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2019-2020年高考生物二輪專題復習 專題十五 胚胎工程 體內受精和早期胚胎發(fā)育 胚胎工程的建立 場所：睪丸的曲細精管 時間：從初情期開始，到生殖機能衰退 精子的發(fā)生 1）精原細胞→多個初級精母細胞（通過數次有絲分裂） 過程 2）1個初級精母細胞→2個次級精母細胞→4個精子細胞（通過減數分裂，即MI和 MII） 3）精子細胞→精子（通過變形） 場所：卵巢 時間：從胎兒時期開始（胎兒時期完成了卵泡的形成和在卵巢內的儲備） 卵子的發(fā)生 1）卵原細胞→初級卵母細胞 過程 2）1個初級卵母細胞→1個次級卵母細胞＋第一極體（排卵前后完成） 3）1個次級卵母細胞→1個卵子＋第二極體（精子和卵子結合過程中完成） 概念：精子和卵子結合成合子（受精卵）的過程。 受精 場所：雌性的輸卵管內 1）受精前的準備階段1：精子獲能 過程 2）受驚前的準備階段2：卵子的準備 a.精子穿越放射冠和透明帶：頂體反應，透明帶反應 3）受精階段 b.進入卵黃膜：卵黃膜封閉作用 c.原核形成和配子結合 卵裂期：細胞在透明帶中進行有絲分裂 早期胚胎發(fā)育 桑椹胚：胚胎細胞達32個左右，每一個細胞都是細胞 囊胚：有囊胚腔，出現了囊胚從透明帶中伸展出來的孵化過程 原腸胚：內細胞團細胞形成外胚層和內胚層，滋養(yǎng)層發(fā)育成胎膜和胎盤，內胚層包圍著 原腸腔 體外受精和早期胚胎培養(yǎng) 試管動物技術：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， 再經移植產生后代的技術。 方法一：用促性腺激素處理，使其超數排卵，從中輸卵管沖取精子（針對 卵母細胞的采集 實驗動物，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）、化學誘導法（通過肝素或鈣離子載體A23187） 獲能溶液或專用的受精溶液 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：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等 胚胎工程的應用及前景 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，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。其中提供胚胎的個體叫供體，接受胚胎的個體叫受體。 應用：胚胎移植是轉基因、核移植、或體外受精等技術的最后一道“工序” 現狀：在牛的胚胎移植中，技術方法更為簡便、實用。 意義：可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體繁殖潛力。供體主要職能只是產生優(yōu)良特性的胚胎，縮短繁 殖周期 胚胎移植成功與否關系到：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 生理學基礎 2）早期胚胎沒有與母體子宮建立組織聯系，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，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系，但其遺傳物質不受影響 1）供、受體的選擇和處理（使用激素進行同期發(fā)情處理、超數排卵處理） 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：手術法（引出子宮和卵巢將其注入）；非手術法（用移植管將其送 入子宮） 5）移植后的檢查（是否妊娠）等 概念：指采用機械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技 術。 儀器設備：實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，注入空透明帶或直接將裸半胚移植 給受體。分割囊胚時要將內細胞團均等分割。此時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胞。簡稱ES或EK細胞。 特點 形態(tài)上：體積小、細胞核大、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胞；在體外可 胚胎干細胞 增殖而不發(fā)生分化；可冷凍保存；可進行遺傳改造 1）移植ES細胞修復壞死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病癥 意義 2）ES細胞體外誘導分化，可培育人造組織器官 3）ES細胞在牛黃酸、丁酰環(huán)腺苷酸等誘導因子作用下可向不同類型組織細胞分化 （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行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等技術。經過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內生產后代，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：細胞有絲分裂，細胞數量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。 （3）桑椹胚：特點：胚胎細胞數目達到32個左右時，胚胎形成致密的細胞團，形似桑椹。是全能細胞。 （4）囊 胚：特點：細胞開始出現分化（該時期細胞的全能性仍比較高）。聚集在胚胎一端個體較大的細胞稱為內細胞團，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：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。 （二）胚胎干細胞 1、哺乳動物的胚胎干細胞簡稱ES或EK細胞，來源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來。 2、具有胚胎細胞的特性，在形態(tài)上表現為體積小，細胞核大，核仁明顯；在功能上，具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。另外，在體外培養(yǎng)的條件下，可以增殖而不發(fā)生分化，可進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。 3、胚胎干細胞的主要用途是： 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細胞分化的理想材料，在培養(yǎng)液中加入分化誘導因子，如牛黃酸等化學物質時，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利用可以被誘導分化形成新的組織細胞的特性，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隨著組織工程技術的發(fā)展，通過ES細胞體外誘導分化，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）胚胎工程的應用 1.體外受精和胚胎的早期培養(yǎng) (1)卵母細胞的采集和培養(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胞。采集的卵母細胞，都要在體外經人工培養(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，要對精子進行獲能處理。 (3) 受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵細胞在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程。 (4)胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應將受精卵移入發(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)液成分較復雜，除一些無機鹽和有機鹽外，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。當胚胎發(fā)育到適宜的階段時，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間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個細胞階段移植。) 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，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。其中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存量大的品種。） 地位：如轉基因、核移植，或體外受精等任何一項胚胎工程技術所生產的胚胎，都必須經過胚胎移植技術才能獲得后代，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)良個體的繁殖能力。 (3) 生理學基礎：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早期胚胎在一定時間內處于游離狀態(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。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性能優(yōu)秀的供體，有健康的體質和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素進行同期發(fā)情處理，用促性腺激素對供體母牛做超數排卵處理。 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，把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。對胚胎進行質量檢查，此時的胚胎應發(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對胚胎進行移植。 ⑤移植后的檢查。對受體母牛進行是否妊娠的檢查。 3.胚胎分割 (1)概念：是指采用機械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。 (2)意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，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，要將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育。