高考生物二轮现代生物科技安全性和伦理问题、生态工程名师讲义
详细内容
胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题、生态工程
一、胚胎工程
1．受精作用和早期胚胎发育过程：
(1)受精条件。
精子必须经过①获能过程，卵母细胞必须发育至减Ⅱ中期才能参与受精作用。
(2)受精过程。
②过程中防止多精入卵的两道屏障分别是透明带反应和卵细胞膜反应。
(3)早期胚胎发育过程。
卵裂期整个胚胎的体积基本不变，每个细胞的体积减小；开始出现细胞分化的时期是囊胚期。
2．胚胎干细胞：
(1)来源：早期胚胎或原始性腺。
(2)特点：体积小、细胞核大、核仁明显，具有发育的全能性。
(3)应用：治疗某些顽症；定向培育人造组织器官；研究体外细胞分化和细胞凋亡的机理。
3．胚胎移植：
(1)胚胎移植的理论基础。
①移入：经同期发情处理后，同种供受体生殖器官的生理变化相同。
②收集：早期胚胎形成后，未与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态。
③存活：受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应。
④发育；供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，且不影响供体胚胎的遗传特性。
(2)胚胎移植的实质和意义。
①实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
②意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。
(3)胚胎移植操作流程。
二、生物技术的安全性与伦理问题
1．转基因生物的安全性问题：
(1)食物安全：滞后效应、过敏原、营养成分的改变(实质性等同)。
(2)生物安全：对生物多样性的影响。
(3)环境安全：对生态系统稳定性的影响。
2．生物技术引发的伦理问题：
(1)克隆人技术。
①违反人类伦理道德。
②冲击现有的婚姻、家庭和两性关系等传统伦理道德观念。
③人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。
(2)设计试管婴儿。
①把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重。
②抛弃或杀死配型不合适的多余胚胎，无异于“谋杀”。
(3)基因检测。
①对个人隐私权提出挑战。
②制造基因歧视。
3．正确看待生物技术：
(1)正视转基因技术可能带来的安全性问题，要趋利避害，不能因噎废食。
(2)支持治疗性克隆，反对任何生殖性克隆人实验。
三、生态工程原理
内容举例
物质循环再生原理物质能够在生态系统中循环利用，提高能量利用效率无废弃物农业
物种多样性原理物种越多，营养关系越复杂的生态系统具有越高的抵抗力稳定性单纯林引起的“绿色荒漠”问题
协调与平衡原理需要考虑环境承载力(环境容纳量)，即某种环境所能养活的生物种群的最大数量赤潮和水华等水体富营养化问题
整体性原理既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑社会和经济等系统的影响力林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题
系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式桑基鱼塘
系统整体性原理：总体功能大于各部分之和藻类和珊瑚虫的关系
1．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害。( )
【答案】 × 分析：大多数国家对转基因农产品实施了产品标识，但有无危害性尚不明确，不可能都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害。
2．绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性。( )
【答案】 √ 分析：物种之间具有生殖隔离，一般只有同种生物的精子和卵细胞才能相互识别并结合为受精卵。
3．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液都需加入动物血清。( )
【答案】 √ 分析：早期胚胎培养是动物细胞培养技术的应用，需要加入动物血清。
4．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。( )
【答案】 × 分析：适于移植的胚胎应是桑椹胚或囊胚，原肠胚不宜进行胚胎移植。
5．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。( )
【答案】 √ 分析：早期胚胎的所有细胞均来自于同一个受精卵的有丝分裂，所有细胞的基因组成相同。
6．如转基因植物的外源基因来自于自然界，则不存在安全性问题。( )
【答案】 × 分析：转基因植物的外源基因可能导致有害物质的产生，或进入杂草体内，导致安全性问题。
7．实施生态工程的目的是为人们提供丰富的生产和生活物质。( )
【答案】 × 分析：实施生态工程的目的是发挥资源的生产潜力。防治环境污染，达到经济效益与生态效益的同步发展，而不是单纯获取生产和生活物质。
8．胚胎干细胞具有细胞核大，核仁小和蛋白质合成旺盛的特点。( )
【答案】 × 分析：胚胎干细胞分裂旺盛，具有细胞核大、核仁大而明显、蛋白质合成旺盛的特点。
胚胎工程
【典例1】 (2014•山东理综)人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白，可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。流程如下：
(1)htPA基因与载体用________切割后，通过DNA连接酶连接，以构建重组表达载体。检测目的基因是否已插入受体细胞DNA，可采用________技术。
(2)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使其________。采集的精子需要经过______，才具备受精能力。
(3)将重组表达载体导入受精卵常用的方法是________________。为了获得母羊，移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行________。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体，这体现了早期胚胎细胞的________。
(4)若在转htPA基因母羊的羊乳中检测到________，说明目的基因成功表达。
【解析】 (1)将目的基因和载体用同一种限制酶切割后能产生相同的黏性末端，便于构成表达载体。检测目的基因是否成功插入的技术为DNA分子杂交技术。(2)利用促性腺激素可促进母羊超数排卵。采集的精子必须利用获能液处理后才具备受精能力。(3)将重组表达载体导入动物受精卵的常用方法是显微注射法。为了获得母羊，需对胚胎进行性别鉴定，性染色体组成为XX类型才能发育为母羊。利用胚胎分割和移植技术可获得多个个体，体现了早期胚胎细胞可发育成个体的全能性。(4)基因成功表达的标志是产生了相应的蛋白质，因此htPA基因成功表达的标志是在转基因母羊的羊乳中检测到htPA(或人组织纤溶酶原激活物)。
【答案】 (1)同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶) DNA分子杂交(或核酸探针) (2)超数排卵 获能(处理) (3)显微注射法 性别鉴定 全能性(2分) (4)htPA(或人组织纤溶酶原激活物)(2分)
(1)繁殖方式分析。
①有性生殖的后代与亲本性状有较大差异，其主要原因是什么？
②题目所述采用试管动物技术产生新个体，应该属于哪一种生殖方式？
(2)胚胎移植的技术分析。
①哪些现代生物技术可能用到胚胎移植技术？
②胚胎移植的意义是什么？
【答案】 (1)①提示：基因重组。②提示：有性生殖。
(2)①提示：转基因动物、试管动物、克隆动物、胚胎分割等。
②提示：发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
【变式训练】 (2014•临沂模拟)科学家通过转入四种基因可将体细胞诱导形成多能干细胞(iPS细胞)，iPS细胞具有胚胎干细胞的类似功能。下图是设想用iPS细胞技术治疗镰刀型细胞贫血症的流程，请回答：
(1)胚胎干细胞来源于________，具有________，经诱导能发育成个体。
(2)iPS细胞培育过程中运用到的生物技术有过程①__________和过程②________等。
(3)过程①的培养液中除合成培养基的成分外，还需添加____________等天然成分。过程②进行时，需要先利用______________技术将四种目的基因扩增，再将目的基因与反转录病毒载体结合，以构建________________，然后将其导入患者的体细胞，诱导形成iPS细胞。
(4)经过程③、④后，改造得到的A是____________________，再植入患者体内，使患者能够产生正常红细胞，这种治疗方法称为______________。
(5)iPS细胞的诱导成功具有的医学价值是(答出两点即可)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】 (1)早期胚胎或原始性腺 发育全能性
(2)动物细胞培养 (转)基因工程
(3)血清、血浆 PCR 基因表达载体
(4)造血干细胞 体外基因治疗
(5)治疗人类疾病，培育人造组织器官，解决供体器官不足和器官移植后的免疫排斥问题等
生态工程
【典例2】 (2014湖北襄阳一模，40)生态农业是21世纪农业发展的方向，它遵循可持续发展的原则，以不危及后人发展为前提，在人类生产活动干预下，用科学的发展观，获取生物群体共生，生态和谐，质量安全，优质高效的农业生产载体，也可称为人工生态系统。生态农业建设的核心是：整体、协调、循环、再生、增效。整体是对整个国土进行科学规划；协调农业各业并使农业生产过程中的技术整合、生产与加工并重，销售与市场对接；循环是投入与产出及生产过程中物质、能量的良性利用；再生是向附加值递进；增效是指经济、生态、社会综合效益的可持续发展。
(1)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__________(生态系统、群落、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。
(2)生态工程应在__________、__________、__________等方面取得最佳效果并达到预期目标。
(3)生态农业以__________理论为依据，以__________协调发展为前提，在一定区域内，因地制宜地规划、组织和开展多层次、多功能的农业生产。生态农业以保持生态系统内的__________为主导思想，促进物质在系统内循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。
(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)该题强调的是池中的所有生物，不包含无机环境，所以不能称为生态系统而应该是群落。流入一个生态系统的总能量为生产者(第一营养级)所固定的总能量。(2)从材料中的最后一句话可知：生态工程应在经济、社会、生态环境等方面取得最佳效果并达到预期目标。(3)生态农业是按照生态学原理和经济学原理，运用现代科学技术成果和现代管理手段，以及传统农业的有效经验建立起来的，能获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化农业。生态农业通过人工设计生态工程，协调发展与环境之间、资源利用与保护之间的矛盾，形成生态上与经济上两个良性循环，经济、生态、社会三大效益的统一。生态农业必须遵循协调和平衡原理。(4)生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。
【答案】 (1)群落 一 生产者 太阳
(2)经济 社会 生态环境
(3)生态学 环境与经济 生态平衡
(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态环境)
(1)生态系统成分正误判断。
①细菌一定是分解者。( )
②动物一定是消费者。( )
③生产者一定是绿色植物。( )
(2)能量流动问题分析。
①进入植物池的总能量________(“大于”“等于”或“小于”)植物固定的太阳能。
②植物固定的总能量________(“大于”“等于”或“小于”)植物体内有机物所含有的能量。
【答案】 (1)提示：①× ②× ③×
(2)提示：①大于 ②大于
【总结提升】
生态工程在农业中的应用技术分析
(1)物质的良性循环技术：实现废物资源化，提高能量利用效率。
(2)套种技术：根据不同植物的生长期，充分利用光能。
(3)间种技术：根据不同植物对光照强度的需求不同，充分利用光能。
(4)轮种技术：由于不同作物对无机盐离子的选择吸收，可以恢复或提高土壤肥力。
(5)生物防治技术：利用生物间的捕食或寄生关系防治害虫。
1．(2014•烟台模拟)如图是吉林大学农学院在奶牛繁育基地成功培育携带外源赖氨酸基因的克隆奶牛的过程示意图，此牛能够产生含赖氨酸较高的牛奶。请据图回答：
(1)获得外源赖氨酸基因片段所需要的工具酶是____________，该基因片段可以从自然界已有的物种中分离出来，还可以________________。
(2)c过程所用的运载工具主要是______________。对选择好的雌牛D和代孕牛E要____________处理。
(3)从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是____________。在胚胎移植时，通过________技术可获得较多奶牛F胚胎。
(4)奶牛F的毛色一定和奶牛______________的一样，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】 (1)限制酶 人工合成
(2)质粒 用激素进行同期发情
(3)早期胚胎培养 胚胎分割
(4)C 它为奶牛F提供了细胞核
2．(2014•河南禹州一模)以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程，a～h为操作过程，请据图回答有关问题：
(1)图中c的操作名称是__________。d、f的操作名称是__________。
(2)图中用到的激素是__________，其目的是获得更多的卵母细胞，卵母细胞受精后发育可得到早期胚胎；图中早期胚胎属于胚胎发育的__________期，其中胚胎干细胞来源于__________(填数字标号)。
(3)过程h常用的方法是__________。采用__________技术来检测转基因牛D的DNA上是否插入了目的基因。
(4)图中A、B牛的性别__________(填“相同”、“不相同”或“不一定相同”)。
【解析】 (1)分析题图可知，a过程是体外受精，b过程是早期胚胎培养，c操作是胚胎分割，d、f操作是胚胎移植。(2)用促性腺激素处理母畜，可获得更多的卵母细胞，卵母细胞受精后发育可得到早期胚胎；胚胎移植时宜选用桑椹胚期或囊胚期胚胎，囊胚的内细胞团细胞具有全能性，胚胎干细胞可来源于此。(3)常用显微注射法将外源基因导入动物受体细胞，采用DNA分子杂交技术来检测转基因牛D的DNA上是否插入了目的基因。(4)A、B牛由同一个胚胎分割而来，二者遗传物质相同，性别相同。
【答案】 (1)胚胎分割 胚胎移植 (2)促性腺激素
囊胚 ③ (3)显微注射法 DNA分子杂交 (4)相同
3．设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图。据图分析：
(1)示意图中还缺少生态系统的________成分，食用菌和蛆蛹属于生态系统中的________，用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了________________________。
(2)该生态系统的能量流动特点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)该生态系统中有________条食物链，写出其中最长的一条食物链：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)用蛆蛹粪便作为有机肥还田，运用了________原理。
【答案】 (1)非生物的物质和能量 分解者 物质多级利用
(2)单向流动、逐级递减
(3)2 农作物→畜、禽→人
(4)物质循环再生
4．随着生活污水的大量排放，淡水湖泊水华频繁发生。人工打捞和投放大量化学杀藻剂紧急处理是常用的治理方法。近年来，采用投放食浮游植物的鱼类和种植大型挺水植物构建生物修复系统的方法，收到较好的效果。另外，环保部门采用跌水充氧技术对生活污水进行处理：生活污水首先进入沼气池，经过沼气池处理后的污水再用泵提升进入多级跌水池，跌水池分多格串行，内装组合填料，借助生长在填料上的微生物去除有机物，经过跌水池的污水一部分回流入沼气池，另一部分进入水耕型蔬菜池(如下图)。
根据上述资料回答下列问题：
(1)杀藻剂处理水华与生物修复的方法相比，主要缺点是________和________；挺水植物能够抑制藻类繁殖的原因是________________，该修复系统经过一段时间运行后，群落结构趋于稳定，群落的这个变化的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)污水处理过程有多种微生物参与，生长在填料上的微生物在生态系统中属于________。经过水耕型蔬菜池处理后的水中，________元素明显减少；水耕型蔬菜池还生活着其他生物类群，水耕型蔬菜池就是一个小型的____________。水耕型蔬菜如水芹菜、茭白的生长，对水中____________的繁殖和生长起到了抑制作用，实现了水体净化，并进一步实现了生态系统的________多层次的循环利用。
(3)为了检验污水处理的效果，常测定BOD5(5日生化需氧量)的值。BOD5通常指20℃下，1 L污水中所含有机碳源在微生物氧化时，5日内所消耗分子氧的毫克数。若假设原来100 mL污水中的有机物含量为2.1 g，等价于1.8 g葡萄糖的耗氧量，污水处理后测得BOD5的值为190 mg/L，则污水净化率达到________左右(以BOD5减少的百分率表示)。
(4)上述资料中应用的生态工程的基本原理有(写两个)________、________。
【答案】 (1)污染环境(杀伤天敌) 使抗药性个体不断增加 遮挡藻类光合作用所需的太阳光 生态系统的自我调节
(2)分解者 氮、磷 生态系统 藻类 物质 (3)99%
(4)物种多样性原理 物质循环再生原理 系统的整体性原理(任选两个即可)