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1、胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题(30分钟100分)1.(11分)(2020全国卷)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)步骤中需要使用的工具酶有_。步骤和所代表的操作分别是_和_。步骤称为_ 。(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
2、胎工程中所用到的主要技术有_ (答出2点即可)。【解析】本题考查了基因工程、细胞工程和胚胎工程的相关内容。(1)基因工程用的工具酶有限制酶和DNA连接酶。通过图示可知,步骤和所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养,步骤称为胚胎移植。(2)膀胱生物反应器既不受动物性别的限制,也不受是否处于生殖期的限制。(3)同一个体的不同细胞的细胞核中,遗传物质是相同的,因为这两种上皮细胞都是受精卵经过有丝分裂形成的,遗传物质不发生改变。(4)通过图示可知,此流程主要涉及的技术有转基因技术、体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植。答案:(1)限制酶、DNA连接酶显微注射早期胚胎培养胚胎移植(2)性别、生殖期(合理即
3、可)(3)相同这两种上皮细胞都是由受精卵经过有丝分裂形成的,遗传物质不发生改变(4)早期胚胎培养、胚胎移植2.(11分)(2021景德镇模拟)牛胚胎移植的基本程序如图所示,请据图回答:(1)图中a、b、c过程分别是指_、_、_。(2)受体母牛必须具备_。胚胎移植时,受体应处于适合的生理状态,此时可利用激素对受体进行_处理。此外,受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生_反应,这为胚胎在受体内的存活提供了可能。(3)为了提高牛胚胎的利用率,常采取的方法是_;在对囊胚阶段胚胎操作时,要注意将_均等分割。(4)从哺乳动物早期胚胎或原始性腺中分离出来的细胞,称为ES或EK细胞。这类细胞的形态特征有_。【解
4、析】(1)根据胚胎移植的过程可知,同期发情处理后需要对供体母牛进行超数排卵(a);配种一周后需要对供体母牛进行冲卵(b);早期胚胎经过检查和培养后需要进行胚胎移植(c)。(2)供体母牛的主要职能是产生具有优良遗传特性的胚胎,受体母牛要承担繁重的妊娠和育仔任务,必须具备健康的体质和正常的繁殖能力的特点。胚胎移植时,受体应处于适合的生理状态,此时可利用激素对受体进行同期发情处理。此外,受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,这为胚胎在受体内的存活提供了可能。(3)为了提高牛胚胎的利用率,常采取的方法是胚胎分割,分割后再进行胚胎移植;处理的时期可以是桑椹胚或囊胚期,在对囊胚阶段胚胎操作时,
5、注意要将内细胞团均等分割,否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。(4)从哺乳动物早期胚胎或原始性腺中分离出来的细胞,称为ES或EK细胞,即胚胎干细胞,这类细胞的形态特征有体积小、细胞核大、核仁明显等特点。答案:(1)超数排卵冲卵胚胎移植(2)健康的体质和正常的繁殖能力同期发情免疫排斥(3)胚胎分割内细胞团(4)体积小、细胞核大、核仁明显 【易错警示】滋养层饲养层(1)滋养层:囊胚时期沿透明带内壁排列的、个体较小的细胞,滋养层最终发育成胎膜和胎盘。(2)饲养层:饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞,在干细胞培养时,可作为提供干细胞分裂、增殖的营养细胞。3.(11分)(2021铜仁模拟)现代生物科技与人们的
6、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_。【解析】(1)对于体外受精的过程,通常对提取的精子进行获能处理,对卵母细胞进行培养使其达到受精状态,再在
7、获能液或专用的受精溶液中进行受精过程。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;判断受精完成的标志是雌雄原核的融合;防止多精入卵的反应有两个,一是透明带反应,二是卵细胞膜反应。(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,但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。答案:(1)获能在卵细胞膜和透明带的间隙可以
8、观察到两个极体(2)氨基酸动物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 【知识总结】“3个”胚胎移植的关键知识移植的胚胎必须在原肠胚之前。供体和受体必须是同种生物,并处于同一生理状态。胚胎移植的本质:产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。4.(11分)(2021贵阳模拟)现代生物科技在医学领域有着广阔的应用前景,器官移植已经逐渐应用于临床实践。回答下列问题:(1)人体器官移植面临的主要问题之一是免疫排斥。目前临床上提高器官移植成活率的主要措施是使用_,如类固醇、环孢霉素A等,这些药物可使免疫系统中的_淋巴细胞增殖受阻。(2)哺乳动物的胚胎干细胞可简称
9、为EK细胞。EK细胞可从_中分离出来,这类细胞在功能上具有的最大特点是_。通过对患者的EK细胞进行_,可培育出特定人造组织器官,进而解决免疫排斥问题。(3)人们发现小型猪的器官可用来替代人体器官进行移植。但小型猪器官细胞表面的某些抗原仍可引起免疫排斥,科学家利用基因工程将某些调节因子导入小型猪基因组中,以期达到的目的是_。该过程中的目的基因可以从cDNA文库中获取,cDNA文库的构建方法是_。【解析】(1)人体器官移植面临的主要问题之一是免疫排斥(细胞免疫)。目前临床上提高器官移植成活率的主要措施是使用免疫抑制剂,如类固醇、环孢霉素A等,由于排斥反应是由细胞免疫中的T淋巴细胞发挥作用,所以这些
10、药物可使免疫系统中的T淋巴细胞增殖受阻。(2)胚胎干细胞简称ES或EK细胞,来源于早期胚胎或原始性腺,功能上具有发育的全能性。通过对患者的EK细胞进行定向分化,可培育出特定人造组织器官,进而解决免疫排斥问题。(3)为了防止小型猪的器官替代人体器官进行移植时发生免疫排斥反应,科学家试图利用基因工程对小型猪的器官进行改造,在改造中导入小型猪基因组中的一些调节因子属于基因工程中的目的基因,作用是抑制小型猪器官表面抗原的表达。该过程中的目的基因可以从cDNA文库中获取,cDNA文库的构建方法是将某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段,与载体连接后储存在受体菌群中。答案: (1)
11、免疫抑制剂T(2)早期胚胎或原始性腺具有发育的全能性定向分化(3)抑制小型猪器官细胞表面抗原的表达 将某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段,与载体连接后储存在受体菌群中5.(10分)(2021南充模拟)请回答胚胎工程方面的问题:(1)应用胚胎工程技术可以培育出“试管牛”。试管牛的培育需经过体外受精、_、_以及在母体中发育和产出等过程。(2)在“试管牛”的培育过程中,要使精子和卵母细胞在体外成功结合,需要对精子进行处理,使其_。另外,培养的卵母细胞需要发育至减数第二次分裂的中期,该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和_。(3)通常奶牛每次排出一枚卵母细胞,采用激素处理可
12、使其一次排出多枚卵母细胞,常使用的激素是_。(4)哺乳动物胚胎的培养液成分比较复杂,除了一些无机盐和有机盐类外,还需添加_、激素、氨基酸、_等营养成分,以及血清等物质。(5)哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞,是可以由囊胚的_或原始性腺中分离出来的一类细胞。【解析】(1)试管牛的培育采用的是试管动物技术,需经过体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植以及在母体中发育和产出等过程。(2)在体外受精前,要对精子进行获能处理,从而使精子具有与卵子受精的能力。一个初级卵母细胞经过减数第一次分裂形成一个次级卵母细胞和一个第一极体。培养的卵母细胞需要发育至减数第二次分裂的中期,才能与获能的精子受精,该时期在显
13、微镜下可观察到次级卵母细胞和第一极体。(3)采用促性腺激素处理,可使奶牛一次排出多枚卵母细胞。(4)哺乳动物胚胎的培养液成分比较复杂,除了一些无机盐和有机盐类外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分,以及血清等物质。(5)囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,哺乳动物的胚胎干细胞可以由囊胚的内细胞团分离出来。答案:(1)早期胚胎培养胚胎移植(2)获能第一极体(3)促性腺激素(4)维生素核苷酸(5)内细胞团6.(11分)(2021双鸭山模拟)新人口与计划生育法第十八条第一款明确规定了“国家提倡一对夫妻生育两个子女”。一些高龄产妇希望通过试管婴儿技术圆二孩梦。请回答以下相关问题:(1)在取卵前通常需要注射_,使其排出更多的卵子,医生借助超声波探测仪等工具用吸卵针从女性卵巢中吸取卵母细胞;并将其置于适宜条件下进一步发育到_期才能与获能的精子在体外受精,判断卵子是否受精的重要标志是_。(2)早期胚胎发育过程可分为_和原肠胚等时期。人的胚胎可在816个细胞阶段移植。胚胎移植的实质是_。(3)与“设计试管婴儿”相比,试管婴儿不需要经过_这一步骤。(4)干细胞根据发生学来源分为胚胎干细胞和成体干细胞(如造血干细胞)。胚胎干细胞在功能上具有_性。
