高中生物二 胚胎工程技术及其应用精品课堂检测

《第2章  细胞工程》

第3节  胚胎工程

二  胚胎工程技术及其应用

必会知识 考点梳理拓展延伸易错警示

必会知识一  试管动物技术

1．试管动物技术：是指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，再经移植产生个体的技术。

2．重要应用—良种培育：试管动物技术实现了良种动物的快速大量繁殖。

3．技术手段：该技术首先要做的是体外受精和早期胚胎的培养，然后进行胚胎移植。

必会知识二  体外受精

1．基本步骤：卵母细胞的采集和培养，精子的采集和获能，受精。

2．卵母细胞的采集和培养

3．精子的采集和获能

(1)收集精子的方法：假阴道法(牛、马等体型大的动物)、手握法(猪、犬等体型较小的动物)、电刺激法(野生或经济动物)。

(2)使精子获能的方法：直接利用雌性动物的生殖道使精子获能：将精子培养在人工配制的培养液中使其获能等。获能液的成分因动物种类不同有所差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。

4．受精：获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。精子和卵子一般要放在培养液内共同培养一段时间才能完成受精。

必会知识三  胚胎的早期培养

1．培养液的成分

(1)盐类：无机盐和有机盐类。

(2)营养物质：氨基酸和核苷酸。

(3)调节物质：维生素和激素。

(4)天然物质：血清。

2．胚胎早期培养的目的

(1)精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。

(2)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。

必会知识四  胚胎移植

1．胚胎移植：是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体叫“受体”。

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，是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。

3．胚胎移植的生理学基础

(1)供体与受体有相同的生理环境。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。

(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。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。

4．胚胎移植的基本程序

以家畜的胚胎移植为例，胚胎移植主要包括供体、受体的选择和处理，配种或人工授精，胚胎的收集、检查、培养或保存，胚胎的移植，以及移植后的检查等步骤。以牛胚胎移植为例，如图所示。

5．胚胎移植的意义

(1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量。

(2)胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。

必会知识五  胚胎分割

1．胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一，因为来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质。

2．主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。

3．选用的胚胎：胚胎分割应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。

4．基本操作程序

(1)选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，将其移入盛有操作液的培养皿中。

(2)在显微镜下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带中，或直接将裸半胚移植入受体。

(3)还可用分割针分割滋养层，做DNA分析鉴定性别。

5．胚胎分割的意义以及现状

(1)可以促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。

(2)在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。

(3)胚胎分割提高了胚胎的利用率，目前已在许多动物中取得成功，但仍存在一些问题，如刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹上还存在差异等。实践证明，采用胚胎分割产生同卵多胚的可能性是有限的，到目前为止，最常见的是经胚胎分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例都很小。

必备技能 典例精讲模型秒杀巧思妙解

必备技能一  体外受精

[例1](2023·全国·高二专题练习)下列有关哺乳动物体外受精的叙述，正确的是(    )

A．给实验动物注射促性腺激素，使其产生更多的精子

B．采集的卵母细胞可直接与获能的精子受精

C．获能的精子和成熟的卵子要在适当的培养液中完成受精

D．卵母细胞与精子受精前均已完成减数分裂Ⅱ

必备技能二  胚胎的早期培养

[例2](2021春·天津·高二校联考期末)下图是科研人员利用白鼠和黑鼠的早期胚胎培育黑白嵌合鼠的简要过程，相关叙述正确的是(　　)

A．图中的早期胚胎指的是囊胚

B．过程①中需利用相关技术去除早期胚胎外的透明带

C．过程②中可利用灭活的病毒诱导卵裂球细胞发生融合

D．过程③中为避免代孕母鼠对植入胚胎产生排斥反应需注射免疫抑制剂

必备技能三  胚胎移植

[例3](2023·全国·高三专题练习)下图表示牛胚胎移植的流程，其中①～④表示相应的操作过程。下列相关叙述错误的是(    )

A．过程①注射相关激素，使供、受体同期发情

B．过程②注射促性腺激素，达到超数排卵的目的

C．过程③主要涉及体内受精和从卵巢中冲取胚胎

D．过程④的主要目的是选择适合移植的胚胎

必备技能四  胚胎分割

[例5](2022春·陕西渭南·高二统考期末)胚胎分割能提高胚胎的利用率。下列关于胚胎分割的叙述，正确的是(    )

A．胚胎分割移植所产生的后代的遗传物质相同

B．胚胎的产生过程和胚胎分割都属于有性生殖

C．胚胎分割次数对分割后的胚胎成活率无明显影响

D．体外受精获得的个体与核移植获得的个体的生殖方式相同

必备技能五  体外受精和早期胚胎培养与细胞工程的联系

[例5](2022春·江苏扬州·高二统考期中)下列图1是从动物体内获得相关组织，分散成单个细胞后，模拟体内环境，使其继续生长、增殖的技术过程图解，图2利用胚胎工程培育“试管牛”的基本过程图解。请据图回答问题：

(1)动物细胞工程的基础是_______________，此过程在无菌条件下，取出动物组织块剪碎，用培养液漂洗。然后用_______________酶等处理，形成分散的悬浮细胞。动物细胞培养过程中，要使细胞分散开培养的原因：一是______________________________；二是能保证细胞内有害代谢产物的及时排出。

(2)动物细胞培养和植物组织培养的原理和目的不同：动物细胞培养的原理是_______________，目的是获得大量的细胞；植物组织培养的原理是______________________________，目的是获得新个体。

(3)受精卵是胚胎发育的开端，图中的卵细胞须达到_______________时期，才具备受精的能力，而精子需经过_______________过程才能和卵细胞结合。

(4)若要获得遗传物质完全相同的两个新个体，可对发育到_______________阶段的早期胚胎进行胚胎分割，在胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割。图2中过程A称为_______________，其实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。在操作前要对良种母牛和普通母牛用激素进行_______________处理，早期胚胎能在受体内正常存活的免疫学基础是___________________。

(5)胚胎工程是指对动物的胚胎进行人为操作和处理以获得目标个体的技术，下列关于利用胚胎工程培育优质奶牛的相关叙述正确的是(    )

A．体外受精与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能，而体内受精前精子不需要获能

B．经早期胚胎培养，可移植的胚胎发育到原肠胚阶段更好

C．受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于营养液

D．胚胎移植能发挥优良母畜的繁殖能力，迅速扩大优良畜种的数量，加速优良畜种的推广应用

必备技能六  胚胎工程的综合应用

[例6](2022春·河北石家庄·高二校考期末)如图是胚胎工程技术研究及应用的相关示意图，请据图回答下列问题：

(1)应用1中获得的小牛，其遗传物质来源于_____(个体)，细胞B是去核的_____(填某一时期的某种细胞)。这种牛的产生用到的胚胎工程技术有_____等(至少答出2种)。

(2)应用2中牛完成受精的场所是_____(填“体内”“体外”或“体内或体外”)，胚胎移植后可以通过_____从受体母牛处获得正常发育所需要的物质。产生这种牛的生殖方式是_____。

(3)应用3中细胞C取自_____。

(4)应用4中通过_____技术获得二分胚①和②，同时可以通过取_____细胞进行早期胚胎性别鉴定。

必刷好题 基础演练能力提升巅峰突破

1．(2022春·广东佛山·高二统考期末)体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施。下面有关体外受精的说法，错误的是(    )

A．精子在体外获能液中的获能是体外受精的前提

B．通过屠宰场收集卵巢或超数排卵都可以获得卵母细胞

C．受精前的卵母细胞需要在体外培养液中成熟至MⅡ中期

D．精子释放多种酶溶解卵细胞膜外结构是防止多精入卵的机制

2．(2022春·江苏苏州·高二统考期末)胚胎移植、胚胎分割过程中很多操作环节都需进行检查，下列叙述错误的是(    )

A．体外受精后需检查受精状况和受精卵的发育能力

B．进行胚胎移植前需要对供体和受体进行免疫检查

C．胚胎移入受体母畜后需对其进行是否妊娠的检查

D．胚胎分割时可取囊胚的滋养层细胞进行性别鉴定

3．(2022春·辽宁锦州·高二统考期末)为了加快优良牛的繁殖速度，科学家采用了以下两种方法。请根据图示信息分析，下列正确的是(    )

A．试管牛和克隆牛的培育过程中均用到了胚胎移植技术，均属于有性生殖

B．胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移

C．获得的优秀公牛的新鲜精液，可直接用于受精作用

D．如图方法Ⅱ，产生F牛的性别与C相同，性状也与C完全一致

4．(2022春·河南商丘·高二校联考期末)如图为纯种荷斯坦小奶牛的繁殖过程，有关叙述正确的是(     )

A．受精卵形成之后立即移入母体子宫

B．在体外受精前，要对精子进行获能处理

C．进行胚胎体外培养时，对不同发育阶段的胚胎使用的培养液成分相同

D．克隆动物的培育过程与图示的繁殖过程，生殖方式都是无性生殖

5．(2022春·黑龙江鸡西·高二鸡西市第四中学校考期中)Leigh氏综合征患者中20%~25%是由线粒体基因突变导致。一位母亲约有1/4的线粒体携带有这种线粒体突变基因。她的前两个孩子因患有该病而夭亡。她的第三个孩子因为接受了另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。下图为男婴的孕育过程，下列有关叙述错误的是(    )

A．该婴儿的染色体来自于卵母细胞B与精子

B．体外受精后获得的受精卵需立即移入母体子宫进行妊娠

C．图示过程中使用了体外受精、早期胚胎培养等技术

D．图中卵母细胞从卵巢中取出后不可直接使用

6．(2022秋·安徽六安·高三六安一中校考阶段练习)胚胎移植、胚胎分割过程中很多操作环节都需进行检查，下列叙述错误的是(    )

A．体外受精后需检查受精状况和受精卵的发育能力

B．胚胎移入受体母畜后需对其进行是否妊娠的检查

C．进行胚胎移植前需要对供体和受体进行免疫检查

D．胚胎移植时滋养层细胞将来会发育成胎膜胎盘

7．(2022秋·宁夏石嘴山·高三石嘴山市第三中学校考阶段练习)我国科学家成功将小鼠的颗粒细胞(卵泡中卵母细胞周围的细胞)转化为GV卵母细胞，进而恢复减数分裂并顺利培育出健康后代。相关叙述错误的是(    )

A．过程①类似于脱分化过程

B．X细胞应与当初卵泡中的卵母细胞遗传物质相同

C．过程③，受精后的X细胞会再释放出一个极体

D．上述过程中涉及体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等技术

8．(2023·全国·高三专题练习)如图表示畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，有关分析正确的是(    )

A．应用1中的卵母细胞常取自卵巢，并可直接用于融合

B．应用2常用雌性激素处理供体1，目的是使其超数排卵

C．应用3一般选择桑葚胚或囊胚进行分割

D．应用4体现了动物细胞的全能性

9．(2022春·河北张家口·高二统考期末)荷斯坦奶牛是世界上产奶量最高、饲养数量最多的奶牛品种之一。我国科研人员利用体外受精和胚胎移植等技术成功地培育了大量荷斯坦奶牛，培养的过程如下图所示。请回答下列问题：

(1)哺乳动物的体外受精技术主要包括___________、___________和受精等步骤，采集的精子在受精前需培养在人工配制的___________中，然后与培养成熟的卵子受精，在实际胚胎工程操作中，常以观察到___________作为受精的标志。

(2)图中所示胚胎处于___________期，聚集在胚胎一端的细胞形成___________，将来发育成___________。

(3)在胚胎移植前应取___________的细胞进行性别鉴定，选择雌性胚胎移入受体母牛的子宫内，但在移植前需对受体母牛进行___________处理。为了提高胚胎利用率，可将胚胎进行分割，但分割时要注意___________，原因是___________。

10．(2022春·湖北荆州·高二校考期中)骆驼被称为“沙漠之舟”的哺乳动物，只有单峰骆驼和双峰骆驼两种。其中单峰骆驼曾经分布于阿拉伯半岛，濒危动物保护组织宣布单峰骆驼野外灭绝(只生活在栽培、圈养条件下即认为该分类单元属于野外灭绝，但在人类活动区会有驯养)。近些年，在我国干燥、缺水的戈壁无人区，科学家又发现了小规模野化单峰骆驼群。科学家欲通过胚胎移植等方法拯救野化单峰骆驼，进行了如图所示的研究。请根据所学知识回答下列问题：

(1)胚胎工程中一般注射_______________处理A使其超数排卵。若①是体外受精，需要提供发育至______________期的卵子和____________的精子。②过程通过显微操作去除受体卵子细胞核的目的是使重构胚的核遗传物质_______________。

(2)过程③之后需要将获得的重构胚激活，使其在适宜的培养液中培养至桑葚胚或囊胚阶段进行胚胎移植，欲获得更多的胚胎可以对囊胚进行____________操作，操作过程需要特别注意的问题是必须将___________________。

(3)胚胎能在D受体雌性体内存活的生理学基础为_________。

(4)与F相比，E更具有多样性，其原因是E是有性生殖后代，其亲代在进行减数分裂过程中会发生________________。