选修三知识点胚胎工程教师.doc

专题3 胚胎工程（一）体内受精和早期胚胎发育1、胚胎工程的概念：是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。2、精子和卵子的发生（1）哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前(即胎儿时期)完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别，但不是唯一的区别，如发生场所、过程及结果也不相同。（2）精子的发生中两次减数分裂是连续的，是在睾丸的曲细精管内进行的。卵子的发生中两次减数分裂是不连续的，减数第一次分裂在卵巢内完成，产生一个次级卵母细胞和第一极体，进入输卵管，在与精子的结合过程中完成减数第二次分裂，产生一个成熟的卵子和第二极体。当雌雄原核融合时，第一极体完成分裂，形成2个第二极体。有的哺乳动物的第一极体不再分裂。（3）不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，但与动物的体型大小无关。（4）哺乳动物卵巢、卵泡和卵子的关系卵巢是卵子形成、卵泡存在的场所，内部包含许许多多不同发育阶段的卵泡，而成熟的卵泡中可释放出卵子，其中卵子的外面有辅助结构透明带，由卵丘细胞(卵泡细胞)形成放射冠，而卵子外面的胞膜即卵细胞膜。排卵指卵子从卵泡中排出，而非卵泡从卵巢中排出。（5）受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志为雌雄原核的融合。2、动物胚胎发育的基本过程（1）受精场所是母体的输卵管。（2）卵裂期：特点：细胞有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不增加，或略有减小。 （3）桑椹胚：特点：胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。是全能细胞。（4）囊 胚：特点：细胞开始出现分化（该时期细胞的全能性仍比较高）。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。而沿透明带内壁扩展和排列，个体比较小的细胞，称为滋养层细胞，将来发育成胎膜和胎盘。中间的空腔称为囊胚腔。（5）原肠胚：特点：有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔。（二）体外受精和早期胚胎培养1、体外受精(1)卵母细胞的采集和培养：主要方法：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子（超数排卵），然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；第三种方法：借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。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。(2)精子的采集和获能收集精子的方法：主要有假阴道法、手握法和电刺激法等。精子体外获能的方法：主要有培养法(啮齿动物、家兔、猪等)和化学诱导法(牛、羊等家畜的精子常采用化学法，即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能)。(3) 体外受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。哺乳动物体外受精过程示意图2、胚胎的早期培养：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。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。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。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植，人的体外受精胚胎可在816个细胞阶段移植。)（三）胚胎工程的应用及前景1.胚胎移植(1)胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，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。）地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何一项生物工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。(2) 胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。(3) 生理学基础：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。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。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。(4) 基本程序主要包括：对供、受体的选择和处理：选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并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。配种或人工授精。对胚胎的收集、检查、培养或保存：配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入196的液氮中保存。对胚胎进行移植：包括手术法和非手术法。移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。完成胚胎移植基本程序(以牛胚胎移植为例)2.胚胎分割(1)概念：是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。(2)意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖。(3)主要仪器：实体显微镜和显微操作仪 (4)操作过程：选择发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。将其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。对囊胚阶段的胚胎分割时，要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。3、胚胎干细胞（1）哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或从原始性腺中分离出来。（2）具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，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。另外，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）胚胎干细胞的主要用途是：可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；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；可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等；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；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。练习1下图是利用奶牛乳汁生产人类血清白蛋白的图解，根据下图回答：(1)在此工程过程中涉及到的现代生物技术主要有_。(2)在基因工程中，我们称为，在进入之前要用等工具来构建基因表达载体，能实现进入的常用方法是 。(3)图中一般经 处理可以得到，从到的过程中一般利用未受精的去核卵细胞为受体，而不用普通的体细胞，原因是_。(4)从AD中选出到的过程中正确的操作方法 ，把送入的最佳时期是 。(5)是生出的后代，那么的遗传性状和 最相似，为什么？_，如果的数量太少，常用 来扩增。要实现批量生产血清白蛋白，则要求的性染色体是 ，利用该方法得到的动物叫做 。(6)用这种方法生产药物与工厂化生产药物相比，优越性在于 。和某些转基因羊可通过分泌乳汁来生产人类所需药物，这样的转基因动物被称为 。答案：(1)核移植技术、动物细胞培养、基因工程、早期胚胎培养(2)目的基因限制酶、DNA连接酶和载体显微注射法(3)胰蛋白酶卵细胞大，易操作，体细胞的细胞核在卵细胞质中才能表现出全能性 (4)C桑椹胚和囊胚(5)荷斯坦奶牛因为个体的核遗传物质大部分来自荷斯坦奶牛，只是为胚胎发育提供营养和场所，并没有获得的遗传信息PCR技术XX转基因克隆动物(6)节约资源、降低成本等乳腺生物反应器2长期以来，优良种畜的繁殖速度始终是限制畜牧养殖业发展的瓶颈，近年来发展起来的细胞工程和胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机，请据图完成下列问题：(1)在试管牛和克隆羊的培育过程中都必须用到的生物技术有_、_(至少写出两项)。(2)和受精有关的过程有：第一次卵裂开始；释放第二极体；顶体反应；穿越透明带；雌、雄原核的形成；核膜消失，雌、雄原核融合。其正确的顺序为_(填序号)。(3)从A到E中，适宜于牛的胚胎移植时期的有_；图中标号3为_，它将来可发育为胎膜和胚盘。(4)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。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_。(5)试管牛E的性别为_，克隆羊多利的性状和_最接近，原因是_。答案：(1)动物细胞培养、胚胎移植、卵母细胞的采集技术(2)(3)D、E滋养层细胞(4)生理状态对物质的吸收具有选择透过性(5)雌性或雄性(不能确定)白面绵羊因为克隆羊多利的细胞核来自于白面绵羊，生物体的性状主要是由细胞核基因控制的3下图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程。请回答下列问题：(1)在进行体外受精前要对精子进行_处理。(2)进行胚胎分割时，应选择发育到_时期的胚进行操作。通过胚胎分割产生的两个或多个个体共有的根本特点是_。(3)指的是_。(4)受体母牛必须和供体牛属于_。答案：(1)获能(2)桑椹胚或囊胚具有相同的遗传物质(3)囊胚腔(4)同一物种4请回答胚胎工程和基因工程方面的问题：(1)应用胚胎工程技术可以培育出“试管牛”。试管牛的培育需经过体外受精、_、_以及在母体中发育和产出等过程。(2)在“试管牛”的培育过程中，要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行处理，使其_。另外，培养的卵母细胞需要发育至减数第二次分裂的中期，该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和_。(3)通常奶牛每次排出一枚卵母细胞，采用激素处理可使其一次排出多枚卵母细胞，常使用的激素是_。(4)利用基因工程可以获得转基因牛，从而改良奶牛的某些性状。基因工程的四个基本操作步骤是_、基因表达载体的构建、_和_。若要使获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素，则所构建的基因表达载体必须包括：某种牛乳腺分泌蛋白基因及其启动子、_、_、_和复制原点等。将该基因表达载体导入受体细胞所采用的方法是_(显微注射法、农杆菌转化法)，为获得能大量产生人干扰素的转基因牛，该基因表达载体应导入的受体细胞是_(受精卵、乳腺细胞)。答案：(1)早期胚胎培养胚胎移植(2)获能第一极体(3)促性腺激素(4)目的基因的获取将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定人干扰素基因(或目的基因)终止子 标记基因 显微注射法 受精卵5克隆羊的成功轰动世界，它不仅奠定了克隆性治疗疾病的基础，而且解决了器官移植中供体不足的问题，但同时也给人类带来了一些过去尚未遇到的问题。下图为人类对克隆羊技术的拓展和应用，请据图回答：(1)图中所涉及的现代生物技术有_和_等。(2)下列有关胚胎移植的叙述，正确的有_。A冲卵指的是从子宫中冲出胚胎，而非冲出卵子B只有供、受体的生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受C供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应D不同动物胚胎移植的时间不同，人