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1、 第第3535讲胚胎工程、讲胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题一、胚胎工程二、生物技术的安全性、伦理问题必必备备知知识识突破1 胚胎工程深深化化突突破破突破2 生物技术的安全性和伦理问题一、胚胎工程一、胚胎工程1.体内受精和早期胚胎发育体内受精和早期胚胎发育(1)精子与卵子的发生必备知识项目精子的发生卵子的发生场所睾丸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a.精子获能: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内发生相应的生理变化后,才能获得受精能力。b.卵
2、子的准备:卵子要在输卵管内进一步成熟,到减中期(时期),才具备与精子受精的能力。c.受精过程主要包括:精子穿过放射冠和透明带,进入卵细胞膜,原核形成和融合。(3)早期胚胎发育过程受精卵桑椹胚:该时期细胞属于全能细胞囊胚原肠胚出现了三个胚层和原肠腔2.体外受精与早期胚胎培养体外受精与早期胚胎培养(1)体外受精(2)早期胚胎培养a.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。b.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a.地位:胚胎工程其他技术的最后一道工序。b.主要过程:对供、受体的选择和处理配
3、种或进行人工授精对胚胎的收集、检查、处理胚胎移植方法:手术法和非手术法胚胎移植后的检查检查受体母牛是否 妊娠c.意义:充分发挥 雌性优良个体的繁殖潜能。(2)胚胎分割a.材料:发育良好,形态正常的 桑椹胚或囊胚。b.实质:胚胎分割可增加动物后代数目,其实质是 动物的无性繁殖或克隆。c.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或EK细胞)a.来源:早期胚胎或原始性腺。b.特点:形态上,体积小、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。c.培养过程二、生物技术的安全性、伦理问题二、生物技术的安全性、伦
4、理问题 1.转基因生物的安全性转基因生物的安全性(1)转基因生物存在安全性问题的原因a.目前对 基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制等都了解得相当有限。b.目的基因往往是 异种生物的基因。c.外源基因插入宿主基因组的部位往往是 随机的。(2)对转基因生物安全性的争论:在 食物安全、生物安全、环境安全三个方面存在激烈的争论。(3)理性对待转基因技术:趋利避害,不能因噎废食。2.生物技术中的伦理问题(1)克隆人a.分类生殖性克隆是指以繁殖个体为目的的克隆,即用于产生人类个体。治疗性克隆是指利用核移植技术获得克隆人胚胎,然后从胚胎中提取干细胞进行医学研究,是利用克隆技术产生特定细胞和组织(皮
5、肤、神经或肌肉等)用于治疗性移植的克隆。b.中国态度:禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆。(2)试管婴儿与设计试管婴儿a.试管婴儿:运用体外受精和胚胎移植技术繁殖个体,目的是解决不孕夫妇的生育问题。b.设计试管婴儿:体外受精获得的胚胎在移植前进行遗传学诊断,以便筛选出符合特定要求的胚胎。3.生物武器(1)种类:致病菌、病毒、生化毒剂、以及经过基因重组的致病菌等。(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.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。()2.精子和卵子的发生都是从初情期开始的。()3.囊胚的滋养层细胞具有发育
6、的全能性。()4.在胚胎移植中,对供体母羊要做超数排卵处理,对供、受体要做同期发情处理。()5.胚胎分割移植应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚。()6.世界上大多数国家都在转基因食品标签上警示注明可能的危害。()7.转入到油菜体内的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中。()8.转基因作物被动物食用后,目的基因会转入动物体细胞中。()9.我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆。()10.我国反对生物武器,但我国在特殊情况下可以生产生物武器。()突破1胚胎工程深化突破1.胚胎工程的操作流程分析胚胎工程的操作流程分析(1)胚胎移植的生理学基础胚胎能够移入受体的生理基础:哺乳动物排卵后,同种供、受体生殖器
7、官的生理变化是相同的。胚胎收集的生理基础:早期胚胎形成后,未与母体子宫建立联系,而是处于游离状态。胚胎在受体内能够存活的生理基础:受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应。供体胚胎正常发育的生理基础:供体胚胎可与受体子宫建立联系,且供体胚胎的遗传特性不受影响。(2)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换,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状能保持其原来的优良特性。(3)胚胎移植的优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,从而大大缩短了供体本身的繁殖周期,大大推动了畜牧业的发展。(4)胚胎移植过程中两次使用激素,第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理;第二次
8、用促性腺激素处理供体使其超数排卵。(5)胚胎移植过程中有两次检查: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。2.试管动物与克隆动物的比较试管动物与克隆动物的比较比较项目试管动物克隆动物技术基础体外受精、胚胎移植核移植技术、细胞培养、胚胎(分割)移植实例试管牛多利羊过程生殖方式有性生殖无性生殖遗传物质遗传物质来自两个个体遗传物质大部分来自供核生物体意义充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,缩短供体本身的繁殖周期加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等1.易混淆的易混淆的3个概念个概念(1)精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量。(2)排卵是指卵子从卵泡中排出,而不是卵泡从卵巢
9、中排出。(3)受精的标志受精完成的标志:受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间可以观察到两个极体;而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。2.有关胚胎工程的有关胚胎工程的4个易混易错点个易混易错点(1)受精卵进行细胞分裂,形成桑椹胚;细胞分化开始于囊胚,桑椹胚的形成没有经过细胞分化。(2)囊胚细胞开始分化,但囊胚的内细胞团细胞具有全能性。(3)犊牛性状:胚胎移植产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体母牛,性别取决于公牛提供何种类型的精子。(4)胚胎移植时间:不同动物胚胎移植的时间不同,牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段,小鼠、家兔在桑椹胚前,人胚胎可在816个细胞阶段移植。几乎所有动物都不能培养到原肠胚阶段移
10、植,因为此时细胞分化程度较高,移植成功率很低。考向考向1以基础判断或图形分析形式考查受精作用和胚胎的早期培养以基础判断或图形分析形式考查受精作用和胚胎的早期培养1.(2017江苏单科)下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述,错误的是(C)A.精子在获能液中于37、5%CO2条件下培养的目的是使精子获能B.小鼠在特定光控周期条件下饲养,注射相关激素有促进超数排卵的作用C.分割的胚胎细胞有相同的遗传物质,因此发育成的个体没有形态学差异D.注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育解析解析本题主要考查体外受精和胚胎发育相关知识。精子在获能液中培养的目的是使精子获能,其培养条件应符合动物细胞培养要
11、求,A正确;小鼠在特定光控周期条件下饲养的目的是通过特定的光周期调控其性激素的分泌,注射促性腺激素的目的是使其超数排卵,B正确;虽然分割的胚胎具有相同的遗传物质,但环境也会对胚胎的发育产生影响,导致发育的个体出现形态学差异,C错误;胚胎干细胞具有发育的全能性,注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育,D正确。2.如图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。据图回答相关问题:(1)人工授精时卵子要发育到期才能与精子结合,受精的标志是;从良种公牛采集的精子需获能后才能进行受精作用,其获能的方法有培养法和法。(2)为了获得更多的早期胚胎,常用激素对供体进行处理。(3)在牛体细胞培养过程中,当贴壁细胞
12、分裂生长到细胞表面相互接触时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的。此时,瓶壁上形成的细胞层数是的。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来,需要用酶处理。(4)在体外培养受精卵时,除了给予一定量的氧气以维持细胞呼吸外,还需要提供二氧化碳气体以维持,图中过程A称为。(5)如暂时不进行A过程,通常在条件下保存早期胚胎。答案答案(1)减数第二次分裂中在卵细胞膜和透明带间出现两个极体化学(诱导)(2)促性腺(3)接触抑制单层(或一层)胰蛋白(或胶原蛋白)(4)(培养液(基)的)pH胚胎移植(5)冷冻解析解析(1)刚获取的卵母细胞还没有发育成熟,不能与精子受精,需要在人工模拟环境中培养,待卵子发育到减数第二次
13、分裂中期才能与获能的精子结合完成受精作用;受精的标志是在卵细胞膜和透明带间出现两个极体。从良种公牛采集的精子在体外获能的方法有培养法和化学诱导法。(2)常用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理,以便获得更多的早期胚胎。(3)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。此时,瓶壁上形成的细胞层数是单层的。需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,才能使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来。(4)在体外培养受精卵时,除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外,还需要提供CO2气体以维持培养液的pH。图中过程A表示将早期胚胎移入普通母牛子宫,此过程称为胚胎移植
14、。(5)暂时不进行移植的早期胚胎,通常在冷冻条件下保存。考向考向2以基础判断或流程图形式考查胚胎工程及其应用以基础判断或流程图形式考查胚胎工程及其应用3.(2018江苏单科)下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述,正确的是(A)A.采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理B.体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植C.使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应D.利用胚胎分割技术,同卵多胎较同卵双胎成功率更高解析解析本题考查胚胎工程的相关知识。一般采取注射促性腺激素的方法对良种母牛作超数排卵处理,A正确;进行胚胎移植的早期胚胎一般发育到桑椹胚或囊胚阶段,B错误;作为同种生
15、物,受体代孕牛对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,因此一般不需要使用免疫抑制剂处理,C错误;利用胚胎分割技术,同卵多胎较同卵双胎成功率更低,D错误。4.如图是科学家获得优良胚胎的三种途径。回答下列问题:(1)在途径中,从优良公牛采集的精子需进行处理才能进行受精作用;判断卵子成功受精的标志是。(2)在途径中,没有做取核处理,而是直接将优良牛的体细胞注入去核的卵母细胞中,这样做的目的是;同时应选择处于(时期)的卵母细胞。(3)在途径中,将目的基因导入受精卵的常用方法是;通过三种途径获得的早期胚胎,除了直接用于胚胎移植,还可以在条件下保存;移植的胚胎在受体内存活的免疫学基础是。答案答案(1
16、)获能在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体(2)防止取核时细胞核受到损伤减数第二次分裂中期(3)显微注射法冷冻(或-196液氮等)受体对移入其子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应解析解析(1)体外受精前,对精子要进行获能处理;判断卵子成功受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体。(2)不做取核处理的目的是防止取核时细胞核受到损伤;核移植时所用去核的卵母细胞应处于减数第二次分裂中期。(3)受体细胞为动物细胞时,常用显微注射法将目的基因导入动物细胞的受精卵中;获取早期胚胎后,可以直接用于胚胎移植,也可以冷冻保存起来;移植的胚胎在受体内存活的免疫学基础是受体对移入其子宫的外来胚胎基本上
17、不发生免疫排斥反应。1.转基因生物的安全性转基因生物的安全性(1)转基因成果 突破2生物技术的安全性和伦理问题(2)对安全性问题的争论:转基因生物与食物安全a.反对“实质性等同”。b.担心出现滞后效应。c.担心出现新的过敏原。d.担心营养成分改变。e.侵犯宗教信仰者或素食者的权益。转基因生物与生物安全a.可能扩散到新的生态区域,破坏生态平衡。b.成为“入侵的外来特种”,威胁其他生物的生存。c.可能与某些细菌或病毒杂交,重组出有害的病原体。d.可能通过花粉传播进入杂草,形成“超级杂草”。转基因生物与环境安全:转基因生物可能会对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏。(3)理性看待生物技术正视转基
18、因技术可能带来的安全性问题,要趋利避害,不能因噎废食。制定政策和法规,最大程度保证转基因技术和产品的安全性。2.关注生物技术的伦理问题关注生物技术的伦理问题反对支持克隆人伦理方面违反了人类的伦理道德观念,中国禁止生殖性克隆中国不反对治疗性克隆技术方面技术不成熟,流产率高、畸形率高、出生后死亡率高可通过胚胎分级、基因诊断、染色体检查等方法解决技术问题设计试管婴儿胚胎也是生命,杀死胚胎无异于“谋杀”提供骨髓干细胞并不会对试管婴儿造成损伤基因检测技术方面很难用在具体医疗中有一些遗传性疾病可以通过基因检测后在早期采取预防措施道德方面可能引起基因歧视通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法,解决基因歧
19、视现象 易错警示易错警示1.试管婴儿和设计试管婴儿的比较试管婴儿和设计试管婴儿的比较(1)过程不同遗传学诊断上述过程是解决不孕夫妇生育问题的普通试管婴儿过程,是设计试管婴儿的过程。后者比前者多了胚胎移植前的遗传学诊断。(2)所用技术手段不同:设计试管婴儿胚胎移植前需要进行遗传学诊断,而试管婴儿无需进行遗传学诊断。(3)应用不同:试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题,而设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症的治疗。2.生殖性克隆和治疗性克隆的比较生殖性克隆和治疗性克隆的比较项目生殖性克隆治疗性克隆区别目的用于生育、产生新个体治疗人类疾病水平个体水平细胞水平联系都属于无性生殖;产生新个体或新组织,遗传信
20、息相同考向以基础判断或实例分析的形式考向以基础判断或实例分析的形式,考查生物技术的安全性与伦理问题考查生物技术的安全性与伦理问题1.生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述错误的是(D)A.应严格选择转基因植物的目的基因,避免产生对人类有害的物质B.当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验,但不反对治疗性克隆C.反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿D.生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力解析解析培育转基因植物时,要根据目的基因的产物是否对人类有害来确定该目的基因能否用于转基因植物的培育,A项正确。克隆人会给社会带来伦理上的问题,所以当今社会的普遍
21、观点是禁止克隆人的实验;治疗性克隆对于一些重大疾病的治疗具有积极的意义,所以并不反对治疗性克隆,B项正确。科学地设计试管婴儿对于治疗不孕不育及一些难治之症具有积极的意义,但有人却滥用此技术选择性设计婴儿,所以设计试管婴儿遭到反对,C项正确。干扰素并不能用于制造生物武器,多用于治疗一些病毒性疾病,D项错误。2.克隆羊多利的问世,在全世界引发了一场大讨论,其中关于治疗性克隆的问题也成为人们关注的焦点。如图所示为人类治疗性克隆的大概过程,请据图作答:(1)过程A表示,是目前实现体细胞克隆的关键技术,该技术的主要操作是应用口才的体细胞作为核供体,由提供细胞质,进行人工重组。(2)经过程B得到的结构中,
22、是未分化的细胞,因而这些细胞被认为是胚胎干细胞。在体外培养条件下,胚胎干细胞具有增殖能力并保持状态。(3)治疗性克隆的结果说明高度分化的体细胞核。相同的胚胎干细胞,“克隆”的结果各种各样,如有的是神经细胞,有的是血细胞,有的是肌肉细胞,究其本质原因是的结果。(4)对于治疗性克隆仍然存在许多争论,有一男子患有白血病,后经医生利用其出生时保留的脐带血进行治疗后康复,你认为这种做法符合伦理道德吗?,为什么?。答案答案(1)细胞核移植卵子(次级卵母细胞)(2)未分化(3)全能性可以表达基因选择性表达(4)符合因为脐带血不是来自胚胎,其中的造血干细胞属于成体干细胞解析解析(1)从图中可以看出,A是细胞核移植的过程。(2)胚胎干细胞在体外培养的时候,能保持未分化状态。(3)在现有的条件下,动物细胞的全能性不能得到表达,但是动物细胞核的全能性可以表达出来;在分化成各种细胞的过程中,基因进行了选择性表达。(4)我们不支持生殖性克隆,但支持治疗性克隆。治疗性克隆符合伦理道德,特别是用脐带血进行治疗(并非胚胎)更符合伦理道德。