高三生物一轮复习精讲精练 第38讲 胚胎工程 苏教版.doc

第38讲胚胎工程考纲要求1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础()。2.胚胎干细胞的移植()。3.胚胎工程的应用()。考点一体内受精与早期胚胎发育1梳理精子、卵子的发生(1)精子的发生场所：睾丸的曲细精管内。时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退。过程(2)卵子的发生场所：卵巢。时期：胎儿时期(性别分化以后)和初情期以后。过程两次分裂的时间：第一次是在雌性动物排卵前后完成的，第二次是在精子和卵子结合的过程中完成的。2梳理受精知识(1)场所：雌性动物的输卵管内。(2)过程受精前的准备阶段a精子获能：正常情况下在雌性动物的生殖道内完成。b卵子的准备：发育到中期，才具备与精子受精的能力。受精阶段：获能的精子穿越放射冠和透明带，进入卵细胞膜精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵精、卵细胞经过一系列变化分别形成雄、雌原核雄、雌原核充分发育后结合，完成受精。3梳理早期胚胎发育哺乳动物早期胚胎发育依次经过以下不同的时期和结构：受精卵卵裂期桑椹胚(细胞数目为32个左右)囊胚(出现内细胞团和滋养层，后期囊胚孵化)原肠胚(内细胞团形成外胚层和内胚层，滋养层发育为胚胎的支持组织如胎盘等)。易错警示(1)对卵裂阶段物质含量和体积大小的变化模糊不清误认为卵裂阶段的细胞分裂方式包括减数分裂，实际上只有有丝分裂。误认为卵裂阶段细胞中有机物、dna的含量要增多，细胞体积要增大。从受精卵到囊胚阶段总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数目增多，总dna含量增多，但每个细胞中dna含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因为一直呼吸消耗但不从外界吸收。(2)对排卵理解不准确：排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。(3)混淆受精标志与受精完成的标志受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精过程完成的标志是雌、雄原核的融合。(4)不能对胚胎发育与胚胎工程中的有关概念进行正确区分对精子和卵子的发生、发育及结合场所不熟：精子发生场所睾丸的曲细精管；卵子的发生场所卵巢；受精场所输卵管；受精卵发育场所输卵管和子宫；精子发生的时间及特点初情期后，两次分裂连续进行；卵子发生的时间及特点胚胎性别分化以后，两次分裂不连续进行。对囊胚和桑椹胚在胚胎发育过程中所处的阶段、特点和在胚胎工程中的应用没有完全掌握：胚胎发育过程中开始分化的阶段是囊胚，可以移植或分割的阶段为桑椹胚和囊胚。忽略“透明带反应”和“卵细胞膜反应”在受精过程中的生物学意义：两者构成了防止多精入卵受精的两道屏障。体外受精易忽视“精子获能”和“卵子成熟”问题。1下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述，正确的是()a采集到的精子和卵细胞相遇即可发生受精作用b排卵就是排出成熟卵细胞的过程c卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成d卵子受精完成的标志是在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体答案d解析采集到的精子必须经获能处理后才能受精，采集的卵细胞需要培养成熟后才可与获能的精子受精；初级卵母细胞的减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的，其结果产生一个次级卵母细胞和第一极体，进入输卵管，准备与精子受精。减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。2下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，下列相关描述正确的是()a图中3是透明带，7是原肠腔b发育的先后顺序是甲丙乙c1部位细胞将来发育成胎儿的各种组织d甲、乙、丙时期的细胞都具有发育的全能性答案a解析图中甲是桑椹胚，乙是囊胚，丙是原肠胚。图中1是滋养层，2是内细胞团，3是透明带，4是囊胚腔，5是外胚层，6是滋养层，7是原肠腔，8是内胚层。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。1精子和卵子的发生的比较项目精子的发生卵子的发生场所睾丸的曲细精管内雌性动物的卵巢内时期初情期开始，直到生殖机能衰退胚胎时期性别分化以后和初情期以后过程特点减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的，需变形；两次分裂细胞质都是均等分配减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的，不需要变形；只有中期的第一极体分裂为第二极体时细胞质均等分配，其余细胞质都是不均等分配结果形成4个精子细胞形成1个卵细胞和3个极体2. 受精过程中的三大反应与防止多精入卵受精的两道屏障(1)顶体反应：精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的条件。(2)透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，称做透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。(3)卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。考点二体外受精和早期胚胎培养1体外受精(1)精子、卵子的获取与培养获取方法获能方法卵子促性腺激素处理后冲卵人工培养成熟在活体或屠宰体的卵巢内直接采集精子假阴道法培养法和化学诱导法(在一定浓度的肝素或钙离子载体a23187溶液中获能)手握法电刺激法(2)受精：获能的精子和成熟的卵子可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精作用。2胚胎的早期培养(1)培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等物质。(2)胚胎处理：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。3下列关于胚胎工程的叙述，错误的是()a体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精b受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植c早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清d试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术答案b解析体外受精是获能的精子与成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精的过程；胚胎应培养至桑椹胚或囊胚期才可进行移植；早期胚胎培养液中含有一些无机盐和有机盐类、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质，动物细胞培养液的成分为糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素，还需加入血清、血浆等一些天然成分；试管婴儿技术与试管动物技术类似，包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。1早期胚胎是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受精后形成的受精卵需经早期发育培养，才能完成植入或着床。3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、营养成分和调节物质 外，还需要血清、抗生素等，两者都是液体培养基，但植物组织培养为固体培养基，其中加入琼脂，所需植物激素主要是生长素和细胞分裂素两大类。考点三聚焦胚胎移植和胚胎分割1胚胎移植的生理学基础胚胎移入的基础哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的胚胎收集的基础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，而是处于游离状态移入胚胎存活的基础受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应保留遗传特性的基础供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响2. 用流程图形式写出胚胎移植的基本程序答案3胚胎分割(1)理论基础：细胞的全能性。(2)所需仪器设备：实体显微镜和显微操作仪。(3)基本程序：选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中，然后用分割针或分割刀进行分割。(4)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。(5)意义：加快繁殖速度。4胚胎干细胞(1)干细胞概念：动物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。分类：专能干细胞、多能干细胞、全能干细胞。(2)胚胎干细胞的应用为新药的药理、药效毒理等细胞水平的研究提供材料，大大减少了新药研究所需动物的数量，降低了成本。将给人类带来全新的医疗手段。结合基因工程等技术培育生长快、抗病力强、高产的家畜品种等。易错警示(1)胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。(3)促性腺激素两次使用：同期发情处理；超数排卵。(4)两次检查：收集胚胎检查；移植后是否妊娠检查。(5)冲卵含义：冲出早期胚胎，不是冲出卵子。(6)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物。(7)同期发情处理用雌激素，超数排卵处理用促性腺激素。(8)试管动物的性别和性状由父本、母本决定，而克隆动物的性别和性状与核供体相同。(9)胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性生殖方式。4牛胚胎移植的基本程序如图，请据图回答：(1)图中a、b、c过程分别是指 、 、 。(2)供体母牛的主要职能是 ；受体母牛必须具备 。(3)为了提高牛胚胎的利用率，常采取的方法是 ；处理的时期是 。答案(1)超数排卵冲卵胚胎移植(2)只产生具有优良遗传特性的胚胎健康的体质和健康的繁殖能力(3)胚胎分割桑椹胚或囊胚期解析(1)a过程是良种母畜在激素刺激下的超数排卵。b是用人工方法将母畜体内已经开始发育的受精卵取出的冲卵过程。c是将符合移植要求的早期胚胎移植到受体母畜子宫内的过程。(2)供体母牛的主要职能是提供具有优良遗传特性的胚胎，受体母牛则是提供胚胎发育场所，所以受体母牛应具有健康的体质和健康的繁殖能力。(3)进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。1试管动物的培育过程2克隆动物的培育过程提示(1)试管动物的培育属有性生殖范畴，而克隆动物的获得属无性生殖。(2)两技术的最后阶段都利用胚胎移植技术获得新个体，移植所选胚胎一般是发育到原肠胚之前的桑椹胚或囊胚期的胚胎。3胚胎干细胞的培养和移植(1)胚胎干细胞的培养过程(2)胚胎干细胞的核移植过程1(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解析在胚胎移植时，需用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理，而对受体母牛进行同期发情处理时通常不用促性腺激素，而是用孕激素或前列腺素，a项错误；胚胎移植技术中，移植的胚胎可来自体内受精后发育获得的，也可以是体外受精后进行培养得到的早期胚胎，b项错误；胚胎移植时，移植的胚胎不能用原肠胚，而应该用桑椹胚或囊胚，c项错误；目前二分胚进行胚胎移植的成功率较高，而同卵多胎的成功率很低，d项正确。2(2011浙江卷，2)培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。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供体性状相同的代孕母羊子宫内答案a解析对小型动物而言，一般采用注射促性腺激素的方法来促进雌性个体的超数排卵，a项正确；乙过程为体外受精过程，b项错误；乙过程即受精时用获能培养液或者专门的受精溶液，丙过程为体外胚胎培养过程，所用溶液为发育培养液，c项错误；对代孕母羊的要求只是身体健康，而对它的性状无要求，d项错误。3(2010山东卷，35)胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术，可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。(1)从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是 ；从良种公牛采集的精子需 后才能进行受精作用。(2)在体外培养受精卵时，除了给予一定量的o2以维持细胞呼吸外，还需要提供 气体以维持 。(3)图中过程a称为 ，它在胚胎工程中的意义在于 。(4)研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是 ；获得转基因母牛后，如果 即说明目的基因已经表达。答案(1)使卵母细胞成熟(或：使卵母细胞获得受精能力)获能(2)co2 培养液(基)的ph(3)胚胎移植提高优良母畜的繁殖率(4)显微注射技术牛奶中含有人类白细胞介素(或：牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素)解析(1)人工采集的卵母细胞要在体外培养成熟后才能与获能的精子完成受精作用，同理，在体外受精前，要对精子进行获能处理。(2)体外培养受精卵所需气体主要有o2和co2，o2是细胞代谢必需的，co2的主要作用是维持培养液的ph稳定。(3)把早期胚胎移入受体母牛子宫的过程称为胚胎移植，意义在于可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(4)基因工程中把目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射技术；获得基因表达产物即母牛的乳汁中含有人类白细胞介素说明目的基因已经表达。4(2012山东卷，35)毛角蛋白型中间丝(kif )基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转kif 基因的高绒质绒山羊的简单流程如下图。(1)过程中最常用的运载工具是 ，所需要的酶是限制性核酸内切酶和 。(2)在过程中，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)在过程中，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(1)基因工程中，运载工具包括质粒、噬菌体的衍生物及动植物病毒等，其中质粒是主要运载工具；所需工具酶是限制性核酸内切酶和dna连接酶。(2)分散皮肤组织块成单个细胞可使用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)。在动物细胞培养过程中，co2的作用是维持培养基(液)ph的相对稳定。(3)要得到更多的卵(母)细胞需用促性腺激素对动物进行超数排卵处理；成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行去核处理，以保证克隆后代的遗传性状主要来自于供体核。(4)把重组细胞培养到早期胚胎叫早期胚胎培养技术；在胚胎移植前，通过胚胎分割技术可获得较多胚胎。1培育“试管山羊”的基本过程如图所示，有关叙述正确的是()a图中采集的精子可以直接和卵母细胞受精b乙表示受精作用，该过程在子宫中进行c丁过程应将原肠胚移植到与供体表现型相同的代孕母羊子宫内d可取早期胚胎(如桑椹胚、囊胚)进行均等分割以增加胚胎的数量答案d解析精子只有获能后才能与卵母细胞发生受精作用，故a错误。试管动物的受精作用在体外完成，故b错误。胚胎移植常用桑椹胚或囊胚，故c错误。2下列关于培育良种“试管动物”的叙述，正确的是()a从附睾中取出的是已获能的成熟精子b采集卵母细胞前必须对良种母畜进行配种c供体包括提供配子且遗传性状优良的雌性和雄性个体d将早期胚胎移植到代孕母畜中，经发育可获得表现型与受体相同的后代答案c解析从附睾中取出的精子并没有获能，故a错误；采集卵母细胞前需要对良种供、受体母牛用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理，但不需要进行配种，故b错误；供体是提供胚胎的动物，包括提供配子且遗传性状优良的雌性和雄性个体，故c正确；将早期胚胎移植到代孕母畜中，经发育可获得表现型与供体相似的后代，故d错误。3下列有关哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，不正确的是()a内细胞团细胞分裂、分化成各种组织和器官，滋养层细胞发育成胎膜和胎盘b移植用的胚胎一般取发育到桑椹胚或囊胚时期的，不同生物移植时期是相同的c胚胎分割移植时要注意将内细胞团均等分割d卵裂期的胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加或略有缩小答案b解析不同生物进行胚胎移植时，胚胎发育的时期不同，过早移植可能不能继续正常发育，过晚移植过程中造成的伤害不易得到修复。4将经处理后的胚胎干细胞，移植到因胰岛受损而患糖尿病的小白鼠体内后，该鼠血糖浓度趋于正常。上述事实说明()a该过程体现了胚胎干细胞的全能性b移植的细胞中所有基因都得到表达c干细胞经处理后进行了定向分化d移植的细胞具有无限增殖的能力答案c解析移植后的胚胎干细胞定向分化成了胰岛b细胞，使小鼠体内胰岛素分泌正常。5美国政府曾批准首例胚胎干细胞(es细胞)人体临床实验。请回答下列与胚胎干细胞有关的问题：(1)运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞，培养过程如下：早期胚胎内细胞团胚胎干细胞。在培养过程中，必须用 处理内细胞团，使之分散成单个细胞。胚胎干细胞的结构特点是 。在培养动物细胞时，培养液中加入抗生素的目的是 。(2)体外培养胚胎干细胞时，通常要加入 等天然成分，除了保证被培养细胞处于无菌、无毒及充足氧气的环境中，还需要保证细胞生活所需的 和 ；早期胚胎发育到 阶段以前的细胞是全能细胞。(3)胚胎干细胞可被应用于 等领域。(4)你支持应立法保护利用胚胎干细胞进行治疗性克隆吗？请陈述理由。 。答案(1)胰蛋白酶细胞体积小、细胞核大、核仁明显防止细菌污染(2)动物血清温度ph桑椹胚(3)治疗某些顽症，培育出人造组织器官进行移植，研究细胞分化(答案合理即可)(4)支持，通过人体胚胎干细胞进行克隆人体组织器官，可治疗人类很多顽症(或反对，通常要损毁早期胚胎才可能获得胚胎干细胞，胚胎是生命的开始，以一个生命的代价去挽救另一个生命，是违背伦理道德的)6人的血清白蛋白在临床上的需求量很大。将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中，就可以利用牛的乳腺细胞生产血清白蛋白。大致过程如图所示：(1)要实现过程超数排卵，应在性成熟母牛发情期的某一阶段用 处理，然后在恰当时期进行胚胎收集，即 。通过过程采集的精子不能直接与成熟的卵细胞受精，原因是 。(2)要使人的血清白蛋白基因在奶牛乳腺细胞中特异性表达，完整的基因表达载体要包括目的基因、 、标记基因等部分。在过程之前要检测早期胚胎细胞是否已经导入人的血清白蛋白基因，宜采用 技术。(3)过程要选择“雌性奶牛胚胎”的原因是 。答案(1)促性腺激素冲卵精子没有获能(2)启动子、终止子dna分子杂交(3)雌性转基因牛进入泌乳期后，可以从其乳汁中获得人的血清白蛋白解析(1)卵细胞是由卵巢产生的，而促性腺激素的靶器官就是卵巢，它可以促进卵巢排卵。精子要经过获能处理才具备受精能力。(2)含目的基因的表达载体由目的基因、启动子、终止子及标记基因等部分组成。检测目的基因是否导入受体细胞时，可以用dna分子杂交技术。(3)只有母牛才能分泌乳汁，从而从其乳汁中获得人的血清白蛋白。7我国已实现部分“胚胎工程产业化”，如肉牛、奶牛胚胎工程产业化。以下是科学家采用不同方法产业化培育良种牛的过程，ah为操作过程，请回答下列问题：(1)培育“试管牛c”技术的操作流程是 (填字母)，d操作的名称是 ，h操作的核心是 ，受精时受体的卵母细胞处于 期。(2)图中数字标号代表的结构名称是 ， ， 。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分割处理，在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意 。(3)图中用到的激素是 ，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是 。答案(1)abfg胚胎移植基因表达载体的构建减数第二次分裂中(2)滋养层囊胚腔内细胞团桑椹胚或囊胚将内细胞团均等分割(3)促性腺激素受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应解析胚胎工程包括体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等多种技术。(1)培育试管牛c包括体外受精胚胎移植后代(abfg)；d操作是胚胎移植，h操作是基因工程技术，核心是基因表达载体的构建，受精时受体的卵母细胞处于减