高中生物選擇性必修三P56胚胎工程答案

高中生物選擇性必修三P56胚胎

工程答案

從社會(huì)中來(lái)

我國(guó)對(duì)奶類的總需求量很大，但與奶業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，我國(guó)奶牛的單

產(chǎn)水平還存在一定差距奶牛品種是影響產(chǎn)奶量的主要因素之一，而引進(jìn)

一頭成年奶牛往往需要數(shù)萬(wàn)元，高昂的價(jià)格使得靠大量引進(jìn)優(yōu)良品種

來(lái)提高產(chǎn)量不太可行”能不能讓引進(jìn)的良種奶牛快速、大量繁殖呢？遺

憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產(chǎn)一頭犢牛，一生約生

育四五次如何解決這個(gè)難題呢？

提示：可以通過(guò)體外受精、胚胎分割等技術(shù)獲得多個(gè)良種奶牛的胚胎,

然后移植給代孕母牛生下后代。

第1小節(jié)

思考?討論

1.表中哪種動(dòng)物的胚胎在進(jìn)入子宮時(shí)發(fā)育程度最高？

答案比較而言馬的胚胎進(jìn)入子宮時(shí)發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。

2.將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時(shí)，應(yīng)選擇至少發(fā)育到什么

階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？

答案：小鼠應(yīng)選擇至少發(fā)育到桑豆胚階段的胚胎進(jìn)行移植。牛在自然情

況下，胚胎雖然最早可在8~16細(xì)胞階段進(jìn)入子宮，但為了提高移植后

胚胎的發(fā)育率和妊娠率,在實(shí)踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移

植。

3.為什么說(shuō)關(guān)于動(dòng)物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會(huì)為胚胎工程提

供理論基礎(chǔ)？請(qǐng)結(jié)合所學(xué)習(xí)的內(nèi)容舉例說(shuō)明。

提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解了哺乳動(dòng)物在自然條件下受精和

胚胎早期發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。人們正是在認(rèn)識(shí)了這些自然規(guī)律的

基礎(chǔ)上，在體外進(jìn)行有效的模擬，才使卵母細(xì)胞能在體外成熟，精子能

在體外完成獲能，獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子能在試管內(nèi)完成受精,

獲得的受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等。

練習(xí)與應(yīng)用

一、概念檢測(cè)

1.判斷下列有關(guān)哺乳動(dòng)物的表述是否正確。

(1)在自然條件下，受精在子宮中完成。(X)

(2)精子需要獲能才能與卵子結(jié)合，而卵子一經(jīng)排出就具備受精能力。

(X)

(3)精子入卵后，卵細(xì)胞膜會(huì)發(fā)生反應(yīng)阻止其他精子入卵?！?

2.下列有關(guān)哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的敘述，錯(cuò)誤的是(A)

A.在桑根胚階段，胚胎的內(nèi)部開始出現(xiàn)含有液體的腔

B.胚胎干細(xì)胞是一類未分化的細(xì)胞，可以從早期胚胎中分離獲得

C.桑根胚的細(xì)胞一般都具有全能性，囊胚的細(xì)胞逐漸分化

D.受精卵早期分裂時(shí)，胚胎中細(xì)胞數(shù)目不斷增加，但胚胎的總體積并

不增加

二、拓展應(yīng)用

1.精母細(xì)胞在變成精子的過(guò)程中，很多結(jié)構(gòu)會(huì)消失，而細(xì)胞核與線粒

體都保留了下來(lái)，請(qǐng)嘗試用你所了解的哺乳動(dòng)物受精的相關(guān)知識(shí)來(lái)解釋

這一現(xiàn)象。

答案：細(xì)胞核和線粒體都是精子的重要結(jié)構(gòu)。其中，細(xì)胞核是遺傳物質(zhì)

儲(chǔ)存的場(chǎng)所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過(guò)程。線粒體是精子進(jìn)

行有氧呼吸的主要場(chǎng)所，為精子的生存和運(yùn)動(dòng)提供能量。

2.精子在雌性動(dòng)物的生殖道內(nèi)是如何獲能的？除了教材中介紹的，防

止多精入卵的機(jī)制還有哪些？感興趣的話，請(qǐng)通過(guò)查閱相關(guān)資料或請(qǐng)教

專家來(lái)進(jìn)行了解。關(guān)于受精作用，你還能提出其他問(wèn)題嗎？

提示：出題的目的不是讓學(xué)生準(zhǔn)確地答出精子獲能的機(jī)制和防止多精入

卵的具體機(jī)制，而是鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生去查閱資料或請(qǐng)教專家，并引導(dǎo)

他們?nèi)ゲ殚喯鄬?duì)專業(yè)的書籍，這是學(xué)習(xí)的深入過(guò)程。這里涉及的問(wèn)題,

在普通生物學(xué)或者一般的細(xì)胞工程專著中可能找不到答案,需要查閱生

殖生物學(xué)相關(guān)書籍。通過(guò)查閱專業(yè)資料，學(xué)生能了解到，精子獲能的機(jī)

制很神奇，防止多精入卵的機(jī)制同樣神奇而且非常復(fù)雜，這都是機(jī)體在

長(zhǎng)期進(jìn)化的過(guò)程中形成的、用來(lái)保障本物種延續(xù)的機(jī)制。

精液由精子和精漿兩部分組成。精漿中含有一種能抑制精子獲能的

物質(zhì)，因此在一般情況下，精液中的精子無(wú)法獲能。只有當(dāng)交配后精液

進(jìn)入雌性動(dòng)物的生殖道時(shí)，由生殖道分泌產(chǎn)生些物質(zhì)解除對(duì)精子獲能的

抑制，才能引起精子獲能。不同動(dòng)物的精子在雌性動(dòng)物生殖道內(nèi)獲能的

部位可能會(huì)所有差異，但主要是在子宮和輸卵管中。精子的獲能涉及以

下變化：雌性動(dòng)物生殖道分泌的一些物質(zhì)使精子表面的物質(zhì)發(fā)生變化

（如某些酶將頂體表面的糖蛋白降解）；精子表面膜結(jié)構(gòu)一些物質(zhì)的比例

發(fā)生變化；膜的通透性發(fā)生變化等。這些變化可以暴露出精子表面與卵

細(xì)胞相識(shí)別的受體，改變精子的活力，為后續(xù)受精做準(zhǔn)備。

關(guān)于防止多精人卵的機(jī)制，教材只進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，內(nèi)容主要涉及

防止多精入卵的兩道重要屏障：透明帶反應(yīng)和卵細(xì)胞膜反應(yīng)。它們分別

發(fā)生在精子穿越透明帶觸及卵細(xì)胞膜的瞬間及精子入卵之后。如果學(xué)生

查閱專業(yè)書籍，還會(huì)發(fā)現(xiàn)，生殖道對(duì)精子具有初步的篩選作用，在經(jīng)過(guò)

雌性動(dòng)物生殖道的一些屏障后，只有少數(shù)活動(dòng)力強(qiáng)的精子能到達(dá)受精部

位；在精子和卵細(xì)胞識(shí)別后會(huì)發(fā)生一些反應(yīng)，如卵細(xì)胞表面的精子識(shí)別

受體很快發(fā)生分子修飾，使后來(lái)的精子表面的卵細(xì)胞結(jié)合蛋白不能識(shí)別

受體等。具體的生理、生化機(jī)制，請(qǐng)參閱有關(guān)專著。

第2小節(jié)

思考?討論

1.將檢驗(yàn)合格的胚胎移植到任何一個(gè)受體的子宮內(nèi)，胚胎都能正常發(fā)

育嗎？如果不能，在胚胎移植前應(yīng)該對(duì)受體進(jìn)行怎樣的處理？

答案：不一定能正常發(fā)育。一般情況下檢驗(yàn)合格的胚胎需要移植到同種

的、生理狀態(tài)相同的受體子宮內(nèi)，胚胎才能繼續(xù)發(fā)育。在胚胎移植前要

對(duì)受體進(jìn)行同期發(fā)情處理，使供體和受體生殖器官的生理變化同步這樣

才能為供體的胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境。

2.受體會(huì)不會(huì)對(duì)來(lái)自供體的胚胎發(fā)生免疫排斥反應(yīng)？

答案：受體對(duì)來(lái)自供體的胚胎基本上不會(huì)發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。

3.胚胎移植后，經(jīng)受體孕育的后代，其遺傳特性與供體還是受體保持一

致？為什么？

答案：胚胎移植后，經(jīng)受體孕育的后代的遺傳特性與供體保持一致。因?yàn)?/p>

供體胚胎與受體子宮建立的僅是生理和組織上的聯(lián)系，其遺傳物質(zhì)在孕

育過(guò)程中不會(huì)發(fā)生任何變化。

4.胚胎移植實(shí)質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。

你認(rèn)為這樣的概括正確嗎？為什么？

答案：正確。因?yàn)榕咛ヒ浦驳某晒β逝c供體、受體生理環(huán)境條件的一致

性密切相關(guān)。只有供體、受體生理環(huán)境條件高度一致，移人受體的胚胎

才能被接受，并繼續(xù)發(fā)育。所以，我們可以把胚胎移植簡(jiǎn)單概括為早期

胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。

到社會(huì)去

荷斯坦奶牛是世界上產(chǎn)奶量最高的奶牛品種之一某良種公司引進(jìn)了純

種荷斯坦奶牛，并用胚胎分割技術(shù)繁育了良種荷斯坦奶牛群體如果你是

一名科技專欄的記者，現(xiàn)在需要寫一篇關(guān)于用胚胎分割技術(shù)繁育良種

奶牛的報(bào)道，請(qǐng)寫出你準(zhǔn)備向胚胎工程專家提出的三個(gè)問(wèn)題，然后與其

他同學(xué)交換問(wèn)題，再以訪談錄的形式回答他提出的問(wèn)題（可通過(guò)查閱網(wǎng)

絡(luò)、書籍上的資料或向?qū)＜艺?qǐng)教等方式解決自己回答不出的問(wèn)題）。

提示：學(xué)生可以向胚胎工程專家提出的問(wèn)題有：公司繁育成功的良種奶

牛是將胚胎幾等分得到的后代？采用胚胎分割技術(shù)，理論上一頭純種荷

斯坦奶牛一年可由代孕母牛生下多少頭小牛？實(shí)際得到了多少頭？如

果理論值與實(shí)際值存在差異，產(chǎn)生差異的原因是什么？胚胎分割后經(jīng)移

植獲得的同卵雙胎或多胎，是否保持了良種奶牛所有的優(yōu)良性狀？是否

有生理缺陷？等等。

練習(xí)與應(yīng)用

一、概念檢測(cè)

1.體外受精和胚胎移植都是在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用較多的胚胎工

程技術(shù)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

(1)采集來(lái)的卵母細(xì)胞和精子可以直接用于體外受精。(X)

(2)經(jīng)胚胎移植產(chǎn)生的后代，苴遺傳特性與受體保持一致。(X)

(3)進(jìn)行胚胎移植前，要對(duì)供體和受體進(jìn)行免疫檢查,以防止發(fā)生免疫

排斥反應(yīng)。(X)

2.杜泊羊以其生長(zhǎng)速度快、肉質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，成為受廣大消費(fèi)者喜歡的

綿羊品種。科研工作者通過(guò)胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下圖所示。

(1)請(qǐng)將圖中括號(hào)內(nèi)的內(nèi)容補(bǔ)充完整。

答案：體外胚胎培養(yǎng)胚胎移植。

(2)為了獲得數(shù)量較多的卵母細(xì)胞，可以對(duì)雌性杜泊羊進(jìn)行怎樣的處

理？

答案：可以對(duì)雌性杜泊羊進(jìn)行超數(shù)排卵處理。

(3)在進(jìn)行體外受精操作之前，還要對(duì)獲得的卵母細(xì)胞和精子進(jìn)行怎樣

的處理?

答案：要對(duì)采集到的卵母細(xì)胞進(jìn)行成熟培養(yǎng)，對(duì)采集到的精子進(jìn)行獲能

處理。

二、拓展應(yīng)用

北方白犀牛曾經(jīng)廣泛分布于非洲I中部等地，但由于猖獗的盜獵和自然棲

息地的喪失，它們的數(shù)量不斷減少。2018年3月，世界上最后一頭雄

性北方白犀牛去世，該物種僅剩下兩頭雌性。在此之前，研究人員設(shè)

法保存了北方白犀牛的精子。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。

(1)我們可以使用哪些現(xiàn)代生物技術(shù)來(lái)人工繁育北方白犀牛？運(yùn)用這

些技術(shù)一定能繁育成功嗎？請(qǐng)說(shuō)出你的理由。

提示：可以使用人工授精、體外受精、胚胎移植、體細(xì)胞核移植等技術(shù)

來(lái)人工繁育北方白犀牛。運(yùn)用這些技術(shù)不一定能成功繁育北方白犀牛,

因?yàn)槿魏我豁?xiàng)技術(shù)都不能保證百分之百的成功率，何況現(xiàn)存的北方白犀

牛數(shù)量極少。

(2)如果繁育成功，這樣人工繁育的種群與野生種群相比，有什么區(qū)

別？

答案：這樣人工繁育的種群與野生種群相比，遺傳多樣性會(huì)降低，野外

生存能力也會(huì)下降。

(3)如果繁育不成功，這一物種將永遠(yuǎn)從地球上消失，從中我們能得到

怎樣的教訓(xùn)？

提示:多種多樣的生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，是一個(gè)個(gè)獨(dú)特的基因庫(kù)。

任何一個(gè)物種的滅絕都可能產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，使其他相關(guān)物種受到影響,

進(jìn)而威脅到生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。保護(hù)瀕危的野生動(dòng)物，保護(hù)生物多

樣性刻不容緩。

復(fù)習(xí)與提高

一、概念檢測(cè)

1.若下圖表示細(xì)胞工程操作中的某些過(guò)程，請(qǐng)回答下列問(wèn)題。

Q)如果A、B分別是白菜和甘藍(lán)的原生質(zhì)體，則C細(xì)胞再生出細(xì)胞壁后

需要通過(guò)什么技術(shù)才能發(fā)育成雜種植株"白菜-甘藍(lán)"？若白菜和甘藍(lán)

雜交產(chǎn)生了子代，該子代是否可育？為什么?

答案：植物組織培養(yǎng)技術(shù)白菜和甘藍(lán)雜交產(chǎn)生的子代沒有同源染色體,

進(jìn)行減數(shù)分裂時(shí)聯(lián)會(huì)發(fā)生紊亂，不能形成正常的配子，所以該子代一般

不可育。

(2)若該圖表示抗丙肝病毒的單克隆抗體制備過(guò)程中的一環(huán),A細(xì)胞是小

鼠骨髓瘤細(xì)胞，則B細(xì)胞表示什么？符合要求的C細(xì)胞應(yīng)具有哪些特

占?

/\\\?

答案：B淋巴細(xì)胞能大量增殖并能產(chǎn)生抗丙肝病毒的抗體。

(3)如果A、B分別是取自優(yōu)良奶牛的卵細(xì)胞和精子，在進(jìn)行體外受精時(shí),

一般要把A細(xì)胞培養(yǎng)到什么時(shí)期？B細(xì)胞則要經(jīng)過(guò)什么處理才能與A

細(xì)胞結(jié)合為受精卵？

答案：減數(shù)分裂口中期(MII期)獲能處理。

2.2015年10月，我國(guó)科學(xué)家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素可以有效降低瘧疾

患者的死亡率而獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。青蒿素類藥物的市場(chǎng)

需求很大，請(qǐng)你根據(jù)所學(xué)內(nèi)容及以下信息，提出一條提高青蒿素類藥

物產(chǎn)量的研究思路。

(1)青蒿素的衍生物雙氫青蒿素也是很好的抗瘧疾藥物，并且它的藥

物活性比青蒿素的高很多；

(2)青蒿素是從黃花蒿中提取的，在黃花蒿產(chǎn)生青蒿素的代謝過(guò)程中，

某些酶(如FPS酶)起決定性作用；

(3)野生黃花蒿在生長(zhǎng)過(guò)程中，處于花蕾期時(shí)體內(nèi)青蒿素含量最高；

(4)研究人員在對(duì)黃花蒿進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的愈傷組織中沒有青

蒿素，但是由愈傷組織再分化形成的芽和苗中均有青蒿素；

(5)四倍體黃花蒿體內(nèi)青蒿素的含量比二倍體高38%,但四倍體植株比

二倍體植株矮小很多。

提示：本題看似是從幾個(gè)選項(xiàng)中選擇一個(gè)即可，其實(shí)并不是如此簡(jiǎn)單。

出題的目的是考查批判性思維最后階段的技能,即作出決策。有研究者認(rèn)

為，批判性思維的目標(biāo)在于作出明智的決定、得出正確的結(jié)論。在作出

決策時(shí)，決策者掌握的資料應(yīng)該正確、完整，應(yīng)該能提出替代方案。所

以，在解答類似的習(xí)題時(shí)，需要引導(dǎo)學(xué)生思考：這些信息夠你作決定用

嗎？如果不夠用，你認(rèn)為還需要補(bǔ)充什么信息？哪些信息是你作決定時(shí)

參考的關(guān)鍵信息？你作決定時(shí)，考慮備選方案了嗎?題干中列出的五條

信息指明的方向，都有研究者在研究，也都有提高青蒿素類藥物產(chǎn)量的

可能性。每個(gè)學(xué)生都有自己的思考和見解，應(yīng)該讓他們結(jié)合自己的理解

或者假設(shè)的其他條件來(lái)進(jìn)行判斷和選擇。

3.在章首頁(yè)中介紹的體細(xì)胞克隆猴的培育過(guò)程中，我國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)多

年的反復(fù)試驗(yàn)，可以在10s之內(nèi)對(duì)卵母細(xì)胞進(jìn)行去核操作，在15s之

內(nèi)將體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞里。有評(píng)論者認(rèn)為：該研究的研究者利

用"聰明的化學(xué)方法和操作技巧"，攻克了多年來(lái)導(dǎo)致體細(xì)胞克隆猴失

敗的障礙。培育克隆猴的流程如下圖所示，請(qǐng)結(jié)合圖回答問(wèn)題。

(1)研究人員在將胎猴的體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞前，用滅活的仙臺(tái)

病毒進(jìn)行了短暫處理。在此過(guò)程中，滅活的仙臺(tái)病毒所起的作用是什

么？

答案：誘導(dǎo)細(xì)胞融合。

(2)為了調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，提高胚胎的發(fā)育率和妊娠率，研究人員將

組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構(gòu)胚，同時(shí)用組蛋白脫

乙酰酶抑制劑TSA處理了它。這兩種物質(zhì)發(fā)揮作用的機(jī)制是什么？

答案：這兩種物質(zhì)都是通過(guò)改變組蛋白的表觀遺傳修飾來(lái)調(diào)控基因表達(dá)。

組蛋白去甲基化酶Kdm4l的mRNA可以表達(dá)組蛋白去甲基化酶，該酶

能降低組蛋白的甲基化水平；組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA可以抑制組

蛋白脫乙酰酶的作用，提高組蛋白的乙?；健?/p>

(3)評(píng)論者所說(shuō)的培育過(guò)程中用到的"聰明的化