新人教生物一轮复习学案：第38讲 胚胎工程和生物技术的安全性与伦理问题（教师版）

新人教生物一轮复习学案
第38讲 胚胎工程和生物技术的安全性与伦理问题
【素养目标】　1.依据结构与功能观，分析哺乳动物受精作用过程及防止多精入卵的两道屏障的形成机制，探讨哺乳动物的胚胎早期发育各个阶段及其主要特点。(生命观念　科学思维)　2.观察教材有关示意图，归纳哺乳动物体外受精、胚胎移植、胚胎分割技术的操作过程，分析胚胎移植的优势及意义、胚胎分割技术中的注意事项及原因。(生命观念　科学思维)
考点一　胚胎工程的理论基础
1．胚胎工程：指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
2．受精
(1)概念：精子和卵子结合形成合子(受精卵)的过程。
(2)场所：自然条件下，哺乳动物的输卵管内。
(3)过程
3．胚胎早期发育
(1)卵子形成过程中，减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ是连续的(　　)
(2)精子获能就是获得“能量”(　　)
(3)透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精子入卵的两道屏障(　　)
(4)卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加(　　)
(5)成熟的精子并不具有受精能力，必须获能后才具备受精能力(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
1．受精过程中的“两道屏障”
2．卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律
(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，而胚胎一直呼吸消耗，有机物总量减少。
(2)细胞数目和体积：胚胎总体积并不增加，但细胞数目增多，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。
[典例剖析]
(2022·全国甲卷，38)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题，
(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是____________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是____________________________________________；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是______________(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到______________时才具备与精子受精的能力。
(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有________________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。
(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是___________________________________________________。
答案　(1)液氮冷冻保存　刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精　肝素或钙离子载体(A23187)　MⅡ(中)期　(2)维生素、氨基酸、核苷酸、有机盐　(3)第一步对非繁殖期的受体母羊用激素处理，使其发情；第二步，将质量好的囊胚移植到受体母羊的子宫；第三步，一段时间后，对受体母羊进行是否妊娠的检查；第四步，一段时间后，受体母羊生产胚胎移植的小羊。
解析　(1)精液可以冷冻保存，使用前再将精液解冻离心分离。刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精，故在体外受精前要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法，化学诱导法是将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体(A23187)溶液中，用化学药物诱导精子获能。卵母细胞需要培养到减数第二次分裂MⅡ(中)期才能具备与精子受精的能力。
(2)进行早期胚胎培养的培养液中，除了无机盐、激素、血清外，还含有维生素、氨基酸、核苷酸、有机盐等。
(3)由题干信息“以……非繁殖期受体母羊为材料”可知，在进行胚胎移植前，需对母羊进行发情处理，主要的操作步骤见答案。
【名师点拨】　掌握信息转化能力
信息提取 信息1：胚胎工程技术
信息2：对精子进行获能处理
信息3：受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行
信息转化 1.哺乳动物胚胎发育顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官
2.用化学药物诱导精子获能
3.早期胚胎培养的培养液中，除了无机盐、激素、血清外，还含有维生素、氨基酸、核苷酸
素养考查 科学思维：分析与综合能力 科学探究：设计并实施方案的能力
【角度转换】　提升语言表达能力
(1)胚胎发育过程中卵裂期的细胞数目和体积特点是胚胎总体积并不增加，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
(2)原肠胚的末期，虽然组织和器官并未形成，但是出现了细胞的分化，而细胞分化的实质是基因选择性表达。
考向一　受精
1．(2023·重庆高三检测)央视纪录片《种子　种子》中展示了位于山东东营的国家级奶牛核心育种场利用胚胎移植和胚胎分割等技术繁育优良奶牛的过程，下列说法正确的是(　　)
A．在采卵前，可注射孕激素来诱发母牛产生比自然状态下更多的成熟卵子
B．体外受精之后，如果在卵子中观察到两个极体说明受精成功
C．对囊胚阶段的胚胎进行分割时要注意将滋养层细胞进行均等分割
D．通过体外受精或者胚胎分割技术获得新个体的过程都属于有性生殖过程
B　[进行超数排卵处理时通常给雌性动物注射促性腺激素而非孕激素，A错误；受精后在卵子中观察到两个极体是已受精的标志，说明受精成功，B正确；在分割囊胚阶段的胚胎时要注意将内细胞团的细胞进行均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，C错误；体外受精获得新个体的过程属于有性生殖过程，但胚胎分割得到的胚胎培育成新个体属于无性生殖过程，D错误。]
2．(2023·重庆高三检测)有性生殖过程中，一个卵细胞与一个精子成功融合后，通常不再与其他精子融合。我国科学家最新研究发现，当卵细胞与精子融合后，卵细胞会特异性表达和分泌BF1和BF2这两种蛋白质，这两种蛋白质能避免受精卵再度与精子融合。下列叙述正确的是(　　)
A．精子与卵细胞的识别和融合，与细胞膜的选择透过性有关
B．受精过程中，精子和卵细胞的随机结合会导致基因重组
C．多精入卵会导致产生双胞胎甚至多胞胎
D．BF1和BF2有利于维持受精卵中染色体数目的稳定
D　[细胞膜上有特异性受体，精卵结合与细胞膜的信息交流功能有关，A错误；受精过程中精子和卵细胞的随机结合不是基因重组，基因重组发生在减数分裂过程中，B错误；多精入卵会导致子代有来自卵细胞和多个精细胞的染色体，破坏亲子代之间遗传信息的稳定性，因此一个卵细胞与一个精子成功融合后通常不再与其他精子融合，C错误；BF1和BF2能避免受精卵再度与精子融合，有利于维持受精卵中染色体数目的稳定，D正确。]
考向二　胚胎早期发育
3．(2023·济南高三检测)精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，下图表示用该方法制备转基因鼠的基本流程。下列叙述正确的是(　　)
A．①过程需将成熟的精子放入 ATP 溶液中进行获能处理
B．②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自父母双方
C．④过程进行前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植
D．上述过程中，需要对代孕母鼠用相关激素进行同期发情处理
D　[①过程需将成熟的精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体溶液中，用化学药物诱导精子获能，A错误；②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自父母双方和外源基因，B错误；胚胎移植前要检查胚胎质量并在桑葚胚或囊胚阶段移植，C错误；胚胎移植时，需对供体和受体使用激素进行同期发情处理，以保证胚胎移植入相同的生理环境，D正确。]
4．(2022·盐城高三模拟)下列关于哺乳动物胚胎工程和细胞工程的叙述错误的是(　　)
A．动物细胞和胚胎培养液中加入的血清具有营养功能
B．体外培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体时离不开胰蛋白酶的使用
C．早期胚胎可以通过体外受精、细胞核移植等技术获得
D．早期胚胎必须移植到经同期发情处理的同种雌性动物子宫内
B　[早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清，为细胞提供相应的营养，A正确；胰蛋白酶可将组织分散成单个的细胞，而体外培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体时无需分散，故不使用胰蛋白酶，B错误；体外受精获得受精卵，经培养可以得到早期胚胎，细胞核移植可以得到重组细胞，经培养也可以得到早期胚胎，C正确；同期发情处理后，供体与受体能产生相同的生理变化，为供体的胚胎植入受体提供了相同的生理环境，D正确。]
考点二　胚胎工程技术及其应用
1．体外受精
(1)过程
卵母细胞的采集(培养至MⅡ期)
↓
精子的获取(要在体外进行获能处理)
↓
受精
(2)意义：体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
2．胚胎移植
(1)概念：指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
(2)过程(以牛的胚胎移植为例)
(3)优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
【拾遗补缺】　(1)源于选择性必修3 P62“相关信息”：超数排卵是指应用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
(2)源于选择性必修3 P62“思考·讨论”：胚胎移植的生理学基础
3．胚胎分割
(1)材料：发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。
(2)实质：胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是 无性繁殖，即克隆。
(3)分割要求：在分割囊胚阶段的胚胎时，要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。
(4)意义：促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状 相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；胚胎移植前进行性别鉴定、遗传病筛查等对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。
(1)在胚胎移植中，对供体母畜要用促性腺激素进行超数排卵处理(　　)
(2)小鼠胚胎干细胞可来自对囊胚内细胞团的分离培养(　　)
(3)为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂(　　)
(4)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎(　　)
(5)对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
1．胚胎移植中的四个注意点
两次激素使用 第一次：用激素对供、受体进行同期发情处理； 第二次：用促性腺激素处理使供体超数排卵
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
移植时间不同 牛、羊要培养到桑葚胚或囊胚阶段移植； 小鼠、家兔培养到桑葚胚前移植； 几乎所有动物都不能培养到原肠胚阶段移植
繁殖方式 胚胎由受精卵形成，属于有性生殖； 胚胎由核移植或胚胎分割形成，属于无性生殖
2．“克隆羊”“试管羊”“转基因羊”的产生过程及分析比较
名称 产生过程 不同点 相同点
主要生物技术 遗传物质 遗传性状 生殖 方式
克隆羊 动物体细胞核移植技术 A羊核基因，B羊质基因 几乎全部表现A羊性状 无性 生殖 都用到胚胎移植技术、动物细胞培养技术
试管羊 体外受精 A、B羊核基因，B羊质基因 双亲性状 有性 生殖
转基 因羊 DNA重组技术 目的基因、双亲基因 目的基因性状、双亲性状 有性 生殖
[典例剖析]
(2020·山东卷，14)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是(　　)
A．用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子
B．体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理
C．胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植
D．遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得
C　[为了获得更多卵子，需要用促性腺激素对雌性个体进行超数排卵，A正确；刚排出的精子不能与卵子受精，必须进行获能处理即发生相应的生理变化后才能获得受精能力，因此在体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理，B正确；胚胎移植前要检查胚胎质量，一般动物在桑葚胚或囊胚阶段移植，小鼠可在更早的阶段移植，C错误；可以通过转基因技术对小鼠胚胎干细胞进行遗传改造，D正确。]
【名师点拨】　掌握信息转化能力
信息提取 信息1：精子进行获能
信息2：胚胎移植前要检查胚胎质量
信息转化 1.精子获能是指获得受精能力而不是获得能量
2.胚胎移植前要进行两次检查，即胚胎质量检查和是否妊娠检查
素养考查 科学思维：分析与综合能力 科学探究：实施方案能力
【角度转换】　提升语言表达能力
(1)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
(2)胚胎移植最主要意义是充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
考向一　体外受精
5．(2023·绍兴高三检测)常见的辅助生殖技术有两种：一种叫做人工授精，即通过人工的方法，把精液或者精子送到雌性的生殖道，达到增加怀孕几率的目的；第二种辅助生殖技术就是所谓的试管动物，主要涉及体外受精、胚胎体外培养和胚胎移植等技术。下列叙述正确的是(　　)
A．人工授精前必须对精子进行获能处理
B．胚胎移植是辅助生殖技术的必备技术
C．人工授精和试管动物技术都要注意受体的生殖周期
D．人工授精和试管动物技术都能发挥优良公、母畜的繁殖潜力
C　[人工授精，即通过人工的方法，把精液或者精子送到雌性的生殖道，故精子可以在雌性的生殖道内进行精子获能，不需要人工获能处理，A错误；如果是人工授精的方式进行辅助生殖技术，就不需要胚胎移植，B错误；受体的生殖周期，将影响人工授精和试管动物技术的成功率，C正确；试管动物技术可以发挥优良公、母畜的繁殖潜力，但是人工授精技术不行，D错误。]
6．(多选)(2023·南京高三检测)下图表示“试管山羊”培育的基本过程，甲、乙、丙、丁表示有关操作步骤。有关叙述不正确的是(　　)
A．步骤甲中，应分别给良种公、母山羊注射有关激素以使其同期发情
B．步骤乙中，可将刚从卵巢中采集到的卵母细胞与获能的精子在体外受精
C．步骤丁中，为避免代孕母羊对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂
D．为了进一步扩大繁殖规模，可通过胚胎分割技术获得同卵双胎或同卵多胎
ABC　[过程甲中，应分别给母山羊注射有关激素以使其同期发情、给供体良种母山羊注射促性腺激素以促进其超数排卵，A错误；过程乙表示将培养成熟的卵母细胞与获能的精子在体外受精，而卵巢中的卵母细胞还没有成熟，B错误；受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应，因此不需要注射免疫抑制剂，C错误；来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此为了进一步扩大繁殖规模，可通过胚胎分割技术获得同卵双胎或同卵多胎，D正确。]
考向二　胚胎移植和胚胎分割
7．(2022·北京卷，11)将黑色小鼠囊胚的内细胞团部分细胞注射到白色小鼠囊胚腔中，接受注射的囊胚发育为黑白相间的小鼠(Mc)。据此分析，下列叙述错误的是(　　)
A．获得Mc的生物技术属于核移植
B．Mc表皮中有两种基因型的细胞
C．注射入的细胞会分化成Mc的多种组织
D．将接受注射的囊胚均分为二，可发育成两只幼鼠
A　[内细胞团是由已经分化的细胞组成，获得Mc的生物技术并未利用核移植技术，A错误；接受注射的囊胚发育为黑白相间的小鼠，说明Mc表皮中有两种基因型的细胞，B正确；内细胞团能发育成胎儿的各种组织，注射的细胞来自黑色小鼠的内细胞团，会分化成Mc的多种组织，C正确；利用胚胎分割技术将接受注射的囊胚均分为二，可发育成两只幼鼠，D正确。]
8．(2023·重庆高三检测)在体细胞克隆猴培育过程中，为调节相关基因的表达，研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂(TSA)处理，使胚胎的发育率和妊娠率提高，具体培育流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．去核时使用的梯度离心、紫外光照射和化学物质处理等方法都没有穿透卵母细胞透明带或质膜
B．胚胎移植前应对代孕母猴服用孕激素进行同期发情处理
C．组蛋白甲基化和乙酰化的表观遗传修饰都不利于重构胚的分裂和发育
D．为得到遗传背景相同的克隆猴，可用机械方法将早期胚胎切割成2份或4份后再进行胚胎移植
C　[采用梯度离心，紫外光短时间照射、化学物质处理等方法去除细胞核，这些方法都是在没有刺破透明带或卵母细胞质膜的情况下实现细胞核的去除或使卵细胞核DNA变性，从而达到去核的目的，A正确；胚胎移植前需对供体和受体母牛注射孕激素进行同期发情处理，保证胚胎移植入相同的生理环境，B正确；研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理了它，即将组蛋白去甲基化和增加乙酰化，有利于重构胚的分裂和发育，使其完成细胞分裂和发育进程，C错误；为得到遗传背景相同的克隆猴用于科研，可用机械方法将早期胚胎均匀切割成2份或4份后再进行胚胎移植，D正确。]
考点三　生物技术的安全性与伦理问题
1．转基因成果
(1)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是对微生物的基因改造。
(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；转基因植物方面，目前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。
(3)种植转基因植物面积较大的国家有美国、巴西、阿根廷、加拿大等；种植的转基因作物中大豆和玉米最多，其次是棉花和油菜。
(4)对转基因产品安全性的争论及理性看待转基因技术
①人们具有不同的价值观取向，因此对转基因技术就会产生不同见解。
②转基因作为一项技术本身是中性的，由这项技术研发出来的产品需要经过一系列的安全性评价。
2．关注生殖性克隆人
(1)生殖性克隆：指通过克隆技术产生独立生存的新个体。
(2)治疗性克隆：指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。
(3)我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
3．禁止生物武器
(1)种类：致病菌类、病毒类、生化毒剂类等。
(2)中国政府的态度：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。
(1)科学家将外源生长素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率(　　)
(2)理性看待转基因技术，就是听之任之，不管不问(　　)
(3)克隆人实验可能会存在流产率高、胎儿畸形率高等问题(　　)
(4)“设计试管婴儿”与“试管婴儿”技术没有什么不同(　　)
(5)生物武器可通过吸入、误食、接触带菌物品，被带菌昆虫叮咬等侵入人体(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
比较试管婴儿和设计试管婴儿
(1)试管婴儿和设计试管婴儿过程如图所示
(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点
项目 试管婴儿 设计试管婴儿
不 同 点 过程 无图中d过程 多出图中d过程
技术手段 无须进行遗传学诊断 进行遗传学诊断
应用 主要解决不孕夫妇的生育问题 主要用于白血病、贫血症等遗传疾病的预测及治疗
相同点 二者都是体外受精、体外进行早期胚胎培养，再经过胚胎移植，从生殖方式上都为有性生殖
[典例剖析]
(2020·北京卷，)生物安全是国家安全体系的组成部分。新冠肺炎疫情蔓延对我国生物安全防御体系建设提出了新的要求，引起了全社会对生物安全形势的高度关注。以下选项中不会给我国带来生物安全风险的是(　　)
A．人类及动植物中可能爆发的重大疫病
B．保护沿海滩涂红树林中的生物多样性
C．全球气候变暖导致生态环境发生改变
D．收集我国公民及生物资源的遗传信息
B　[人类及动植物中可能爆发的重大疫病，会影响生态环境以及人类的生存和发展，会给我国带来生物安全风险，A不符合题意；保护沿海滩涂红树林中的生物多样性，有利于保护生态系统的稳定性，不会给我国带来生物安全风险，B符合题意；全球气候变暖导致生态环境发生改变，会影响生物多样性，对生物圈的稳态也会造成严重威胁，影响到人类的生存和发展，会给我国带来生物安全风险，C不符合题意；收集我国公民的遗传信息，可能会造成基因歧视，带来许多不公平的社会问题，遗传信息的滥用还会导致社会和政治事件的发生，会给我国带来生物安全风险，D不符合题意。]
【名师点拨】　掌握信息转化能力
信息提取 信息1：生物安全
信息2：生物安全防御
信息转化 1.涉及生态系统的稳定性、保护生态环境、生物技术的安全性
2.生物技术可能带来的道德和伦理问题
素养考查 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】　提升语言表达能力
关于克隆技术在人类中的应用，我国政府的观点是禁止生殖性克隆，__不反对治疗性克隆。
考向一　生物技术的安全性
9．(2023·杭州高三模拟)2022年3月8日，史上首例接受了“猪心脏”移植手术的患者在术后2个月去世。尽管没能最终救回他，但也延长了患者的寿命。据悉，手术使用的“猪心脏”源于被基因改造过的实验猪。这项技术有望解决器官移植面临的器官短缺的难题。下列关于器官移植的说法，不正确的是(　　)
A．通常器官移植要面临的难题之一是由T淋巴细胞引起的免疫排斥
B．该实验猪可能通过基因敲除技术“敲除”了引起人免疫系统反应的抗原基因
C．为保证该猪任何内脏都能供人体移植，需要在原肠胚时期对猪的细胞进行改造
D．我国支持的治疗性克隆也能解决器官短缺的难题
C　[人体免疫系统中T淋巴细胞分裂分化形成细胞毒性T细胞会攻击移植的器官，所以通常器官移植要面临的难题之一是由T淋巴细胞引起的免疫排斥，A正确；由于移植的器官会引发人体免疫反应，所以通过基因敲除技术“敲除”了引起人免疫系统反应的抗原基因，就会避免这个现象的发生，B正确；由于在原肠胚已经发生了分化，所以应该应该对猪的卵原细胞或者受精卵进行改造，才能够保证该猪任何内脏都能供人体移植，C错误；治疗性克隆指利用克隆技术产生特定细胞和组织(皮肤、神经或肌肉等)用于治疗性移植，可以解决器官短缺的难题，D正确。]
10．(2022·烟台高三模拟)生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，也引起了人们对它的安全性的关注，以及伦理道德的碰撞，带来新的困惑和挑战。下列关于生物技术的安全性和伦理问题的说法，错误的是(　　)
A．抗虫棉的抗虫基因不会随着人们食用棉籽油进入人的细胞内
B．我国坚决反对治疗性克隆，不允许进行任何生殖性克隆人实验
C．通过转基因技术获得了高产、无农药残留的农副产品，可造福人类
D．生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点，世界各国都应抵制
B　[抗虫基因会随着棉籽油的加工被破坏，即使没有被破坏，抗虫基因进入人的消化道，该基因也不会作用于人的肠道，在肠道内会被分解、消化、吸收，A正确；治疗性克隆是利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的，其完全不同于克隆人，我国是赞同治疗性克隆的，B错误；通过转基因技术获得了高产、无农药残留的农副产品，减少了食品污染，可造福人类，C正确；生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点，世界各国都应抵制，D正确。]
考向二　生物技术的伦理问题
11．(2023·武汉高三检测)所谓“设计试管婴儿”，是指将体外受精形成的胚胎(几个细胞期)在植入母体孕育前，将一个细胞取出进行某些基因检测，当检测结果符合人们需要时，再把胚胎植入母体孕育。下列有关叙述正确的是(　　)
A．“设计试管婴儿”应用了细胞核移植、早期胚胎培养、胚胎移植等技术
B．与“设计试管婴儿”相比，“试管婴儿”需要经过遗传学诊断
C．“设计试管婴儿”和“试管婴儿”都是有性生殖
D．对于“设计试管婴儿”技术，我们应该强行禁止、反对争论
C　[“设计试管婴儿”没有应用细胞核移植技术，A错误；“试管婴儿”技术不需要检测基因，也不需要经过遗传学诊断，B错误；“设计试管婴儿”和“试管婴儿”都需要体外受精，都是有性生殖，C正确；“设计试管婴儿”不同于为解决不孕夫妇的生育问题出现的试管婴儿，一般是为了救治病人，需要试管婴儿的骨髓、干细胞、脐带血等，这样的设计都符合伦理道德，D错误。]
12．(2022·武汉高三模拟)当前生物技术发展非常迅猛，很多生物技术的应用已经与我们的日常生活密切相关。下列有关生物技术的说法或做法正确的是(　　)
A．设计试管婴儿是指通过遗传咨询有选择地生育优良性状的小孩
B．在我国，通过生殖性克隆有可能解决一些夫妇不孕不育的问题
C．胚胎工程繁育良种时，供体和受体母畜都要进行同期发情处理
D．对囊胚进行胚胎分割时，必须对整个胚胎进行均等分割
C　[设计试管婴儿是指通过胚胎移植前对胚胎进行遗传学诊断有选择地生育符合特殊要求的小孩，通过遗传咨询有选择地生育优良性状的小孩能降低遗传病的发生概率，A错误；在我国，通过试管婴儿技术有可能解决一些夫妇不孕不育的问题，B错误；胚胎工程繁育良种时，供体和受体母畜都要进行同期发情处理，保证胚胎移植入相同的生理环境，C正确；对囊胚进行胚胎分割时，必须对内细胞团进行均等分割，D错误。]
(三十八)基因敲除技术筛选基因敲除的胚胎干细胞
基因敲除技术主要应用于动物模型的建立，而最成熟的实验动物是小鼠。用小鼠进行DNA重组研究中形成的“基因敲除”技术，能“敲除”DNA分子上的特定基因。该技术的主要过程如下：
第一步：分离小鼠胚胎干细胞，胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或原始性腺、囊胚期的内细胞团，这些细胞中含有需要改造的基因，称“靶基因”。
第二步：基因载体的构建。把目的基因和与细胞内靶基因特异片段同源的DNA分子都重组到带有标记基因的载体上，成为重组载体。结果使该片段上的靶基因失活，即让靶基因不能表达。
第三步：将插入标记基因的靶基因通过显微注射法转移入胚胎干细胞，再通过同源互换，用失活靶基因取代两个正常靶基因中的一个，完成对胚胎干细胞的基因改造。
第四步：将第三步处理后的胚胎干细胞，转移到特定含有新霉素培养基中筛选培养。
第五步：科学家可以通过“基因敲除”技术来治疗疾病，上面获得的基因敲除小鼠，还不能直接用来研究基因功能，因为该小鼠体内仍有一个正确的靶基因，也能表达性状，因此还需要进一步处理。将筛选出来的靶细胞导入鼠的囊胚中，再将此囊胚植入假孕母鼠体内(同期发情且未经配种的母鼠)，使其发育成嵌合体小鼠。
第六步：得到纯合体。由于同源重组常常发生在一对染色体上中一条染色体上，所以如果要得到稳定遗传的纯合体基因敲除模型，需要进行至少两代遗传。
[对点训练]
1．(2023·湖北名校联盟高三联考)美国马里兰大学医学院为一名57岁的男子进行了转基因猪(该转基因猪经过了基因编辑：修饰或敲除部分基因)心脏移植手术并获得成功。该患者在接受手术后的2个月去世，具体原因还未报道，但可能与免疫排斥反应有关，下列叙述错误的是(　　)
A．免疫排斥反应主要依赖于T细胞的作用
B．患者在术后需使用免疫抑制剂以抑制免疫细胞的活性
C．转基因猪的心脏引起的免疫排斥作用相对较弱
D．对动物基因进行编辑不存在安全问题和伦理问题
D　[免疫排斥过程主要依赖于细胞毒性T细胞对靶细胞、靶器官的攻击，即免疫排斥反应主要依赖于T细胞的作用，A正确；给患者使用免疫抑制剂，抑制免疫细胞的活性，降低患者的免疫功能，有利于移植心脏的存活，B正确；由题意可知，转基因猪改造过程中可能去掉了某些抗原性物质，降低移植心脏的抗原特性，提高存活率，C正确；对动物基因进行编辑也存在安全问题和伦理问题，D错误。]
2．(多选)(2022·烟台高三检测)Cre loxP系统能实现特定基因的敲除(如图1)。把几种荧光蛋白基因和Cre酶能识别并切割的序列(loxP1和loxP2)串在一起，构建表达载体T(如图2)。部分荧光蛋白基因会被Cre酶随机“剪掉”，且两个loxP1之间或两个loxP2之间的基因，最多会被Cre酶敲除一次，剩下的部分得以表达，随机呈现不同的颜色。下列叙述错误的是(　　)
图1
图2
注：仅表达与启动子相邻的荧光蛋白基因
A．构建表达载体T需用到限制酶和DNA连接酶
B．若小鼠细胞含一个表达载体T(不含Cre酶)，其肌肉组织细胞呈红色
C．若小鼠细胞含一个表达载体T(含Cre酶)，其脑组织细胞呈红色或黄色
D．若小鼠细胞含两个表达载体T(含Cre酶)，其脑组织细胞可能出现两种颜色
BC　[基因表达载体构建过程中需要限制酶和DNA连接酶两种工具酶处理，A正确；据图中信息可知，小鼠A有编码红、黄、蓝荧光蛋白的基因，loxP1、loxP2位置如图确2黑白三角符号所示，两个loxP1和两个loxP2之间的基因最多会被Cre酶敲除一次，将含Cre酶的病毒注入小鼠体内，Cre酶表达情况不同，识别的loxP不同，则有可能未敲除荧光蛋白基因，此时为红色；也有可能敲除两个loxP1之间的红色荧光蛋白基因，此时为黄色；有可能敲除两个loxP2之间的红色和黄色荧光蛋白基因，此时为蓝色，因而不同脑细胞会差异表达红色、黄色或蓝色荧光蛋白基因，B、C错误；小鼠脑组织细胞内有2个相同表达载体T，Cre酶对每个DNA片段随机剪切，因而细胞的颜色由细胞内两种荧光蛋白的颜色叠加而成，故其脑组织细胞可能出现两种颜色，D正确。]
1．(2021·湖北卷，13)植物的有性生殖过程中，一个卵细胞与一个精子成功融合后通常不再与其他精子融合。我国科学家最新研究发现，当卵细胞与精子融合后，植物卵细胞特异表达和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2。这两种酶能降解一种吸引花粉管的信号分子，避免受精卵再度与精子融合。下列叙述错误的是(　　)
A．多精入卵会产生更多的种子
B．防止多精入卵能保持后代染色体数目稳定
C．未受精的情况下，卵细胞不分泌ECS1和ECS2　
D．ECS1和ECS2通过影响花粉管导致卵细胞和精子不能融合
A　[多精入卵会导致子代有来自卵细胞和多个精细胞的染色体，破坏亲子代之间遗传信息的稳定性，因此一个卵细胞与一个精子成功融合后通常不再与其他精子融合。防止多精入卵可以保证子代遗传信息来自一个精子和一个卵细胞，能保持后代染色体数目稳定，A错误，B正确；结合题意“当卵细胞与精子融合后，植物卵细胞特异表达和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2”可知，未受精的情况下，卵细胞不分泌ECS1和ECS2，C正确；据题意可知，ECS1和ECS2能降解一种吸引花粉管的信号分子，避免受精卵再度与精子融合，推测该过程是由于ECS1和ECS2通过影响花粉管导致卵细胞和精子不能融合，D正确。]
2．(多选)(2020·江苏卷，23)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，制备流程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．为获得更多的囊胚，采用激素注射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
ABC　[哺乳动物进行体外受精时很容易获得大量精子，因为自然状态下雄性哺乳动物产生的精子数量就很多，不容易大量获取的是卵细胞，因而通常需要用促性腺激素处理雌性哺乳动物，使其一次性产生更多的卵细胞，来培养更多的胚胎，A项错误；细胞分化是基因选择性表达的结果，不改变基因的种类和数量，细胞a和细胞b内含有的核基因相同，B项错误；细胞培养过程中分散细胞时，用胰蛋白酶等处理组织，分散得到单细胞悬液，不是破坏了细胞的膜蛋白，而仅仅是分解掉细胞间的黏连蛋白，C项错误；动物细胞的培养需要使用CO2培养箱，D项正确。]
3．(2022·北京卷，21)生态文明建设已成为我国的基本国策。水中雌激素类物质(E物质)污染会导致鱼类雌性化等异常，并通过食物链影响人体健康和生态安全。原产南亚的斑马鱼，其肌细胞、生殖细胞等存在E物质受体，且幼体透明。科学家将绿色荧光蛋白(GFP)等基因转入斑马鱼，建立了一种经济且快速的水体E物质监测方法。
(1)将表达载体导入斑马鱼受精卵的最佳方式是________。
(2)为监测E物质，研究者设计了如图所示的两种方案制备转基因斑马鱼，其中ERE和酵母来源的UAS是两种诱导型启动子，分别被E物质－受体复合物和酵母来源的Gal4蛋白特异性激活，启动下游基因表达。与方案1相比，方案2的主要优势是____________，因而被用于制备监测鱼(MO)。
(3)现拟制备一种不育的监测鱼SM，用于实际监测。SM需经MO和另一亲本(X)杂交获得。欲获得X，需从以下选项中选择启动子和基因，构建表达载体并转入野生型斑马鱼受精卵，经培育后进行筛选。请将选项的序号填入相应的方框中。
Ⅰ.启动子：________。
①ERE　②UAS　③使基因仅在生殖细胞表达的启动子(P生)④使基因仅在肌细胞表达的启动子(P肌)
Ⅱ.基因：________
A．GFP
B．Gal4
C．雌激素受体基因(ER)
D．仅导致生殖细胞凋亡的基因(dg)
(4)SM不育的原因是：成体SM自身产生雌激素，与受体结合后________________________造成不育。
(5)使拟用于实际监测的SM不育的目的是_____________________________________。
答案　(1)显微注射　(2)监测灵敏度更高
(3)②　D　(4)激活ERE诱导Gal4表达，Gal4结合UAS诱导dg表达，生殖细胞凋亡
(5)避免转基因斑马鱼逃逸带来生物安全问题
解析　(1)将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法，所以将表达载体导入斑马鱼受精卵的最佳方式是显微注射法。
(2)由图中信息可知，方案1 E物质－受体复合物激活ERE，使GFP基因表达，方案2 E物质－受体复合物先激活ERE获得Gal4蛋白，然后Gal4蛋白激活UAS启动子，使GFP基因表达，方案2 GFP蛋白表达量大，更灵敏。
(3)MO和另一亲本(X)杂交获得SM，MO是方案2获得，所以亲本X启动子选择UAS。要获得SM不育个体，MO是可育的，所以X必须有仅导致生殖细胞凋亡的基因(dg)。
(4)成体SM自身产生雌激素，与受体结合后形成复合物，激活ERE诱导Gal4表达，Gal4与UAS启动子结合诱导dg表达，使生殖细胞凋亡。
(5)监测鱼属于转基因生物，目前安全性不确定，为了避免转基因斑马鱼逃逸带来生物安全问题，需要SM不育。
4．(2021·湖南卷，22)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题：
(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是________________，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的________断开。
(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是__________________________________________________________________。
(3)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是________________。
从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为________________________(答出两点即可)，功能上具有________________。
(4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的________淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路__________________________________________________________________________。
答案　(1)限制酶(或限制性内切核酸酶)　磷酸二酯键　(2)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，同时给细胞提供足够的营养　(3)动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难　体积小、细胞核大、核仁明显(答出两点即可)　发育的全能性　(4)B　取该转基因动物的肝组织细胞，提取其蛋白质，加入适量的M蛋白的单克隆抗体，观察有无凝集现象(或有无抗原—抗体特异性结合的现象)，若有则说明M基因不失活，若无则说明M基因失活
解析　(1)构建基因表达载体时，切割质粒DNA要用到限制性内切核酸酶，即限制酶，限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(2)在进行动物细胞培养的过程中，要定时更换培养液，以便清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(3)动物细胞核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中体细胞核移植由于动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。胚胎干细胞具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显，在功能上，具有发育的全能性，即可以分化成为动物体内任何一种组织细胞。(4)在进行单克隆抗体制备时，首先要诱导相应的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合。在应用单克隆抗体进行检测时，主要原理是抗原—抗体特异性结合，所以实验思路是取该转基因动物的肝组织细胞，提取其蛋白质，加入适量的M蛋白的单克隆抗体，观察有无凝集现象(抗原—抗体特异性结合的现象)，若有则说明M基因不失活，否则说明M基因失活。