专题3　胚胎工程

第五十一课时　 体内受精和早期胚胎发育、体外受精和早期胚胎培养、胚胎工程的应用及前景

睾丸的曲细精管 初情期

精原细胞 精子细胞

细胞核 高尔基体 中心体 线粒体鞘 原生质滴

卵巢、输卵管 初情期 有丝分裂 卵泡细胞 减数第一次分裂 第一极体 次级卵母细胞 2 第一极体 第二极体 次级卵母细胞 受精 输卵管 1 卵子 1 第二极体

输卵管 第二极体 合子 雌雄原核 单倍染色体 二倍染色体 体细胞 父方

每种生 物前后代体细胞中染色体数目的恒定 生物的遗传和变异 受精卵 幼体 卵裂 有丝 增加 不增加 囊胚 分化 内细胞团 原肠胚

【典例精析】 【例1】请回答下列与哺乳动物精子和卵子发生有关的问题： (1)精细胞经变形后，高尔基体发育形成精子的顶体，顶体内含有的________能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。 (2)某动物排卵时，减数第一次分裂尚未完成，此时卵子处于______卵母细胞阶段，当该细胞发育至减数第二次分裂______期时，才具备受精能力。若在卵黄膜和透明带之间看到两个极体，则表明______过程已完成。 顶体酶 初级 中 受精

(3)动物的早期胚胎移植到同种且____________与供体相同的动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移植。为了获得更多的早期胚胎，常用__________激素对供体进行处理，其目的是获得更多的____________，经人工受精后可得到早期胚胎。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时，发现活胚胎细胞不能被染色，其原因是活细胞膜___________________________________。 (4)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体，可对发育到桑椹胚期或囊胚期阶段的早期胚胎进行___________处理，再植入到受体内。若要对早期胚胎进行长期保存，应将其置于___________________条件下。 生理状态 促性腺 卵母细胞 对物质的吸收具有选择透过性 胚胎分割 冷冻(或液氮)

考点二 体外受精和早期胚胎培养 【回扣教材】 1．胚胎工程的概念及技术手段 考点二　体外受精和早期胚胎培养 【回扣教材】 1．胚胎工程的概念及技术手段 是指对动物_________或______所进行的多种显微操作和处理技术，如__________、_________、_________、__________________等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到_______动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程的许多技术，实际是在________条件下，对动物_________和__________发育条件的模拟操作。 早期胚胎 配子 体外受精 胚胎移植 胚胎分割 胚胎干细胞培养 雌性 体外 自然受精 早期胚胎

2．试管动物技术： 是指通过人工操作使卵子和精子在_____________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。(属______生殖过程)。 基本原理：人工模拟_______环境，包括______、______、______等，使________细胞成熟，同时使精子________，最终完成_______作用，并有计划地保存_______等。 3．体外受精的过程 (1)卵母细胞的采集和培养 卵母细胞的采集和培养：对体型小的动物用____________处理，从输卵管冲取卵子(可直接受精)；对体型大的动物从________中采集卵母细胞(要在体外培养成熟)。 (2)精子的采集和获能 体外条件下 有性 体内 营养 温度 pH 初级卵母 获能 受精 胚胎 促性腺激素 卵巢

手握法 精子采集常用方法有___________、__________和________。获能方法有___________和______________。 (3)体外受精 将人工采集的精液与已经成熟的___________混合，使精子和成熟的卵母细胞在母畜体外完成受精，该过程称____________。可置于专门的__________或___________中。 4．胚胎的早期培养 培养液的成分：两盐：_________、_________；两素：_________、_______；两酸：__________、__________等营养成分和_________等物质。 当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。 假阴道法 培养法 电激法 化学诱导法 卵母细胞 体外受精 获能液 受精溶液 无机盐 有机盐 维生素 激素 氨基酸 核苷酸 血清

【典例精析】 【例2】爱德华兹以他在体外受精技术领域作出的开创性贡献而获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。关于体外受精技术叙述正确的是( ) A．获取的精子经获能后才能进行体外受精 B．采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵 C．精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫 D．精子与卵子相遇后，会发生顶体反应，防止多精入卵 【解析】B错误，卵子必须处于减数第二次分裂中期才能进行受精，采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精；C错误，成熟的卵细胞与收集来的精子相遇形成受精卵，需培养到一定阶段才可移植；D错误，防止多精入卵主要通过透明带反应和卵黄膜封闭作用两道屏障。 A

考点三 胚胎工程的应用及前景 【回扣教材】 1．胚胎移植技术 考点三　胚胎工程的应用及前景 【回扣教材】 1．胚胎移植技术 (1)概念：将雌性动物的_________，或者通过体外受精及其他方法得到的胚胎 ，移植到____________________的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。 (2)优势：可以充分发挥______性优良个体的繁殖潜力，________供体本身的繁殖周期。 早期胚胎 同种的、生理状态相同 雌 缩短

(3)胚胎移植的生理学基础：①同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的(对供体和受体进行__________处理)；②早期胚胎形成后处于________状态，为胚胎的收集提供可能；③受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生__________反应；④移入受体的供体胚胎的遗传特性在孕育过程中_____________。 (4)胚胎移植的程序：①对供、受体母牛进行选择，用_______进行同期发情处理；②对供体母牛用激素作超数排卵处理；③选择同种优良公牛配种(_______生殖过程)；④对胚胎进行收集(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________________)；⑥胚胎移植(或冷冻保存)；⑦检查受体母牛是否受孕；⑧产下胚胎移植的犊牛。 同期发情 游离 免疫排斥 不受影响 激素 有性 桑椹胚或囊胚

2．胚胎分割技术 (1)概念：用______法将__________切割成2、4、8等份，经_______获得__________________的技术(可看作是动物无性繁殖或克隆)。 (2)基本过程：选择发育良好的________________移入培养皿中，用________或__________将其切开，吸出其中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体(注意：内细胞团要_______分割，否则会影响胚胎的恢复和进一步发育)。 机械 早期胚胎 移植 同卵双胎或多胎 桑椹胚或囊胚 分割针 分割刀 均等

3．胚胎干细胞： 概念：哺乳动物的胚胎干细胞简称______或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。 来源：____________或____________。 特点：具_____________的特性。 形态方面：体积小、细胞核大、核仁明显。 功能方面：具有______________(即可分化为成年动物体内任何一种组织细胞)。 体外培养：可以只增殖而不分化，适于冷冻保存或进行遗传改造。 ES 原始性腺 早期胚胎 胚胎细胞 发育的全能性

【知识拓展】 1．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换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状均能保持其原来的优良特性。 2．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。 注意为胚胎在受体内的存活提供可能的基础应为外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。

【例3】(2013江苏)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 【解析】此题是胚胎工程试题，经超排卵处理后才能进行体外受精。从囊胚中分离细胞，如滋养层部分，通过培养后检测基因型。根据检测结果筛选基因型 hh 的胚胎为所需类型。 将胚胎培养至囊胚期前移植到子宫。 D

课时练习五十一 一、选择题(每题有一个正确答案) 1．下列能正确表示高等动物胚胎发育顺序的是( ) A．受精卵→囊胚→卵裂→原肠胚→组织器官的分化 B．卵→卵裂→原肠胚→组织器官分化 C．受精卵→囊胚→原肠胚→幼体 D．受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化 D

2．胚胎分割要将内细胞团均等分割的原因是( ) A．以免影响胚胎的恢复和进一步发育 B．保证遗传物质的平均分配 C．确保胚胎发育后期营养物质的供应 D．防止分割而来的两个体性状差异过大 【解析】 内细胞团若出现不均等分割，小的部分可能由于营养物质较少等原因导致发育困难等问题。 A

A

【解析】③过程依赖精、卵细胞间的接触进行识别；胚胎分割产生后代的性别一定相同，但由于环境影响，性状可能不同；若不考虑变异，有丝分裂过程产生的体细胞的DNA相同，但由于基因的选择性表达，不同体细胞的mRNA可能不同。 4．采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，以下原因不正确的是( ) A．卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程 B．动物排出的卵子成熟程度不同 C．体外人工培养至减数第二次分裂中期时，才算成熟 D．冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大 【解析】 冲出的卵子需培养一段时间才具备受精能力，但此时细胞体积不变。 D

5．下列有关试管动物技术的叙述不正确的是( ) A．体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精 B．受精卵移植之前需检查受精状况和发育能力 C．胚胎发育的过程为：受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚 D．移植胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响 C

C

【解析】图中A是内细胞团细胞，将来能够发育成除胎膜和胎盘外的其他组织和器官。胚胎干细胞的体积较小，细胞核较大。在体外培养情况下，可以只增殖而不发生分化。利用胚胎细胞可以诱导形成器官，但目前并没有大规模应用。

7．下列关于高等哺乳动物胚胎工程的相关叙述，错误的是( ) A．体外受精时对精子要进行获能的处理，卵母细胞也需要培养至减I中期 B．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液中通常都需要加入该种动物的血清 C．受精作用和卵裂过程发生于输卵管，卵裂期细胞数量不断增多，胚胎体积不断增大 D．试管动物和克隆动物都具有两亲本的遗传特性，前者属有性生殖，后者属无性生殖 C

8．下列关于胚胎工程的叙述错误的是( ) A．受精时卵母细胞需发育到减数第二次分裂中期 B．受精时防止多精入卵的两道屏障是顶体反应和卵黄膜的封闭作用 C．胚胎分割可选择囊胚，需要将内细胞团均等分割 D．胚胎移植是胚胎工程最后一道程序，移植的胚胎必须选择在原肠胚之前 B

9．下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述，错误的是( ) A．对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理 B．人工授精后的一定时间内，收集供体原肠胚用于胚胎分割 C．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎 D．一次给受体母羊植入多个胚胎，可增加双胞胎和多胞胎的比例 【解析】 用于胚胎分割的早期胚胎通常是桑椹胚或囊胚。 B

10．下面有关受精作用的叙述，错误的一项是 ( ) A．受精卵中全部遗传物质来自父母双方的各占一半 B．受精时，精子和卵细胞双方的细胞核相互融合 C．受精卵中染色体数与本物种体细胞染色体数相同 D．受精卵中染色体来自父母双方的各占一半 【解析】 受精卵中的遗传物质包括细胞核中的遗传物质和细胞质中的遗传物质，细胞核中的遗传物质来自于亲本双方，但细胞质中的遗传物质主要来自于卵细胞的细胞质，所以A错。 A

11．科学家利用病毒载体将四个转录因子组合转入已分化的体细胞中，使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的诱导多能干细胞(iPS细胞)。下列有关叙述错误的是( ) A．iPS细胞是能进行自我更新的细胞 B．细胞的重编程过程类似于脱分化过程 C．iPS细胞能发育成完整个体 D．转录因子能够调节细胞内基因的表达 C

12．胚胎干细胞的特点是( ) A．不受机体控制，连续进行分裂 B．活性降低，水分减少 C．体积小，细胞核大，核仁明显 D．细胞核体积增大，染色质固缩 【解析】A选项描述的是癌变细胞的特征，胚胎干细胞的遗传物质未发生改变；B、D选项描述的是衰老细胞的特征。 C

D

核移植(技术) (1)应用1的名称是 _____________，利用该技术获得的小牛，其遗传物质来源于___________________。 (2)应用2中牛完成体内受精的场所是_________，刚种植在子宫内的胚胎其发育程度一般为________________，胚胎种植后可以通过胎盘从母体获得正常发育所需要的营养，该构造由_________细胞发育而成。这种试管牛的产生，采用的胚胎工程技术有_______________________ _______________________________(至少答出2种)等。 (3)应用3中细胞C取自牛胎儿的_________或_________ ___________细胞。 (4)应用4中通过_________技术获得二分胚①和②，得到两只小牛，可以通过PCR技术进行小牛早期胚胎性别鉴定；也可以在细胞结构水平上通过对___________的分析进行性别鉴定。 供体1和供体2 输卵管 桑椹胚或囊胚 滋养层 早期胚胎培养、胚胎 移植、人工受精(或体外受精) 原始性腺 早期胚胎 (内细胞团) 胚胎分割 染色体

输卵管 (1)哺乳动物胚胎进入子宫前的发育场所是_________。 (2)表中的胚胎在进入子宫时发育程度最高的是______。 (3)1951年，张明觉等发现：在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，精子才能与卵子受精。此生理现象被称为___________。 (4)为使牛乳汁中含有人生长激素，需获取仅在__________细胞中特异性表达的启动子，与人生长激素基因等构建_____________，并常用___________方法导入受精卵。为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到_______________阶段的胚胎进行移植。另外，可以采用________________________________________技术，培育出多头完全相同的转基因牛犊。 (5)制备单克隆抗体时，杂交瘤细胞培养放在小鼠体内进行的优点是___________________________________。 马 精子获能 牛的乳腺 基因表达载体 显微注射 桑椹胚或囊胚 胚胎分割移植(胚胎分割和胚胎移植) 无须配制培养液，对环境要求低

16．请回答下列与胚胎工程有关的问题： (1)精子是在睾丸的__________ 产生的。受精作用时顶体中含有的顶体酶能协助精子穿越_______和 ___________ 。 (2)某动物排卵时，卵子正处于初级卵母细胞阶段，则其减数第一次分裂是在排卵____(前/后)完成。从_________中冲出的卵子，可以直接与获能的精子受精。 (3)为了使胚胎干细胞定向分化为某种器官，可在胚胎干细胞培养液中加入_______________________________。 曲细精管 放射冠 透明带 后 输卵管 分化诱导因子(或牛黄酸)

(4)为了救治白血病患者，医学上可以通过设计试管婴儿来找到与患者配型的造血干细胞，你赞成设计试管婴儿吗？请谈谈你的两点理由：_____________________________________________________________________________________________________________________________。 不赞成，将婴儿当成人体的零配件不符合伦理道德、配型不成功的早期胚胎的舍弃是对生命的不尊重(赞成，可以救治白血病患者、造血干细胞是婴儿的“身外之物”)

17．材料一　由李建远教授率领的科研团队，在山东烟台毓璜顶医院成功克隆出5枚符合国际公认技术鉴定指标的人类囊胚。 材料二　利用植物修复技术治理重金属污染的实质是将某种特定的植物种植在被重金属污染的土壤上，植物收获后进行妥善处理，就可将重金属移出土体。目前科学家正尝试应用生物工程技术培育符合植物修复技术要求的转基因植物。 请根据以上材料回答下列问题： (1)在卵子去核的过程中，李建元教授采用三维立体偏震光纺锤体成像系统，对核DNA精确定位后，再用微激光主要对卵子的第一屏障打孔，才能精确剔除卵子细胞核。这一屏障是指( ) A．卵黄膜　　　B．透明带　　　C．核膜 B

(2)在培养皮肤纤维细胞和淋巴细胞时，需要用胰蛋白酶等处理，目的是________________________。培养过程中除了保证无菌、无毒的环境外，为了防止培养过程中的污染，通常还要在细胞培养液中添加一定量的___________。 (3)通过克隆胚胎进而用其衍生而来的器官，来取代患者本人病变的器官，就会避免免疫排异反应的发生，根本原因是____________________。 (4)在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择能适应当地环境的植物，这遵循了生态工程中的____________________原理。 将细胞分散解除接触抑制 抗生素 遗传基因(物质)相同 协调与平衡

PCR(多聚酶链式反应、聚合 (5)获得目的基因后可采用_________________________ ______________技术进行扩增。大部分物种的基因能拼接在一起，是因为_______________________________________________________________________________。检测目的基因是否成功导入植物细胞，可采用的生物技术是____________。 酶链式反应) 大部分生物的遗传物质都是DNA且都是双螺旋结构(或DNA的结构相同和组成成分相似) (DNA)分子杂交