胚胎工程(初稿)

1/20第二轮复习资料—生物变异及育种专题一、本专题知识网络一、体内受精与胚胎发育1．受精作用(1)受精作用的场所：输卵管。(2)受精前的准备阶段①精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。原因解释：精液由精子和精清(精浆)两部分组成。精清中含有一种能2/20抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。②卵子的准备：在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具有与精子受精的能力。(3)受精阶段——四步曲第一步：精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质，透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。第二步：精子进入卵黄膜。卵黄膜封闭作用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)。2．胚胎发育过程二、体外受精与胚胎的早期培养1．体外受精的原理：人工模拟体内环境(包括营养、温度、3/20pH等)，使初级卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。2．体外受精主要操作步骤(1)卵母细胞的采集方法一：对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后直接从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。方法二：对大型动物一般采用从活体的卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能的精子在体外受精。(2)精子的采集和获能采集方法：假阴道法、手握法和电刺激法等。获能方法：培养法和化学诱导法。(3)受精：获能精子和成熟卵子在共同培养一段时间后便可受精。3．胚胎的早期培养(1)培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。(2)培养液的成分：水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等。(3)胚胎去向：冷冻保存、移植到受体动物子宫内培养。三、胚胎移植及胚胎分割移植1．概念4/20是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。2．胚胎移植的实质胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。3．胚胎移植成功的保障(生理学基础)第一，供、受体生殖器官的生理变化是相同的。第二，哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，这就为胚胎的收集提供了可能。第三，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。第四，供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受任何影响。提醒①胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。②作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种，供体则5/20为优良的品种。③胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。4．胚胎分割(1)材料选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。(2)囊胚期分割要求：内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(3)意义：加快繁殖速度，是动物无性繁殖或克隆的方法之一，其他克隆方法还有核移植。四、胚胎工程的三个操作流程1．试管动物生产流程2．克隆动物的培育流程3．胚胎移植的培育流程以牛胚胎移植为例：6/20(1)选择的对象包括良种公牛、母牛和普通母牛，处理是指对良种母牛和普通母牛做同期发情处理，以使其生殖器官的生理变化相同；同时要对良种母牛做超数排卵处理，以促其多产生卵子。(2)冲卵是指将早期胚胎从良种母牛子宫内冲洗出来，而不是冲洗出卵子。(3)良种牛后代的遗传特性是由供体公牛和母牛决定的，受体母牛只是提供了胚胎发育的场所，不影响后代的遗传特性。(4)胚胎移植培育流程中有两次使用促性腺激素，第一次是对供、受体进行同期发情处理；第二次用于供体的超数排卵。,胚胎干细胞错误!7/201．干细胞分类干细胞分为三类：全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞。胚胎干细胞为全能干细胞。2．胚胎干细胞(ES细胞)的应用前景ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。(1)ES细胞可用于治疗人类的某些顽症。利用ES细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。(2)培育成组织器官，用于器官移植。(3)对ES细胞的培养和诱导，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效手段。(4)ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。提醒胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，包括人类囊胚的内细胞团，具有胚胎细胞的特性。它能长期维持未分化状态，又有全能分化的潜能，在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型，在特定8/20的环境诱导下，能分化成各类细胞。因此，它是细胞的源头，是全能细胞，并能够制造机体需要的全部细胞。【易错提醒】1．要注意区分受精的标志和受精过程结束的标志。受精的标志是卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体，受精过程结束的标志是雌、雄原核融合成合子。2．受精过程中有三大反应(作用)：顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用。三大反应(作用)的作用不同：顶体反应主要是形成精子穿越放射冠的通路；透明带反应是防止多精子入卵受精的第一道屏障；卵黄膜封闭作用则是防止多精子入卵受精的第二道屏障。3．动物排出卵子的成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等，但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂的中期时，才具有与精子受精的能力。4．胚胎早期培养过程中有两次用到了显微镜进行检查：①在进行卵母细胞成熟培养前，要抽取卵母细胞在显微镜下检查并挑选；②胚胎培养前要用显微镜检查受精卵。二、近三年高考试题分析1、试题形式及分值统计2012年2013年2014年选择题及分值浙江6分,天津2分，江苏2分江苏2分，,天津2分江苏4分9/20非选择题及分值山东8分，福建10分福建10分小结：在近年的高考试题中，难度为适中，选择题分值比例呈下降趋势，非选择题分值比例呈上升趋势，但仍保持的形式是变异类型的实验探究，选择题结合遗传及现代生物技术以综合的形式出现，需要考生较好地理解和掌握遗传与变异的相关概念才能准确作答。2、复习建议：（1）通过图解来理解基因突变的概念、特点以及过程。（2）利用表格比较三种可遗传的变异类型异同。（3）学会辨析染色体结构变异中的易位与基因重组中的交叉互换的区别。三、典型例题分析四、专题练习一、单项选择题（2012浙江卷）2．下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述，正确的是A．绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性B．卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大10/20C．囊胚的滋养层细胞具有发育全能性D．原肠胚发育分化形成内外两个胚层【答案】A【命题透析】本题结合受精作用及早期胚胎的发育综合考察胚胎工程。【思路点拨】同种动物精子、卵细胞表面存在的特异性受体蛋白，决定了只有同种动物精卵才能结合；受精卵随着分裂的进行，其细胞的体积在逐渐变小，囊胚期的细胞开始出现分化，其外表的一层细胞即滋养层，将发育成胚胎的附属结构或胚外结构，不具有发育的全能性；囊胚可继续分化为具有三个胚层的原肠胚。(2012·天津卷，1)下列关于细胞的叙述，错误的是A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖分化等过程D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病1解析：胚胎干细胞在体外培养能增殖，并能被诱导分化形成新的组织细胞，B项错误。11/20答案：B、（2012江苏卷）9．通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是A．对供体和受体母牛都要进行相同激素处理B．受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行C．对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植D．胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低答案：D【解析】对供体和受体母牛进行同期发情处理，所用激素相同，但对供体母牛进行超数排卵要用促性腺激素，受体母牛则不需要，A错；受精可在体内进行，B错；冲卵得到的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚，方可成功移植，C错；到目前为止，最常见的是分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小，D正确1．(2013·高考江苏卷)软骨发育不全为常染色体显性遗传病，基因型为HH的个体早期死亡。一对夫妻均为该病患者，希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。下列做法错误的是()A．首先经超排卵处理后进行体外受精B．从囊胚中分离细胞，培养后检测基因型C．根据检测结果筛选基因型为hh的胚胎D．将胚胎培养至原肠胚期后移植到子宫12/20解析：选D。通过胚胎工程技术辅助生育是指利用试管婴儿技术，先经超排卵处理获得卵子，再将成熟的卵子与获能的精子进行体外受精，A项正确；因健康孩子的基因型是hh，故需对胚胎时期的细胞进行基因检测，B、C两项正确；对人类来说，早期胚胎在8～16个细胞时期即可移植，D项错误。（2013天津卷）2.哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程，只有在促性腺激素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图（N表示染色体组）据图分析，下列叙述错误的是（）A.次级卵母细胞形成的过程需要激素调节B.细胞III只有在精子的作用下才能形成成熟卵子C.II、III和IV细胞分裂后期染色体数目相同D.培育转基因动物应选择细胞IV作为受体细胞【答案】C【解析】据图可知，初级卵母细胞形成次级精母细胞的过程需要促性腺激素的调节，A项正确；细胞III为次级卵母细胞，减数第二次分裂是在输卵管中伴随着受精作用13/20完成的，B项正确；II、III和IV分别为初级卵母细胞、次级卵母细胞和受精卵，它们在细胞分裂后期的染色体组数依次为:2N、2N、4N，染色体数不同，C项错误；动物细胞的受精卵全能性高，因此培育转基因动物常用受精卵作为受体细胞，D项正确。【试题评价】本题综合考查卵细胞的形成过程和考生理解识图能力，涉及基因工程、细胞分裂过程中染色体数目变化等相关内容，难度不大，较易得分（2014江苏卷）2.下列关于蛙胚胎发育过程的叙述，正确的是A.通过细胞分裂不断增加细胞数量，并在一定时期发生细胞分化B.胚胎发育过程中细胞不断分裂，但不发生凋亡C.随着细胞分裂次数的增加，蛙胚的有机物总量不断增加D.发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐增加【答案】A【解析】胚胎发育是个体发育的一个阶段，在蛙的胚胎发育过程中，通过细胞分裂增加细胞数，并在桑椹胚后细胞开始分化，故A正确。胚胎发育过程中，有14/20细胞的分裂，也进行着细胞衰老和凋亡，B错误。C.蛙胚胎发育的过程中，所需营养物质主要来自于受精卵，随分裂次数的增加，有机物的大量消耗，其总量不增反减，故C、D错误。（2014江苏卷）19.杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，被称为“钻石级”肉用绵羊。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示，相关叙述正确的是A.为了获得更多的卵母细胞，需用雌激素对雌性杜泊羊进行处理B.从卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精C.为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂D.为了进一步扩大繁殖规模，可通过胚胎分割技术获得同卵双胎【答案】D【解析】超数排卵用促性腺激素而不是雌激素，A错。根据采集部位而定，如果是从输卵管采集的卵细胞，已发育成熟，可直接与获能的精子在体外受精;如果是从15/20卵巢是采集的卵细胞，未发育成熟，都要经过体外人工培养成熟后才能与获能的精子受精，故B错；受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，C错；为了进一步扩大繁殖规模,可通过胚胎分割