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專題十七 胚胎工程與生態(tài)工程 1．(2017甘肅張掖質檢)“試管嬰兒技術”不僅使一部分不能生育的男女重新獲得了生育的機會，也為人類的優(yōu)生優(yōu)育開辟了新的途徑。據(jù)此回答： (1)在體外受精時，精子首先要進行________處理；卵細胞則要培養(yǎng)到________(時期)才能與精子結合。 (2)采用________技術，能得到“同卵雙胞胎”。 (3)如果濫用試管嬰兒技術設計嬰兒性別，將會破壞人類正常的________。 (4)要培育高產(chǎn)奶率的轉基因牛，如建立生產(chǎn)生長激素的乳腺生物反應器，科學家將________和乳腺蛋白基因的________、終止子等重組在一起，通過顯微注射等方法導入牛的受精卵中。 (5)動物細胞工程中，重組細胞在體外培養(yǎng)時，培養(yǎng)液中除了加入誘導物外，還應加入水、無機鹽、維生素、葡萄糖、氨基酸、________等物質，恒溫箱中加入CO2的作用是________________________________________________________。 解析：(1)在體外受精時，精子首先要進行獲能處理，使精子有與卵細胞結合的能力；卵細胞要培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期(或MⅡ中期)才能與精子結合。(2)切割早期胚胎成二等份再移植給受體母畜，后代有相同的遺傳物質，能得到“同卵雙胞胎”。(3)如果濫用試管嬰兒技術設計嬰兒性別，將會破壞人類正常的性別比例，違反了倫理道德。(4)要培育高產(chǎn)奶率的轉基因牛，轉入外源性基因，需要在組織特異性啟動子的引導下才能啟動轉錄和表達，如果沒有相應的基因啟動子，外源性基因在組織或細胞內(nèi)是不會自動表達的，轉入乳腺細胞，如果在外源性基因(如生長激素基因)的前面沒有合適的乳腺特異表達啟動子，那么生長激素基因就不會在乳腺細胞內(nèi)轉錄和表達。(5)動物細胞體外培養(yǎng)通常需加入血清、血漿等一些天然成分。恒溫箱中加入CO2可以維持細胞培養(yǎng)液的pH。 答案：(1)獲能　減數(shù)第二次分裂中期(或MⅡ中期)　(2)胚胎分割(移植)　(3)性別比例　(4)生長激素基因　啟動子　(5)動物血清　維持細胞培養(yǎng)液的pH 2．基因疫苗是指將編碼外源性抗原的基因導入人和動物體內(nèi)，讓其在宿主細胞中表達抗原蛋白，誘導機體產(chǎn)生免疫應答。某科研所計劃采用基因工程和胚胎工程技術培育具有口蹄疫免疫特性的高產(chǎn)奶牛。請回答下列問題： (1)基因表達載體的構建是基因工程的核心，一個完整的基因表達載體至少包括啟動子、________、________、________。啟動子位于基因的________，有了它才可以驅動基因轉錄。 (2)制備基因疫苗的基因可以從基因文庫中獲取，基因文庫實際上是含有某種生物不同基因的許多DNA片段的________群體。 (3)檢測高產(chǎn)奶牛體內(nèi)是否出現(xiàn)口蹄疫病毒的抗原蛋白，在分子水平上的檢測方法是________。 (4)胚胎工程最后一道工序的實質是________________。 (5)為提高胚胎的利用率，可以采用胚胎分割技術，應該選用________的桑椹胚或囊胚進行分割。 解析：(1)一個完整的基因表達載體至少包括啟動子、終止子、標記基因和目的基因。啟動子位于基因的首端，它驅動基因的轉錄。(2)基因文庫實際上是含有某種生物不同基因的許多DNA片段的受體菌群體。(3)檢測奶牛體內(nèi)是否出現(xiàn)抗原蛋白，在分子水平上的檢測方法是抗原—抗體雜交，如果出現(xiàn)雜交帶說明目的基因表達成功。(4)胚胎工程最后一道工序是胚胎移植，實質是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。(5)胚胎分割應采用發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚進行分割，要注意均等分割。 答案：(1)目的基因　標記基因　終止子(順序可顛倒)　首端 (2)受體菌 (3)抗原—抗體雜交 (4)早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移 (5)發(fā)育良好、形態(tài)正常 3．中科院動物研究所已培育出中國首例轉基因獼猴。這一研究成果標志著中國科學家在靈長類轉基因動物研究方面達到世界領先水平。如圖是轉基因獼猴培育過程，據(jù)圖回答下列問題： (1)過程②中常用________技術將目的基因導入受精卵，在體外培養(yǎng)受精卵時，為了維持無菌環(huán)境，通常向培養(yǎng)液中添加________。 (2)如果⑤過程在體外進行，那么卵母細胞需要培養(yǎng)到________期，精子需要獲能。受精過程中通過________________反應，以防止多精入卵。 (3)受精卵發(fā)育到________期，開始發(fā)生分化。 (4)圖中⑦過程稱為________，胚胎在代孕雌猴子宮中能夠存活的原因是___________________________________________________________________。 (5)若要同時獲得多只與此轉基因獼猴相同的小猴，可采用________技術。 解析：(1)過程②表示將目的基因導入受體細胞，當受體細胞是動物細胞(受精卵)時，常采用顯微注射法。動物細胞培養(yǎng)過程中，通常向培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以維持無菌環(huán)境。(2)⑤過程在體外進行，需要將所采集到的卵母細胞在體外培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期(MⅡ中期)，才可以與精子完成受精作用，對精子進行獲能處理方法包括培養(yǎng)法和化學誘導法。受精過程中防止多精入卵的生理反應包括透明帶反應和卵細胞膜反應。(3)受精卵發(fā)育到囊胚期，開始出現(xiàn)分化。(4)圖中⑦為胚胎移植過程，移入的胚胎能夠存活，是因為代孕子宮并不會對其發(fā)生免疫排斥反應，同時能夠在子宮內(nèi)建立正常的生理和組織聯(lián)系。(5)來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，若要同時獲得多只與此轉基因獼猴相同的小猴，可對早期胚胎進行胚胎分割。 答案：(1)顯微注射　抗生素　(2)MⅡ中　透明帶反應和卵細胞膜　(3)囊胚　(4)胚胎移植　受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應　(5)胚胎分割 4．(2017吉林實驗中學模擬)杜泊羊以其生長速度快、肉質好等優(yōu)點，被稱為“鉆石級”肉用綿羊?？蒲泄ぷ髡咄ㄟ^胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如圖所示，請據(jù)圖回答問題： (1)此過程用到的生物技術有______________(答出兩個即可)。 (2)為了獲得更多的卵母細胞，需用__________對雌性杜泊羊進行處理。進行體外受精前，需將卵母細胞培養(yǎng)到__________期；精子需進行__________處理。受精時防止多精入卵的兩道屏障分別是__________和__________。 (3)生產(chǎn)上常用________期的胚胎進行胚胎移植，移植的胚胎在受體綿羊體內(nèi)存活的生理基礎是______________________________________________________ ___________________________________________________________________。 解析：(1)分析圖示可知：從采集卵母細胞、精子到受精卵的形成用到了體外受精技術；將受精卵培養(yǎng)成早期胚胎用到了早期胚胎培養(yǎng)技術；將早期胚胎移入當?shù)仄胀ňd羊子宮，采用了胚胎移植技術。(2)用促性腺激素處理雌性杜泊羊，使其超數(shù)排卵，可以獲得更多的卵母細胞。進行體外受精前，需將卵母細胞培養(yǎng)到MⅡ中期；精子需進行獲能處理。受精時防止多精入卵的兩道屏障分別是透明帶反應和卵細胞膜反應。(3)生產(chǎn)上常用桑椹胚或囊胚期的胚胎進行胚胎移植，移植的胚胎在受體綿羊體內(nèi)存活的生理基礎是受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應。 答案：(1)體外受精技術、早期胚胎培養(yǎng)技術、胚胎移植等 (2)促性腺激素　MⅡ中　獲能　透明帶反應　卵細胞膜反應 (3)桑椹胚或囊胚　受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應 5．如圖是通過胚胎工程培育試管牛的過程。據(jù)圖回答以下關于細胞工程和胚胎工程的問題： (1)在牛體細胞培養(yǎng)過程中，當貼壁細胞分裂生長到細胞表面相互接觸時，細胞會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的________。此時，瓶壁上形成的細胞層數(shù)是________。要使貼壁的細胞從瓶壁上分離下來，需要用酶處理，可用的酶是________。 (2)隨著細胞傳代次數(shù)的增多，絕大部分細胞分裂停止；但極少數(shù)細胞可以連續(xù)增殖，其中有些細胞會因遺傳物質發(fā)生改變而變成不死的細胞，該種細胞的黏著性降低，這是由細胞膜表面________的量減少造成的。 (3)從良種母牛采集的卵母細胞，都需要進行體外培養(yǎng)，其目的是_______； 從良種公牛采集的精子需________后才能進行受精作用。 (4)在體外培養(yǎng)受精卵時，除了給予一定量的氧氣以維持細胞呼吸外，還需要提供二氧化碳氣體以維持________，圖中過程A稱為________。 (5)如暫時不進行A過程，通常在________條件下保存受精卵。因為在這種條件下，細胞中________的活性降低，細胞新陳代謝的速率降低。 解析：(1)在動物細胞培養(yǎng)過程中，當貼壁細胞分裂生長到細胞表面相互接觸時，細胞會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的接觸抑制。此時，瓶壁上會形成單層(或一層)細胞。要使貼壁細胞從瓶壁上分離下來，需要用胰蛋白酶處理。(2)細胞發(fā)生癌變后，細胞間的黏著性降低，與細胞膜表面糖蛋白含量減少有關。(3)從良種母牛采集的卵母細胞，都需要進行體外培養(yǎng)，其目的是使卵母細胞成熟；從良種公牛采集的精子需進行處理，使其獲能后才能進行受精作用；對精子進行獲能處理：包括培養(yǎng)法和化學誘導法。(4)動物細胞培養(yǎng)時，除了給予一定量的O2以維持細胞呼吸外，還需要提供CO2，以維持培養(yǎng)液的pH。由以上分析可知，圖中過程A為胚胎移植。(5)題圖中過程A為胚胎移植，如暫時不進行A過程，通常在冷凍(或超低溫、液氮)條件下保存受精卵，此時細胞中酶的活性降低，細胞新陳代謝的速率降低。 答案：(1)接觸抑制　單層(或一層)　胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)　(2)糖蛋白　(3)使卵母細胞成熟(或使卵母細胞獲得受精能力)　獲能　(4)培養(yǎng)液(基)的pH　胚胎移植　(5)冷凍(或超低溫、液氮)　酶 6．(2017天津河西二模)Leigh氏綜合征是一種攻擊神經(jīng)系統(tǒng)的嚴重神經(jīng)障礙，其致病基因位于線粒體DNA中。一位母親約有1/4的線粒體攜帶這種致病基因，她的前兩個孩子因為患有Leigh氏綜合征而夭亡。她的第三個孩子因為接受另一名女性捐贈的健康基因而成為全球首個擁有“三個父母”的男嬰。請根據(jù)男嬰孕育過程回答下面的問題： (1)該母親的前兩個孩子患病夭亡的原因是___________________， 該健康男嬰孕育過程中依次使用了______________、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術。 (2)圖示過程中代表該母親卵母細胞的是________(填“A”或“B”)。取卵之前，該母親需要注射________激素。 (3)早期胚胎需經(jīng)過________(水平)檢測合格后才能植入母親的子宮繼續(xù)發(fā)育。 (4)在胚胎孕育過程中，醫(yī)療團隊特意選擇了男性胚胎移入子宮發(fā)育，原因是_____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 解析：(1)根據(jù)題意可知，該母親約有1/4的線粒體攜帶這種致病基因，并且該母親可能產(chǎn)生含較多缺陷線粒體的卵細胞，而受精卵的線粒體幾乎全部來自卵細胞，這導致前兩個孩子患病夭亡；根據(jù)圖示信息可知，該健康男嬰孕育過程中依次使用了核移植、體外受精、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術。(2)圖中首先對卵母細胞A去核，然后與卵母細胞B的細胞核融合，重組的卵細胞中含有卵母細胞A的細胞質，說明A的細胞質基因是正常的，因此代表該母親卵母細胞的是B。取卵之前，該母親需要注射促性腺激素，進行超數(shù)排卵。(3)早期胚胎需經(jīng)過DNA分子水平檢測合格后才能植入母親的子宮繼續(xù)發(fā)育。(4)在胚胎孕育過程中，由于男性的線粒體不會遺傳給后代，因此醫(yī)療團隊特意選擇了男性胚胎移入子宮發(fā)育。 答案：(1)該母親可能產(chǎn)生含較多缺陷線粒體的卵細胞，而受精卵的線粒體幾乎全都來自卵細胞，導致前兩個孩子患病夭亡　核移植、體外受精　(2)B　促性腺　(3)DNA分子水平　(4)男性的線粒體不會遺傳給后代 7．(1)下列有關現(xiàn)代生物技術的敘述正確的是(　　) A．DNA連接酶和DNA聚合酶都能使核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，屬于同一種酶 B．體外培養(yǎng)雜交瘤細胞需要在培養(yǎng)液中添加動物血清和抗生素 C．動物細胞培養(yǎng)時一定都需要添加血清 D．作為運載體必備的條件之一是具有多個相同的限制酶切割位點 (2)植物組織培養(yǎng)的主要原理是植物細胞具有________，具體過程是在________和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的條件，誘導其組織經(jīng)過________產(chǎn)生愈傷組織進而長出叢芽、生根，最終形成完整的植株。植物體細胞雜交過程中，誘導原生質體融合的化學試劑一般是________。 (3)試管動物技術是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育為________后，再經(jīng)過________產(chǎn)生后代的過程。 (4)生態(tài)工程是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟最重要的手段之一，請寫出與沼氣工程結合的生態(tài)農(nóng)業(yè)遵循的主要基本原理(至少答兩項)：___________________________。 解析：(1)DNA連接酶和DNA聚合酶都能使核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，但屬于不同種酶，A錯誤；體外培養(yǎng)雜交瘤細胞，需要在培養(yǎng)液中添加動物血清，還需添加抗生素以防止雜菌污染，B正確；動物細胞培養(yǎng)時，通常需要添加血清，C錯誤；作為運載體必備的條件之一是具有一至多個限制酶切割位點，而不是多個相同的限制酶切割位點，D錯誤。(2)植物組織培養(yǎng)的主要原理是植物細胞具有全能性，具體過程是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的條件，誘導其組織經(jīng)過脫分化產(chǎn)生愈傷組織進而長出叢芽、生根，最終形成完整的植株。植物體細胞雜交過程中，誘導原生質體融合的化學試劑一般是聚乙二醇。(3)試管動物技術是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后，再經(jīng)過胚胎移植產(chǎn)生后代的過程。(4)與沼氣工程結合的生態(tài)農(nóng)業(yè)遵循的主要基本原理是物質循環(huán)再生原理、協(xié)調(diào)與平衡原理、物種多樣性原理等。 答案：(1)B (2)全能性　無菌　脫分化　聚乙二醇 (3)早期胚胎　胚胎移植 (4)物質循環(huán)再生原理(必答)、協(xié)調(diào)與平衡原理(或物種多樣性原理)(必須答全兩個) 8．我國是受荒漠化危害最為嚴重的國家之一。近年來，京津冀地區(qū)頻受沙塵暴之苦，故保護生態(tài)環(huán)境，大力開展植樹種草活動，治理水土流失，防止土地沙漠化等是當前的緊要任務。 (1)據(jù)研究，形成京津冀沙塵暴的沙主要來自黃土高原和內(nèi)蒙古高原，西部生態(tài)環(huán)境的改變首先要解決的非生物因素是________。 (2)在退耕還林、還草過程中，要注意樹種、草種不要過于單一。這種做法所依據(jù)的主要生態(tài)工程原理是________________，其目的是提高生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。 (3)近年來大力推廣的生態(tài)農(nóng)業(yè)是一個自我維持的生態(tài)系統(tǒng)，其特點是保持和完善系統(tǒng)內(nèi)的生態(tài)平衡，其設計的原則是能量的________和物質的________，以求得最大的生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展。我國農(nóng)民收集一切可能的有機物質，使其轉變?yōu)橛袡C肥料，保持土壤肥力的做法稱為________農(nóng)業(yè)。 (4)某科研小組想利用基因工程技術培育抗旱植物用于治理水土流失。將抗旱基因導入植物細胞時采用最多的方法是________。要檢測抗旱基因是否插入到受體細胞的DNA中，采用的是________技術。若檢測結果表明抗旱基因已經(jīng)插入到受體細胞的DNA中，則培育的植株________(填“一定”或“不一定”)具有抗旱性狀。 解析：(1)西部生態(tài)環(huán)境的改變首先要解決的非生物因素是水。(2)在退耕還林、還草過程中，要注意樹種、草種不要過于單一。這種做法所依據(jù)的主要生態(tài)工程原理是物種多樣性原理，其目的是提高生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。(3)生態(tài)農(nóng)業(yè)設計的原則是能量的多級利用和物質的循環(huán)再生，以求得最大的生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展。我國農(nóng)民收集一切可能的有機物質，使其轉變?yōu)橛袡C肥料，保持土壤肥力的做法稱為無廢棄物農(nóng)業(yè)。(4)將抗旱基因導入植物細胞時采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉化法，要檢測抗旱基因是否插入到受體細胞的DNA中，采用的是DNA分子雜交技術；若檢測結果表明抗旱基因已經(jīng)插入到受體細胞的DNA中，但培育的植株不一定具有抗旱性狀。 答案：(1)水 (2)物種多樣性原理 (3)多級利用　循環(huán)再生　無廢棄物 (4)農(nóng)桿菌轉化法　DNA分子雜交　不一定