專題3 胚胎工程,【知識(shí)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(dòng)物的_內(nèi)。,輸卵管,(2)過程。 受精前的準(zhǔn)備階段。 a.精子獲能：正常情況下在雌性動(dòng)物的_內(nèi)完成。 b.卵子的準(zhǔn)備：發(fā)育到_，才具備與精子受精的能力。 受精階段。 a.獲能的精子穿越_和_，進(jìn)入_。 b.精子外膜與_融合，精子入卵。 c.精、卵細(xì)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_(dá)原腸胚。,生殖道,減數(shù)第二次分裂中期,放射冠,透明帶,卵細(xì)胞膜,卵細(xì)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(jī)鹽和有機(jī)鹽類、維生素、 _、氨基酸、_及_等物質(zhì)。,卵母細(xì)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(yīng)用及前景 1.胚胎移植： (1)受體：_的其他雌性動(dòng)物。 (2)意義：充分發(fā)揮_。 (3)基本程序：對(duì)供、受體的選擇和處理_ 對(duì)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(gè)體的繁殖潛力,配種或進(jìn)行人工授精,胚胎移植,2.胚胎分割： (1)理論基礎(chǔ)：細(xì)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(xì)胞團(tuán)均等分割，以免影響分割后胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育。 (4)意義：加快繁殖速度，是動(dòng)物無性繁殖或克隆的方法之一。,3.胚胎干細(xì)胞(ES或EK細(xì)胞)： (1)來源：_。 (2)特點(diǎn),形態(tài)：體積_、細(xì)胞核_、_明顯 功能：具有發(fā)育的_ 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(yīng)”和防止多精子入卵受精的“兩道屏障”： (1)頂體反應(yīng)：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(yīng)：在精子觸及卵細(xì)胞膜的瞬間，會(huì)產(chǎn)生阻止后來的精子進(jìn)入透明帶的生理反應(yīng)，它是防止多精子入卵受精的第一道屏障。 (3)卵細(xì)胞膜反應(yīng)：精子入卵后，卵細(xì)胞膜拒絕其他精子再進(jìn)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(jī)鹽、有機(jī)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(shí)： (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(diǎn)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(diǎn)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(dòng)物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次級(jí)卵母細(xì)胞，如豬、羊等；有的可能是初級(jí)卵母細(xì)胞，如馬、犬等。但它們都要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，當(dāng)達(dá)到減數(shù)第二次分裂的中期時(shí)，才具備與精子受精的能力。,(3)受精的標(biāo)志受精完成的標(biāo)志：受精的標(biāo)志是在透明帶和卵細(xì)胞膜之間觀察到兩個(gè)極體；而受精完成的標(biāo)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(xì)胞核與卵細(xì)胞的細(xì)胞核(即精卵各提供1/2)，而細(xì)胞質(zhì)的遺傳物質(zhì)幾乎全部來自卵細(xì)胞。,【考題回訪】 (2015·蘇州模擬)下圖表示哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育過程的幾個(gè)階段。請(qǐng)據(jù)圖回答問題：,(1)寫出各個(gè)階段的名稱： A： B： C： 。 (2)寫出圖中各標(biāo)號(hào)的名稱： 2 ，4 ，5 ， 7 ，8 。 (3)A時(shí)期的細(xì)胞具有發(fā)育上的 性，B時(shí)期開始出現(xiàn) ，C時(shí)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(xì)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(xì)胞團(tuán)，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(xì)胞具有發(fā)育的全能性，囊胚開始出現(xiàn)細(xì)胞分化，已分化成滋養(yǎng)層細(xì)胞和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)；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(xì)胞團(tuán)將發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細(xì)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(xì)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(xì)胞團(tuán) 囊胚腔 外胚層 原腸腔 內(nèi)胚層 (3)全能 細(xì)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(xì)胞的是哪個(gè)(些)？試分析原因。 提示：A和B。A是桑椹胚，桑椹胚細(xì)胞沒有發(fā)生細(xì)胞分化，每個(gè)細(xì)胞都是胚胎干細(xì)胞。B是囊胚，囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞是胚胎干細(xì)胞。 (2)B圖透明帶破裂，該胚胎正在進(jìn)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(gè)過程叫做孵化。,【加固訓(xùn)練】(2015·安慶模擬)下圖為哺乳動(dòng)物精細(xì)胞變形為精子的過程圖解，請(qǐng)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(xì)胞變形為精子的過程中，細(xì)胞中的很多結(jié)構(gòu)會(huì)消失，而細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞核 中心體 頂體 頭 線粒體鞘 尾 (2)細(xì)胞核是精子遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存的場所，也是精卵結(jié)合后的后代遺傳特性和代謝活動(dòng)的控制中心，而線粒體則是精子進(jìn)行有氧呼吸分解有機(jī)物產(chǎn)生能量的場所。 (3)線粒體是精子維持生存和運(yùn)動(dòng)所需能量的“動(dòng)力工廠”,考點(diǎn)二 胚胎工程的應(yīng)用 1.胚胎移植： (1)理論基礎(chǔ)：,(2)基本程序：,(3)胚胎移植的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 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。,胚胎移植的供體和受體必須是同種生物，同一物種的動(dòng)物才有可能具有相同的生理特征。 兩次檢查：a.收集胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查；b.移植后是否妊娠檢查。 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(xì)胞：,【高考警示】(1)滋養(yǎng)層飼養(yǎng)層。 滋養(yǎng)層：囊胚時(shí)期沿透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列的、個(gè)體較小的細(xì)胞，滋養(yǎng)層最終發(fā)育成胎膜和胎盤。 飼養(yǎng)層：飼養(yǎng)層細(xì)胞一般為輸卵管上皮細(xì)胞，在干細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，可作為提供干細(xì)胞分裂、增殖的營養(yǎng)細(xì)胞。 (2)不同動(dòng)物胚胎移植的時(shí)間不同。 牛、羊要培養(yǎng)到桑椹胚或囊胚階段。 小鼠、家兔在桑椹胚前。 幾乎所有動(dòng)物都不能到原腸胚階段移植，因?yàn)榇藭r(shí)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(xì)胞?？蒲腥藛T利用胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)對(duì)Rag2基因缺失小鼠進(jìn)行基因治療。其技術(shù)流程如圖：,(1)步驟中，在核移植前應(yīng)去除卵母細(xì)胞的 。 (2)步驟中，重組胚胎培養(yǎng)到 期時(shí)，可從其內(nèi)細(xì)胞團(tuán) 分離出ES細(xì)胞。 (3)步驟中，需要構(gòu)建含有Rag2基因的表達(dá)載體?？梢愿鶕?jù)Rag2 基因的 設(shè)計(jì)引物，利用PCR技術(shù)擴(kuò)增Rag2基因片段。用 Hind和Pst限制酶分別在片段兩側(cè)進(jìn)行酶切獲得Rag2基因片段。 為將該片段直接連接到表達(dá)載體，所選擇的表達(dá)載體上應(yīng)具有 酶的酶切位點(diǎn)。 (4)為檢測Rag2基因的表達(dá)情況，可提取治療后小鼠骨髓細(xì)胞 的 ，用抗Rag2蛋白的抗體進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。,【解題指南】(1)關(guān)鍵知識(shí)：檢測目的基因表達(dá)的方法是抗原-抗體雜交(免疫)法。 (2)圖示信息：過程利用了動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)；過程利用了胚胎工程技術(shù)；過程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(xì)胞工程和胚胎工程技術(shù)。 (1)步驟是核移植過程。體細(xì)胞核移植前要除去受體卵母細(xì)胞的細(xì)胞核，原因是若不去掉卵母細(xì)胞的細(xì)胞核，就會(huì)造成細(xì)胞里面有兩個(gè)細(xì)胞核，使得遺傳物質(zhì)不穩(wěn)定。 (2)ES細(xì)胞是由早期胚胎(囊胚)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離出來的一類細(xì)胞。,(3)步驟為獲取目的基因，并把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過程。在生物體外可通過PCR技術(shù)擴(kuò)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(shè)計(jì)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Hind和Pst限制酶，所以在構(gòu)建表達(dá)載體時(shí)，所選擇的表達(dá)載體上應(yīng)具有Hind和Pst酶的酶切位點(diǎn)。 (4)檢測目的基因是否翻譯相應(yīng)蛋白質(zhì)時(shí)，應(yīng)采用抗原抗體雜交(免疫)法，即提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原抗體雜交，看是否有雜交帶。,答案：(1)細(xì)胞核 (2)囊胚 (3)核苷酸序列 Hind和Pst (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(dá)載體。檢測目的基因是否已插入受體細(xì)胞 DNA，可采用 技術(shù)。 (2)為獲取更多的卵(母)細(xì)胞，要對(duì)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(dá)載體導(dǎo)入受精卵常用的方法是 。為了獲得 母羊，移植前需對(duì)已成功轉(zhuǎn)入目的基因的胚胎進(jìn)行 。利 用胚胎分割和胚胎移植技術(shù)可獲得多個(gè)轉(zhuǎn)基因個(gè)體，這體現(xiàn)了早期 胚胎細(xì)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(dá)。,【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(shí)：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(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)。,【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(yīng)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(xì)胞，需要對(duì)供體母羊進(jìn)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?dòng)物細(xì)胞的常用方法是顯微注射法。為獲得某一性別的動(dòng)物，在胚胎移植前需進(jìn)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(xì)胞的全能性。 (4)目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是檢測到相應(yīng)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(xùn)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(xì)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(jī)，請(qǐng)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：第一次卵裂開始；卵細(xì)胞 膜反應(yīng)；頂體反應(yīng)；穿越透明帶；雌、雄原核的形成；核 膜消失，雌、雄原核融合。其正確的順序?yàn)?(填序號(hào))。 (3)圖中對(duì)供體母牛和受體母牛進(jìn)行同期發(fā)情處理的目的是 ，對(duì)供體母牛進(jìn)行超數(shù)排卵處理的措施是 。,(4)在體外培養(yǎng)早期胚胎時(shí)，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(shí)期有 ；圖中標(biāo)號(hào)3為 ，它將來可發(fā)育 為 。 (5)動(dòng)物的早期胚胎移植到與供體處于相同_ 的同種雌性動(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)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(xué)基礎(chǔ)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(dòng)物細(xì)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：頂體反應(yīng)；穿越透明帶；卵細(xì)胞膜反應(yīng)；雌、雄原核的形成；核膜消失，雌、雄原核融合形成受精卵；第一次卵裂開始。(3)圖中對(duì)供體母牛和受體母牛進(jìn)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(duì)供體母牛進(jìn)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(shí)，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(biāo)號(hào)3為滋養(yǎng)層細(xì)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(yīng)。,答案：(1)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)(早期胚胎培養(yǎng)) 胚胎移植 (2) (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(xì)胞 胎膜和胎盤 (5)生理狀態(tài) 不發(fā)生排斥反應(yīng),2.試管動(dòng)物技術(shù)正廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)。請(qǐng)根據(jù)試管牛的生產(chǎn)流程圖回答相關(guān)問題：,(1)過程分別表示 、 。 (2)對(duì)供體母牛的要求是 ，通常母牛每次只排出一枚卵母細(xì)胞。 (3)從母牛體內(nèi)獲得的卵母細(xì)胞需要到 (時(shí)期) 才能與精子結(jié)合。在體外培養(yǎng)受精卵時(shí)，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(dòng)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(xì)胞培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期進(jìn)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(qǐng)據(jù)圖回答：,(1)牛胚胎移植程序中，通常采用 進(jìn)行同期發(fā) 情處理，然后用 激素使供體母牛超數(shù)排卵。 (2)胚胎移植過程一般有 和 兩種方法。 (3)過程產(chǎn)生的犢牛的遺傳物質(zhì)與的遺傳物質(zhì)是否相同？ ，為什么？_ _ _。,(4)進(jìn)行胚胎移植的優(yōu)勢(shì)是：_。 (5)沖卵的生理基礎(chǔ)是：_ _。 (6)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(gè)體可以稱為 (填“試管”或“克隆”)動(dòng)物，核移植形成的胚胎發(fā)育成的個(gè)體可以稱為 (填“試管”或“克隆”)動(dòng)物。,【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是： 注意是受體母牛，不影響胚胎移植的犢牛的遺傳物質(zhì)。,【解析】(1)胚胎移植時(shí)供、受體牛必須處在相同的發(fā)情期，通常用激素進(jìn)行處理，然后用促性腺激素對(duì)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(yīng)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(jìn)行胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體的繁殖潛力。(5)沖卵的生理基礎(chǔ)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(dòng)物，核移植獲得克隆動(dòng)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(gè)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，受體母牛的作用是什么？ 提示：進(jìn)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。,