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1、第36講胚胎工程,知識1 受精作用和胚胎發(fā)育的基本過程,知識2 胚胎工程及其應用,知識梳理,考點一 胚胎發(fā)育的過程,考點二 胚胎工程的基本流程,,考點突破,知識1受精作用和胚胎發(fā)育的基本過程 一、受精作用和胚胎發(fā)育,教材研讀,1.精子+卵細胞受精卵卵裂囊胚原腸胚組織器官分化幼體,2.受精作用 成熟的精卵融合成為受精卵的過程。受精大體包括精卵識別、精子附著于卵膜、精卵質(zhì)膜融合等幾個過程。精卵需要通過細胞表面的識別蛋白相互識別。,二、動物胚胎發(fā)育的基本過程 1.哺乳動物的胚胎發(fā)育早期是在輸卵管中進行的,一般到桑椹胚期進入子宮,囊胚期著床。 2.卵裂期:細胞分裂方式為有絲分裂;隨著卵裂球細胞數(shù)目的增

2、加,細胞體積逐漸變小;28個細胞時的每一個細胞均可發(fā)育成一個完整個體。,3.桑椹胚期:當胚胎細胞數(shù)目達到32個左右時,胚胎形成致密的細胞團,形似桑椹,叫作桑椹胚。 4.囊胚期:內(nèi)細胞團的細胞是一種未分化的細胞,具有發(fā)育全能性,能分化出成體動物的所有組織和器官。 5.原腸胚期:出現(xiàn)了外胚層、中胚層、內(nèi)胚層三個胚層和原腸腔。,知識2胚胎工程及其應用 一、胚胎工程,1.含義:通常指在胚胎發(fā)育過程中進行的胚胎操作技術。 2.研究的重點內(nèi)容:主要包括體外受精、胚胎體外培養(yǎng)、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等。 3.研究對象:主要限定于高等脊椎動物,特別是哺乳動物。,二、體外受精與胚胎的體外培養(yǎng) 1.體

3、外受精過程 (1)從附睪中取出成熟精子,在培養(yǎng)液中培養(yǎng),使精子獲能; (2)給母體注射促性腺激素取出未成熟卵母細胞人工培養(yǎng)促進卵母細胞成熟; (3)試管中完成受精。,2.胚胎體外培養(yǎng) (1)早期胚胎在人工創(chuàng)造的環(huán)境中的發(fā)育; (2)胚胎不同發(fā)育時期需要不同培養(yǎng)液; (3)尚無從受精卵到新生兒的全體外培養(yǎng)技術。,三、胚胎移植與胚胎分割 1.胚胎移植 (1)原因:無法進行全體外胚胎培養(yǎng); (2)移植的胚胎可以來自試管,也可以取自輸卵管或子宮角; (3)通常移植時期是發(fā)育到8細胞以上的胚胎,如早期囊胚。,2.胚胎分割 (1)在顯微鏡下用切割針或切割刀把胚胎切成多份;或用酶處理卵裂球使卵裂球中的細胞分

4、散開; (2)將分割的胚胎或細胞直接移植給受體,或在體外培養(yǎng)到囊胚階段再移植到受體內(nèi),著床發(fā)育產(chǎn)仔。,四、胚胎干細胞 1.來源:囊胚內(nèi)細胞團。 2.培養(yǎng):一般用胚胎成纖維細胞做飼養(yǎng)層培養(yǎng)胚胎干細胞,這樣可以促進干細胞生長,同時抑制干細胞的分化。 3.獲取:把囊胚放到有飼養(yǎng)層的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng),直到內(nèi)細胞團突出飼養(yǎng)層外,然后用酶消化或機械剝離內(nèi)細胞團,再把它用酶消化成單個細胞,置于新鮮培養(yǎng)液中培養(yǎng)。,4.應用 (1)胚胎干細胞核移植:將胚胎干細胞核移植到去核卵細胞中,經(jīng)過胚激活、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植后直接由受體完成克隆動物的技術。 (2)用干細胞克隆器官,為器官移植提供器官。,1.如圖表示通過體外

5、受精培育牛的過程,下列敘述錯誤的是(B) A.獲取的精子經(jīng)獲能后才能進行體外受精 B.過程只與細胞膜的流動性有關 C.過程的細胞增殖方式是有絲分裂 D.過程屬于胚胎移植過程,解析在進行體外受精時,獲取的精子需獲能后才能進行體外受精;圖中的過程是受精作用,該過程涉及精卵細胞的識別、精子附著于卵膜、精卵質(zhì)膜融合等;過程是卵裂過程,該過程的細胞增殖方式是有絲分裂;過程是將多細胞胚胎移入受體子宮的過程,屬于胚胎移植過程。,2.培育“試管山羊”的基本過程如圖所示。若要培育成功,下列敘述正確的是(A) 受精卵早期胚胎代孕母羊 試管山羊 A.甲過程中可通過給母山羊注射有關激素使其超數(shù)排卵 B.乙過程的目的之

6、一是促進卵母細胞和精子的成熟 C.丙過程與乙過程中應采用相同成分的培養(yǎng)液 D.丁過程中早期胚胎需移植到與供體性狀相同的代孕母羊子宮內(nèi),解析分析圖示可知,甲過程為卵母細胞的采集,一般用促性腺激素處理良種母山羊,使其超數(shù)排卵。乙過程為精子獲能以及受精,獲能的精子和成熟的卵子在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精。丙過程為早期胚胎培養(yǎng),在發(fā)育培養(yǎng)液中進行。丁過程是胚胎移植,是指將早期胚胎移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物子宮內(nèi)使之繼續(xù)發(fā)育。故A項正確。,3.下列有關胚胎工程的敘述,正確的是(C) A.對某一胚胎的干細胞核移植,產(chǎn)生的動物中雄性和雌性的概率各占 1/2 B.胚胎分割的對象可選擇受精

7、卵到原腸胚階段的胚胎 C.胚胎干細胞培養(yǎng)時,為了抑制其分化,常需接種在胚胎成纖維細胞上 D.從附睪取出的成熟精子即可直接與成熟的卵細胞受精,解析對某一胚胎的干細胞核移植產(chǎn)生的動物的性別與干細胞來源有關,如果干細胞來自雄性動物,則培養(yǎng)的動物個體都是雄性,如果干細胞來自雌性動物,則培養(yǎng)的動物個體都是雌性;胚胎分割應選擇在胚胎尚未進行細胞分化時進行;胚胎成纖維細胞是已經(jīng)分化的細胞,會抑制胚胎干細胞分化;精子需要獲能后才能與成熟的卵細胞受精。,4.下列有關胚胎工程的敘述,正確的是(B) A.胚胎移植時,通常需用激素處理受體,使之超數(shù)排卵 B.胚胎干細胞培養(yǎng)時需要制備飼養(yǎng)層來抑制其分化同時促進其生長 C

8、.胚胎分割時,可采用酶處理原腸胚,從而將原腸胚細胞分散開 D.培養(yǎng)不同時期胚胎的培養(yǎng)液所含的成分相同,解析胚胎移植時要用激素處理受體,使其子宮具備胚胎發(fā)育的條件,A錯誤;胚胎干細胞培養(yǎng)時為防止其分化,需要制備飼養(yǎng)層來培養(yǎng),B正確;胚胎分割時,可采用酶處理方式將卵裂球中的細胞分散開,C錯誤;不同時期的胚胎需要的營養(yǎng)成分不同,所以培養(yǎng)液所含的成分不同,D錯誤。,5.下面是牛胚胎分割示意圖。請據(jù)圖回答問題: (1)進行胚胎分割時,應選擇發(fā)育到時期的胚胎進行操作。 (2)指的是。 (3)通過胚胎分割產(chǎn)生的兩個或多個個體共有的特點是 。 (4)在對囊胚階段的胚胎進行分割時,應注意。,答案(1)桑椹胚或

9、囊胚(2)囊胚腔(3)具有相同的遺傳物質(zhì)(4)將內(nèi)細胞團均等分割,以免影響胚胎的恢復和進一步發(fā)育,解析(1)進行胚胎分割時,所選的胚胎所處時期為桑椹胚期或囊胚期。(3)由于經(jīng)胚胎分割產(chǎn)生的個體來源于同一個細胞,其遺傳物質(zhì)相同,遺傳性狀也相同。(4)胚胎分割時要將內(nèi)細胞團均等分割,以免影響胚胎的恢復和進一步發(fā)育。,考點一胚胎發(fā)育的過程,考點突破,1.圖示,一、胚胎發(fā)育過程,2.胚胎發(fā)育的過程,知能拓展(1)受精卵及卵裂球細胞都具有全能性。 (2)囊胚內(nèi)細胞團細胞是胚胎干細胞,具有發(fā)育全能性。 (3)原腸胚細胞已發(fā)生分化,細胞全能性降低。,二、胚胎干細胞(ES細胞)培養(yǎng) 1.概念:ES細胞是從早期

10、胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞。 2.特點: (1)形態(tài):體積小、細胞核大、核仁明顯。 (2)功能:具有發(fā)育的全能性,可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細胞。 (3)體外培養(yǎng)條件下,ES細胞可以增殖而不分化。對它可以進行冷凍保存,也可以進行遺傳改造。,3.種類:,4.培養(yǎng)關鍵:需要一種能促進胚胎干細胞生長,但抑制其分化的培養(yǎng)體系,這種體系中用于飼養(yǎng)層的細胞一般是胚胎成纖維細胞。,5.培養(yǎng)過程:,知能拓展(1)胚胎干細胞是在體外條件下研究細胞分化的理想材 料。在培養(yǎng)液中加入分化誘導因子,如?；撬岬然瘜W物質(zhì)時,就可以誘 導ES細胞向不同類型的組織細胞分化,這為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有

11、效的手段。 (2)利用胚胎干細胞可以被誘導分化形成新的組織細胞的特性,移植胚胎干細胞可使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。,典例1如圖為受精作用及胚胎發(fā)育示意圖,a、b代表兩個發(fā)育時期,下列敘述不正確的是() A.過程發(fā)生同源染色體分離 B.過程通過有絲分裂增殖 C.a時期可分離得到胚胎干細胞 D.細胞分化程度逐漸增大,解題關鍵解答本題的關鍵在于掌握胚胎發(fā)育的過程、發(fā)育各個時 期的特點。,答案A,解析分析題干可知,過程是受精作用,需要精子和卵細胞的識別,該過程中不會發(fā)生同源染色體分離,只有減數(shù)分裂過程中會發(fā)生同源染色體的分離,A錯誤;過程為卵裂,是通過有絲分裂增殖的,B正確;a時期為囊胚

12、,其中的內(nèi)細胞團細胞具有全能性,因此可分離到胚胎干細胞,C正確;細胞分化程度逐漸增大,D正確。,1-1如圖所示的過程中,哪一事件在29階段沒有發(fā)生(B) A.細胞體積減小B.細胞會逐漸衰老 C.細胞有絲分裂D.細胞分化,解析圖中29階段表示的是胚胎發(fā)育過程,胚胎發(fā)育過程是細胞有絲分裂和細胞分化的結果,從受精卵發(fā)育到囊胚過程中,隨著細胞數(shù)目的增多,細胞體積減小。該過程中不會發(fā)生的是細胞的衰老。,1-2下列關于高等哺乳動物受精與胚胎發(fā)育的敘述,正確的是(C) A.絕大多數(shù)精卵細胞的識別沒有物種特異性 B.卵裂球細胞的體積隨分裂次數(shù)增加而不斷增大 C.囊胚的內(nèi)細胞團具有發(fā)育全能性 D.原腸胚發(fā)育分化

13、形成內(nèi)外兩個胚層,解析為保證物種在遺傳上的穩(wěn)定性,同一物種的精卵細胞在結合時,需要先通過細胞的識別,此過程由細胞膜上的糖蛋白完成,因糖蛋白具有物種特異性,其細胞識別也具有物種特異性,A項錯誤;受精卵卵裂時產(chǎn)生的細胞團稱為卵裂球,隨卵裂球細胞數(shù)目的增加,細胞逐漸變小,總體積基本不變,B項錯誤;囊胚的內(nèi)細胞團細胞是干細胞,具有發(fā)育全能性,C項正確;原腸胚發(fā)育分化形成外、中、內(nèi)三個胚層,D項錯誤。,考點二胚胎工程的基本流程,1.基本操作過程,2.胚胎移植與胚胎分割技術 (1)“供體”與“受體”的確定:提供胚胎的個體稱為“供體”,接受胚胎的個體稱為“受體”;供體為優(yōu)良品種,作為受體的雌性動物應為常見或

14、存量大的品種。 (2)實質(zhì):胚胎移植實質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉換,而胚胎本身的遺傳物質(zhì)并不發(fā)生改變。 (3)優(yōu)勢:可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力,縮短供體本身的繁殖周期。,知能拓展胚胎移植過程中兩次使用激素,第一次用孕激素對受、 供體進行同期發(fā)情處理;第二次用促性腺激素對供體進行處理使其超數(shù)排卵。 胚胎移植過程產(chǎn)下的牛犢性狀取決于所用公牛和供體母牛,性別取決于公牛提供何種類型的精子,與受體牛沒有關系。,1.試管動物與克隆動物的比較,2.胚胎發(fā)育與胚胎工程易錯易混點分析 (1)關于精子和卵子的發(fā)生和受精作用 成熟的精子并不具有受精能力,獲能后才具備受精能力。 受精卵的遺

15、傳物質(zhì)中,核物質(zhì)(染色體上DNA)一半來自父方(精子),一半來自母方(卵細胞),細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)幾乎全來自卵細胞。 (2)有關胚胎發(fā)育 起點是受精卵分裂,在輸卵管內(nèi)完成受精作用時即已開始,直至發(fā)育成為成熟的胎兒。,卵裂期的特點:細胞有絲分裂使細胞數(shù)目增加,但胚胎總體積并不增加或略有縮小,因此每個細胞的體積會隨分裂的進行不斷縮小,但核內(nèi)遺傳物質(zhì)并未減少。 桑椹胚以前的細胞均未分化,細胞全能性最高,是胚胎分割的最佳時期。 桑椹胚至囊胚的發(fā)育過程中,細胞開始分化,但其全能性仍很高,也可用于胚胎分割。 原腸胚的特點:個體發(fā)育中分化能力最強的階段,細胞已分化形成,外、中、內(nèi)三個胚層。 個體發(fā)育過程中從

16、囊胚階段開始初步分化,分化出內(nèi)細胞團和滋養(yǎng)層細胞,囊胚之前細胞未分化,為全能細胞,囊胚之后的原腸胚階段細胞已分化,但仍有全能細胞。 (3)有關胚胎的早期體外培養(yǎng) 早期胚胎一般指可用于移植的胚胎,在原腸胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的階段。 胚胎早期培養(yǎng)液成分與動物細胞培養(yǎng)液成分基本相同,除無機鹽、有 機鹽類和調(diào)節(jié)物質(zhì)外,還需要血清,兩者都是液體培養(yǎng)基。,典例2(2016江蘇單科,11,2分)印度沙漠貓是一種珍稀貓科動物,通過胚胎工程技術,可以讓家貓代孕而繁育,主要步驟如圖所示。下列相關敘述正確的是(),A.步驟甲、乙分別是指精子獲能、胚胎分割 B.誘導超數(shù)排卵所注射的激素只能作用于特定細胞 C.

17、受精卵發(fā)育成早期胚胎所需營養(yǎng)主要來源于培養(yǎng)液 D.步驟甲使用的培養(yǎng)液和早期胚胎培養(yǎng)液成分基本相同 答案 B,解析步驟甲、乙分別是體外受精和胚胎移植,A項錯誤;誘導超數(shù)排卵所注射的激素是促性腺激素,該激素只作用于性腺細胞,B項正確;受精卵發(fā)育成早期胚胎所需的營養(yǎng)主要來源于卵細胞,C項錯誤;步驟甲使用的培養(yǎng)液(獲能溶液或專用的受精溶液)與早期胚胎培養(yǎng)液成分不同,D項錯誤。,2-1杜泊羊以其生長速度快、肉質(zhì)好等優(yōu)點,被稱為“鉆石級”肉用綿羊。科研工作者通過胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如圖所示,相關敘述正確的是(D),A.為了獲得更多的卵母細胞,需用雌激素對雌性杜泊羊進行處理 B.從卵巢中采集的卵母細

18、胞可直接與獲能的精子進行體外受精 C.為避免代孕綿羊對植入胚胎產(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獲得同卵雙胎,解析為了獲得更多的卵母細胞,需用促性腺激素對雌羊進行處理,A錯誤;從卵巢中采集的卵母細胞,都需要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后才能與獲能的精子受精,B錯誤;代孕綿羊與供體綿羊為同種動物,所以代孕綿羊對移入子宮的同種外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應,C錯誤;胚胎分割技術可提高胚胎的利用率,擴大繁殖規(guī)模,D正確。,2-2世界首個細胞核移植“三親”嬰兒已于2016年4月誕生,引起全球廣泛關注。醫(yī)生首先從母親的卵細胞取出細胞核,并將其注入已去掉細胞核的捐贈者

19、的卵細胞內(nèi),重組細胞就擁有了母親的核DNA以及捐贈者的線粒體DNA,最后再利用精子進行體外受精。 請回答: (1)醫(yī)生用這一方法同時培育了5個胚胎,因此母親的卵巢事先需經(jīng)處理以獲得更多的卵細胞;體外受精前,精子需經(jīng)培養(yǎng)達到狀態(tài)。,(2)下列關于體外受精及胚胎工程的敘述,錯誤的是() A.精子和卵細胞表面有特異性相互識別的蛋白 B.2-8細胞期的卵裂球每一個細胞都具有全能性 C.中胚層是由外胚層的細胞增殖分裂形成的 D.體外受精使用的培養(yǎng)液和早期胚胎培養(yǎng)液成分相同 (3)受精卵需經(jīng)早期發(fā)育培養(yǎng),才能完成植入或著床,通常移植的最適宜時期是。胚胎發(fā)育到一定階段,會形成滋養(yǎng)層細胞,這部分細胞將發(fā)育成。

20、,(4)在英國獲得批準的“三親”技術則不同,是捐獻者的卵細胞與父親的精子經(jīng)體外受精形成的受精卵去核后,注入父、母親所形成受精卵的 核,以剔除母親線粒體中有缺陷的基因信息。該過程涉及的生物技術有體外受精、、和胚胎移植。,答案(1)超數(shù)排卵(促性腺激素也可)獲能(2)D(3)發(fā)育到8細胞以上的胚胎(早期囊胚、早期胚胎、桑椹胚也可)胚胎的附屬結構(胚外結構、胚盤等合理答案也可)(4)核移植胚胎體外培養(yǎng)(本小題答案順序可互換),解析(1)為獲得多個胚胎,需要對母親進行超數(shù)排卵處理獲得多個卵細胞,體外受精前,精子需進行獲能培養(yǎng),達到受精要求。(2)在體外受精時,成熟卵細胞和獲能精子共同培養(yǎng),通過精子和卵細胞表面的特異性識別蛋白相互識別,完成細胞融合(即受精),A正確;受精卵有全能性,受精卵卵裂形成的2-8細胞期的卵裂球每一個細胞也都具有全能性,B正確;在胚胎發(fā)育的原腸胚期,外胚層細胞在胚盤中線處形成增殖區(qū),該區(qū)細胞形成中胚層,C正確;體外受精使用的培養(yǎng)液和早期胚胎培養(yǎng)液成分是不相同的,D錯誤。(3)為順利完成植入或著床,移植的胚胎一般選擇,發(fā)育到8細胞以上的胚胎進行,最晚也不能晚于囊胚。囊胚的滋養(yǎng)層細胞將發(fā)育成胚胎的附屬結構或胚外結構。(4)“三親”孩子的培育過程涉及了多項技術,包括體外受精、核移植、胚胎體外培養(yǎng)、細胞培養(yǎng)、胚胎移植等。,