高考生物（江苏版）配套课件 第45课时　胚胎工程

1、江苏版 生物第45课时胚胎工程考纲内容要求命题特点备考指南(1)动物胚胎发育的基本过程A考查内容:精子与卵子的发生、受精作用和胚胎发育;胚胎分割和胚胎移植技术的应用;胚胎干细胞的培养与应用及生物技术中的伦理问题考查形式:以选择题的形式考查精子和卵子的发生;以选择题的形式考查胚胎发育过程;以非选择题的形式考查胚胎移植的过程;以选择题的形式考查胚胎分割移植; 以非选择题的形式考查胚胎干细胞的应用; 以选择题的形式考查生物技术中的伦理问题1.联系减数分裂有关知识,结合有关图示,理解哺乳动物生殖细胞的发生过程2.用列表比较法,比较精子与卵子的发生、干细胞的种类等3.结合有关图示,理解受精作用的过程及特

2、点,掌握哺乳动物早期胚胎发育的几个阶段的特点4.联系医学实践及畜牧业生产实际,掌握胚胎工程的主要技术和应用5.结合细胞全能性知识与生活事例,分析干细胞的培养与应用6.结合实例,分析克隆技术和设计试管婴儿引发的伦理问题(2)胚胎工程的理论基础A(3)胚胎工程的应用B(4)胚胎干细胞的移植A(5)生物技术中的伦理问题A考纲导学考点一哺乳动物生殖细胞的发生和体内受精一、精子的发生1.场所:睾丸的 是产生精子的部位。2.时间:从 开始,直到生殖机能衰退。3.过程:动物性成熟后,曲细精管内壁上的每个初级精母细胞经过 形成4个精细胞,再经过 过程形成精子,每个精子中都含有一个染色体组。在此过程中,需要 提

3、供营养,精子形成后进入曲细精管的管腔中。教材研读曲细精管初情期减数分裂分化(变形)支持细胞1.场所: 。2.时间:卵泡的形成和储备是在 ,排卵是从哺乳动物进入 开始的。3.过程:在雌性动物的卵巢中, 被一层扁平的细胞所包围,形成初级卵泡,其发育在动物出生后暂停,直至雌性动物性成熟时才继续发育。发育时通过 分裂,产生一个几乎不含细胞质的第一极体和一个次级卵母细胞。人类的次级卵母细胞停留在 中期,并从卵泡中排出。在完成受精作用时,才会完成减数分裂,形成1个大的卵子和1个小的第二极体。三、体内受精1.场所: 。二、卵子的发生卵巢胎儿期初情期初级卵母细胞减数第一次减数第二次分裂输卵管2.精子的准备:成

4、熟与 。(1)成熟:在 中完成。(2)获能:成熟的精子必须在雌性动物的生殖道( 和 )中经历一段时间才能获得 的过程。卵泡液、 、血清等液体可使精子获能。(1)精、卵细胞膜融合:获能的精子穿过次级卵母细胞的 ,两细胞的 融合,精子的 进入卵细胞。(2)两个重要反应: 发生变化不再接受其他精子进入,阻止 ;激活 继续完成减数第二次分裂。获能附睾子宫输卵管受精能力输卵管分泌物透明带细胞膜遗传物质卵细胞膜多个精子受精次级卵母细胞(3)核融合:卵子的 与精子的 融合便形成了 。细胞核细胞核受精卵考点二哺乳动物胚胎发育的过程受精卵卵裂桑椹胚 组织器官分化幼体。1.哺乳动物的早期胚胎发育是在 中进行的,一

5、般到桑椹胚期进入子宫,囊胚期着床。2.卵裂:细胞分裂方式是 。3.囊胚:由滋养层细胞和内细胞团构成, 细胞具有发育全能性,能分化出幼体动物的所有组织器官。4.原肠胚:出现了 个胚层和原肠腔。囊胚原肠胚输卵管有丝分裂内细胞团三考点三胚胎工程的主要技术一、胚胎工程1.概念:是由体外受精技术、 技术、胚胎分割技术、胚胎冷冻保存技术、性别控制技术和胚胎干细胞技术等组成的现代生物技术。2.操作的主要对象: 、受精卵和 。3.理论基础: 。二、主要技术与应用(1)概念:体外受精是指哺乳动物的精子和卵子在 人工控制的环境中完成受精过程的技术。胚胎移植生殖细胞早期胚胎细胞体外胚胎发育学(2)基本原理:人工模拟

6、体内环境,包括营养、温度、pH等,促使 成熟,同时使精子 ,最终完成受精作用等。(3)精子的采集和获能a.收集精子的方法:主要有假阴道法。b.精子体外获能的方法:主要有化学诱导法(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 或 溶液中,用化学药物诱导精子获能)。(4)卵母细胞的采集和培养a.对于实验动物,主要采用的方法是:用 处理,使其排出更多的卵子,然后从输卵管中 卵子,直接与获能的精子在体外受精。母细胞初级卵获能肝素钙离子载体A23187促性腺激素冲取b.对于大家畜或大型动物,主要采用的方法是:从刚被屠宰的母畜的卵巢中采集卵母细胞或直接从活体动物的卵巢中吸取,然后在体外经人工培

7、养成熟后,才能与获能精子受精。(5)体外受精:获能的精子和培养成熟的卵子可以在专用的 中完成受精过程。(1)概念:胚胎移植技术是指将良种母畜配种后,从其生殖道取出 或通过体外受精及其他方式(如转基因、核移植)得到的胚胎,再移植到 的、生理状态相同的其他雌性动物体内,使它们进一步发育为新个体的技术。(2)应用:提高优良品种家畜的 能力和加速品种改良。受精溶液早期胚胎同种繁殖(1)概念:是指用 的方法将早期胚胎平均分割成二分胚、四分胚甚至八分胚,经体内或体外培养后植入受体,以得到同卵双生或同卵多生后代的技术。这种技术被视为一种胚胎克隆方法。胚胎分割技术常需要利用 进行操作。(2)应用:不仅可以使用

8、于胚胎移植的胚胎数目成倍增加,而且可以产生遗传性能 的后代。(1)概念:胚胎冷冻保存技术是将动物的早期胚胎或分割后的胚胎,采用特殊的保护剂,使其长期保存在 环境下。(2)优点:使胚胎移植不受 的限制,简化引种的过程。机械显微操作仪相同超低温时间和地域考点四胚胎干细胞在医学及科学研究上的应用一、胚胎干细胞1.来源: 。二、胚胎干细胞的应用1.对人胚胎干细胞的研究,可以帮助人们理解复杂的 过程,促进对人胚胎发育细节的基础研究,从而揭示人与动物的 及影响其发育的因素。5.动物性别控制技术:是指通过人为干预,使动物按照人们的愿望繁衍所需 的后代的技术。性别早期胚胎或原始性腺人体发育发育机制2.在研究新

9、药对各种细胞的药理和毒理试验中,胚胎干细胞为其在 上的研究提供了材料,大大减少了新药研究所需动物的数量,降低了研究成本。3.胚胎干细胞研究为细胞或组织移植提供 的材料,可用于 等。细胞水平无免疫原性疾病治疗考点五生物技术中的伦理问题1.克隆人:分为生殖性克隆和治疗性克隆。(1)生殖性克隆是以 为目的的,即用于产生人类个体。(2)治疗性克隆是指利用 技术获得克隆人胚胎,然后从胚胎中提取 进行医学研究,是利用克隆技术产生特定细胞和组织(皮肤、神经或肌肉等)用于治疗性移植。2.中国政府态度: 。繁殖个体核移植干细胞禁止生殖性克隆,不反对治疗性克隆1.(2015江苏单科,3C)采用胚胎分割技术产生同卵

10、多胚的数量是有限的。( )2.(2015江苏单科,3D)培养早期胚胎的培养液中含维生素、激素等多种能源物质。( )3.(2014江苏单科,16B)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。( )4.胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低。( )5.胚胎干细胞只能取自于囊胚或桑椹胚。( )6.胚胎工程的许多操作都是在体外条件下进行的。( )7.卵裂期细胞的体积随分裂次数增加而不断增大。( )8.对桑椹胚或囊胚进行分割处理,可培育基因型相同的两个新个体。( )9.采用胚胎分割技术获得同卵双胎或多胎,可以看做动物的无性繁殖。( )10.胚胎移植时对供体牛和受体牛都需要进行同期发情处理。(

11、)突破一体内受精和早期胚胎发育考点突破精子的发生精原细胞精原细胞初级精母细胞2个次级精母细胞4个精细胞精子|阶段|阶段|阶段|卵子的发生(1)防止多精入卵的两道屏障:透明带反应和卵细胞膜的封闭作用。(2)卵细胞具有受精能力的时期:减数第二次分裂中期。(3)顶体酶的作用:精细胞经变形后,高尔基体发育形成精子的顶体,顶体内含有的顶体酶能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。(4)受精卵遗传物质的来源:核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精、卵各提供),而细胞质的遗传物质几乎全部来自于卵细胞。(5)精、卵细胞结合具有物种特异性的原因:由于细胞膜上糖蛋白的识别作用,卵细胞只允许同种生物的精子

12、进入。特别提醒澄清受精过程的三个易混点(1)精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量。(2)排卵是指卵子从卵泡中排出,而不是卵泡从卵巢中排出。(3)受精的标志受精完成的标志:受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体;而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。(1)过程:受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚。(2)图示:归纳总结卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化(1)有机物:胚胎没有和母体建立联系,没有从母体获取有机物,而一直呼吸消耗,有机物总量减少。(2)细胞体积:胚胎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。(3)细胞中DNA含量:伴随细胞分裂,细胞数目增多,总DNA含量

13、增多,但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。 考向一以选择题的形式考查精子和卵子的发生()A.初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间答案D初级精母细胞是雄性动物性成熟后由精原细胞分裂形成的,而初级卵母细胞是在胎儿期形成的;精子产生时减数第一次分裂和第二次分裂是连续进行的,卵子产生时通过减数第一次分裂形成次级卵母细胞,在精子和卵子的结合过程中完成减数第二次分裂;精子的形成需经过变形过程,卵子不需要变形;成熟的精子和卵子都经过减数分裂形成,其中的染色体数目减半。2.(2015江苏南通如东段考,17,2分)下列关于人类精子和卵子的发生及受精作用的叙述,正确的是()A.成熟的精子在青春期形成,成熟的卵子

14、在胚胎期形成B.成熟的精子在睾丸中形成,成熟的卵子在卵巢中形成C.精子的获能在曲细精管,精子与卵子的结合在输卵管D.精子变形过程中线粒体聚集到尾的基部,精子穿越放射冠需要顶体酶答案D成熟的精子在青春期形成,成熟的卵子在受精作用时形成,A错误;成熟的精子在睾丸中形成,成熟的卵子在输卵管中形成,B错误;精子的获能在输卵管,精子与卵子的结合在输卵管,C错误;精子变形过程中线粒体聚集到尾的基部,精子穿越放射冠需要顶体酶,D正确。考向二以选择题的形式考查胚胎发育过程()A.受精卵囊胚卵裂原肠胚胚层分化胚体形成B.卵卵裂原肠胚胚层分化胚体形成C.受精卵囊胚原肠胚幼体D.受精卵桑椹胚囊胚原肠胚胚层分化胚体形

15、成答案D受精卵经卵裂形成约32个细胞时,胚胎形似桑椹,称为桑椹胚,桑椹胚进一步发育为囊胚,囊胚孵化后,再进一步发育为具有三个胚层的原肠胚,所以高等动物胚胎发育顺序为受精卵桑椹胚囊胚原肠胚胚层分化胚体形成。4.若在实验室里实现了“将狗的卵细胞发育成囊胚”,则下列有关叙述错误的是()A.若该囊胚能继续发育成成年狗,则该狗不能生育B.若使该囊胚细胞的染色体数目加倍,将得到一只二倍体雌性狗C.经过染色体加倍,发育成的狗患遗传病的概率与自然繁殖的狗相同D.在由狗的卵细胞发育成囊胚的过程中,不会出现联会现象答案C根据题意,该囊胚由卵细胞发育而来,形成的个体为单倍体,由于卵细胞中不存在同源染色体,在减数分裂

16、时同源染色体联会紊乱,不能产生正常配子,所以高度不育,故A正确;卵细胞发育成的囊胚只含有一个染色体组,经染色体加倍后形成的是纯合的二倍体,故B正确;染色体加倍后使隐性基因纯合的几率增大,会增大隐性遗传病的发病概率,故C错误;在由狗的卵细胞发育成囊胚的过程中,进行有丝分裂,不会出现联会现象,故D正确。突破二胚胎移植和胚胎分割移植(1)胚胎移植的实质:早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状能保持其原来的优良特性。(2)胚胎移植的生理学基础供、受体生殖器官的生理变化是相同的。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

17、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。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。(3)胚胎移植的基本程序易错提醒不同动物胚胎移植的时间不同(1)牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。(2)小鼠、家兔在桑椹胚前。(3)几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植,因为此时分化程度高,移植成功率很低。归纳总结(1)胚胎移植过程中两次使用促性腺激素,第一次对受、供体进行同期发情处理;第二次用于供体的超数排卵。(2)该过程中两次检查:第一次对收集的胚胎进行检查;第二次对

18、受体母牛是否妊娠进行检查。(3)产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体牛,性别取决于公牛提供何种类型的精子,二者与受体牛没有关系,受体牛提供营养和胚胎发育的场所。 胚胎移植胚胎分割移植概念将胚胎移植到同种的、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采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份,经移植获得同卵双胎或多胎的技术移植前的处理用促性腺激素对供体和受体进行同期发情处理;对供体进行超数排卵处理对囊胚阶段的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割生殖方式通过核移植技术获得胚胎,属于无性生殖;通过体、内外受精获得胚胎,则属于有性生殖分割后的胚胎具有相同的遗传物质,可看作是无性生殖

19、操作对象早期胚胎作用及意义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,提高了繁殖率考向一以非选择题的形式考查胚胎移植的过程1.下图为培育“转基因试管牛”的基本过程示意图,请据图回答下列问题:(1)A过程一般用激素处理供体母牛,使其超数排卵,此前需用激素对供体母牛和代孕母牛进行处理。(2)采集到的精子在进行体外受精前必须进行处理,采集的卵母细胞也需要培养至期才能受精。(3)B过程通常用法将含有抗凝血酶基因的表达载体导入受精卵,这样培育出来的试管牛进入泌乳期后,即可从其乳汁中分离出所需的这一药用蛋白。答案(1)促性腺同期发情(2)获能减数第二次分裂中(3)显微注射抗凝血酶解析通常

20、采用促性腺激素对供体母牛和代孕母牛进行同期发情处理,其后还要用促性腺激素处理供体母牛,使其超数排卵。采集到的精子必须进行获能处理,卵母细胞也需要培养至减数第二次分裂中期才具备受精的能力。将目的基因注入动物细胞常用显微注射法,所培育的转基因牛的乳汁中将表达出该目的基因的产物抗凝血酶。(1)对供体母牛、供体公牛的要求是 。受体母牛必须和供体牛是 。(2)同期发情处理的方法是注射促性腺激素,它可以促进的分泌和 的生成。2.胚胎移植的基本程序如图(以牛胚胎移植为例 ),请据图回答:(3)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卵母细胞,经人工授精后可得到早期胚胎。(4)一次

21、给受体移入多个胚胎,产生的多个后代,其基因型相同吗? ,为什么?。答案(1)具优良遗传性状的同种牛同一物种(2)性激素卵子(3)促性腺(4)不一定相同因为这些胚胎都是由不同的受精卵发育而来的,它们的基因型可能相同,也可能不同解析(1)胚胎移植时,应选择具有优良遗传性状的同种母牛和公牛作为供体。受体母牛必须和供体牛是同一物种。(2)对供、受体母牛注射促性腺激素可以促进性激素的分泌和卵子的生成。(3)对供体母牛注射促性腺激素可促使其超数排卵。(4)一次给受体移入多个胚胎,产生多个后代,由于这些胚胎都是由不同的受精卵发育而来的,因此它们的基因型可能相同,也可能不同。考向二以选择题的形式考查胚胎分割移

22、植()B.可分割成2等份、4等份等答案D对分割后的胚胎进行移植,获得的后代个体之间遗传物质是相同的,因此这种增加动物个体数量的方法属于克隆。但表现型是基因型与环境条件共同作用的结果,即使不考虑分割后的胚胎变异的发生,在基因型完全相同的情况下,后代不同个体之间的性状也不是完全相同的。4.(2015江苏连云港灌云月考,18,2分)关于胚胎分割技术的说法,错误的是()B.可以对胚胎进行任意数目的等分,移植后均可正常发育答案B分割胚胎一般是2等分、4等分或8等分等,目前成功率最高的为2等分。1.胚胎干细胞的特点:胚胎干细胞具有细胞核大、核仁大和蛋白质合成旺盛等特点。2.胚胎干细胞的来源:胚胎干细胞是一

23、类未分化细胞,可从早期胚胎的囊胚期分离获取或从胎儿的原始性腺中分离获取。3.干细胞的种类:突破三胚胎干细胞及其应用类别来源或举例特点全能干细胞胚胎干细胞(囊胚期之前的细胞及内细胞团细胞)能发育成完整个体多能干细胞造血干细胞具有分化成多种细胞或组织的潜能,但无发育成完整个体的能力专能干细胞上皮组织基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞4.胚胎干细胞的培养过程:易错提醒滋养层饲养层(1)滋养层:囊胚时期沿透明带内壁排列的个体较小的细胞,滋养层最终发育成胎膜和胎盘。(2)饲养层:饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞,在干细胞培养时,可作为干细胞分裂、增殖的营养细胞。

24、 考向以非选择题的形式考查胚胎干细胞的应用1.(2015江苏苏州高三2月调研,31,7分)哺乳动物单倍体胚胎干细胞技术是遗传学研究的新手段。图表示研究人员利用小鼠(2 N=40)获取单倍体胚胎干细胞的方法。请分析并回答下列问题:(1)方法甲中,研究人员需要对实验小鼠A注射,使其,从而获得更多的卵母细胞,再利用SrCl2溶液处理、激活卵母细胞,并在体外培养至期,再利用流式细胞仪筛选出单倍体细胞。(2)方法乙中,研究人员首先采用特定方法去除中的雌原核,并在体外培养至。中细胞染色体数目应为。与正常二倍体小鼠的基因组染色体组成相比,中细胞的染色体组成的不同在于。(3)研究发现,小鼠单倍体干细胞存在自发

25、二倍体化的现象。为此,可以通过测定并分析中细胞的分子含量,或者利用显微镜观察处于有丝分裂中期细胞中的染色体数目来确定。(4)研究发现,单倍体胚胎干细胞也能分化,形成不同功能的细胞、组织和器官,该技术培育的单倍体动物可成为研究基因功能的理想细胞模型。答案(1)促性腺激素超数排卵囊胚(2)20或40少一条X或Y染色体(或少一条性染色体) (3)DNA (4)隐性解析(1)卵母细胞的采集一般先用促性腺激素处理,使其排出更多的卵子,也就是超数排卵。单倍体胚胎干细胞只能从囊胚的内细胞团中获取。(2)方法乙是将精子头部移入移除了细胞核的卵母细胞中,体外培养,最终有部分细胞形成囊胚期细胞,由于没有受精,细胞

26、中只含有精子中的染色体数20,细胞有丝分裂后期染色体数加倍为40,所以在中细胞染色体数为20或40。精子中只含有一条X或Y染色体,中细胞与正常二倍体小鼠细胞中的基因组染色体组成相比少一条X或Y染色体。(3)单倍体与二倍体的区别主要是染色体数量的变化,染色体的主要成分是DNA和蛋白质,因此可以通过测定DNA分子含量或镜检有丝分裂中期染色体数来确定。(4)单倍体胚胎干细胞同时具有单倍体细胞和胚胎干细胞的特性,由于其只含有一套染色体,不存在等位基因在基因功能上的补偿作用,因此是研究隐性基因功能的理想模型。2.(2015江苏泰州一模,33,7分)2006年山中伸弥等科学家把4个与胚胎发育相关的特异性基

27、因导入成年小鼠细胞,使其变成胚胎干细胞样细胞,他们把这些细胞命名为诱导多潜能干细胞(iPS细胞)。某科研小组将某一胚胎的ES细胞和小鼠成纤维细胞诱导形成的iPS细胞分别移入遗传背景相同的小鼠体内,结果如下图所示。(1)图一中的ES细胞来源于囊胚中的(填数字);图二中成纤维细胞转变为iPS细胞,类似于植物组织培养中的过程,成纤维细胞一般选择传代培养10代以内的细胞,其原因是。(2)与图一相比,图二中将导入特异性外源基因的细胞种植于饲养层细胞上获得iPS细胞团,从伦理学角度分析,其优势是。(3)克隆培养iPS细胞时,需要加入一定量的,以防止杂菌污染。早期研究发现在 iPS 细胞诱导培养的过程中会出

28、现大量不具备干细胞功能的细胞,若用维生素 C 处理,能显著提高iPS细胞的诱导成功率,其原因是。(4)研究人员将iPS细胞团注射入缺乏T细胞的小鼠体内,细胞团能继续生长。由此可推测图二中iPS细胞团逐渐退化的原因是。答案(1)脱分化保持正常的二倍体核型(2)无需破坏胚胎 (其他表述合理也给分)(3)抗生素维生素 C可诱导其基因重编程(4)小鼠丁(受体)发生免疫排斥反应解析(1)由图可知,是透明带,是囊胚腔,是内细胞团。ES细胞来源于囊胚中的内细胞团;成纤维细胞是高度分化的细胞,iPS细胞为未分化细胞,成纤维细胞转变为iPS细胞,类似于植物组织培养中脱分化过程。由于传代培养10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型,所以成纤维细胞一般选择传代培养10代以内的细胞。(2)与图一相比,图二中将导入特异性外源基因的细胞种植于饲养层细胞上获得iPS细胞团,无需破坏胚胎。(3)动物细胞培养时,为了防止杂菌污染,可以加入一定量的抗生素。在iPS 细胞诱导培养的过程中会出现大量不具备干细胞功能的细胞,若用维生素 C 处理,能显著提高iPS细胞的诱导成功率,其原因可能是维生素 C可诱导其基因重编程。(4)iPS细胞团注射入缺乏T