高中生物001知识讲解胚胎工程专题2Word格式.docx

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排卵指卵子从卵泡中排出，不是指卵泡从卵巢中排出。

3.精子与卵子形成过程比较

精子的发生过程

卵子的发生过程

不同点

发生场所

场所唯一：

睾丸的曲细精管

场所不唯一：

卵巢和输卵管

卵泡的形成和卵巢内的准备在出生前完成，

减数第一次分裂在卵巢内完成，减数第二次

分裂在输卵管内进行受精作用时完成

发生时间

初情期后的减数分裂

胎儿期及性成熟后的减数分裂和精卵结合过程

减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的

减数第一次分裂和减数第二次分裂是

不连续的

细胞质分裂

均等分裂

既有均等分裂又有不均等分裂

是否变形

是

否

结果

1个精原细胞形成4个精子

1个卵原细胞仅形成了1个卵细胞，其余3

个子细胞为后来退化消失了的极体

相同点

原始生殖细胞自身的增殖方式均为有丝分裂；

原始生殖细胞形成成熟生殖细胞的方式均为减数分裂；

原始生殖细胞形成的成熟生殖细胞中染色体数目即均减半；

考点二、胚胎工程的理论基础——体内受精

受精作用是在雌性动物的输卵中完成的，指精子与卵子结合，最后形成合子（受精卵）的过程，它包括受精前的准备阶段和受精阶段：

1.受精前的准备阶段

（1）精子获能：

刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道内发生相应的生理变化后才能获得受精能力，即“精子获能”。

（2）卵子的准备：

卵子刚排出时并非为成熟的生殖细胞，仅完成减数第一次分裂，一般在排出后2－3小时才能被精子穿入，它在输卵管中进一步成熟，当达到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。

2.受精阶段，如下图：

要点诠释：

（1）受精的标志是第二极体的形成即在在卵黄膜和透明带的间隙可观察到2个极体时；

受精完成的标志是雌雄原核融合，形成合子。

（2）雌雄原核不能理解成卵子、精子原来的细胞核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。

考点三、胚胎工程的理论基础——早期胚胎发育

1.哺乳动物的早期胚胎发育，如下图：

受精卵是胚胎发育的起点，早期胚胎的发育分为以下几个时期：

卵裂期、桑椹胚期、囊胚期、原肠胚期，如下图：

（1）卵裂期：

一般为受精卵的前5次细胞分裂。

在透明带内进行，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，或略有缩小。

（2）桑椹胚：

一般为胚胎细胞数目32细胞时

胚胎形成致密的细胞团，形似桑葚，每个胚细胞都属于全能细胞，有发育成完整胚胎的潜能。

（3）囊胚期：

囊胚期细胞开始分化，其结构分为：

　内细胞团——细胞较大，为胚胎干细胞，将来分化为组织器官。

　　滋养层——细胞较小，沿透明带内壁排列，将来分化为胎膜和胎盘

　　囊胚腔——胚胎内部出现的含有液体的囊腔。

囊胚期开始时，胚胎收缩，细胞间隙扩大，胚胎内部出现裂隙。

孵化：

囊胚生长扩大会导致透明带破裂，胚胎从中伸展出来，这一过程称为孵化。

（4）原肠胚期：

　　胚胎进一步发育，分化出内胚层、外胚层、中胚层，滋养层发育成胎膜和胎盘。

　　内胚层：

围成原肠腔，将发育为个体的消化管、消化腺、呼吸道上皮等 

　　外胚层：

将发育为个体的中枢神经系统、皮肤表皮及附属结构等

中胚层：

将发育为个体的泌尿、生殖系统的主要器官、心脏、骨骼肌肉等

进行胚胎移植及分割技术往往在早期胚胎发育的桑椹胚阶段和囊胚阶段。

2.基本过程总结：

考点四、胚胎工程技术——体外受精和早期胚胎培养（试管动物技术）

1.体外受精，如下图：

（1）卵母细胞的采集和培养

①卵母细胞的采集：

方法一：

用促性腺激素处理，使其超数排卵，从中输卵管冲取精子（针对实验动物，家畜猪、羊等）

方法二：

从屠宰母畜卵巢中采集（针对大家畜或大型动物，如牛）

方法三：

借助超声波探测仪、内窥镜、腹腔镜等工具直接从活体母畜卵巢中吸取（针对大家畜或大型动物，如牛）

②采集的卵母细胞都要在体外人工培养成熟后，才能进行受精作用。

（2）精子的采集和获能

　　①精子的采集方法有假阴道法、手握法和电刺激法等。

②采集的精子在体外受精前要进行获能处理，方法有培养法（通过获能培养液）、化学诱导法（通过肝素或钙离子载体A23187）

（3）体外受精

获能溶液或

专用的受精溶液

获能的精子＋培养成熟的卵子完成受精（检查受精状况和受精卵的发育能力）

2.早期胚胎培养

早期胚胎一般指可用于移植的胚胎，在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。

（1）培养的目的：

检测受精状况和受精卵的发育能力，获得早期胚胎，进一步完成胚胎移植、胚胎分割等。

（2）条件：

在培养液中培养

哺乳动物胚胎培养液的成分一般较复杂，需添加血清，同时还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸、无机盐、有机盐等,为防止杂菌污染还可加入抗生素。

（3）胚胎发育到适宜阶段时，可进行胚胎移植或冷冻保存。

不同动物胚胎移植的时间不同。

牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才进行移植；

小鼠和家兔等实验动物可在更早的时间移植；

人的体外受精胚胎，可在8－16个细胞阶段移植。

体外受精和早期胚胎培养技术的应用

（1）试管动物技术：

即通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。

如试管婴儿。

试管动物生产流程：

（2）实现受精胚胎的工厂化生产。

考点五、胚胎工程技术——胚胎移植

1.概念：

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.应用：

充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期，使供体生产的后代数是自然繁殖的十几到几十倍，促进畜牧业的发展，也可用于保护濒危物种。

　　3.胚胎移植的生理学基础：

（1）供体与受体相同的生理环境

哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。

注意：

进行胚胎移植时，要对供体和受体进行同期发情处理。

（2）早期胚胎处于游离状态

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。

（3）受体对外来胚胎的认可

大量的研究已经证明，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。

（4）供体胚胎与受体正常联系的建立，且其（优良）遗传特性不受影响。

供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，且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。

4.胚胎移植的程序，如下图（以牛为例）：

①对供、受体母牛进行选择，用激素进行同期发情处理；

②用激素对供体母牛用激素做超数排卵处理；

③超数排卵的母牛发情后，选择同种优秀公牛配种或人工受精[有性生殖过程]；

④对胚胎进行收集[也叫冲卵，此时胚胎处于游离状态]；

⑤对胚胎进行质量检查[此时胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段]；

⑥胚胎移植[或冷冻保存]；

胚胎移植的方法：

手术法：

引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。

非手术法：

将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。

⑦检查受体母牛是否受孕；

⑧产下胚胎移植的犊牛。

考点四、胚胎工程技术——胚胎分割

胚胎分割是借助显微操作技术或徒手操作方法切割早期胚胎成2、4等多等份再移植给受体母畜，从而获得同卵双胎或多胎的生物学新技术。

2.特点：

来自同一胚胎的后代有相同的遗传物质，因此胚胎分割可看成动物无性繁殖或克隆的方法之一。

3.理论基础：

细胞的全能性

4.胚胎的选择：

发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

5.基本操作程序：

胚胎分割所需要的仪器设备为实体显微镜和显微操作仪。

①将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿中，在显微操作下用分割针或分割刀片将胚胎分割（具体操作时，用分割针或分割刀将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明袋中，或直接将裸半胚胎移植给受体），或采用胰蛋白酶处理等方式将卵裂中的细胞分散。

②将分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚期再移植给受体，着床发育产仔。

在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

考点五、胚胎工程技术——胚胎干细胞

1.胚胎干细胞的概念：

哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。

2.胚胎干细胞的特点：

①形态：

表现为体积小，细胞核大，核仁明显。

②功能：

具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。

③在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。

3.干细胞的类型

类别

来源

特点

全能干细胞

桑椹胚或囊胚及更早的细胞

能发育成完整个体

多能干细胞（胚胎干细胞）

内细胞团、原始性腺细胞

能分化出动物体内的任何组织

专能干细胞（成体干细胞）

骨髓干细胞、皮肤生发成层细胞等

能分化出特定的组织

4.培养过程

培养胚胎干细胞时，需在培养皿底部制备一层饲养层细胞（胚胎成纤维细胞，能分泌抑制细胞分化的物质）或在添加抑制因子（维持细胞生长但不分化）的培养液中培养，以维持不分化的状态。

5.胚胎干细胞的主要用途

①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律。

②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段。

③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合征、少年糖尿病等。

④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。

⑤随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。

【典型例题】

类型一、胚胎工程的理论基础

【高清课堂：

胚胎工程407909典型例题1】

例1．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

C．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

【解析】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。

【点评】本题主要考查体内受精与早期胚胎发育的相关知识，为一道基础题型。

举一反三：

【变式1】蛙的受精卵发育成原肠胚的过程中，下列行为在细胞中不能发生的是（）

A.基因的选择性表达B.DNA的半保留复制

C.同源染色体的分离D.姐妹染色单体的分开

【答案】C

【解析】受精卵发育的过程中细胞进行有丝分裂，因而有DNA的半保留复制和姐妹染色单体的分开。

而同源染色体的分离出现在减数分裂过程中。

到原肠胚的过程中已经出现分化，即有基因的选择性表达，故A正确。

【变式2】

（2015天津高考）小鼠胚胎干细胞可诱导成能分泌胰岛素的胰岛样细胞。

将胰岛样细胞移植给患糖尿病小鼠，可使患病小鼠血糖恢复正常水平。

下列叙述错误的是（）

A、小鼠胚胎干细胞可来自对囊胚内细胞团的分离培养

B、移植前，患病小鼠体内靶细胞缺失胰岛素受体

C、移植后，小鼠体内靶细胞加强了对葡萄糖的摄取、利用和储存

D、小鼠体内血糖浓度对胰高血糖素的分泌存在反馈调节

【答案】B

【解析】胚胎干细胞的来源有囊胚期的内细胞团和胎儿的原始性腺；

A正确。

由“胰岛样细胞移植给患糖尿病小鼠，可使患病小鼠血糖恢复正常水平”可知患病小鼠的病因是胰岛B细胞受损伤导致胰岛素缺乏引起；

B错误。

移植后胰岛样细胞可合成分泌胰岛素，胰岛素能促进靶细胞对葡萄糖的摄取、利用和储存；

C正确。

体内血糖浓度高于正常水平促进胰高血糖素的分泌；

反之抑制胰高血糖素的分泌；

D正确。

类型二、胚胎工程技术

胚胎工程407909典型例题7】

例2．毛角蛋白Ⅱ型中间丝（KIFⅡ）基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。

获得转KIFⅡ基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。

（1）过程①中最常用的运载工具是______，所需要的酶是限制酶和。

（2）在过程②中，用_______处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。

在培养过程中，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是______________。

（3）在过成③中，用_________处理以获取更多的卵（母）细胞。

成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行_________处理。

（4）从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是。

在胚胎移植前，通过技术可获得较多胚胎。

【答案】

（1）质粒；

DNA 

连接酶 

（2）胰蛋白酶（或胶原蛋白酶 

）；

维持培养基（液）的pH

（3）促性腺激素（或促滤泡素，孕马血清）；

去核 

（4）（早期）胚胎培养；

胚胎分割

【解析】基因工程所用的基本工具有限制性内切酶、DNA连接酶和运载体，其中，常用的运载体是质粒，也可用噬菌体衍生物和动植物病毒。

在动物细胞工程中，若将动物组织分散成单个细胞，常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶来处理；

若进行核移植，需先将卵母细胞培养到MⅡ中期并做去核处理；

动物细胞的培养需要无菌无毒条件，一定的营养条件，血浆血清和O2、CO2气体条件，其中CO2主要用于维持培养液的pH。

在动物胚胎工程中，常用促性腺激素处理雌性个体而使其超数排卵；

常采用核移植和早期胚胎培养技术获得重组胚胎，并进一步培育出克隆动物，常采用胚胎分割和胚胎移植技术获得更多的优良个体。

【点评】本题综合考查基因工程的基本工具、动物细胞工程和胚胎工程的基础知识，考查识图、获取信息与处理信息的能力。

胚胎工程407909典型例题3】

【变式1】下列关于干细胞的叙述，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

【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。

【变式2】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

例3（2015广东高考）下图为培育转基因山羊生产人β-酪蛋白的流程图

下列叙述正确的是

A.过程①所用的人β-酪蛋白基因可从人cDNA文库中获得

B.过程②可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植

C.过程③可使用胚胎分割技术扩大转基因山羊群体

D.过程④人β-酪蛋白基因在细胞质内进行转录、翻译

【答案】AC

【解析】在构建基因表达载体的时候，我们可以从cDNA文库中获取，A正确。

胚胎移植应在囊胚期之前，B错误。

过程3中，利用胚胎分割可以得到多个遗传性状相同的个体，从而扩大转基因山羊种群，C正确。

转录是在细胞核中完成的，D错误。