資源簡介

新人教生物一輪復習學案
第38講 胚胎工程和生物技術(shù)的安全性與倫理問題
【素養(yǎng)目標】　1.依據(jù)結(jié)構(gòu)與功能觀，分析哺乳動物受精作用過程及防止多精入卵的兩道屏障的形成機制，探討哺乳動物的胚胎早期發(fā)育各個階段及其主要特點。(生命觀念　科學思維)　2.觀察教材有關(guān)示意圖，歸納哺乳動物體外受精、胚胎移植、胚胎分割技術(shù)的操作過程，分析胚胎移植的優(yōu)勢及意義、胚胎分割技術(shù)中的注意事項及原因。(生命觀念　科學思維)
考點一　胚胎工程的理論基礎(chǔ)
1．胚胎工程：指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
2．受精
(1)概念：精子和卵子結(jié)合形成合子(受精卵)的過程。
(2)場所：自然條件下，哺乳動物的輸卵管內(nèi)。
(3)過程
3．胚胎早期發(fā)育
(1)卵子形成過程中，減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ是連續(xù)的(　　)
(2)精子獲能就是獲得“能量”(　　)
(3)透明帶反應和卵細胞膜反應是防止多精子入卵的兩道屏障(　　)
(4)卵裂期胚胎中細胞數(shù)目和有機物總量在不斷增加(　　)
(5)成熟的精子并不具有受精能力，必須獲能后才具備受精能力(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
1．受精過程中的“兩道屏障”
2．卵裂期胚胎發(fā)育過程中物質(zhì)和體積變化的規(guī)律
(1)有機物：胚胎沒有和母體建立聯(lián)系，沒有從母體獲取有機物，而胚胎一直呼吸消耗，有機物總量減少。
(2)細胞數(shù)目和體積：胚胎總體積并不增加，但細胞數(shù)目增多，每個細胞體積減小。
(3)細胞中DNA含量：伴隨細胞分裂，細胞數(shù)目增多，總DNA含量增多，但每個細胞中核DNA含量保持相對穩(wěn)定。
[典例剖析]
(2022·全國甲卷，38)某牧場引進一只產(chǎn)肉性能優(yōu)異的良種公羊，為了在短時間內(nèi)獲得具有該公羊優(yōu)良性狀的大量后代，該牧場利用胚胎工程技術(shù)進行了相關(guān)操作?；卮鹣铝袉栴}，
(1)為了實現(xiàn)體外受精需要采集良種公羊的精液，精液保存的方法是____________。在體外受精前要對精子進行獲能處理，其原因是____________________________________________；精子體外獲能可采用化學誘導法，誘導精子獲能的藥物是______________(答出1點即可)。利用該公羊的精子進行體外受精需要發(fā)育到一定時期的卵母細胞，因為卵母細胞達到______________時才具備與精子受精的能力。
(2)體外受精獲得的受精卵發(fā)育成囊胚需要在特定的培養(yǎng)液中進行，該培養(yǎng)液的成分除無機鹽、激素、血清外，還含的營養(yǎng)成分有________________________(答出3點即可)等。將培養(yǎng)好的良種囊胚保存?zhèn)溆谩?br/>(3)請以保存的囊胚和相應數(shù)量的非繁殖期受體母羊為材料進行操作，以獲得具有該公羊優(yōu)良性狀的后代。主要的操作步驟是___________________________________________________。
答案　(1)液氮冷凍保存　剛排出的精子必須在雌性生殖道內(nèi)發(fā)生相應生理變化后才能受精　肝素或鈣離子載體(A23187)　MⅡ(中)期　(2)維生素、氨基酸、核苷酸、有機鹽　(3)第一步對非繁殖期的受體母羊用激素處理，使其發(fā)情；第二步，將質(zhì)量好的囊胚移植到受體母羊的子宮；第三步，一段時間后，對受體母羊進行是否妊娠的檢查；第四步，一段時間后，受體母羊生產(chǎn)胚胎移植的小羊。
解析　(1)精液可以冷凍保存，使用前再將精液解凍離心分離。剛排出的精子必須在雌性生殖道內(nèi)發(fā)生相應生理變化后才能受精，故在體外受精前要對精子進行獲能處理。通常采用的體外獲能方法有培養(yǎng)法和化學誘導法，化學誘導法是將精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體(A23187)溶液中，用化學藥物誘導精子獲能。卵母細胞需要培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂MⅡ(中)期才能具備與精子受精的能力。
(2)進行早期胚胎培養(yǎng)的培養(yǎng)液中，除了無機鹽、激素、血清外，還含有維生素、氨基酸、核苷酸、有機鹽等。
(3)由題干信息“以……非繁殖期受體母羊為材料”可知，在進行胚胎移植前，需對母羊進行發(fā)情處理，主要的操作步驟見答案。
【名師點撥】　掌握信息轉(zhuǎn)化能力
信息提取 信息1：胚胎工程技術(shù)
信息2：對精子進行獲能處理
信息3：受精卵發(fā)育成囊胚需要在特定的培養(yǎng)液中進行
信息轉(zhuǎn)化 1.哺乳動物胚胎發(fā)育順序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原腸胚→組織器官
2.用化學藥物誘導精子獲能
3.早期胚胎培養(yǎng)的培養(yǎng)液中，除了無機鹽、激素、血清外，還含有維生素、氨基酸、核苷酸
素養(yǎng)考查 科學思維：分析與綜合能力 科學探究：設(shè)計并實施方案的能力
【角度轉(zhuǎn)換】　提升語言表達能力
(1)胚胎發(fā)育過程中卵裂期的細胞數(shù)目和體積特點是胚胎總體積并不增加，但細胞數(shù)目增多，每個細胞體積減小。
(2)原腸胚的末期，雖然組織和器官并未形成，但是出現(xiàn)了細胞的分化，而細胞分化的實質(zhì)是基因選擇性表達。
考向一　受精
1．(2023·重慶高三檢測)央視紀錄片《種子　種子》中展示了位于山東東營的國家級奶牛核心育種場利用胚胎移植和胚胎分割等技術(shù)繁育優(yōu)良奶牛的過程，下列說法正確的是(　　)
A．在采卵前，可注射孕激素來誘發(fā)母牛產(chǎn)生比自然狀態(tài)下更多的成熟卵子
B．體外受精之后，如果在卵子中觀察到兩個極體說明受精成功
C．對囊胚階段的胚胎進行分割時要注意將滋養(yǎng)層細胞進行均等分割
D．通過體外受精或者胚胎分割技術(shù)獲得新個體的過程都屬于有性生殖過程
B　[進行超數(shù)排卵處理時通常給雌性動物注射促性腺激素而非孕激素，A錯誤；受精后在卵子中觀察到兩個極體是已受精的標志，說明受精成功，B正確；在分割囊胚階段的胚胎時要注意將內(nèi)細胞團的細胞進行均等分割，以免影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育，C錯誤；體外受精獲得新個體的過程屬于有性生殖過程，但胚胎分割得到的胚胎培育成新個體屬于無性生殖過程，D錯誤。]
2．(2023·重慶高三檢測)有性生殖過程中，一個卵細胞與一個精子成功融合后，通常不再與其他精子融合。我國科學家最新研究發(fā)現(xiàn)，當卵細胞與精子融合后，卵細胞會特異性表達和分泌BF1和BF2這兩種蛋白質(zhì)，這兩種蛋白質(zhì)能避免受精卵再度與精子融合。下列敘述正確的是(　　)
A．精子與卵細胞的識別和融合，與細胞膜的選擇透過性有關(guān)
B．受精過程中，精子和卵細胞的隨機結(jié)合會導致基因重組
C．多精入卵會導致產(chǎn)生雙胞胎甚至多胞胎
D．BF1和BF2有利于維持受精卵中染色體數(shù)目的穩(wěn)定
D　[細胞膜上有特異性受體，精卵結(jié)合與細胞膜的信息交流功能有關(guān)，A錯誤；受精過程中精子和卵細胞的隨機結(jié)合不是基因重組，基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，B錯誤；多精入卵會導致子代有來自卵細胞和多個精細胞的染色體，破壞親子代之間遺傳信息的穩(wěn)定性，因此一個卵細胞與一個精子成功融合后通常不再與其他精子融合，C錯誤；BF1和BF2能避免受精卵再度與精子融合，有利于維持受精卵中染色體數(shù)目的穩(wěn)定，D正確。]
考向二　胚胎早期發(fā)育
3．(2023·濟南高三檢測)精子載體法是以精子作為外源基因載體攜帶外源基因進入卵細胞，下圖表示用該方法制備轉(zhuǎn)基因鼠的基本流程。下列敘述正確的是(　　)
A．①過程需將成熟的精子放入 ATP 溶液中進行獲能處理
B．②采用體外受精技術(shù)，受精卵中的遺傳物質(zhì)來自父母雙方
C．④過程進行前要檢查胚胎質(zhì)量并在囊胚或原腸胚階段移植
D．上述過程中，需要對代孕母鼠用相關(guān)激素進行同期發(fā)情處理
D　[①過程需將成熟的精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體溶液中，用化學藥物誘導精子獲能，A錯誤；②采用體外受精技術(shù)，受精卵中的遺傳物質(zhì)來自父母雙方和外源基因，B錯誤；胚胎移植前要檢查胚胎質(zhì)量并在桑葚胚或囊胚階段移植，C錯誤；胚胎移植時，需對供體和受體使用激素進行同期發(fā)情處理，以保證胚胎移植入相同的生理環(huán)境，D正確。]
4．(2022·鹽城高三模擬)下列關(guān)于哺乳動物胚胎工程和細胞工程的敘述錯誤的是(　　)
A．動物細胞和胚胎培養(yǎng)液中加入的血清具有營養(yǎng)功能
B．體外培養(yǎng)雜交瘤細胞生產(chǎn)單克隆抗體時離不開胰蛋白酶的使用
C．早期胚胎可以通過體外受精、細胞核移植等技術(shù)獲得
D．早期胚胎必須移植到經(jīng)同期發(fā)情處理的同種雌性動物子宮內(nèi)
B　[早期胚胎培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)的培養(yǎng)液通常都需加入血清，為細胞提供相應的營養(yǎng)，A正確；胰蛋白酶可將組織分散成單個的細胞，而體外培養(yǎng)雜交瘤細胞生產(chǎn)單克隆抗體時無需分散，故不使用胰蛋白酶，B錯誤；體外受精獲得受精卵，經(jīng)培養(yǎng)可以得到早期胚胎，細胞核移植可以得到重組細胞，經(jīng)培養(yǎng)也可以得到早期胚胎，C正確；同期發(fā)情處理后，供體與受體能產(chǎn)生相同的生理變化，為供體的胚胎植入受體提供了相同的生理環(huán)境，D正確。]
考點二　胚胎工程技術(shù)及其應用
1．體外受精
(1)過程
卵母細胞的采集(培養(yǎng)至MⅡ期)
↓
精子的獲取(要在體外進行獲能處理)
↓
受精
(2)意義：體外受精技術(shù)是提高動物繁殖能力的有效措施，還可以為胚胎移植提供可用的胚胎。
2．胚胎移植
(1)概念：指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。
(2)過程(以牛的胚胎移植為例)
(3)優(yōu)勢：充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。
【拾遺補缺】　(1)源于選擇性必修3 P62“相關(guān)信息”：超數(shù)排卵是指應用外源促性腺激素，誘發(fā)卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。
(2)源于選擇性必修3 P62“思考·討論”：胚胎移植的生理學基礎(chǔ)
3．胚胎分割
(1)材料：發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑葚胚或囊胚。
(2)實質(zhì)：胚胎分割可增加動物后代的數(shù)量，其實質(zhì)是 無性繁殖，即克隆。
(3)分割要求：在分割囊胚階段的胚胎時，要注意將內(nèi)細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。
(4)意義：促進優(yōu)良動物品種的繁殖，產(chǎn)生的遺傳性狀 相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料；胚胎移植前進行性別鑒定、遺傳病篩查等對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代具有重要意義。
(1)在胚胎移植中，對供體母畜要用促性腺激素進行超數(shù)排卵處理(　　)
(2)小鼠胚胎干細胞可來自對囊胚內(nèi)細胞團的分離培養(yǎng)(　　)
(3)為避免代孕綿羊?qū)χ踩肱咛ギa(chǎn)生排斥反應，應注射免疫抑制劑(　　)
(4)利用胚胎分割技術(shù)可以獲得兩個基因型完全相同的胚胎(　　)
(5)對囊胚進行分割時，要將滋養(yǎng)層細胞均等分割(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
1．胚胎移植中的四個注意點
兩次激素使用 第一次：用激素對供、受體進行同期發(fā)情處理； 第二次：用促性腺激素處理使供體超數(shù)排卵
兩次檢查 第一次：對收集的胚胎進行檢查； 第二次：對受體母畜是否妊娠進行檢查
移植時間不同 牛、羊要培養(yǎng)到桑葚胚或囊胚階段移植； 小鼠、家兔培養(yǎng)到桑葚胚前移植； 幾乎所有動物都不能培養(yǎng)到原腸胚階段移植
繁殖方式 胚胎由受精卵形成，屬于有性生殖； 胚胎由核移植或胚胎分割形成，屬于無性生殖
2．“克隆羊”“試管羊”“轉(zhuǎn)基因羊”的產(chǎn)生過程及分析比較
名稱 產(chǎn)生過程 不同點 相同點
主要生物技術(shù) 遺傳物質(zhì) 遺傳性狀 生殖 方式
克隆羊 動物體細胞核移植技術(shù) A羊核基因，B羊質(zhì)基因 幾乎全部表現(xiàn)A羊性狀 無性 生殖 都用到胚胎移植技術(shù)、動物細胞培養(yǎng)技術(shù)
試管羊 體外受精 A、B羊核基因，B羊質(zhì)基因 雙親性狀 有性 生殖
轉(zhuǎn)基 因羊 DNA重組技術(shù) 目的基因、雙親基因 目的基因性狀、雙親性狀 有性 生殖
[典例剖析]
(2020·山東卷，14)經(jīng)遺傳改造的小鼠胚胎干細胞注入囊胚，通過胚胎工程的相關(guān)技術(shù)可以獲得具有不同遺傳特性的實驗小鼠。下列說法錯誤的是(　　)
A．用促性腺激素處理雌鼠可以獲得更多的卵子
B．體外受精前要對小鼠的精子進行獲能處理
C．胚胎移植前要檢查胚胎質(zhì)量并在囊胚或原腸胚階段移植
D．遺傳改造的小鼠胚胎干細胞可以通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù)獲得
C　[為了獲得更多卵子，需要用促性腺激素對雌性個體進行超數(shù)排卵，A正確；剛排出的精子不能與卵子受精，必須進行獲能處理即發(fā)生相應的生理變化后才能獲得受精能力，因此在體外受精前要對小鼠的精子進行獲能處理，B正確；胚胎移植前要檢查胚胎質(zhì)量，一般動物在桑葚胚或囊胚階段移植，小鼠可在更早的階段移植，C錯誤；可以通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)對小鼠胚胎干細胞進行遺傳改造，D正確。]
【名師點撥】　掌握信息轉(zhuǎn)化能力
信息提取 信息1：精子進行獲能
信息2：胚胎移植前要檢查胚胎質(zhì)量
信息轉(zhuǎn)化 1.精子獲能是指獲得受精能力而不是獲得能量
2.胚胎移植前要進行兩次檢查，即胚胎質(zhì)量檢查和是否妊娠檢查
素養(yǎng)考查 科學思維：分析與綜合能力 科學探究：實施方案能力
【角度轉(zhuǎn)換】　提升語言表達能力
(1)胚胎移植的實質(zhì)是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。
(2)胚胎移植最主要意義是充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。
考向一　體外受精
5．(2023·紹興高三檢測)常見的輔助生殖技術(shù)有兩種：一種叫做人工授精，即通過人工的方法，把精液或者精子送到雌性的生殖道，達到增加懷孕幾率的目的；第二種輔助生殖技術(shù)就是所謂的試管動物，主要涉及體外受精、胚胎體外培養(yǎng)和胚胎移植等技術(shù)。下列敘述正確的是(　　)
A．人工授精前必須對精子進行獲能處理
B．胚胎移植是輔助生殖技術(shù)的必備技術(shù)
C．人工授精和試管動物技術(shù)都要注意受體的生殖周期
D．人工授精和試管動物技術(shù)都能發(fā)揮優(yōu)良公、母畜的繁殖潛力
C　[人工授精，即通過人工的方法，把精液或者精子送到雌性的生殖道，故精子可以在雌性的生殖道內(nèi)進行精子獲能，不需要人工獲能處理，A錯誤；如果是人工授精的方式進行輔助生殖技術(shù)，就不需要胚胎移植，B錯誤；受體的生殖周期，將影響人工授精和試管動物技術(shù)的成功率，C正確；試管動物技術(shù)可以發(fā)揮優(yōu)良公、母畜的繁殖潛力，但是人工授精技術(shù)不行，D錯誤。]
6．(多選)(2023·南京高三檢測)下圖表示“試管山羊”培育的基本過程，甲、乙、丙、丁表示有關(guān)操作步驟。有關(guān)敘述不正確的是(　　)
A．步驟甲中，應分別給良種公、母山羊注射有關(guān)激素以使其同期發(fā)情
B．步驟乙中，可將剛從卵巢中采集到的卵母細胞與獲能的精子在體外受精
C．步驟丁中，為避免代孕母羊?qū)χ踩肱咛ギa(chǎn)生排斥反應，應注射免疫抑制劑
D．為了進一步擴大繁殖規(guī)模，可通過胚胎分割技術(shù)獲得同卵雙胎或同卵多胎
ABC　[過程甲中，應分別給母山羊注射有關(guān)激素以使其同期發(fā)情、給供體良種母山羊注射促性腺激素以促進其超數(shù)排卵，A錯誤；過程乙表示將培養(yǎng)成熟的卵母細胞與獲能的精子在體外受精，而卵巢中的卵母細胞還沒有成熟，B錯誤；受體對移入子宮的外來胚胎不發(fā)生免疫排斥反應，因此不需要注射免疫抑制劑，C錯誤；來自同一個胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，因此為了進一步擴大繁殖規(guī)模，可通過胚胎分割技術(shù)獲得同卵雙胎或同卵多胎，D正確。]
考向二　胚胎移植和胚胎分割
7．(2022·北京卷，11)將黑色小鼠囊胚的內(nèi)細胞團部分細胞注射到白色小鼠囊胚腔中，接受注射的囊胚發(fā)育為黑白相間的小鼠(Mc)。據(jù)此分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A．獲得Mc的生物技術(shù)屬于核移植
B．Mc表皮中有兩種基因型的細胞
C．注射入的細胞會分化成Mc的多種組織
D．將接受注射的囊胚均分為二，可發(fā)育成兩只幼鼠
A　[內(nèi)細胞團是由已經(jīng)分化的細胞組成，獲得Mc的生物技術(shù)并未利用核移植技術(shù)，A錯誤；接受注射的囊胚發(fā)育為黑白相間的小鼠，說明Mc表皮中有兩種基因型的細胞，B正確；內(nèi)細胞團能發(fā)育成胎兒的各種組織，注射的細胞來自黑色小鼠的內(nèi)細胞團，會分化成Mc的多種組織，C正確；利用胚胎分割技術(shù)將接受注射的囊胚均分為二，可發(fā)育成兩只幼鼠，D正確。]
8．(2023·重慶高三檢測)在體細胞克隆猴培育過程中，為調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達，研究人員將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構(gòu)胚，同時用組蛋白脫乙酰酶抑制劑(TSA)處理，使胚胎的發(fā)育率和妊娠率提高，具體培育流程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．去核時使用的梯度離心、紫外光照射和化學物質(zhì)處理等方法都沒有穿透卵母細胞透明帶或質(zhì)膜
B．胚胎移植前應對代孕母猴服用孕激素進行同期發(fā)情處理
C．組蛋白甲基化和乙?；谋碛^遺傳修飾都不利于重構(gòu)胚的分裂和發(fā)育
D．為得到遺傳背景相同的克隆猴，可用機械方法將早期胚胎切割成2份或4份后再進行胚胎移植
C　[采用梯度離心，紫外光短時間照射、化學物質(zhì)處理等方法去除細胞核，這些方法都是在沒有刺破透明帶或卵母細胞質(zhì)膜的情況下實現(xiàn)細胞核的去除或使卵細胞核DNA變性，從而達到去核的目的，A正確；胚胎移植前需對供體和受體母牛注射孕激素進行同期發(fā)情處理，保證胚胎移植入相同的生理環(huán)境，B正確；研究人員將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構(gòu)胚，同時用組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA處理了它，即將組蛋白去甲基化和增加乙?；?，有利于重構(gòu)胚的分裂和發(fā)育，使其完成細胞分裂和發(fā)育進程，C錯誤；為得到遺傳背景相同的克隆猴用于科研，可用機械方法將早期胚胎均勻切割成2份或4份后再進行胚胎移植，D正確。]
考點三　生物技術(shù)的安全性與倫理問題
1．轉(zhuǎn)基因成果
(1)基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應用成果最多的領(lǐng)域是對微生物的基因改造。
(2)轉(zhuǎn)基因動物方面，科學家將生長激素基因、促生長激素釋放激素基因等轉(zhuǎn)入動物體內(nèi)，培育了一批生長迅速、營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因家禽、家畜；轉(zhuǎn)基因植物方面，目前已經(jīng)培育出了大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑和耐儲藏等新性狀的作物。
(3)種植轉(zhuǎn)基因植物面積較大的國家有美國、巴西、阿根廷、加拿大等；種植的轉(zhuǎn)基因作物中大豆和玉米最多，其次是棉花和油菜。
(4)對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的爭論及理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)
①人們具有不同的價值觀取向，因此對轉(zhuǎn)基因技術(shù)就會產(chǎn)生不同見解。
②轉(zhuǎn)基因作為一項技術(shù)本身是中性的，由這項技術(shù)研發(fā)出來的產(chǎn)品需要經(jīng)過一系列的安全性評價。
2．關(guān)注生殖性克隆人
(1)生殖性克?。褐竿ㄟ^克隆技術(shù)產(chǎn)生獨立生存的新個體。
(2)治療性克?。褐咐每寺〖夹g(shù)產(chǎn)生特定的細胞、組織和器官，用它們來修復或替代受損的細胞、組織和器官，從而達到治療疾病的目的。
(3)我國不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。
3．禁止生物武器
(1)種類：致病菌類、病毒類、生化毒劑類等。
(2)中國政府的態(tài)度：在任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴散。
(1)科學家將外源生長素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率(　　)
(2)理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)，就是聽之任之，不管不問(　　)
(3)克隆人實驗可能會存在流產(chǎn)率高、胎兒畸形率高等問題(　　)
(4)“設(shè)計試管嬰兒”與“試管嬰兒”技術(shù)沒有什么不同(　　)
(5)生物武器可通過吸入、誤食、接觸帶菌物品，被帶菌昆蟲叮咬等侵入人體(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
比較試管嬰兒和設(shè)計試管嬰兒
(1)試管嬰兒和設(shè)計試管嬰兒過程如圖所示
(2)試管嬰兒和設(shè)計試管嬰兒的異同點
項目 試管嬰兒 設(shè)計試管嬰兒
不 同 點 過程 無圖中d過程 多出圖中d過程
技術(shù)手段 無須進行遺傳學診斷 進行遺傳學診斷
應用 主要解決不孕夫婦的生育問題 主要用于白血病、貧血癥等遺傳疾病的預測及治療
相同點 二者都是體外受精、體外進行早期胚胎培養(yǎng)，再經(jīng)過胚胎移植，從生殖方式上都為有性生殖
[典例剖析]
(2020·北京卷，)生物安全是國家安全體系的組成部分。新冠肺炎疫情蔓延對我國生物安全防御體系建設(shè)提出了新的要求，引起了全社會對生物安全形勢的高度關(guān)注。以下選項中不會給我國帶來生物安全風險的是(　　)
A．人類及動植物中可能爆發(fā)的重大疫病
B．保護沿海灘涂紅樹林中的生物多樣性
C．全球氣候變暖導致生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變
D．收集我國公民及生物資源的遺傳信息
B　[人類及動植物中可能爆發(fā)的重大疫病，會影響生態(tài)環(huán)境以及人類的生存和發(fā)展，會給我國帶來生物安全風險，A不符合題意；保護沿海灘涂紅樹林中的生物多樣性，有利于保護生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不會給我國帶來生物安全風險，B符合題意；全球氣候變暖導致生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變，會影響生物多樣性，對生物圈的穩(wěn)態(tài)也會造成嚴重威脅，影響到人類的生存和發(fā)展，會給我國帶來生物安全風險，C不符合題意；收集我國公民的遺傳信息，可能會造成基因歧視，帶來許多不公平的社會問題，遺傳信息的濫用還會導致社會和政治事件的發(fā)生，會給我國帶來生物安全風險，D不符合題意。]
【名師點撥】　掌握信息轉(zhuǎn)化能力
信息提取 信息1：生物安全
信息2：生物安全防御
信息轉(zhuǎn)化 1.涉及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保護生態(tài)環(huán)境、生物技術(shù)的安全性
2.生物技術(shù)可能帶來的道德和倫理問題
素養(yǎng)考查 科學思維：分析與綜合能力
【角度轉(zhuǎn)換】　提升語言表達能力
關(guān)于克隆技術(shù)在人類中的應用，我國政府的觀點是禁止生殖性克隆，__不反對治療性克隆。
考向一　生物技術(shù)的安全性
9．(2023·杭州高三模擬)2022年3月8日，史上首例接受了“豬心臟”移植手術(shù)的患者在術(shù)后2個月去世。盡管沒能最終救回他，但也延長了患者的壽命。據(jù)悉，手術(shù)使用的“豬心臟”源于被基因改造過的實驗豬。這項技術(shù)有望解決器官移植面臨的器官短缺的難題。下列關(guān)于器官移植的說法，不正確的是(　　)
A．通常器官移植要面臨的難題之一是由T淋巴細胞引起的免疫排斥
B．該實驗豬可能通過基因敲除技術(shù)“敲除”了引起人免疫系統(tǒng)反應的抗原基因
C．為保證該豬任何內(nèi)臟都能供人體移植，需要在原腸胚時期對豬的細胞進行改造
D．我國支持的治療性克隆也能解決器官短缺的難題
C　[人體免疫系統(tǒng)中T淋巴細胞分裂分化形成細胞毒性T細胞會攻擊移植的器官，所以通常器官移植要面臨的難題之一是由T淋巴細胞引起的免疫排斥，A正確；由于移植的器官會引發(fā)人體免疫反應，所以通過基因敲除技術(shù)“敲除”了引起人免疫系統(tǒng)反應的抗原基因，就會避免這個現(xiàn)象的發(fā)生，B正確；由于在原腸胚已經(jīng)發(fā)生了分化，所以應該應該對豬的卵原細胞或者受精卵進行改造，才能夠保證該豬任何內(nèi)臟都能供人體移植，C錯誤；治療性克隆指利用克隆技術(shù)產(chǎn)生特定細胞和組織(皮膚、神經(jīng)或肌肉等)用于治療性移植，可以解決器官短缺的難題，D正確。]
10．(2022·煙臺高三模擬)生物技術(shù)的進步在給人類帶來福祉的同時，也引起了人們對它的安全性的關(guān)注，以及倫理道德的碰撞，帶來新的困惑和挑戰(zhàn)。下列關(guān)于生物技術(shù)的安全性和倫理問題的說法，錯誤的是(　　)
A．抗蟲棉的抗蟲基因不會隨著人們食用棉籽油進入人的細胞內(nèi)
B．我國堅決反對治療性克隆，不允許進行任何生殖性克隆人實驗
C．通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得了高產(chǎn)、無農(nóng)藥殘留的農(nóng)副產(chǎn)品，可造福人類
D．生物武器具有致病性強、攻擊范圍廣等特點，世界各國都應抵制
B　[抗蟲基因會隨著棉籽油的加工被破壞，即使沒有被破壞，抗蟲基因進入人的消化道，該基因也不會作用于人的腸道，在腸道內(nèi)會被分解、消化、吸收，A正確；治療性克隆是利用克隆技術(shù)產(chǎn)生特定的細胞、組織和器官，用它們來修復或替代受損的細胞、組織和器官，從而達到治療疾病的目的，其完全不同于克隆人，我國是贊同治療性克隆的，B錯誤；通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得了高產(chǎn)、無農(nóng)藥殘留的農(nóng)副產(chǎn)品，減少了食品污染，可造福人類，C正確；生物武器具有致病性強、攻擊范圍廣等特點，世界各國都應抵制，D正確。]
考向二　生物技術(shù)的倫理問題
11．(2023·武漢高三檢測)所謂“設(shè)計試管嬰兒”，是指將體外受精形成的胚胎(幾個細胞期)在植入母體孕育前，將一個細胞取出進行某些基因檢測，當檢測結(jié)果符合人們需要時，再把胚胎植入母體孕育。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A．“設(shè)計試管嬰兒”應用了細胞核移植、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等技術(shù)
B．與“設(shè)計試管嬰兒”相比，“試管嬰兒”需要經(jīng)過遺傳學診斷
C．“設(shè)計試管嬰兒”和“試管嬰兒”都是有性生殖
D．對于“設(shè)計試管嬰兒”技術(shù)，我們應該強行禁止、反對爭論
C　[“設(shè)計試管嬰兒”沒有應用細胞核移植技術(shù)，A錯誤；“試管嬰兒”技術(shù)不需要檢測基因，也不需要經(jīng)過遺傳學診斷，B錯誤；“設(shè)計試管嬰兒”和“試管嬰兒”都需要體外受精，都是有性生殖，C正確；“設(shè)計試管嬰兒”不同于為解決不孕夫婦的生育問題出現(xiàn)的試管嬰兒，一般是為了救治病人，需要試管嬰兒的骨髓、干細胞、臍帶血等，這樣的設(shè)計都符合倫理道德，D錯誤。]
12．(2022·武漢高三模擬)當前生物技術(shù)發(fā)展非常迅猛，很多生物技術(shù)的應用已經(jīng)與我們的日常生活密切相關(guān)。下列有關(guān)生物技術(shù)的說法或做法正確的是(　　)
A．設(shè)計試管嬰兒是指通過遺傳咨詢有選擇地生育優(yōu)良性狀的小孩
B．在我國，通過生殖性克隆有可能解決一些夫婦不孕不育的問題
C．胚胎工程繁育良種時，供體和受體母畜都要進行同期發(fā)情處理
D．對囊胚進行胚胎分割時，必須對整個胚胎進行均等分割
C　[設(shè)計試管嬰兒是指通過胚胎移植前對胚胎進行遺傳學診斷有選擇地生育符合特殊要求的小孩，通過遺傳咨詢有選擇地生育優(yōu)良性狀的小孩能降低遺傳病的發(fā)生概率，A錯誤；在我國，通過試管嬰兒技術(shù)有可能解決一些夫婦不孕不育的問題，B錯誤；胚胎工程繁育良種時，供體和受體母畜都要進行同期發(fā)情處理，保證胚胎移植入相同的生理環(huán)境，C正確；對囊胚進行胚胎分割時，必須對內(nèi)細胞團進行均等分割，D錯誤。]
(三十八)基因敲除技術(shù)篩選基因敲除的胚胎干細胞
基因敲除技術(shù)主要應用于動物模型的建立，而最成熟的實驗動物是小鼠。用小鼠進行DNA重組研究中形成的“基因敲除”技術(shù)，能“敲除”DNA分子上的特定基因。該技術(shù)的主要過程如下：
第一步：分離小鼠胚胎干細胞，胚胎干細胞簡稱ES或EK細胞，來源于早期胚胎或原始性腺、囊胚期的內(nèi)細胞團，這些細胞中含有需要改造的基因，稱“靶基因”。
第二步：基因載體的構(gòu)建。把目的基因和與細胞內(nèi)靶基因特異片段同源的DNA分子都重組到帶有標記基因的載體上，成為重組載體。結(jié)果使該片段上的靶基因失活，即讓靶基因不能表達。
第三步：將插入標記基因的靶基因通過顯微注射法轉(zhuǎn)移入胚胎干細胞，再通過同源互換，用失活靶基因取代兩個正常靶基因中的一個，完成對胚胎干細胞的基因改造。
第四步：將第三步處理后的胚胎干細胞，轉(zhuǎn)移到特定含有新霉素培養(yǎng)基中篩選培養(yǎng)。
第五步：科學家可以通過“基因敲除”技術(shù)來治療疾病，上面獲得的基因敲除小鼠，還不能直接用來研究基因功能，因為該小鼠體內(nèi)仍有一個正確的靶基因，也能表達性狀，因此還需要進一步處理。將篩選出來的靶細胞導入鼠的囊胚中，再將此囊胚植入假孕母鼠體內(nèi)(同期發(fā)情且未經(jīng)配種的母鼠)，使其發(fā)育成嵌合體小鼠。
第六步：得到純合體。由于同源重組常常發(fā)生在一對染色體上中一條染色體上，所以如果要得到穩(wěn)定遺傳的純合體基因敲除模型，需要進行至少兩代遺傳。
[對點訓練]
1．(2023·湖北名校聯(lián)盟高三聯(lián)考)美國馬里蘭大學醫(yī)學院為一名57歲的男子進行了轉(zhuǎn)基因豬(該轉(zhuǎn)基因豬經(jīng)過了基因編輯：修飾或敲除部分基因)心臟移植手術(shù)并獲得成功。該患者在接受手術(shù)后的2個月去世，具體原因還未報道，但可能與免疫排斥反應有關(guān)，下列敘述錯誤的是(　　)
A．免疫排斥反應主要依賴于T細胞的作用
B．患者在術(shù)后需使用免疫抑制劑以抑制免疫細胞的活性
C．轉(zhuǎn)基因豬的心臟引起的免疫排斥作用相對較弱
D．對動物基因進行編輯不存在安全問題和倫理問題
D　[免疫排斥過程主要依賴于細胞毒性T細胞對靶細胞、靶器官的攻擊，即免疫排斥反應主要依賴于T細胞的作用，A正確；給患者使用免疫抑制劑，抑制免疫細胞的活性，降低患者的免疫功能，有利于移植心臟的存活，B正確；由題意可知，轉(zhuǎn)基因豬改造過程中可能去掉了某些抗原性物質(zhì)，降低移植心臟的抗原特性，提高存活率，C正確；對動物基因進行編輯也存在安全問題和倫理問題，D錯誤。]
2．(多選)(2022·煙臺高三檢測)Cre loxP系統(tǒng)能實現(xiàn)特定基因的敲除(如圖1)。把幾種熒光蛋白基因和Cre酶能識別并切割的序列(loxP1和loxP2)串在一起，構(gòu)建表達載體T(如圖2)。部分熒光蛋白基因會被Cre酶隨機“剪掉”，且兩個loxP1之間或兩個loxP2之間的基因，最多會被Cre酶敲除一次，剩下的部分得以表達，隨機呈現(xiàn)不同的顏色。下列敘述錯誤的是(　　)
圖1
圖2
注：僅表達與啟動子相鄰的熒光蛋白基因
A．構(gòu)建表達載體T需用到限制酶和DNA連接酶
B．若小鼠細胞含一個表達載體T(不含Cre酶)，其肌肉組織細胞呈紅色
C．若小鼠細胞含一個表達載體T(含Cre酶)，其腦組織細胞呈紅色或黃色
D．若小鼠細胞含兩個表達載體T(含Cre酶)，其腦組織細胞可能出現(xiàn)兩種顏色
BC　[基因表達載體構(gòu)建過程中需要限制酶和DNA連接酶兩種工具酶處理，A正確；據(jù)圖中信息可知，小鼠A有編碼紅、黃、藍熒光蛋白的基因，loxP1、loxP2位置如圖確2黑白三角符號所示，兩個loxP1和兩個loxP2之間的基因最多會被Cre酶敲除一次，將含Cre酶的病毒注入小鼠體內(nèi)，Cre酶表達情況不同，識別的loxP不同，則有可能未敲除熒光蛋白基因，此時為紅色；也有可能敲除兩個loxP1之間的紅色熒光蛋白基因，此時為黃色；有可能敲除兩個loxP2之間的紅色和黃色熒光蛋白基因，此時為藍色，因而不同腦細胞會差異表達紅色、黃色或藍色熒光蛋白基因，B、C錯誤；小鼠腦組織細胞內(nèi)有2個相同表達載體T，Cre酶對每個DNA片段隨機剪切，因而細胞的顏色由細胞內(nèi)兩種熒光蛋白的顏色疊加而成，故其腦組織細胞可能出現(xiàn)兩種顏色，D正確。]
1．(2021·湖北卷，13)植物的有性生殖過程中，一個卵細胞與一個精子成功融合后通常不再與其他精子融合。我國科學家最新研究發(fā)現(xiàn)，當卵細胞與精子融合后，植物卵細胞特異表達和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2。這兩種酶能降解一種吸引花粉管的信號分子，避免受精卵再度與精子融合。下列敘述錯誤的是(　　)
A．多精入卵會產(chǎn)生更多的種子
B．防止多精入卵能保持后代染色體數(shù)目穩(wěn)定
C．未受精的情況下，卵細胞不分泌ECS1和ECS2　
D．ECS1和ECS2通過影響花粉管導致卵細胞和精子不能融合
A　[多精入卵會導致子代有來自卵細胞和多個精細胞的染色體，破壞親子代之間遺傳信息的穩(wěn)定性，因此一個卵細胞與一個精子成功融合后通常不再與其他精子融合。防止多精入卵可以保證子代遺傳信息來自一個精子和一個卵細胞，能保持后代染色體數(shù)目穩(wěn)定，A錯誤，B正確；結(jié)合題意“當卵細胞與精子融合后，植物卵細胞特異表達和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2”可知，未受精的情況下，卵細胞不分泌ECS1和ECS2，C正確；據(jù)題意可知，ECS1和ECS2能降解一種吸引花粉管的信號分子，避免受精卵再度與精子融合，推測該過程是由于ECS1和ECS2通過影響花粉管導致卵細胞和精子不能融合，D正確。]
2．(多選)(2020·江蘇卷，23)小鼠胚胎干細胞經(jīng)定向誘導可獲得多種功能細胞，制備流程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．為獲得更多的囊胚，采用激素注射促進雄鼠產(chǎn)生更多的精子
B．細胞a和細胞b內(nèi)含有的核基因不同，所以全能性高低不同
C．用胰蛋白酶將細胞a的膜蛋白消化后可獲得分散的胚胎干細胞
D．胚胎干細胞和誘導出的各種細胞都需在CO2培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)
ABC　[哺乳動物進行體外受精時很容易獲得大量精子，因為自然狀態(tài)下雄性哺乳動物產(chǎn)生的精子數(shù)量就很多，不容易大量獲取的是卵細胞，因而通常需要用促性腺激素處理雌性哺乳動物，使其一次性產(chǎn)生更多的卵細胞，來培養(yǎng)更多的胚胎，A項錯誤；細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果，不改變基因的種類和數(shù)量，細胞a和細胞b內(nèi)含有的核基因相同，B項錯誤；細胞培養(yǎng)過程中分散細胞時，用胰蛋白酶等處理組織，分散得到單細胞懸液，不是破壞了細胞的膜蛋白，而僅僅是分解掉細胞間的黏連蛋白，C項錯誤；動物細胞的培養(yǎng)需要使用CO2培養(yǎng)箱，D項正確。]
3．(2022·北京卷，21)生態(tài)文明建設(shè)已成為我國的基本國策。水中雌激素類物質(zhì)(E物質(zhì))污染會導致魚類雌性化等異常，并通過食物鏈影響人體健康和生態(tài)安全。原產(chǎn)南亞的斑馬魚，其肌細胞、生殖細胞等存在E物質(zhì)受體，且幼體透明?？茖W家將綠色熒光蛋白(GFP)等基因轉(zhuǎn)入斑馬魚，建立了一種經(jīng)濟且快速的水體E物質(zhì)監(jiān)測方法。
(1)將表達載體導入斑馬魚受精卵的最佳方式是________。
(2)為監(jiān)測E物質(zhì)，研究者設(shè)計了如圖所示的兩種方案制備轉(zhuǎn)基因斑馬魚，其中ERE和酵母來源的UAS是兩種誘導型啟動子，分別被E物質(zhì)－受體復合物和酵母來源的Gal4蛋白特異性激活，啟動下游基因表達。與方案1相比，方案2的主要優(yōu)勢是____________，因而被用于制備監(jiān)測魚(MO)。
(3)現(xiàn)擬制備一種不育的監(jiān)測魚SM，用于實際監(jiān)測。SM需經(jīng)MO和另一親本(X)雜交獲得。欲獲得X，需從以下選項中選擇啟動子和基因，構(gòu)建表達載體并轉(zhuǎn)入野生型斑馬魚受精卵，經(jīng)培育后進行篩選。請將選項的序號填入相應的方框中。
Ⅰ.啟動子：________。
①ERE?、赨AS?、凼够騼H在生殖細胞表達的啟動子(P生)④使基因僅在肌細胞表達的啟動子(P肌)
Ⅱ.基因：________
A．GFP
B．Gal4
C．雌激素受體基因(ER)
D．僅導致生殖細胞凋亡的基因(dg)
(4)SM不育的原因是：成體SM自身產(chǎn)生雌激素，與受體結(jié)合后________________________造成不育。
(5)使擬用于實際監(jiān)測的SM不育的目的是_____________________________________。
答案　(1)顯微注射　(2)監(jiān)測靈敏度更高
(3)②　D　(4)激活ERE誘導Gal4表達，Gal4結(jié)合UAS誘導dg表達，生殖細胞凋亡
(5)避免轉(zhuǎn)基因斑馬魚逃逸帶來生物安全問題
解析　(1)將目的基因?qū)雱游锛毎钣行У姆椒ㄊ秋@微注射法，所以將表達載體導入斑馬魚受精卵的最佳方式是顯微注射法。
(2)由圖中信息可知，方案1 E物質(zhì)－受體復合物激活ERE，使GFP基因表達，方案2 E物質(zhì)－受體復合物先激活ERE獲得Gal4蛋白，然后Gal4蛋白激活UAS啟動子，使GFP基因表達，方案2 GFP蛋白表達量大，更靈敏。
(3)MO和另一親本(X)雜交獲得SM，MO是方案2獲得，所以親本X啟動子選擇UAS。要獲得SM不育個體，MO是可育的，所以X必須有僅導致生殖細胞凋亡的基因(dg)。
(4)成體SM自身產(chǎn)生雌激素，與受體結(jié)合后形成復合物，激活ERE誘導Gal4表達，Gal4與UAS啟動子結(jié)合誘導dg表達，使生殖細胞凋亡。
(5)監(jiān)測魚屬于轉(zhuǎn)基因生物，目前安全性不確定，為了避免轉(zhuǎn)基因斑馬魚逃逸帶來生物安全問題，需要SM不育。
4．(2021·湖南卷，22)M基因編碼的M蛋白在動物A的肝細胞中特異性表達?，F(xiàn)設(shè)計實驗，將外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通過核移植、胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術(shù)獲得M基因失活的轉(zhuǎn)基因克隆動物A，流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：
(1)在構(gòu)建含有片段F的重組質(zhì)粒過程中，切割質(zhì)粒DNA的工具酶是________________，這類酶能將特定部位的兩個核苷酸之間的________斷開。
(2)在無菌、無毒等適宜環(huán)境中進行動物A成纖維細胞的原代和傳代培養(yǎng)時，需要定期更換培養(yǎng)液，目的是__________________________________________________________________。
(3)與胚胎細胞核移植技術(shù)相比，體細胞核移植技術(shù)的成功率更低，原因是________________。
從早期胚胎中分離獲得的胚胎干細胞，在形態(tài)上表現(xiàn)為________________________(答出兩點即可)，功能上具有________________。
(4)鑒定轉(zhuǎn)基因動物：以免疫小鼠的________淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行融合，篩選融合雜種細胞，制備M蛋白的單克隆抗體。簡要寫出利用此抗體確定克隆動物A中M基因是否失活的實驗思路__________________________________________________________________________。
答案　(1)限制酶(或限制性內(nèi)切核酸酶)　磷酸二酯鍵　(2)清除代謝產(chǎn)物，防止細胞代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害，同時給細胞提供足夠的營養(yǎng)　(3)動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難　體積小、細胞核大、核仁明顯(答出兩點即可)　發(fā)育的全能性　(4)B　取該轉(zhuǎn)基因動物的肝組織細胞，提取其蛋白質(zhì)，加入適量的M蛋白的單克隆抗體，觀察有無凝集現(xiàn)象(或有無抗原—抗體特異性結(jié)合的現(xiàn)象)，若有則說明M基因不失活，若無則說明M基因失活
解析　(1)構(gòu)建基因表達載體時，切割質(zhì)粒DNA要用到限制性內(nèi)切核酸酶，即限制酶，限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。(2)在進行動物細胞培養(yǎng)的過程中，要定時更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物，防止細胞代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害。(3)動物細胞核移植分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植，其中體細胞核移植由于動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難。胚胎干細胞具有胚胎細胞的特性，在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小、細胞核大、核仁明顯，在功能上，具有發(fā)育的全能性，即可以分化成為動物體內(nèi)任何一種組織細胞。(4)在進行單克隆抗體制備時，首先要誘導相應的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合。在應用單克隆抗體進行檢測時，主要原理是抗原—抗體特異性結(jié)合，所以實驗思路是取該轉(zhuǎn)基因動物的肝組織細胞，提取其蛋白質(zhì)，加入適量的M蛋白的單克隆抗體，觀察有無凝集現(xiàn)象(抗原—抗體特異性結(jié)合的現(xiàn)象)，若有則說明M基因不失活，否則說明M基因失活。

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