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專題3 胚胎工程,【知識梳理】 一、體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育 1.體內(nèi)受精： (1)場所：雌性動物的_______內(nèi)。,輸卵管,(2)過程。 ①受精前的準備階段。 a.精子獲能：正常情況下在雌性動物的_______內(nèi)完成。 b.卵子的準備：發(fā)育到___________________，才具備與精子受精的能力。 ②受精階段。 a.獲能的精子穿越_______和_______，進入_________。 b.精子外膜與_________融合，精子入卵。 c.精、卵細胞經(jīng)過一系列變化分別形成___________。 d.___________充分發(fā)育后融合，完成受精。 2.早期胚胎發(fā)育：_______→卵裂期→桑椹胚→_____→原腸胚。,生殖道,減數(shù)第二次分裂中期,放射冠,透明帶,卵細胞膜,卵細胞膜,雄、雌原核,雄、雌原核,受精卵,囊胚,二、體外受精和早期胚胎培養(yǎng) 1.體外受精： (1)_________的采集和培養(yǎng)。 (2)精子的采集和_____。 (3)受精：在_________________________中完成受精過程。 2.胚胎的早期培養(yǎng)：培養(yǎng)液成分包括無機鹽和有機鹽類、維生素、 _____、氨基酸、_______及_____等物質(zhì)。,卵母細胞,獲能,獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤?激素,核苷酸,血清,三、胚胎工程的應用及前景 1.胚胎移植： (1)受體：_____________________的其他雌性動物。 (2)意義：充分發(fā)揮_______________________。 (3)基本程序：對供、受體的選擇和處理→___________________ →對胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存→_________→移植后檢查。,同種的、生理狀態(tài)相同,雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力,配種或進行人工授精,胚胎移植,2.胚胎分割： (1)理論基礎：細胞的全能性。 (2)材料選擇：發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。 (3)囊胚期分割要求：內(nèi)細胞團均等分割，以免影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。 (4)意義：加快繁殖速度，是動物無性繁殖或克隆的方法之一。,3.胚胎干細胞(ES或EK細胞)： (1)來源：___________________。 (2)特點,①形態(tài)：體積___、細胞核___、_____明顯 ②功能：具有發(fā)育的_______ ③體外培養(yǎng)：可增殖而不發(fā)生_____,,早期胚胎或原始性腺,小,大,核仁,全能性,分化,【速記卡片】 1.受精過程中的“三大反應”和防止多精子入卵受精的“兩道屏障”： (1)頂體反應：精子膜和頂體外膜發(fā)生的一系列改變，釋放頂體酶。 (2)透明帶反應：在精子觸及卵細胞膜的瞬間，會產(chǎn)生阻止后來的精子進入透明帶的生理反應，它是防止多精子入卵受精的第一道屏障。 (3)卵細胞膜反應：精子入卵后，卵細胞膜拒絕其他精子再進入卵內(nèi)，這是防止多精子入卵受精的第二道屏障。,2.早期胚胎發(fā)育過程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原腸胚。 3.胚胎的早期培養(yǎng)的培養(yǎng)液成分：“兩鹽”是無機鹽、有機鹽，“兩素”是維生素、激素，“兩酸”是氨基酸、核苷酸，天然成分是血清等物質(zhì)。 4.胚胎移植的關(guān)鍵知識： (1)移植的胚胎必須在原腸胚之前。 (2)供體和受體必須是同種生物，并處于同一生理狀態(tài)。 (3)胚胎移植的本質(zhì)：產(chǎn)生胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。,考點一 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育 1.精子和卵子的發(fā)生：,2.胚胎發(fā)育：,【高考警示】關(guān)于體內(nèi)受精的幾點提醒 (1)精子獲能是指精子獲得受精“能力”，而不是獲得能量；排卵是指卵子從卵泡中排出，而不是卵泡從卵巢中排出。 (2)動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次級卵母細胞，如豬、羊等；有的可能是初級卵母細胞，如馬、犬等。但它們都要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，當達到減數(shù)第二次分裂的中期時，才具備與精子受精的能力。,(3)受精的標志≠受精完成的標志：受精的標志是在透明帶和卵細胞膜之間觀察到兩個極體；而受精完成的標志是雌、雄原核的融合。 (4)受精卵遺傳物質(zhì)的來源：核遺傳物質(zhì)來自精子的細胞核與卵細胞的細胞核(即精卵各提供1/2)，而細胞質(zhì)的遺傳物質(zhì)幾乎全部來自卵細胞。,【考題回訪】 (2015·蘇州模擬)下圖表示哺乳動物胚胎發(fā)育過程的幾個階段。請據(jù)圖回答問題：,(1)寫出各個階段的名稱： A： B： C： 。 (2)寫出圖中各標號的名稱： [2] ，[4] ，[5] ， [7] ，[8] 。 (3)A時期的細胞具有發(fā)育上的 性，B時期開始出現(xiàn) ，C時期開始出現(xiàn) 。 (4)[2]將來發(fā)育成 。 (5)由受精卵到B階段透明帶破裂之前這一過程中，細胞數(shù)目 ，胚胎總體積 。,【解析】(1)圖中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原腸胚。 (2)圖B中[1]是滋養(yǎng)層，[2]是內(nèi)細胞團，[3]是透明帶，[4]是囊胚腔；圖C中[5]是外胚層，[6]是滋養(yǎng)層，[7]是原腸腔，[8]是內(nèi)胚層。 (3)桑椹胚細胞具有發(fā)育的全能性，囊胚開始出現(xiàn)細胞分化，已分化成滋養(yǎng)層細胞和內(nèi)細胞團；原腸胚已具有胚層分化，分化為外胚層和內(nèi)胚層。 (4)內(nèi)細胞團將發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細胞將發(fā)育成胎膜和胎盤。 (5)由受精卵到B階段透明帶破裂之前這一過程中，雖然細胞數(shù)目增多，但胚胎總體積基本不變。,答案：(1)桑椹胚 囊胚 原腸胚 (2)內(nèi)細胞團 囊胚腔 外胚層 原腸腔 內(nèi)胚層 (3)全能 細胞分化 胚層分化 (4)胎兒的各種組織 (5)增多 基本不變,【延伸探究】 (1)上題中，A、B、C三圖存在胚胎干細胞的是哪個(些)？試分析原因。 提示：A和B。A是桑椹胚，桑椹胚細胞沒有發(fā)生細胞分化，每個細胞都是胚胎干細胞。B是囊胚，囊胚的內(nèi)細胞團細胞是胚胎干細胞。 (2)B圖透明帶破裂，該胚胎正在進行什么發(fā)育過程？ 提示：孵化。透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這個過程叫做孵化。,【加固訓練】(2015·安慶模擬)下圖為哺乳動物精細胞變形為精子的過程圖解，請據(jù)圖回答問題：,(1)寫出上圖中各部分的名稱： [1] ，[2] ，[3] ，[4] ， [5] ，[6] ，[7] ，[8] 。 (2)精細胞變形為精子的過程中，細胞中的很多結(jié)構(gòu)會消失，而細胞核和線粒體都保留下來，為什么？ (3)為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？ 。,【解析】圖A是精細胞結(jié)構(gòu)示意圖，圖B是變形后的精子結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是高爾基體，將形成精子頭部的頂體5；2是線粒體，將聚集形成圖B中的7線粒體鞘；3是細胞核，將形成圖B中的6精子頭的主要部分；4是中心體，將形成圖B中的8尾。 答案：(1)高爾基體 線粒體 細胞核 中心體 頂體 頭 線粒體鞘 尾 (2)細胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存的場所，也是精卵結(jié)合后的后代遺傳特性和代謝活動的控制中心，而線粒體則是精子進行有氧呼吸分解有機物產(chǎn)生能量的場所。 (3)線粒體是精子維持生存和運動所需能量的“動力工廠”,考點二 胚胎工程的應用 1.胚胎移植： (1)理論基礎：,(2)基本程序：,(3)胚胎移植的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 ①胚胎移植是胚胎工程其他技術(shù)的最后一道“工序”，移植的胚胎必須在原腸胚之前，不能直接移植受精卵。,③胚胎移植的供體和受體必須是同種生物，同一物種的動物才有可能具有相同的生理特征。 ④兩次檢查：a.收集胚胎進行質(zhì)量檢查；b.移植后是否妊娠檢查。 ⑤沖卵含義：沖出早期胚胎，不是沖出卵子。,2.胚胎分割：,3.胚胎干細胞：,【高考警示】(1)滋養(yǎng)層≠飼養(yǎng)層。 ①滋養(yǎng)層：囊胚時期沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列的、個體較小的細胞，滋養(yǎng)層最終發(fā)育成胎膜和胎盤。 ②飼養(yǎng)層：飼養(yǎng)層細胞一般為輸卵管上皮細胞，在干細胞培養(yǎng)時，可作為提供干細胞分裂、增殖的營養(yǎng)細胞。 (2)不同動物胚胎移植的時間不同。 ①牛、羊要培養(yǎng)到桑椹胚或囊胚階段。 ②小鼠、家兔在桑椹胚前。 ③幾乎所有動物都不能到原腸胚階段移植，因為此時分化程度高，移植成功率很低。,【考題回訪】 1.(2014·福建高考)Rag2基因缺失小鼠不能產(chǎn)生成熟的淋巴細胞。科研人員利用胚胎干細胞(ES細胞)對Rag2基因缺失小鼠進行基因治療。其技術(shù)流程如圖：,(1)步驟①中，在核移植前應去除卵母細胞的 。 (2)步驟②中，重組胚胎培養(yǎng)到 期時，可從其內(nèi)細胞團 分離出ES細胞。 (3)步驟③中，需要構(gòu)建含有Rag2基因的表達載體?？梢愿鶕?jù)Rag2 基因的 設計引物，利用PCR技術(shù)擴增Rag2基因片段。用 HindⅢ和PstⅠ限制酶分別在片段兩側(cè)進行酶切獲得Rag2基因片段。 為將該片段直接連接到表達載體，所選擇的表達載體上應具有 酶的酶切位點。 (4)為檢測Rag2基因的表達情況，可提取治療后小鼠骨髓細胞 的 ，用抗Rag2蛋白的抗體進行雜交實驗。,【解題指南】(1)關(guān)鍵知識：檢測目的基因表達的方法是抗原-抗體雜交(免疫)法。 (2)圖示信息：過程①利用了動物細胞核移植技術(shù)；過程②利用了胚胎工程技術(shù)；過程③利用了基因工程的相關(guān)技術(shù)。,【解析】本題考查基因工程、細胞工程和胚胎工程技術(shù)。 (1)步驟①是核移植過程。體細胞核移植前要除去受體卵母細胞的細胞核，原因是若不去掉卵母細胞的細胞核，就會造成細胞里面有兩個細胞核，使得遺傳物質(zhì)不穩(wěn)定。 (2)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。,(3)步驟③為獲取目的基因，并把目的基因?qū)胧荏w細胞的過程。在生物體外可通過PCR技術(shù)擴增目的基因，其條件是模板DNA、根據(jù)Rag2基因的核苷酸序列設計的引物、四種脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定DNA聚合酶等，另外根據(jù)題干可知，獲得Rag2基因需要用HindⅢ和PstⅠ限制酶，所以在構(gòu)建表達載體時，所選擇的表達載體上應具有HindⅢ和PstⅠ酶的酶切位點。 (4)檢測目的基因是否翻譯相應蛋白質(zhì)時，應采用抗原—抗體雜交(免疫)法，即提取蛋白質(zhì)，用相應的抗體進行抗原—抗體雜交，看是否有雜交帶。,答案：(1)細胞核 (2)囊胚 (3)核苷酸序列 HindⅢ和PstⅠ (4)蛋白質(zhì),2.(2014·山東高考)人組織纖溶酶原激活物(htPA)是一種重要的藥用蛋白，可在轉(zhuǎn)htPA基因母羊的羊乳中獲得。流程如下：,(1)htPA基因與載體用 切割后，通過DNA連接酶 連接，以構(gòu)建重組表達載體。檢測目的基因是否已插入受體細胞 DNA，可采用 技術(shù)。 (2)為獲取更多的卵(母)細胞，要對供體母羊注射促性腺激素，使 其 。采集的精子需要經(jīng)過 ，才具備受精能力。,(3)將重組表達載體導入受精卵常用的方法是 。為了獲得 母羊，移植前需對已成功轉(zhuǎn)入目的基因的胚胎進行 。利 用胚胎分割和胚胎移植技術(shù)可獲得多個轉(zhuǎn)基因個體，這體現(xiàn)了早期 胚胎細胞的 。 (4)若在轉(zhuǎn)htPA基因母羊的羊乳中檢測到 ，說明目的基 因成功表達。,【解題指南】(1)圖示信息：轉(zhuǎn)htPA基因母羊羊乳的獲得過程。 (2)關(guān)鍵知識：用同種限制酶切割目的基因與載體，獲得相同的黏性末端，才能進行堿基互補配對。,【解析】本題主要考查基因工程和胚胎工程。 (1)為保證切割后的載體與切出的目的基因具有相同的黏性末端，應用同種限制酶切割目的基因和載體。 (2)為獲取更多的卵(母)細胞，需要對供體母羊進行超數(shù)排卵處理。采集的精子需要經(jīng)過獲能處理后，才具備受精能力。 (3)將目的基因?qū)雱游锛毎某Ｓ梅椒ㄊ秋@微注射法。為獲得某一性別的動物，在胚胎移植前需進行性別鑒定。胚胎分割技術(shù)可看作克隆，這體現(xiàn)了早期胚胎細胞的全能性。 (4)目的基因成功表達的標志是檢測到相應的目的基因控制合成的產(chǎn)物。,答案：(1)同種限制性核酸內(nèi)切酶(或同種限制酶) DNA分子雜交(或核酸探針) (2)超數(shù)排卵 獲能(處理) (3)顯微注射法 性別鑒定 全能性 (4)htPA(或人組織纖溶酶原激活物),【加固訓練】 1.(2015·沈陽模擬)長期以來，優(yōu)良種畜的繁殖速度始終是限制畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸，近年來發(fā)展起來的細胞工程和胚胎工程技術(shù)為優(yōu)良種畜的快速繁殖帶來了無限生機，請據(jù)圖完成下列問題：,(1)在試管牛和克隆羊的培育過程中都必須用到的生物技術(shù) 有 、 。 (2)與受精和受精后有關(guān)的過程有：①第一次卵裂開始；②卵細胞 膜反應；③頂體反應；④穿越透明帶；⑤雌、雄原核的形成；⑥核 膜消失，雌、雄原核融合。其正確的順序為 (填序號)。 (3)圖中對供體母牛和受體母牛進行同期發(fā)情處理的目的是 ，對供體母牛進行超數(shù)排卵處理的措施是 。,(4)在體外培養(yǎng)早期胚胎時，除需要適宜的營養(yǎng)物質(zhì)外，還需要 等條件。從A到E中，適宜牛的胚胎移植的 時期有 ；圖中標號3為 ，它將來可發(fā)育 為 。 (5)動物的早期胚胎移植到與供體處于相同__________________ 的同種雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)叫做胚胎移 植。移植后的胚胎能在受體子宮中存活的免疫學基礎是 。,【解析】(1)從題圖中可以看出，試管牛和克隆羊的培育過程中都必須用到動物細胞培養(yǎng)(早期胚胎培養(yǎng))和胚胎移植等生物技術(shù)。(2)與受精和受精后有關(guān)的過程有：③頂體反應；④穿越透明帶；②卵細胞膜反應；⑤雌、雄原核的形成；⑥核膜消失，雌、雄原核融合形成受精卵；①第一次卵裂開始。(3)圖中對供體母牛和受體母牛進行同期發(fā)情處理的目的是使供、受體處于相同的生理狀態(tài)；對供體母牛進行超數(shù)排卵處理的措施是注射促性腺激素。(4)在體外培養(yǎng)早期胚胎時，除需要適宜的營養(yǎng)物質(zhì)外，還需要無菌無毒環(huán)境、適宜的溫度和pH、適宜的氣體環(huán)境等。從A到E中，D桑椹胚和E囊胚期都適宜牛的胚胎移植。圖中標號3為滋養(yǎng)層細胞，它將來可發(fā)育為胎膜和胎盤。(5)移植后的胚胎能在受體子宮中存活的原因是移植后的胚胎在受體子宮中不發(fā)生排斥反應。,答案：(1)動物細胞培養(yǎng)(早期胚胎培養(yǎng)) 胚胎移植 (2)③④②⑤⑥① (3)使供、受體處于相同生理狀態(tài) 注射促性腺激素 (4)無菌無毒環(huán)境、適宜的溫度和pH、適宜的氣體環(huán)境 D、E 滋養(yǎng)層細胞 胎膜和胎盤 (5)生理狀態(tài) 不發(fā)生排斥反應,2.試管動物技術(shù)正廣泛應用于畜牧業(yè)生產(chǎn)。請根據(jù)試管牛的生產(chǎn)流程圖回答相關(guān)問題：,(1)①②過程分別表示 、 。 (2)對供體母牛的要求是 ，通常母牛每次只排出一枚卵母細胞。 (3)從母牛體內(nèi)獲得的卵母細胞需要到 (時期) 才能與精子結(jié)合。在體外培養(yǎng)受精卵時，需要滿足以下條件： 、營養(yǎng)、溫度和pH以及氣體環(huán)境。,【解析】培育試管動物首先選擇遺傳性能和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的母牛，獲取的卵母細胞培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期進行體外受精。 答案：(1)體外受精 胚胎移植 (2)遺傳性能和生產(chǎn)性能優(yōu)秀 (3)減數(shù)第二次分裂中期 無菌、無毒的環(huán)境,3.下圖為牛胚胎移植示意圖，請據(jù)圖回答：,(1)牛胚胎移植程序中，①通常采用 進行同期發(fā) 情處理，然后②用 激素使供體母牛超數(shù)排卵。 (2)④胚胎移植過程一般有 和 兩種方法。 (3)⑤過程產(chǎn)生的犢牛的遺傳物質(zhì)與⑥的遺傳物質(zhì)是否相同？ ，為什么？__________________________________ ______________________ __________________________________。,(4)進行胚胎移植的優(yōu)勢是：_______________________________。 (5)沖卵的生理基礎是：___________________________________ ________________________________________________________。 (6)④移植的胚胎，也可以是來源于體外受精或者核移植，體外受精形成的胚胎發(fā)育成的個體可以稱為 (填“試管”或“克隆”)動物，核移植形成的胚胎發(fā)育成的個體可以稱為 (填“試管”或“克隆”)動物。,【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是： 注意⑥是受體母牛，不影響胚胎移植的犢牛的遺傳物質(zhì)。,【解析】(1)胚胎移植時供、受體牛必須處在相同的發(fā)情期，通常用激素進行處理，然后用促性腺激素對供體母牛做超數(shù)排卵處理。(2)胚胎移植方法一般有：手術(shù)法，引出受體子宮和卵巢，將胚胎注入子宮角，縫合創(chuàng)口；非手術(shù)法，將裝有胚胎的移植管送入受體母牛子宮的相應部位，注入胚胎。(3)受體母牛只是提供胚胎發(fā)育的場所。(4)進行胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。(5)沖卵的生理基礎是早期胚胎形成后，未與母體子宮建立組織上的聯(lián)系，仍處于游離狀態(tài)。(6)體外受精獲得試管動物，核移植獲得克隆動物。,答案：(1)激素 促性腺 (2)手術(shù) 非手術(shù) (3)不相同 犢牛的遺傳物質(zhì)來源于供體母牛和公牛，且供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受受體母牛的影響 (4)充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力 (5)早期胚胎形成后，處于游離狀態(tài)，未與母體子宮建立組織上的聯(lián)系 (6)試管 克隆,【延伸探究】 (1)上題中，受體母牛⑥的作用是什么？ 提示：進行漫長的妊娠過程。 (2)上題中沖卵過程獲得的是什么？ 提示：早期胚胎。,