捕法調(diào)查種群密度；調(diào)查植物種群密度一般采取樣方法；(3)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)的產(chǎn)品，不斷被運出，所以在農(nóng)田中要不斷施加氮肥，補充氮元素才能保證農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不斷輸出產(chǎn)品。(4)該農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)利用的生態(tài)工程原理有物質(zhì)循環(huán)再生、整體性、協(xié)調(diào)與平衡、物種多樣性等原理。 8．(2018威海二模)科技發(fā)展對我們的生活會產(chǎn)生重要影響。 (1)研究發(fā)現(xiàn)多種腫瘤細(xì)胞中的TOP2A蛋白會大量表達(dá)，因此制備TOP2A蛋白單克隆抗體成為抗腫瘤的研究焦點。制備TOP2A蛋白單克隆抗體時，可以將TOP2A蛋白反復(fù)多次注射到小鼠體內(nèi)，使其發(fā)生免疫反應(yīng)。取__漿細(xì)胞和骨髓瘤__細(xì)胞在__聚乙二醇__(填物質(zhì))誘導(dǎo)下發(fā)生細(xì)胞融合，形成雜交瘤細(xì)胞。將雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，經(jīng)多次篩選，就可獲得__足夠數(shù)量并能產(chǎn)生TOP2A蛋白抗體__的細(xì)胞，最終提取出大量的單克隆抗體，用于癌癥的治療。 (2)2016年4月世界首個“三父母”嬰兒誕生，引起全球廣泛關(guān)注。醫(yī)生首先從母親的卵細(xì)胞中取出細(xì)胞核，注入已去核的捐贈者的卵細(xì)胞內(nèi)，再用重組細(xì)胞與達(dá)到__獲能__狀態(tài)的精子進(jìn)行體外受精。受精卵經(jīng)早期培養(yǎng)，發(fā)育到8～16個細(xì)胞階段完成植入，植入的胚胎發(fā)育到一定階段開始出現(xiàn)分化，其中聚集在胚胎一端、個體較大的細(xì)胞稱為__內(nèi)細(xì)胞團(tuán)__，而沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列、個體較小的細(xì)胞將來發(fā)育成__胎膜和胎盤__。胚胎進(jìn)一步發(fā)育成熟后從母體娩出。該技術(shù)為__線粒體__(填“染色體”或“線粒體”)基因控制的遺傳病患者孕育健康后代帶來了希望。 [解析]　(1)制備單克隆抗體時，用漿細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合，誘導(dǎo)融合的化學(xué)物質(zhì)是聚乙二醇，用選擇培養(yǎng)基進(jìn)行篩選得到雜交瘤細(xì)胞，再經(jīng)過克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，得到足夠數(shù)量并能產(chǎn)生TOP2A蛋白抗體的雜交瘤細(xì)胞。(2)精子獲能后才能參與受精。囊胚期開始出現(xiàn)分化，其中聚集在胚胎一端、個體較大的細(xì)胞稱為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)；沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列、個體較小的細(xì)胞是滋養(yǎng)層細(xì)胞，將來發(fā)育成胎膜和胎盤。該技術(shù)所得到的后代中不含有供核細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)基因，使得線粒體基因控制的遺傳病患者能孕育健康的后代。