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2017届高三生物(通用版)二轮复习 第1部分 第2讲 胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题、生态工程

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第2讲

胚胎工程、生物技术的安全性
全国卷 5 年考情导向

和伦理问题、生态工程
考 点 1.动物胚胎发育的基本过 程与胚胎工程的理论基础 5 年均未考查 (Ⅰ) 2.胚胎干细胞的移植(Ⅰ) 5 年均未考查 2016· 甲卷 T40:胚胎移植 3.胚胎工程的应用(Ⅱ) 考 题 考 情 1.从近五年的全国卷命题 来看,对于胚胎移植的概 念及移植胚胎的来源有所 考查, 其他知识均未涉及。 2. 多以简单的科研实例为

在克隆哺乳动物中的应用 载体考查本部分知识。如 2013· 卷ⅠT40:胚胎移植 的概念 胚胎移植的概念、基本程 序等。有时也会结合基因 工程技术或动物细胞工程 技术综合考查。 3. 备考时, 注意以下两个 方面: (1)图解分析法理解胚胎 发育的过程和胚胎移植的 程序。 5 年均未考查 5 年均未考查 (2)列表比较法理解生态 工程的五个原理与实例。

4.转基因生物的安全性 (Ⅰ) 5.生物武器对人类的威胁 (Ⅰ) 6.生物技术中的伦理问题 (Ⅰ) 7.简述生态工程的原理 (Ⅱ) 8.生态工程的实例(Ⅰ)

5 年均未考查

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5 年均未考查

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考点串讲 1| 胚胎工程及生物技术的安全性与伦理问题

1.(2013· 全国卷Ⅰ)阅读如下资料: 资料甲: 科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中, 得到了体型巨大的“超 级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。 资料乙:T4 溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码 T4 溶菌酶的基因 进行了改造,使其表达的 T4 溶菌酶第 3 位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨 酸与第 97 位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了 T4 溶菌酶的耐热性。 资料丙:兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体,科学家将兔甲受精卵发育 成的胚胎移植到兔乙体内,成功产出兔甲的后代,证实了同一物种的胚胎可在不 同个体的体内发育。 回答下列问题: (1) 资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 ________法。构建基因表达载体常用的工具酶是 ________和________。在培育有 些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是______________________ _____________________________________。 (2)资料乙中的技术属于________工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关 理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对 ________ 进行改造,或制造一种 ________的技术。在该实例中,引起 T4 溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽 链的________序列发生了改变。 (3) 资料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到 ________种的、生理状态相同的另一个雌性动物体内,使之继续发育成新个体的 技术。在资料丙的实例中,兔甲称为________体,兔乙称为________体。 【解析】 识解答。 (1)小鼠细胞为动物细胞,将基因表达载体导入动物细胞常用的方法是显微注 射法;构建基因表达载体常用的工具酶是限制性内切酶和 DNA 连接酶;将基因表 达载体导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法,农杆菌的作用是作为载体,将 目的基因导入受体细胞。
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根据题目条件,结合基因工程、蛋白质工程和胚胎工程的相关知

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(2)从资料乙中可以得出是对基因进行改造, 结果是得到耐热性提高的蛋白质, 因此属于蛋白质工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基 因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术。对 基因进行改造后,第 3 位的异亮氨酸变为半胱氨酸,该半胱氨酸与第 97 位的半胱 氨酸之间形成了二硫键,引起了空间结构的改变,所以最终是由于氨基酸序列的 改变导致了空间结构的改变。 (3)胚胎工程中胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎,或者通过体外受精及其 他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内,使之 继续发育为新个体的技术。资料丙中甲兔提供受精卵,所以甲兔是供体;胚胎在 乙兔子宫内发育,所以乙兔为受体。 【答案】 (1)显微注射 限制性内切酶 DNA 连接酶 农杆菌可感染植物,

将目的基因转移到受体细胞中 (2)蛋白质 (3)同 供 现有的蛋白质 受 新蛋白质 氨基酸

1.准确记忆早期胚胎发育过程

2.培养液的成分及早期胚胎去向 (1)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
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酸(两酸),另外还有水、血清等。 (2)胚胎去向:向受体移植或冷冻保存。 3.理清胚胎移植、胚胎分割和胚胎干细胞的内在联系

(1)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,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。 (2)胚胎移植的优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。 (3)胚胎分割的 2 个注意事项 ①材料选择:选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。 ②分割注意点:选材为囊胚时,注意将内细胞团均等分割。 4.生物工程技术应用组合 (1)转基因植物培育:基因工程+植物组织培养。 (2)转基因动物培育:基因工程+动物细胞培养+胚胎移植。 (3)克隆动物培育:核移植+动物细胞培养+胚胎移植。 (4)植物体细胞杂交:酶工程+体细胞融合+植物组织培养。 (5)试管婴儿培育:体外受精+动物细胞培养+胚胎移植。

考向 1 胚胎工程技术及应用 1.为了加快优良种牛的繁殖速度,科学家采用了以下两种方法,请根据图示 信息回答下列问题。

(1)试管牛的培育属于________(“有性繁殖”或“无性繁殖”); 试管牛和克隆
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牛的培育过程中均用到的工程技术有早期胚胎培养、 ________等;克隆牛的培育 依据的原理是____________________。 (2)促使 B 牛多排卵的激素一般是________。对 B 牛和 D 牛要进行________ 处理。 (3)在受精的过程中,卵子受精的标志是__________________________。 (4)在建立生产生长激素的乳腺生物反应器的过程中,科学家将____________ 和乳腺蛋白基因的________、________等调控组件重组在一起(该过程需要用到的 酶是________________),再通过________法导入牛的________中。 【解析】 (1)试管牛的培育属于有性繁殖,试管牛和克隆牛的培育过程中均

用到的工程技术有早期胚胎培养、胚胎移植等;克隆牛的培育依据的原理是动物 细胞核具有全能性。 (2)一般用促性腺激素处理供体母牛,促使其超数排卵;胚胎移植时,要对受 体母畜和供体母畜进行同期发情处理。 (3)在受精的过程中,卵子受精的标志是在透明带和卵细胞膜间有两个极体。 (4)在建立生产生长激素的乳腺生物反应器的过程中,科学家将生长激素基因 和乳腺蛋白基因的启动子、终止子等调控组件重组在一起(该过程需要用到的酶是 限制酶和 DNA 连接酶),再通过显微注射法导入牛的受精卵中。 【答案】 (1)有性繁殖 同期发情 胚胎移植 动物细胞核具有全能性

(2)促性腺激素

(3)在透明带和卵细胞膜间有两个极体 (4)生长激素基因 精卵 启动子 终止子 限制酶和 DNA 连接酶 显微注射 受

胚胎移植的几个易错点 1.实质:早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换。 2.两次使用激素: 第一次:同期发情处理; 第二次:促性腺激素,供体超数排卵处理。 3.“冲卵”的不同: (1)胚胎移植过程冲出的是早期胚胎。
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(2)体外受精过程冲出的是卵子。 4.两次检查:第一次对收集的胚胎进行检查;第二次对受体是否妊娠进行检 查。 5.可移植时期:桑椹胚或囊胚。 考向 2 基因工程、细胞工程和胚胎工程的综合考查 2.下图是科学家通过不同方法培育优良种牛的过程,其中①~⑥表示操作过 程。请回答以下问题: 【导学号:15482077】

(1)图中①过程涉及的精子需进行________处理;防止多精入卵的两道屏障为 ___________________________________________________________。 (2)对图中良种母牛注射促性腺激素的目的是________________。 (3)图中②过程所用的方法是________。外源基因插入牛受精卵中的 DNA 上 后,有的受精卵能发育成转基因牛,而有的会死亡,请分析外源基因插入牛受精 卵中的 DNA 上后导致受精卵死亡的最可能原因: _______________________ ___________________________________________________________________。 (4)图中 b、c 分别代表囊胚的____________________________________。 (5)图中④过程表示____________________,由一个囊胚经④过程得到的 B、C 牛性别相同的概率为________。 【解析】 (1)图中①过程指的是获能的精子与成熟卵细胞结合成合子,完成

受精作用的过程。防止多精入卵的两道屏障为透明带反应和卵细胞膜反应。 (2)为 了使良种奶牛产生多个卵细胞,需用促性腺激素处理。 (3)基因工程将目的基因导 入受体细胞的 DNA 中,如果破坏生命活动必需的某些基因,受体细胞将会死亡, 不能发育成转基因生物。(4)由一个囊胚得到两个个体,过程要涉及胚胎分割和胚 胎移植技术,且得到的两个个体性别相同。 【答案】 (1)获能 透明带反应、卵细胞膜反应

(2)促使其超数排卵 (3)显微注射法 外源基因插入牛受精卵中的 DNA 上后导致受精卵内生命活
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动必需的某些基因不能表达(合理即可) (4)囊胚腔、内细胞团 (5)胚胎分割和胚胎移植(答不全不给分) 100% 考向 3 生物技术的安全和伦理问题 3.一对健康夫妇生下一男婴,一岁时脑出血死亡,二年后女方怀孕 6 个月时, 经羊水及脐带血诊断为男孩且患血友病,遂引产。于是夫妇俩到广州中山医附属 医院做试管婴儿。医生培养 7 个活体胚胎,抽取每个胚胎 1~2 个细胞检查后,选 两个胚胎移植,最后一个移植成功,出生了一健康婴儿(我国第三代试管婴儿)。请 回答: (1)医生抽取活体胚胎的 1 或 2 个细胞后,可通过显微镜观察____________判 断早期胚胎的性别,你认为医生应选择________性胚胎进行移植。 (2) 试管婴儿技术作为现代生物技术和母亲正常怀孕生产过程的不同点在于 ______________________________。 (3)供体器官的短缺和排斥反应是制约器官移植的两个重要问题,而治疗性克 隆能最终解决这两个问题。下图是治疗性克隆的过程图解:

请填出图中横线上的名称:①________;②____________。 (4)上图中的③④表示的生理过程是_______,该过程的本质是___________。 (5)我国禁止生殖性克隆,但不反对治疗性克隆的研究,请你谈谈反对克隆人 的原因是______________________________________________________________ __________________________________________________。(至少答两点) 【解析】 (1)在细胞有丝分裂中期,可通过观察性染色体的形态来判断性别; 双亲的基因型为 XBY 和 XBXb, 后代中女孩均正常, 而男孩有一半的概率会患血友 病,因此应该选择女性胚胎进行移植。 (2)试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精, 并通过培养发育为早期胚胎后,再经移植后产生后代的技术。 “试管婴儿”实质 上就是体外受精和胚胎移植的“产物”,但试管婴儿技术和母亲正常怀孕生产的
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过程都有双亲生殖细胞融合为合子的过程。 (3)图示为治疗性克隆过程,其中①是细胞核,②是囊胚中的内细胞团细胞。 (4)图中③④表示细胞分化过程,其本质是基因的选择性表达。 (5)生殖性克隆的缺点:①严重违反了人类伦理道德;②冲击了现有的婚姻、 家庭和两性关系等传统的伦理道德观念; ③是在人为地制造心理上和社会地位上 都不健全的人;④克隆技术尚不成熟,可能克隆出有严重生理缺陷的孩子等。 【答案】 (3)细胞核 (1)性染色体形态 女 (2)试管婴儿是体外受精,胚胎移植的产物 基因的选择性表达 (5)①严重违反了

内细胞团细胞

(4)细胞分化

人类伦理道德;②冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念; ③是在人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人;④克隆技术尚不成熟,可 能克隆出有严重生理缺陷的孩子

有关伦理问题的两组概念比较 1.治疗性克隆和生殖性克隆的区别与联系 项目 目的 区 别 联系 水平 细胞水平 个体水平 都属无性繁殖 治疗性克隆 生殖性克隆

治疗人类疾病 用于生育, 产生新个体

注:中国政府的态度是禁止生殖性克隆人,但不反对治疗性克隆。 2.试管婴儿和设计试管婴儿的异同点

(1)设计试管婴儿比试管婴儿多出的是过程④。 (2)试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿用于白血病、贫 血症等疾病的治疗。 (3)两者都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过胚胎移植,都是 有性生殖。

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考点串讲 2| 生态工程

1.(2011· 新课标卷)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,并提高生态统的生产力。 【解析】 (1)依据题干提供的信息分析,污水流经厌氧沉淀池时,有些微生

物能通过无氧呼吸分解有机物;流经曝气池时,有些微生物能通过有氧呼吸分解 有机物;流经兼氧池后,微生物能通过有氧呼吸和无氧呼吸分解有机物。 (2)据本小题提供的信息可推知植物池中所有的生物构成了群落。植物处于食 物链的第一营养级;植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于生产者所固定的太 阳能。 (3)生态工程所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、物种多样性原理、系统学和工程学原理等。 (4)根据小题中提供的信息可 推测出,生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境或受损的生态系统进行修 复。 【答案】 (2)群落 (1)无氧和有氧(或细胞) 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)
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1.牢记 5 种生态工程具体实例的生态学原理 (1)无废弃物农业——遵循物质循环再生原理。 (2)单一人工林比天然混合林稳定性低,易爆发虫害——物种多样性原理。 (3)草原确定合理载畜量,不能过度放牧——协调与平衡原理。 (4)污水排放与水体富营养化,引种考虑适应环境——协调与平衡原理。 (5)林业生态工程建设,既考虑种树又考虑生活问题——整体性原理。 2.明确设计农业生态系统符合的 6 个原则 (1)应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则。 (2)应当能够构成一个合理的生产结构。 (3)应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。 (4)应当体现减少环境污染的原则。 (5)应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益。 (6)应当能够实现物质的良性循环。 3.理清生态工程的两种模式 (1)桑基鱼塘模式 ①特点:人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼,鱼粪肥塘, 塘泥肥田、肥桑,从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收。 ②图示:

(2)沼气农田立体养殖模式 ①特点:通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素,缩短生产周期, 大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。 ②图示:

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考向

生态工程的原理及应用

1.北京郊区的窦店村实施了以沼气工程为中心的农村综合发展性生态工程。 据图回答问题:

(1)沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的同时,还可以节省林木、保护 植被、减轻________。同时,沼渣用作畜禽饲料和农作物肥料,体现了生态工程 的____________原理。 (2)从生态系统的组成成分,蓝绿萍属于________。除了生态系统的组成成分, 生态系统的结构还包括______________。鱼等消费者通过自身代谢,将有机物转 化为无机物,加快了生态系统的________。 (3) 进行生态工程建设时,要处理好生态与环境的协调与平衡,需要考虑 ________,若超过相应的限度,会引起系统的失衡与破坏。 (4)与农业生态系统相比较,自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高,主要原 因是______________________________________________________________ ___________________________________________________________。 生态系统稳定性的基础是生态系统普遍存在的________机制。 【解析】 (1)沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的同时,还可以节省

林木、保护植被、减轻环境污染。同时,沼渣用作畜禽饲料和农作物肥料,体现 了生态工程的物质循环再生原理。
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(2)蓝绿萍是植物,从生态系统的组成成分来看属于生产者。除了生态系统的 组成成分,生态系统的结构还包括营养结构(食物链和食物网)。鱼等消费者通过自 身代谢,将有机物转化为无机物,加快了生态系统的物质循环。 (3)进行生态工程建设时,要处理好生态与环境的协调与平衡,需要考虑环境 承载力,若超过相应的限度,会引起系统的失衡与破坏。 (4)与农业生态系统相比较,自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高,主要原 因是生态系统组分多,食物网复杂,自动调节能力强。生态系统稳定性的基础是 生态系统普遍存在的负反馈调节机制。 【答案】 (1)环境污染 物质循环再生 (2)生产者 食物链和食物网 物质 负反

循环 (3)环境承载力 馈调节

(4)生态系统组分多,食物网复杂,自动调节能力强

2.2015 年 3 月,柴静的纪录片《穹顶之下》引发了全国人民对雾霾的关注和 讨论。生态环境与生态经济再次推上舆论的焦点。建设社会主义新农村的关键是 构建和谐社会,发展生态农业,走可持续发展之路。下图为某地一生态工程建设 模式图,请据图回答有关问题:

(1)生态经济:使一个系统产出的污染物,能够成为本系统或另一个系统的生 产原料,从而实现废弃物的资源化。“无废弃物农业”体现了生态工程的 ______________原理。 (2)该生态工程模式的最大优点是___________________________。 该生态工程 种植不同的农作物、果树、苗木,饲养牛、猪、鸡等多种畜禽,这体现了生态工 程的______________原理。 (3)该生态工程中,处于第二营养级的生物除鸡、奶牛、鱼外还有 _______(写 全才能给分 ) ,该生态工程建设中,鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其 ________。
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【解析】

(1)无废弃物农业体现的是物质循环再生原理。

(2)以沼气工程为中心的生态工程,各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料养畜、 禽、鱼,人、畜、禽的粪便作为原料生产沼气,最大的优点是充分利用了废弃物 中的物质和能量,实现了物质和能量的分级多层次利用,同时又减少了环境污染。 生态工程中,适当增加农作物、饲养畜禽等生物种类,使生态系统营养结构复杂, 自我调节能力增强,抵抗力稳定性增加,这体现了生态工程的物种多样性原理。 (3)读图可知,处于第二营养级的生物除鸡、奶牛、鱼外还有猪、人。鱼塘中 养鱼时要考虑环境容纳量,投放的鱼苗量不能太多。 【答案】 (1)物质循环再生 (2)实现能量和物质的分层次多级利用(或提高物 物种多样性 (3)猪、人 环境容纳量(K 值)

质和能量的利用率),减少环境污染

生态工程设计的常用方法 1.生态工程设计的常用方法之一是食物链(网)的“相接”。例如,在稻田养 鱼的农业生态工程中, 鱼与稻原属于不同生态系统的食物链(网), 但在人为调控下, 将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼(如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等)的鱼苗放养在稻 田中,使稻田生态系统的结构有所改变,物质循环和能量流动更为合理。这表现 在鱼类摄食杂草,减少了杂草在阳光、养分方面与水稻的竞争;鱼粪中含有丰富 的氮、磷,增加了水稻的肥源;滤食性和杂食性鱼能摄食稻田中的浮游生物、底 栖动物等。 2.生态工程设计的常用方法之二是食物链(网)的“加环”。“加环”可为未 被利用的部分找到出路。例如,用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等,其残余物 用来培养食用菌,栽培食用菌后的残余物再用来养殖蛆蛹,蛆蛹粪再作为优良有 机肥还田等。

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