专题34 胚胎工程(选修3)学生版

专题34胚胎工程

一、从受精卵谈起

精子+卵细胞→         →卵裂球→        →原肠胚→组织器官分化→幼体→性成熟个体

个体发育分：胚胎发育(受精卵→幼体)和胚后发育(幼体→性成熟个体)

（一）受精作用

1.定义：成熟的精卵融合成为受精卵的过程。

2.受精的场所：            。

3.受精大体包括            、精子附着于卵膜、              等几个过程。精卵需要通过细胞表面的识别蛋白相互识别。

4.受精的标志和受精完成的标志：

①受精的标志：第二极体的形成。(当在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时)

②受精完成的标志：雌雄原核融合成受精卵。

（二）胚胎发育

1.动物胚胎发育的基本过程

①哺乳动物的胚胎发育早期是在          中进行的，一般到桑椹胚期进入子宫，               着床。

②卵裂期：细胞分裂方式为           ；随着卵裂球细胞数目的增加，细胞体积逐渐变      ；2～8个细胞时的每一个细胞均可发育成一个完整个体。

③桑椹胚期：当胚胎细胞数目达到       个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹，叫作       。

④囊胚期：内细胞团的细胞是一种未分化的细胞，具有                 ，能分化出成体动物细胞的所有组织和器官。

⑤原肠胚期：出现了           、            、           三个胚层和原肠腔。

2.胚胎发育过程图示

3.胚胎发育的过程

二、胚胎工程

（一）胚胎工程

1.含义：通常指在            过程中进行的胚胎操作技术。

2.研究的重点内容：主要包括          、           、         、         、                 等。

3.研究对象：主要限定于高等脊椎动物，特别是          。

（二）体外受精与胚胎的体外培养

1.体外受精的原理:人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等)，使卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。

2.体外受精过程

(1)精子的采集和获能：从附睾中取出成熟精子，在培养液中培养，使精子         ；

(2)卵母细胞的采集：给母体注射              →取出               →人工培养促进卵母细胞成熟；

(3)受精：获能的精子和成熟后的卵母细胞在体外合适环境下共同培养一段时间，在试管中完成       。

3.胚胎体外培养

(1)早期胚胎在                       中的发育；

(2)胚胎不同发育时期需要                     。

(3)培养液的功能：①为胚胎发育提供营养；②提供胚胎发育的体液环境；③接受胚胎代谢废物。

(4)理论基础：细胞的增殖和分化；培养目标：8细胞以上胚胎，如早期囊胚。

(5)尚无从受精卵到新生儿的全体外培养技术。

4.体外受精和胚胎体外培养过程：

5.胚胎发育与胚胎工程易错易混点分析

(1)关于精子和卵子的发生和受精作用

①成熟的精子并不代表具有受精能力，如成熟的精子必须获能后才具备受精能力；刚排出的卵细胞本不是成熟的生殖细胞，是初级卵母细胞或次级卵母细胞。需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。

②从卵巢中取出的卵细胞还没有成熟，应该在体外人工模拟输卵管环境中进行培养，达到受精前的成熟阶段。

③受精卵的遗传物质中，核物质(染色体上DNA)一半来自父方，一半来自母方，细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。

(2)有关胚胎发育

①起点是受精卵分裂，在输卵管内完成受精作用时即已开始，直至发育成为成熟的胎儿。

②卵裂期的特点：细胞有丝分裂使细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加或略有缩小，因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小，但核内遗传物质并未减少。

③桑椹胚以前的细胞均未分化，细胞全能性最高，是胚胎分割的最佳时期。

④桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。

⑤原肠胚的特点：个体发育中分化能力最强的阶段，细胞已分化形成外、中、内三个胚层。

⑥个体发育过程中从囊胚阶段开始初步分化，分化出内细胞团和滋养层细胞，囊胚之前细胞未分化，为全能细胞，囊胚之后的原肠胚阶段细胞已分化，但仍有全能细胞。

(3)有关胚胎的早期体外培养

①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。

②胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同，除无机盐、有机盐类和调节物质外，还需要血清，两者都是液体培养基。

（三）胚胎移植与胚胎分割

1.胚胎移植

(1)概念：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、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。

供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体叫做供体。

受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体叫做受体。

(2)胚胎移植的实质：早期胚胎在相同生理条件下空间位置的转移，而胚胎本身的遗传物质并不改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。

(3)胚胎移植成功与否有两个条件：①胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。

②进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。(同期发情处理)

(4)胚胎移植原因：无法进行全体外胚胎培养，目前，胚胎移植是胚胎工程中获得后代的唯一方法；而蛙、鱼等体外受精的动物不需要胚胎移植。

(5)胚胎来源：移植的胚胎可以来自试管，也可以取自         或       ；(子宫两侧缘的上部与输卵管相接处称子宫角)

胚胎来源拓展：属于无性生殖范畴：核移植后的重组细胞、胚胎分割；属于有性生殖范畴：人工授精、体外受精、体内受精、受精卵(经转基因操作后)。

通常移植时期是发育到8个细胞以上的胚胎，如早期囊胚。受精卵或原肠胚均不作为移植对象。

(6)胚胎移植过程：

注意：(1)“供体”与“受体”的确定：提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”；供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。

(2)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。

(3)优势：可以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。

拓展①胚胎移植过程中两次使用激素，第一次用孕激素对受体、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素对供体进行处理使其超数排卵。②胚胎移植过程产下的牛犊性状取决于所用公牛和供体母牛，性别取决于公牛提供何种类型的精子，与受体牛没有关系。

2.胚胎分割

(1)胚胎分割概念：指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。

(2)理论基础：动物细胞细胞核的全能性。

(3)物质基础：每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质。

(4)特点：每个后代都具有相同的遗传物质。

(5)胚胎的选择：发育良好的、形态正常的桑椹胚或囊胚。

(6)实质：胚胎分割技术是把一个胚胎的细胞分成2组或多组，经过短暂培养修复、发育后，再一同或分别移植到不同的代孕母体中妊娠并产生多胎的技术，这种技术也被称为人工同卵多胎技术。胚胎分割可以成倍增加胚胎数量，是一种快速繁殖种畜的方法，属于动物的无性繁殖或克隆的方法之一。

(7)胚胎分割过程：

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                  将胚胎分割，或采用           等方式将卵裂球中的细胞分散。

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

操作提醒：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割。若不均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育。

胚胎分割可以利用切割针或切割刀分割早期胚胎，也可用酶解法(胰蛋白酶处理卵裂球获得的细胞不能直接移植到同期发情受体的子宫中继续发育，但能移植到输卵管中进一步发育)。但需注意，前者处理对象一般为桑椹胚(均等分割即可)或囊胚(需均等分割内细胞团)，后者处理对象一般为卵裂球，经酶解法将细胞分散开。分割的胚胎或细胞可直接移植给受体，也可培养到囊胚阶段再移植到受体内。

（四）胚胎干细胞

1.来源：               或原始性腺。

2.培养：一般用                做饲养层培养胚胎干细胞，这样可以促进胚胎干细胞生长，同时抑制胚胎干细胞的     。

3.获取：把         放到有饲养层的培养液中继续培养，直到内细胞团突出饲养层外，然后用酶消化或机械剥离内细胞团，再把它们用酶消化成单个细胞，置于新鲜培养液中培养。

4.应用

(1)胚胎干细胞核移植：将               移植到              中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的技术。

(2)用干细胞克隆器官，为          提供器官。

(3)基因敲除，获得移植器官。

(4)改良创造动物新品种。

5.胚胎干细胞(ES细胞)培养

(1)概念：ES细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。

(2)特点 ①形态：体积小、细胞核大、核仁明显。

②功能：具有发育的全能性，可分化为成年动物内任何一种组织细胞。

③体外培养条件下，ES细胞可以增殖而不分化。对它可进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。

(3)种类：

培养胚胎干细胞的关键：需要一种培养体系，必须能促进胚胎干细胞生长，但抑制其分化的。这种体系中用于饲养层的细胞一般是胚胎成纤维细胞。

(4)胚胎干细胞的培养过程：

拓展：(1)胚胎干细胞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，如牛磺酸等化学物质时，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。(2)利用胚胎干细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植胚胎干细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。

[诊断与思考]

(1)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体注射促性腺激素，使其同期发情。(　 　)

(2)受精卵发育到原肠胚阶段才进行胚胎移植。(　 　)

(3)早期胚胎培养和动物细胞培养的培养液通常都需加入血清。(　 　)

(4)胚胎分割时，需要将原肠胚的内细胞团均等分割。(　 　)

(5)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。(　 　)

(6)胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点。(　 　)

(7)早期胚胎体外培养必须配制一系列含有不同成分的培养液，用以培养不同发育时期的胚胎。(　 　)

(8)胚胎移植是所有动物获得后代的唯一方法(　 　)

(9)胚胎分割只能借助显微操作利用切割针或切割刀进行分割。(　 　)

(10)在培养胚胎干细胞时，首先要在培养皿底部制备一层滋养层细胞。(　 　)

(11)试管婴儿的培育过程中，其胚胎移植的时间最好在8～16个细胞阶段。(　 　)

1.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是(　 　)

A．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加  [来源:Z|xx|k.Com]

B．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割

C．胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点

D．胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取

2.下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势（横坐标为发育时间）。其中正确的是(　 　)

 A．①②     B．①③  C．②④  D．③④

3.如图表示通过体外受精培育牛的过程，下列叙述错误的是(　 　)

A. ①过程需要借助超声波探测仪等工具        B. ②过程只与细胞膜的流动性有关

C. ③过程的细胞增殖方式是有丝分裂          D. ④过程属于胚胎移植过程

4.培育“试管山羊”的基本过程如图所示。若要培育成功，下列叙述正确的是(　 　)

A．甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使用其超数排卵
B．乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D．丁过程中早期胚胎须移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内

5.下列有关胚胎工程的叙述，正确的是(　 　)

A．对某一胚胎的干细胞核移植，产生的动物中雄性和雌性的概率各占1/2

B．胚胎分割的对象可选择受精卵到原肠胚阶段的胚胎

C．胚胎干细胞培养时，为了抑制其分化，常需接种在胚胎成纤维细胞上

D．从附睾取出的成熟精子即可直接与成熟的卵细胞受精

6.下列有关胚胎工程的叙述，正确的是(　 　)

A．胚胎移植时，通常需用激素处理受体，使之超数排卵

B．胚胎干细胞培养时需要制备饲养层来抑制其分化同时促进其生长

C．胚胎分割时，可采用酶处理原肠胚，从而将原肠胚细胞分散开

D．培养不同时期胚胎的培养液所含的成分相同

7.如图为受精作用及胚胎发育示意图，a、b 代表两个发育时期，下列叙述不正确的是(　 　)

A.①过程发生同源染色体分离          B.②过程通过有丝分裂增殖

C.a 时期可分离得到胚胎干细胞    D.①→④细胞分化程度逐渐增大

8.如图所示的过程中，哪一事件在2～9阶段没有发生(　 　)

A．细胞体积减小        B．细胞会逐渐衰老     C．细胞有丝分裂         D．细胞分化

9.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

10.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

11.下图是牛胚胎分割示意图。请据图回答下列问题：

(1)进行胚胎分割时，应选择发育到             和             时期的胚进行操作。
(2)①指的是              ，②指的是            。
(3)通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有的特点是                            。
(4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意                                                 ，原因是                                                                                      。

(4)我国政府禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆的研究，请你谈谈为什么要反对克隆人？

12.自然情况下，牛的生育率很低，通过现代科技手段，可以实现良种牛的快速繁殖。请按照提示，回答下列问题：
(1)使一头良种雄性黄牛，在一年内繁殖数百头该公牛的后代，最简便的方法是                      。
(2)现有一头良种雌性黄牛，采用胚胎移植的方法，可使这头良种牛一年生下数十头自己的后代。其操作过程中需要用激素对该良种母牛(供体)和代孕母牛(受体)进行        处理；还要用激素使供体母牛       。胚胎收集的过程也叫做         。用于移植的胚胎应发育到          或           阶段。
(3)采用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和             。体外受精主要包括             、                        和       等几个主要步骤。

13.印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物，通过胚胎工程技术，可以让家猫代孕而繁育，主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是(　 　)

A. 步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割

B. 诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞

C. 受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于营养液

D. 步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同

受精过程 在受精过程中，精子与卵子相遇时，精子顶体释放顶体酶，溶解卵丘细胞间的物质，形成精子穿越放射冠的通道，之后与卵黄膜接触，随即产生阻止后来精子进入透明带的反应；当精子接触卵黄膜后，卵黄膜立即发生拒绝其他精子再进入卵内的生理反应；在受精过程中，卵子已经完成了减Ⅰ分裂，且处于减Ⅱ分裂中期，只有完成受精作用后，才继续完成减Ⅱ分裂，受精后精子和卵子核膜都破裂，之后形成雄原核、雌原核再融合在一起，即形成合子。

人类胚胎发育

（1）人类胚胎发育的时期

人体的发生从受精卵开始到胎儿出生，在子宫内经过266天，可分为3个时期：胚卵期、胚胎期、胎儿期。

从受精至第1周末胚胎开始着床为胚卵期。

从第2周至第8周末为胚胎期，胚胎期建立了各器官的原基，已初具人形。

从第9周至第38周为胎儿期，胎儿逐渐长大，各器官系统发育成长。

（2）排卵、受精、卵裂及胚泡在子宫中运动如下：

试管动物与克隆动物的比较