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[觀考情 考綱考頻] 1.動物胚胎發(fā)育的基本過程與胚胎工程的理論基礎(Ⅰ)[3年4考] 2.胚胎干細胞的移植(Ⅰ)[3年6考] 3.胚胎工程的應用(Ⅱ)[3年2考],專題3 胚胎工程,一、體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育 1．精子與卵子的發(fā)生,2.受精 (1)精子獲能：剛排出的精子，不能立即與卵子受精，必須在_______________內(nèi)發(fā)生相應的生理變化后，才能獲得受精能力。 (2)卵子的準備：卵子要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，到 時期，才具備與精子受精的能力。 (3)受精過程主要包括：精子穿過 ，進入卵細胞膜，原核形成融合。,雌性動物生殖道,減Ⅱ中期,放射冠和透明帶,3．胚胎發(fā)育過程：受精卵→卵裂→ →原腸胚→組織器官分化→幼體。 (1)哺乳動物的早期胚胎發(fā)育是在 中進行的，一般到桑椹胚期進入子宮，囊胚期著床。 (2)卵裂：細胞分裂方式是 。 (3)囊胚：由滋養(yǎng)層細胞和內(nèi)細胞團構(gòu)成， 細胞具有發(fā)育全能性，能分化出幼體動物的所有組織器官。 (4)原腸胚：出現(xiàn)了 個胚層和原腸腔。,囊胚,輸卵管,有絲分裂,內(nèi)細胞團,三,二、體外受精和早期胚胎培養(yǎng) 1．體外受精 (1)精子的采集與獲能：采集方法有 法、手握法和電刺激法等；獲能方法有 法和化學誘導法。 (2)卵母細胞的采集和培養(yǎng)：給哺乳動物注射 激素，使其超數(shù)排卵，然后從 中沖出；也可從廢棄的卵巢或活體卵巢中采集，但需要培養(yǎng)到 時，才可受精。 (3)體外受精：獲能的精子和成熟的卵子在相應溶液中受精。 2．早期胚胎培養(yǎng) (1)培養(yǎng)液成分：無機鹽、有機鹽(兩鹽)； (兩素)； (兩酸)，另外還有水、血清等。 (2)胚胎去向： 。,假陰道,獲能培養(yǎng)液,促性腺,輸卵管,減Ⅱ中期,維生素、激素,氨基酸、核苷酸,向受體移植或冷凍保存,三、胚胎工程的應用及前景 1．胚胎移植 (1)地位：胚胎工程其他技術(shù)的最后一道工序。 (2)過程： (3)意義：充分發(fā)揮 。,雌性優(yōu)良個體的繁殖潛能,2．胚胎分割 (1)材料：發(fā)育良好，形態(tài)正常的 。 (2)實質(zhì)：胚胎分割可增加動物后代，其實質(zhì)是_____________________。 (3)注意：對囊胚分割時，注意將 均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。,桑椹胚或囊胚,動物的無性繁殖或克隆,內(nèi)細胞團,3．胚胎干細胞 (1)來源： 。 (2)特點：形態(tài)上，體積小、核大、核仁明顯；功能上具有_____________；體外培養(yǎng)條件下可以 。 (3)培養(yǎng)過程,早期胚胎或原始性腺,發(fā)育的全能性,增殖而不分化,(4)應用 ①可用于研究哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律。 ②是在體外條件下研究 的理想材料。 ③可以用于治療人類的某些頑疾，如帕金森綜合征等。 ④移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。 ⑤定向培育出人造組織器官，用于 ，解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。,細胞分化,器官移植,1．判斷下列關(guān)于受精作用及胚胎發(fā)育說法的正誤。 (1)采集的卵母細胞要在體外培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精(√) (2)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(√) (3)胚胎移植時對供體和受體母牛都要進行相同激素處理(2012年高考江蘇卷)(×) (4)卵子形成過程中，減數(shù)第一次分裂和減數(shù)第二次分裂是連續(xù)的(×) (5)透明帶反應和卵細胞膜反應是防止多精入卵的兩道屏障(√) (6)判斷卵子是否受精的標志是在卵細胞膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體(√),2．判斷下列關(guān)于胚胎工程應用說法的正誤。 (1)囊胚的滋養(yǎng)層細胞具有發(fā)育全能性(2012年高考浙江卷)(×) (2)胚胎分割的份數(shù)越多，操作技術(shù)的難度會越大，移植的成功率也越低(√) (3)在胚胎移植中，對供體母羊要做超數(shù)排卵處理，對供、受體要做同期發(fā)情處理(√) (4)胚胎分割移植應選取發(fā)育良好的、形態(tài)正常的囊胚或原腸胚(×) (5)胚胎干細胞在體外培養(yǎng)條件下具有增殖而不發(fā)生分化的特點(√) (6)在對囊胚進行分割時，要將滋養(yǎng)層細胞均等分割(×),1．體內(nèi)受精與胚胎發(fā)育 (1)受精作用 ①受精作用的場所：輸卵管。 ②受精前的準備階段 a．精子獲能：精子必須在雌性動物的生殖道發(fā)生相應的生理變化后，才能獲得 。 原因解釋：精液由精子和精清(精漿)兩部分組成。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質(zhì)，因此，在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當交配后精液進入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產(chǎn)生一種物質(zhì)解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動物生殖道內(nèi)獲能的部位因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。,受精與胚胎發(fā)育,受精能力,b．卵子的準備：在輸卵管中發(fā)育到減數(shù) 的中期，才具有與精子受精的能力。 ③受精階段——四步曲 第一步：精子穿越放射冠和透明帶。頂體反應使頂體內(nèi)的酶釋放出來并溶解放射冠內(nèi)的卵丘細胞之間的物質(zhì)， 是防止多精入卵受精的第一道屏障。 第二步：精子進入卵細胞膜。 是防止多精入卵受精的第二道屏障。 第三步：原核形成。雄原核形成和雌原核形成。 第四步：合子形成。雌雄原核融合形成合子(受精卵)。,第二次分裂,透明帶反應,卵細胞膜反應,(2)胚胎發(fā)育過程,,①起點是 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。 ②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。 ③桑椹胚以前的細胞均未分化，細胞 最高，是_________的最佳時期。 ④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 。,受精卵,全能性,胚胎分割,胚胎分割,2．體外受精與胚胎的早期培養(yǎng) (1)體外受精的原理：人工模擬體內(nèi)環(huán)境(包括營養(yǎng)、溫度、pH等)，使 成熟和 ，最終完成受精和胚胎保存。 (2)體外受精主要操作步驟 ①卵母細胞的采集 方法一：對小型動物一般采用促性腺激素處理，排卵后直接從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。 方法二：對大型動物一般采用從活體的卵巢中吸取卵母細胞，經(jīng)體外人工培養(yǎng)成熟后與獲能的精子在體外受精。 ②精子的采集和獲能 采集方法：假陰道法、手握法和電刺激法等。 獲能方法：培養(yǎng)法和誘導法。,初級卵母細胞,精子獲能,③受精：獲能精子和成熟卵子在共同培養(yǎng)一段時間后便可受精。 (3)胚胎的早期培養(yǎng) ①培養(yǎng)的目的：檢測受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。 ②培養(yǎng)液的成分：水、無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸以及 等。 ③胚胎去向：冷凍保存、移植到受體動物子宮內(nèi)培養(yǎng)。,動物血清,1．胚胎工程技術(shù)包含的內(nèi)容很豐富，如圖是胚胎工程技術(shù)研究及應用的相關(guān)情況，其中供體1是良種荷斯坦高產(chǎn)奶牛，供體2是黃牛，請據(jù)圖回答下列問題：,,(1)應用1中獲得的小牛，其遺傳物質(zhì)來源于________，細胞B的名稱是________。 (2)應用2中牛完成體內(nèi)受精的場所是________，剛種植在子宮內(nèi)的胚胎其發(fā)育程度一般為________，胚胎種植后可以通過________從母體獲得正常發(fā)育所需要的物質(zhì)。這種試管牛的產(chǎn)生，采用的胚胎工程技術(shù)有______________(至少答出2種)等。 (3)應用3中細胞C、D分別取自________、________。 (4)應用4中通過________技術(shù)獲得二分胚①和②，同時，可以通過取樣________進行分子水平的早期胚胎性別鑒定；也可以在細胞水平上通過對________的分析進行性別鑒定。,解析：本題主要考查胚胎工程的應用。(1)由圖示可看出應用1中獲得的小牛，其遺傳物質(zhì)來源于供體1和供體2，細胞B為處于MⅡ期卵母細胞。(2)體內(nèi)受精的場所為輸卵管。胚胎移植一般選擇桑椹胚或囊胚進行移植，胚胎種植后可以通過胎盤從母體獲得正常發(fā)育所需要的物質(zhì)，試管牛應用了體外受精、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等技術(shù)手段。(3)(4)細胞C來自生殖腺，而細胞D來自早期胚胎，利用胚胎分割可獲得多胚，利用滋養(yǎng)層的細胞可進行早期胚胎性別鑒定，也可通過對染色體的分析進行性別鑒定。 答案：(1)供體1和供體2 MⅡ期卵母細胞(或減數(shù)第二次分裂中期的卵母細胞) (2)輸卵管 桑椹胚或囊胚 胎盤 體外受精、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植 (3)原始性腺(或生殖腺) 早期胚胎(囊胚的內(nèi)細胞團) (4)胚胎分割 滋養(yǎng)層 染色體(或性染色體),1．胚胎工程的操作流程分析,胚胎工程,,2．胚胎移植 (1)概念：是指將雌性動物的早期胚胎，或者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)相同的其他雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。 (2)胚胎移植的生理學基礎 ①哺乳動物排卵后，同種動物 的生理變化是相同的，這是胚胎能夠移入受體的生理基礎。 ②早期胚胎形成后，未與母體子宮建立聯(lián)系，而是處于__________，這是胚胎收集的生理基礎。 ③受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生 反應，這是胚胎在受體內(nèi)能夠存活的生理基礎。 ④供體胚胎可與受體子宮建立聯(lián)系，且不影響供體胚胎的遺傳特性，這是供體胚胎正常發(fā)育的生理基礎。,供受體生殖器官,游離狀態(tài),免疫排斥,(3)實質(zhì)：是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下 的轉(zhuǎn)換，而胚胎本身的遺傳物質(zhì)并不發(fā)生改變，因此各種性狀能保持其原來的優(yōu)良特性。 (4)優(yōu)勢：充分發(fā)揮 的繁殖潛力，從而大大縮短了供體本身的繁殖周期，大大推動了畜牧業(yè)的發(fā)展。 (5)胚胎移植過程中兩次使用激素，第一次常用 對受、供體進行同期發(fā)情處理；第二次用 處理供體使其超數(shù)排卵。 (6)胚胎移植過程中有兩次檢查：第一次對 進行檢查；第二次對 是否妊娠進行檢查。 (7)胚胎移植的意義：①加速育種工作和品種改良；②大量節(jié)省購買種畜的費用；③一胎多產(chǎn)；④保存品種資源和瀕危物種；⑤可充分發(fā)揮優(yōu)秀個體的繁殖潛能，縮短繁殖周期，增加一生繁殖的后代數(shù)量。,空間位置,雌性優(yōu)良個體,孕激素,促性腺激素,收集的胚胎,受體母畜,3．胚胎分割 (1)概念：采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。 (2)理論基礎：細胞的 。 (3)使用的主要儀器：實體顯微鏡和顯微操作儀。 (4)材料選擇：發(fā)育良好、形態(tài)正常的 。 (5)囊胚期分割要求： 均等分割，以免影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。 (6)意義：加快繁殖速度，是動物無性繁殖或克隆的方法之一，其他克隆方法還有核移植。 (7)特點：后代具有相同的 。,全能性,桑椹胚或囊胚,內(nèi)細胞團,遺傳物質(zhì),4．試管動物與克隆動物的比較,2．(2015年鄭州模擬)下圖表示利用胚胎干細胞(ES細胞)所作的一系列研究，請據(jù)圖分析回答。,,(1)上圖中的胚胎干細胞(ES細胞)可以從_____和____中分離獲取。,(2)過程Ⅰ將胚胎干細胞置于γ射線滅活的鼠胎兒成纖維細胞的飼養(yǎng)層上，并加入動物血清、抗生素等物質(zhì)，維持細胞不分化的狀態(tài)。在此過程中，飼養(yǎng)層提供干細胞增殖所需的______________，加入抗生素是為了____________。該過程對于研究細胞分化和細胞凋亡的機理具有重要意義。 (3)過程Ⅱ?qū)в羞z傳標記的ES細胞注入早期胚胎的囊胚腔，通過組織化學染色，用于研究動物體器官形成的時間、發(fā)育過程以及影響因素，這項研究利用了胚胎干細胞具有______________的特點。在哺乳動物早期發(fā)育過程中，囊胚的后一個階段是__________________。 (4)過程Ⅲ是培育轉(zhuǎn)基因小鼠，將獲得的目的基因?qū)肱咛ジ杉毎靶铇?gòu)建基因表達載體，目的是____________________________。 將構(gòu)建好的表達載體導入胚胎干細胞最常用的方法是________________________________________。,(5)過程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是軟骨、神經(jīng)管、橫紋肌和骨骼等人類組織和器官。實驗時，必須去除小鼠的胸腺，使其存在免疫缺陷，其目的是______________________________，該過程研究的意義在于解決______________________________問題。 (6)該研究中，包含的生物技術(shù)有_____________(至少寫出兩種)。,解析：(1)胚胎干細胞(ES細胞)可以從早期胚胎和原始性腺中分離獲取。(2)胚胎干細胞培養(yǎng)時所用的飼養(yǎng)層上可以提供干細胞增殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，加入抗生素是為了防止雜菌污染。(3)胚胎干細胞具有發(fā)育的全能性，通過組織化學染色，用于研究動物體器官形成的時間、發(fā)育過程以及影響因素。在哺乳動物早期發(fā)育過程中，囊胚的后一個階段是原腸胚。(4)基因工程中，構(gòu)建基因表達載體的目的是使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。將基因表達載體導入動物細胞最常用的方法是顯微注射法。(5)去除小鼠的胸腺，不能形成T細胞，不發(fā)生細胞免疫，使移植的組織細胞不會被排斥。利用去除胸腺的小鼠培養(yǎng)人類器官和組織的過程對于解決臨床上供體器官不足或器官移植后免疫排斥等問題有重要意義。(6)題中的研究過程包括動物細胞培養(yǎng)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等生物技術(shù)。,答案：(1)早期胚胎 原始性腺 (2)營養(yǎng)物質(zhì) 防止雜菌污染 (3)發(fā)育的全能性 原腸胚 (4)使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用 顯微注射法 (5)去除胸腺，不能形成T細胞，不發(fā)生細胞免疫，使移植組織細胞不會被排斥 臨床上供體器官不足或器官移植后免疫排斥等 (6)動物細胞培養(yǎng)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植,1．概念：(ES細胞)，是由早期胚胎(囊胚)的內(nèi)細胞團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 ，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)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。,干細胞培養(yǎng)與應用分析,全能性,3．種類,4.培養(yǎng)關(guān)鍵：需要一種能促進胚胎干細胞的生長、但抑制其分化的一種培養(yǎng)體系，這種體系就是胚胎成纖維細胞。 5．胚胎干細胞的主要用途 (1)將胚胎干細胞核移植到 的卵細胞中，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。 (2)培育出人造組織器官，用于器官移植。 (3)改良創(chuàng)造動物新品種。,去核,3．下圖為哺乳動物的胚胎干細胞及其分化的示意圖。請回答：,,(1)胚胎干細胞是從動物胚胎發(fā)育至________期的內(nèi)細胞團或胎兒的________中分離得到的一類細胞。 (2)圖中分化程度最低的干細胞是________。在體外培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)液中加入________因子，可誘導該種干細胞向不同類型的組織細胞分化。 (3)在機體內(nèi)，皮膚干細胞分化成皮膚細胞是機體細胞中基因________的結(jié)果。 (4)某患者不能產(chǎn)生正常的白細胞，通過骨髓移植可以達到治療的目的。骨髓移植的實質(zhì)是將上圖中的________細胞移植到患者體內(nèi)。 (5)若要克隆某種哺乳動物，從理論上分析，上述紅細胞、白細胞、皮膚細胞、神經(jīng)細胞中不能選用作為供體的細胞是成熟的________，其原因是_______________________________。 (6)若某藥物可抑制肝腫瘤細胞DNA的復制，使用該藥物可使肝腫瘤細胞停留于細胞周期的________期。,解析：(1)囊胚的內(nèi)細胞團具全能性。 (2)胚胎干細胞分化最低，在培養(yǎng)液中加入誘導因子可誘導該種干細胞向不同類型的組織細胞分化。 (3)基因的選擇性表達實現(xiàn)了細胞分化。 (4)造血干細胞能分化成各種血細胞，使患者血液中血細胞正常。 (5)成熟紅細胞無細胞核。 (6)間期DNA分子進行復制。 答案：(1)囊胚 原始性腺細胞 (2)胚胎干細胞 分化誘導 (3)選擇性表達 (4)造血干 (5)紅細胞 紅細胞中無細胞核 (6)間,[例1] 下面是畜牧業(yè)生產(chǎn)上培育某種優(yōu)良種牛的兩種方法，請分析回答：,體外受精與早期胚胎發(fā)育,,(1)方法Ⅰ和方法Ⅱ均用到的生物技術(shù)有________和________。 (2)用激素處理的目的是使B牛________，從B牛體內(nèi)獲得的卵子需要培養(yǎng)到________(時期)才能與精子結(jié)合。 (3)A牛的精子必須在B牛的生殖道中經(jīng)過相應的生理變化后，才能與B牛的卵子結(jié)合，完成受精作用，這個過程叫________。卵子受精的標志是在卵細胞膜和透明帶的間隙能夠觀察到________。 (4)生產(chǎn)上常用______期的胚胎進行胚胎移植。若希望同時獲得多個性狀相同的家畜個體，可以使用______技術(shù)。,[解析] 圖示方法中Ⅰ為利用胚胎移植的方法培育試管牛，Ⅱ為克隆牛技術(shù)，兩者均用到動物細胞培養(yǎng)和胚胎移植技術(shù)；進行體外受精前，要用促性腺激素處理促使B牛超數(shù)排卵，采集卵子后，應培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期；精子在受精前要經(jīng)過獲能過程，受精后卵子即可完成分裂進程，排出第二極體，所以在透明帶和卵細胞膜的間隙中可以看到兩個極體；為保證移植胚胎的成活率，應在囊胚期或桑椹胚期移植，經(jīng)胚胎分割還可獲得多個性狀相同的個體。 [答案] (1)動物細胞培養(yǎng) 胚胎移植 (2)超數(shù)排卵 減數(shù)第二次分裂中期 (3)精子獲能 兩個極體 (4)桑椹胚(或囊胚) 胚胎分割,[例2] 以下是科學家采用不同方法培育良種牛的過程，a～h為操作過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題：,胚胎工程的應用,,(1)圖中c的操作名稱是________，d、f的操作名稱是________。 (2)圖中用到的激素是________，其目的是獲得更多的卵母細胞，卵母細胞受精后發(fā)育可得到早期胚胎；圖中早期胚胎屬于胚胎發(fā)育的________期，其中胚胎干細胞來源于________(填數(shù)字標號)。 (3)過程h常用的方法是________。采用________技術(shù)來檢測轉(zhuǎn)基因牛D的DNA上是否插入了目的基因。 (4)圖中A、B牛的性別________(填“相同”、“不相同”或“不一定相同”)。,[解析] (1)分析題圖可知，a過程是體外受精，b過程是早期胚胎培養(yǎng)，c操作是胚胎分割，d、f操作是胚胎移植。(2)用促性腺激素處理母畜，可獲得更多的卵母細胞，卵母細胞受精后發(fā)育可得到早期胚胎；胚胎移植時宜選用桑椹胚期或囊胚期胚胎；囊胚的內(nèi)細胞團細胞具有全能性，胚胎干細胞可來源于此。(3)常用顯微注射法將外源基因?qū)雱游锸荏w細胞，采用DNA分子雜交技術(shù)來檢測轉(zhuǎn)基因牛D的DNA上是否插入了目的基因。(4)A、B牛由同一個胚胎分割而來，二者遺傳物質(zhì)相同，性別相同。 [答案] (1)胚胎分割 胚胎移植 (2)促性腺激素 桑椹胚或囊胚 ③ (3)顯微注射法 DNA分子雜交 (4)相同,