专题 胚胎工程、生态工程二轮（李洪）

专题   胚胎工程、生态工程

考纲要求：

动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础I

胚胎干细胞的移植I

胚胎工程的应用II

转基因生物的安全性、生物武器对人类的威胁、生物技术中的伦理问题I

简述生态工程的原理II

生态工程的实例I

科学探究和科学思维

1、通过自主探究学习胚胎移植的基本程序学会用准确的生物术语进行表达。

2、通过 “试管婴儿”和“试管动物”的产生过程及其意义的学习来了解主要技术的操作流程

通过归纳整理哺乳动物精（卵）发生、受精和早期胚胎发育等过程的特点和主线，发展阅读观察、理解交流和图式转换能力。

3、尝试设计简单的生态工程。

社会责任

1、认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义、认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。

2、关注胚胎工程的研究进展和应用价值。

3、评述生态工程发展前景，说出生态工程的局限性。

4、树立可持续发展的观念，关注我国在生态工程建设方面的成就。

重点、难点：

1、利用胚胎工程中的原理分析、解释生产、生活中的实例

2、设计简单的生态工程

教学方法：

讲、练结合

课时：4课时

[课前循图忆知]

教学过程：

考点一　胚胎工程

做真题·明方向

例．(2015·山东高考)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流程如下：

(1)过程①采用的是细胞工程中的____________技术，过程②采用的是胚胎工程中的__________________技术。

(2)体细胞进行体外培养时，所需气体主要有O₂和CO₂，其中CO₂的作用是维持培养液(基)的________。

(3)如果克隆过程中需进行基因改造，在构建基因表达载体(重组载体)时必须使用____________和____________两种工具酶。基因表达载体上除目的基因外，还需有________基因，以便选出成功导入基因表达载体的细胞。

(4)胚胎干细胞可以来自囊胚中的______________。在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。若将图中获得的组织器官移植给个体________(填“A”或“B”)，则不会发生免疫排斥反应。

解析：(1)过程①表示将体细胞核移入去核卵母细胞，即核移植技术；过程②表示早期胚胎培养技术。(2)体细胞进行体外培养时，CO₂的主要作用是维持培养液(基)的pH。(3)构建基因表达载体时需要限制酶和DNA连接酶两种工具酶；基因表达载体上的标记基因的作用是便于筛选出成功导入基因表达载体的细胞。(4)囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性，属于胚胎干细胞。在图示过程中，个体B提供的是细胞核，分化形成的组织器官的性状主要是由来自个体B的遗传物质决定的，因此体外培养获得的组织器官移入个体B不会发生免疫排斥反应。

答案：(1)(体细胞)核移植　(早期)胚胎培养　(2)pH(或：酸碱度)　(3)限制性(核酸)内切酶(或：限制酶)　DNA连接酶(注：两空可颠倒)　标记　(4)内细胞团　B

2．(2015·重庆高考)某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。

(1)拟进行如下杂交：

A(具高产奶基因的纯种)×♀B(具适宜本地生长基因的纯种)→C

选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常________。若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是________性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是________，后代中出现这种母牛的概率是________(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。

(2)用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。

精子要具有受精能力，需对其进行________处理；卵子的成熟在过程________中完成。在过程④的培养基中含有葡萄糖，其作用是________。为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的____________________。子代母牛的优良性状与过程________的基因重组有关。

(3)为了提高已有胚胎的利用率，可采用________技术。

解析：(1)用具有适宜本地生长基因的纯种母牛作母本的原因之一是胚胎能在母体内正常生长发育。设控制产奶量高低的基因分别用T、t表示，控制适应性强弱的基因分别用R、r表示。杂交后代C中的母牛表现为适应性强但产奶量并未提高，说明高产奶、低适应性均为隐性性状，则推导出A的基因型为ttrr，B的基因型为TTRR，C的基因型为TtRr。通过回交，即C牛与A牛杂交(TtRr×ttrr)，获得高产奶量且适应性强的母牛的概率为1/2×1/2×1/2＝1/8。(2)在体外受精过程中，从供体公牛获得的精子经获能处理后，才具有受精能力。从供体母牛采集的卵子经培养达到MⅡ期后在与精子受精过程中最终成熟。由于受精作用的随机性，为筛选出具有优良性状的母牛，在胚胎移植前应鉴定胚胎的性别、是否具有高产奶基因和适应本地生长的基因。由于公牛为隐性纯合子，所以子代母牛的优良性状与供体母牛减数分裂产生卵子的过程中的基因重组有关。(3)提高已有胚胎利用率的最好措施是胚胎分割。

答案：(1)生长发育或胚胎发育　隐性　♂A×♀C　1/8

(2)获能或增强活力　③　供能　性别、高产奶和适应生长的基因　②　(3)胚胎分割

理教材·固根基

学生活动：填写下图，后教师点评，学生修正

1．准确记忆早期胚胎发育过程(填图)

2．熟知胚胎工程的操作流程(据图填空)

(1)胚胎移植过程中两次使用激素，第一次常用孕激素对供、受体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素对供体做超数排卵处理。

(2)胚胎移植过程中的两次检查：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。

(3)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖，取决于胚胎是由受精卵形成的(有性生殖)，还是由核移植技术形成重组细胞发育而成或胚胎分割形成的(无性生殖)。

练热点·会迁移

1．回答下列有关胚胎工程方面的问题：

(1)自然状况下的胚胎干细胞是由哺乳动物的早期胚胎或____________中分离出来的一类细胞。

(2)胚胎干细胞在形态上表现为体积小，细胞核大，________明显；在功能上具有________________。

(3)若要同时产生多个相同的转基因牛，常用到____________技术，在操作时要对内细胞团进行____________。

(4)胚胎移植是否成功，与供体和受体的生理状况有关，大量的研究已经证明，受体子宫对植入的胚胎基本不发生________________。

解析：(1)胚胎干细胞的来源是哺乳动物的早期胚胎或原始性腺。(2)胚胎干细胞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。(3)若要同时产生多个相同的转基因牛，常用到胚胎分割技术，若选用囊胚进行胚胎分割，要注意对其内细胞团均等分割。内细胞团是全能干细胞，若分割不均，可能影响分割后胚胎的发育。(4)胚胎移植是否成功，与供体和受体的生理状况有关，受体子宫对植入的胚胎基本不发生免疫排斥反应。

答案：(1)原始性腺　(2)核仁　发育的全能性　(3)胚胎分割　均等分割　(4)免疫排斥反应

2．全球首批经全基因组测序的PGD/PGS试管婴儿在长沙诞生。新技术的突破意味着通过设计试管婴儿解决部分不孕不育问题的同时，部分肿瘤疾病、遗传性疾病的家族性遗传也将有望避免。

(1)设计试管婴儿时为了提高受孕率，胚胎移植时多采用多胚胎移植，因此需要用____________处理促进母亲排出更多的卵子。

(2)胚胎发育的卵裂期在____________(填“透明带”或“放射冠”)内进行。受精卵经72 h体外培养发育成由32细胞左右的桑椹胚，可用于胚胎移植。胚胎工程是指对动物的早期胚胎或____________所进行的多种显微操作和处理技术，还包括体外受精、胚胎分割移植、胚胎干细胞培养等技术。

(3)为了某些需要，需对胚胎的性别进行鉴定。目前最有效最准确的方法是SRY­PCR法，操作的基本程序是：从被测的囊胚中取出几个____________(填“滋养层”或“内细胞团”)细胞，提取DNA；然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段核苷酸序列作____________，以______________为模板进行PCR扩增；最后与SRY特异性探针出现阳性反应者，胚胎为_______性。

(4)设计试管婴儿、克隆人等都是引起人们广泛争论的问题。我国不反对治疗性克隆，即可利用人体细胞核移植等技术治疗人类疾病，在去除卵母细胞的细胞核时，可用微型吸管把位于__________和_________之间的第一极体一并吸出。

解析：(1)给女性注射促性腺激素可促使其超数排卵。(2)胚胎发育的卵裂期是在透明带内进行的。胚胎工程是指对动物的早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术。(3)目前，对胚胎的性别进行鉴定的最有效最准确的方法是SRY­PCR法，操作的基本程序是：从被测的囊胚中取出几个滋养层细胞，提取DNA；然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段核苷酸序列作引物，以滋养层细胞的DNA为模板进行PCR扩增；与SRY特异性探针出现阳性反应者，说明其含有Y染色体，为男性。(4)治疗性克隆是指利用人体细胞核移植等技术治疗人类疾病，在去除卵母细胞的细胞核时，可用微型吸管把位于卵细胞膜和透明带之间的第一极体一并吸出。

答案：(1)促性腺激素　(2)透明带　配子　(3)滋养层　引物　滋养层细胞的DNA　男　(4)卵细胞膜　透明带

考点二　生态工程

做真题·明方向

1．(2011·全国卷)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：

(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过______________呼吸将有机物分解。

(2)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________(填“生态系统”“群落”或“种群”)。在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于______所固定的________能。

(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、________________和________________等原理。

(4)一般来说，生态工程的主要任务是对________________________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。

解析：(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中，厌氧沉淀池中厌氧型微生物通过无氧呼吸将有机物分解，曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解，兼氧池中微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)群落是一定的自然区域内相互间有直接或间接关系的各种生物的总和，故该植物池中的生产者、消费者和分解者共同组成了群落；植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都最终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程的建设要考虑社会、经济和自然的统一，生物与环境相协调，充分利用废弃物中的物质和能量，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性，故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善。

答案：(1)无氧和有氧(或细胞)　(2)群落　一　生产者　太阳　(3)物质循环再生　物种多样性　(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)

2．(2014·重庆高考)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。

(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如右图所示。t₀→t₁，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________________，导致群落中植物物种数增加；t₁→t₃，人工林抵抗力稳定性的变化是________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。

(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________原理。

解析：(1)生态系统成分中的分解者可将有机物转化为无机物，供生产者利用。在群落次生演替过程中，土壤中原有的植物种子或繁殖体增加了人工林生态系统中的植物物种数。图示t₁→t₃阶段，植物物种数增加，该生态系统的抵抗力稳定性增强。植物物种数逐渐增加，物种之间竞争加剧。(2)人工林的建设和园林景观的构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，主要体现了生态工程的整体性原理。

答案：(1)分解者　种子或繁殖体　增强　竞争　

(2)整体性(系统论)

理教材·固根基

学生活动：学生填写下图，教师点评，学生修正

1．熟记生态工程的原理和实例(填图)

2．准确判断生态工程实例中的主要原理(填表)

练热点·会迁移

1．奶牛场每天排放大量的粪便、饲料残渣，如不处理会严重影响周边人、畜的饮水安全等。如图是某奶牛场废水处理流程图，请回答：

(1)输入此氧化塘的能量有________________。

(2)氧化塘后部的溶解氧含量比前部的________。

(3)废水流入厌氧池前，需经稀释处理，是为了防止____________________________________。

(4)氧化塘后部种植莲等挺水植物，有利于减少出水口处水中的浮游藻类，原因是________________________________________。

(5)控制废水流入氧化塘的速率，除有利于氧化塘中有机物被充分分解外，还有利于____________________，使出水口处的水质达到排放要求。

解析：(1)废水中的有机物含有能量，因此输入氧化塘的能量有太阳能和废水中有机物的化学能。(2)前部有机污染物浓度高，部分好氧微生物分解有机物会消耗氧，同时沉水植物根际的厌氧环境有利于厌氧细菌的活动，分解水中的有机物，为氧化塘后部的植物提供营养，利于它们进行光合作用，产生氧气，因此经过处理后的氧化塘后部的溶解氧含量比前部的高。(3)废水中含有大量的污染物流入厌氧池，若厌氧池污染物浓度过大，会导致微生物失水过多而死亡，因此废水流入厌氧池前，需经稀释处理。(4)氧化塘后部种植莲等挺水植物，挺水植物起遮光作用，影响浮游藻类的光合作用，有利于减少出水口处水中的浮游藻类。(5)控制废水流入氧化塘的速率，除有利于氧化塘中有机物被充分分解外，还有利于无机盐被充分吸收，使出水口处的水质达到排放要求。

答案：(1)太阳能和化学能　(2)高　(3)避免浓度过高，微生物过度失水而死亡　(4)挺水植物起遮光作用，影响浮游藻类的光合作用　(5)无机盐被充分吸收

2．最近，科学家发明了一种新型的稳定塘污水生态处理系统，取得良好效果。稳定塘是一种人工构筑、以净化污水为目的工程设施，具有围堤、防渗层等。稳定塘包括好氧塘、兼性塘、厌氧塘等。稳定塘污水生态处理系统的主要指标见下表，请分析有关材料，回答下列问题：

(1)从表中数据可以发现：不同的稳定塘水深差异明显。这主要是与稳定塘生态系统中的分解者对____________的需求不同有关。

(2)好氧塘内藻类生长通常比正常情况要快，其主要原因是________________________________。

(3)污水在厌氧塘中停留时间特别长的原因主要是__________________________________________________。同时，废水不能过量流入厌氧塘，说明生态系统的____________能力有限。经过稳定塘处理的污水，再流经潜流湿地，就能作为农业、工业用水。该系统主要依据了生态工程中________________、________________等原理。

(4)由于人们长期向湖泊、河流中大量排放生活污水(和某些工农业废水)，导致水华现象频繁发生。通过人工打捞、投放大量化学杀藻剂等紧急处理是常用的治理方法。近年来，人们还采用投放食浮游植物的鱼类、种植大型挺水植物和人工浮床等方法构建生物修复系统，收到较好的效果。与用杀藻剂处理水华相比，生物修复方法的主要优点是________________和______________________。

解析：(1)从表中数据可以发现：不同的稳定塘水深差异明显。这主要是与稳定塘生态系统中的分解者对氧气的需求不同有关。(2)好氧塘内，好氧菌的代谢速度相对较快，产生CO₂和无机盐多，有利于藻类的生长。(3)污水中的大量有机物进入厌氧塘，导致厌氧塘中厌氧菌分解有机物时间长，但流入量不能太多，否则会导致原有的生态系统平衡被打破，这也体现了厌氧塘的自我调节能力是有限的。好氧菌、兼氧菌、厌氧菌和藻类等生物体现了物种多样性原理；分解后的产物重新被植物利用，净化后的水被重新利用，这些都体现了物质循环再生的原理。(4)与用杀藻剂处理水华相比，生物修复方法的主要优点是能减少环境污染和保护生物多样性。

答案：(1)溶氧量(或氧气)　(2)分解者分解有机物，为藻类提供CO₂和无机盐　(3)厌氧塘处理污水中有机物浓度高，其厌氧菌分解大量有机物所需时间长　自我调节　物种多样性原理　物质循环再生原理　(4)减少环境污染　保护生物多样性(或不杀伤天敌，或不会使藻类产生抗药性，答案合理即可)

作业布置

课时、专题练习十三

课后反思