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2019-2020年高考生物二輪專題復(fù)習(xí) 專題十五 胚胎工程 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育 胚胎工程的建立 場所：睪丸的曲細(xì)精管 時(shí)間：從初情期開始，到生殖機(jī)能衰退 精子的發(fā)生 1）精原細(xì)胞→多個(gè)初級精母細(xì)胞（通過數(shù)次有絲分裂） 過程 2）1個(gè)初級精母細(xì)胞→2個(gè)次級精母細(xì)胞→4個(gè)精子細(xì)胞（通過減數(shù)分裂，即MI和 MII） 3）精子細(xì)胞→精子（通過變形） 場所：卵巢 時(shí)間：從胎兒時(shí)期開始（胎兒時(shí)期完成了卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備） 卵子的發(fā)生 1）卵原細(xì)胞→初級卵母細(xì)胞 過程 2）1個(gè)初級卵母細(xì)胞→1個(gè)次級卵母細(xì)胞＋第一極體（排卵前后完成） 3）1個(gè)次級卵母細(xì)胞→1個(gè)卵子＋第二極體（精子和卵子結(jié)合過程中完成） 概念：精子和卵子結(jié)合成合子（受精卵）的過程。 受精 場所：雌性的輸卵管內(nèi) 1）受精前的準(zhǔn)備階段1：精子獲能 過程 2）受驚前的準(zhǔn)備階段2：卵子的準(zhǔn)備 a.精子穿越放射冠和透明帶：頂體反應(yīng)，透明帶反應(yīng) 3）受精階段 b.進(jìn)入卵黃膜：卵黃膜封閉作用 c.原核形成和配子結(jié)合 卵裂期：細(xì)胞在透明帶中進(jìn)行有絲分裂 早期胚胎發(fā)育 桑椹胚：胚胎細(xì)胞達(dá)32個(gè)左右，每一個(gè)細(xì)胞都是細(xì)胞 囊胚：有囊胚腔，出現(xiàn)了囊胚從透明帶中伸展出來的孵化過程 原腸胚：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞形成外胚層和內(nèi)胚層，滋養(yǎng)層發(fā)育成胎膜和胎盤，內(nèi)胚層包圍著 原腸腔 體外受精和早期胚胎培養(yǎng) 試管動物技術(shù)：通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后， 再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術(shù)。 方法一：用促性腺激素處理，使其超數(shù)排卵，從中輸卵管沖取精子（針對 卵母細(xì)胞的采集 實(shí)驗(yàn)動物，家畜豬、羊等） 方法二：從屠宰母畜卵巢中采集 方法三：借助超聲波探測儀、內(nèi)窺鏡、腹腔鏡等工具直接從活體母畜 卵巢中吸?。ㄡ槍Υ蠹倚蠡虼笮蛣游铮缗＃? 體外受精 卵母細(xì)胞的培養(yǎng)：在體外人工培養(yǎng)成熟 精子的采集：方法有假陰道法、手握法和電刺激法等 精子的獲能：方法有培養(yǎng)法（通過獲能培養(yǎng)液）、化學(xué)誘導(dǎo)法（通過肝素或鈣離子載體A23187） 獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤? 受精：獲能的精子 ＋培養(yǎng)成熟的卵子 完成受精 胚胎早期培養(yǎng) 條件：受精卵在發(fā)育培養(yǎng)液中培養(yǎng) 培養(yǎng)液成分：無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等 胚胎工程的應(yīng)用及前景 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(gè)體的技術(shù)。其中提供胚胎的個(gè)體叫供體，接受胚胎的個(gè)體叫受體。 應(yīng)用：胚胎移植是轉(zhuǎn)基因、核移植、或體外受精等技術(shù)的最后一道“工序” 現(xiàn)狀：在牛的胚胎移植中，技術(shù)方法更為簡便、實(shí)用。 意義：可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體繁殖潛力。供體主要職能只是產(chǎn)生優(yōu)良特性的胚胎，縮短繁 殖周期 胚胎移植成功與否關(guān)系到：供體和受體的生理狀況 胚胎移植 1）供、受體生殖器官的生理變化相同，為胚胎提供相同的生理環(huán)境 生理學(xué)基礎(chǔ) 2）早期胚胎沒有與母體子宮建立組織聯(lián)系，為胚胎收集提供可能 3）受體對外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎的存活提供可能 4）胚胎能與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但其遺傳物質(zhì)不受影響 1）供、受體的選擇和處理（使用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理、超數(shù)排卵處理） 2）配種或人工受精 基本程序 3）胚胎收集（沖卵）、檢查（胚胎發(fā)育到桑椹胚或囊胚）、培養(yǎng)或保存（－196℃ 的液氮） 4） 胚胎移植：手術(shù)法（引出子宮和卵巢將其注入）；非手術(shù)法（用移植管將其送 入子宮） 5）移植后的檢查（是否妊娠）等 概念：指采用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技 術(shù)。 儀器設(shè)備：實(shí)體顯微鏡和顯微操作儀 操作程序 1）選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培養(yǎng)皿 胚胎分割 2）用分割針或分割刀切開胚胎，吸出半個(gè)，注入空透明帶或直接將裸半胚移植 給受體。分割囊胚時(shí)要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割。此時(shí)還可用分割針分割滋養(yǎng)層， 做胚胎DNA分析性別鑒定。 局限：剛出生的動物體重偏低，毛色和斑紋上存在差異，同卵多胎的可能性有限。 概念：由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞。簡稱ES或EK細(xì)胞。 特點(diǎn) 形態(tài)上：體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯 功能上：具有發(fā)育的全能性，即可分化為成年動物體任何一種組織細(xì)胞；在體外可 胚胎干細(xì)胞 增殖而不發(fā)生分化；可冷凍保存；可進(jìn)行遺傳改造 1）移植ES細(xì)胞修復(fù)壞死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病癥 意義 2）ES細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化，可培育人造組織器官 3）ES細(xì)胞在牛黃酸、丁酰環(huán)腺苷酸等誘導(dǎo)因子作用下可向不同類型組織細(xì)胞分化 （一）動物胚胎發(fā)育的基本過程 1、胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需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。 2、動物胚胎發(fā)育的基本過程 （1）受精場所是母體的輸卵管上段。 （2）卵裂期：特點(diǎn)：細(xì)胞有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。 （3）桑椹胚：特點(diǎn)：胚胎細(xì)胞數(shù)目達(dá)到32個(gè)左右時(shí)，胚胎形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑椹。是全能細(xì)胞。 （4）囊 胚：特點(diǎn)：細(xì)胞開始出現(xiàn)分化（該時(shí)期細(xì)胞的全能性仍比較高）。聚集在胚胎一端個(gè)體較大的細(xì)胞稱為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，將來發(fā)育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔。 （5）原腸胚：特點(diǎn)：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。 （二）胚胎干細(xì)胞 1、哺乳動物的胚胎干細(xì)胞簡稱ES或EK細(xì)胞，來源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來。 2、具有胚胎細(xì)胞的特性，在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小，細(xì)胞核大，核仁明顯；在功能上，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(xì)胞。另外，在體外培養(yǎng)的條件下，可以增殖而不發(fā)生分化，可進(jìn)行冷凍保存，也可進(jìn)行遺傳改造。 3、胚胎干細(xì)胞的主要用途是： ①可用于研究哺乳動物個(gè)體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律； ②是在體外條件下研究細(xì)胞分化的理想材料，在培養(yǎng)液中加入分化誘導(dǎo)因子，如牛黃酸等化學(xué)物質(zhì)時(shí)，就可以誘導(dǎo)ES細(xì)胞向不同類型的組織細(xì)胞分化，這為揭示細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡的機(jī)理提供了有效的手段； ③可以用于治療人類的某些頑疾，如帕金森綜合癥、少年糖尿病等； ④利用可以被誘導(dǎo)分化形成新的組織細(xì)胞的特性，移植ES細(xì)胞可使壞死或退化的部位得以修復(fù)并恢復(fù)正常功能； ⑤隨著組織工程技術(shù)的發(fā)展，通過ES細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化，定向培育出人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。 （三）胚胎工程的應(yīng)用 1.體外受精和胚胎的早期培養(yǎng) (1)卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)： 主要方法：用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，然后，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細(xì)胞；第三種方法是借助超聲波探測儀、腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細(xì)胞。采集的卵母細(xì)胞，都要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。 (2) 精子的采集和獲能：在體外受精前，要對精子進(jìn)行獲能處理。 (3) 受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵細(xì)胞在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫^程。 (4)胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應(yīng)將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。培養(yǎng)液成分較復(fù)雜，除一些無機(jī)鹽和有機(jī)鹽外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分，以及血清等物質(zhì)。當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時(shí)，可將其取出向受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時(shí)間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進(jìn)行移植，小鼠、家兔等實(shí)驗(yàn)動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個(gè)細(xì)胞階段移植。) 2.胚胎移植 (1)胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其它雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。其中提供胚胎的個(gè)體稱為“供體”，接受胚胎的個(gè)體稱為“受體”。（供體為優(yōu)良品種，作為受體的雌性動物應(yīng)為常見或存量大的品種。） 地位：如轉(zhuǎn)基因、核移植，或體外受精等任何一項(xiàng)胚胎工程技術(shù)所生產(chǎn)的胚胎，都必須經(jīng)過胚胎移植技術(shù)才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。 (2) 胚胎移植的意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體的繁殖能力。 (3) 生理學(xué)基礎(chǔ)：①動物發(fā)情排卵后，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的。這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境。 ②早期胚胎在一定時(shí)間內(nèi)處于游離狀態(tài)。這就為胚胎的收集提供了可能。 ③受體對移入子宮的外來胚胎不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。這為胚胎在受體的存活提供了可能。 ④供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。 (4) 基本程序主要包括： ①對供、受體的選擇和處理。選擇遺傳特性和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的供體，有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理，用促性腺激素對供體母牛做超數(shù)排卵處理。 ②配種或人工授精。 ③對胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存。配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。對胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查，此時(shí)的胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹或胚囊胚階段。直接向受體移植或放入－196℃的液氮中保存。 ④對胚胎進(jìn)行移植。 ⑤移植后的檢查。對受體母牛進(jìn)行是否妊娠的檢查。 3.胚胎分割 (1)概念：是指采用機(jī)械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。 (2)意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，屬于無性繁殖。 (3)材料：發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的發(fā)育過程中，細(xì)胞開始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。） (4)操作過程：對囊胚階段的胚胎分割時(shí)，要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育。