胚胎工程（二）技术手段 知识讲解及典型题例

胚胎工程（二）技术手段【学习目标】1、简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。2、简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。3、举例说出胚胎移植和胚胎分割。4、关注胚胎工程的研究进展和应用价值。【要点梳理】要点一、体外受精1．原理人工模拟体内环境（包括营养、温度、PH等），使初级卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。哺乳动物体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等主要步骤。2.卵母细胞的采集采集方法适用范围举例采集过程输卵管冲取法实验动物小鼠、兔、猪、羊等用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，从输卵管冲取卵子已屠宰动物卵巢内采集大型动物或大家畜牛从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞活体采卵大型动物或大家畜牛借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具直接从活体动物卵巢中采集卵母细胞3.精子采集和获能（1）收集精子的方法：假阴道法、手握法和电刺激法要点诠释①假阴道法是用特制的假阴道，满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求。同时要配备有与采精动物相适应的台畜，训练动物爬跨台畜，借假阴道收集精液。②手握法是通过徒手或戴乳胶手套的手，直接把握雄性动物阴茎，施以适当压力和刺激引起射精，并收集富含精子的精液。③电刺激法是采用特制的电极伸入动物的直肠，直接刺激位于腰荐部的射精中枢神经，引起射精，此方法多用于野生或某些经济动物。（2）精子获能的处理方法：在体外受精前，必须先对精子进行获能处理，诱导方法有：获能方法概念适用动物培养法将取自附睾的精子放人人工配制的获能液中培养一段时间啮齿动物、家兔和猪等化学诱导法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牛、羊等家畜4.体外受精获能的精子和培养成熟的卵子可以在获能液或专用的受精溶液中完成受精过程。要点二、胚胎的早期培养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。（1）培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。（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、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。植物组织培养则为固体培养基，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。（3）移植方式：当胚胎发育到适宜的阶段时，冷冻保存或移植到受体动物子宫内培养。（4）试管动物生产流程：要点三、胚胎移植1.胚胎移植的概念（1）胚胎移植的概念：是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。要点诠释：①胚胎供体：①雌性动物体内早期胚胎。②通过体外受精和早期胚胎的培养得到。③通过哺乳动物体细胞核移植及培养而得到。②胚胎受体的条件：①同一物种。②与供体处于相同的生理状态。③雌性动物。③移植方法：手术法和非手术法。④重要性：是胚胎工程技术的最后一道“工序”。⑤实质：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。药物诱发排卵监测卵泡取卵取精药物诱发排卵监测卵泡取卵取精体外受精受精卵胚胎体外培养（3~5天）胚胎移植，补充激素胚胎着床、妊娠胎儿发育床、妊娠3.胚胎移植的条件及意义（1）胚胎移植成功与否的两个重要条件①同种动物之间进行胚胎移植易于成功。这里的“同种”是指“同物种”。②供、受体生理状态要相同，为此必须做到：a．供、受体母动物的发情时间一致；b．移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。（2）胚胎移植的意义①加速育种工作和品种改良。②大量节省购买种畜的费用。③一胎多产。④保存品种资源和濒危物种。⑤可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。a．大大缩短了供体本身的繁殖周期。b．增加供体一生繁殖后代的数量。4．胚胎移植的生理学基础（1）供体与受体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，且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。5．胚胎移植的基本程序（以牛为例）（1）对供、受体母牛进行选择，并用激素进行同期发情处理。（2）用激素对供体母牛做超数排卵处理。（3）超数排卵的母牛发情后，选择同种优秀的公牛进行配种或人工授精。（4）胚胎的收集：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）。（5）冲卵后，对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。（6）将收集的胚胎直接向受体移植或放入－196℃的液氮中保存。（7）胚胎的移植：①手术法：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。②非手术法：将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。（8）对受体母牛进行是否妊娠的检查。（9）受体母牛产下胚胎移植的犊牛。要点三、胚胎分割和胚胎干细胞1．胚胎分割技术（1）概念：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。（2）理论基础及物质基础：①理论基础：细胞的全能性。②物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。③特点：每个后代具有相同的遗传特性。（3）胚胎的选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。（4）基本操作程序：①将发育良好的胚胎移人含有培养液的培养皿中，在显微操作下用分割针或分割刀片将胚胎分割，或采用胰蛋白酶处理等方式将卵裂中的细胞分散。②将分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚期再移植给受体，着床发育产仔。2．胚胎干细胞（1）干细胞的类型类别来源或举例特点全能干细胞桑椹胚或囊胚及以前的细胞能发育成完整个体多能干细胞（胚胎干细胞）内细胞团、原始性腺细胞能分化出动物体内的任何组织专能干细胞（成体干细胞）骨髓干细胞、皮肤生发成层细胞能分化出特定的组织（2）胚胎干细胞的概念：哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。（3）胚胎干细胞的特点：①形态：表现为体积小，细胞核大，核仁明显。②功能：具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。③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。（4）培养过程（5）胚胎干细胞的主要用途①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律。②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。③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合征、少年糖尿病等。④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。⑤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。【典型例题】类型一：体外受精例1、下列关于卵细胞采集的叙述不正确的是（）A.有些动物在采集时要用促性腺激素处理B.从输卵管中取出的卵子，可直接与获能的精子在体内外受精C.对有些动物可以直接从活体卵巢中吸取卵母细胞D.采集的卵母细胞，也可以直接与获能的精子在体外受精【答案】D【解析】采集的卵母细胞，需经人工培养成熟后，（进行受精的卵细胞必须培养到减数第二次分裂中期），才能与获能的精子完成受精作用。【点评】本题考查体外受精的关键步骤。【举一反三】：【变式一】下列哪项不是人工授精和体外受精的区别（）A.人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性B.体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能C.人工授精和体外受精的本质不同D.人工受精的精卵结合在母畜体内，而体外受精这一过程在母畜体外【答案】C【解析】人工授精是用人工的方法，使公畜的精液注入母体生殖道内，使精卵细胞结合；体外受精是将人工获得的精子和卵细胞在体外完成受精。这两者的本质都是两性生殖细胞的结合，只不过是在体内完成，后者是在体外。类型二：胚胎移植例2、下列有关动物胚胎移植的叙述，错误的是（）A.受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植B.受体母畜必须处于与供体母畜同期发情的状态C.超数排卵技术要使用一定的激素D.胚胎移植可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能【答案】A【解析】胚胎移植所用的胚胎是指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，而不是受精卵。为了使胚胎移植能够成功，要给供、受体注射相关的激素，使它们同期发情，为胚胎移植能够提供相同的生理环境。通过注射促性腺激素可以使供体母牛超数排卵，提供更多的胚胎。胚胎移植可以充分发挥雌性优良的繁殖潜力。【点评】本题考查胚胎移植的相关知识。【举一反三】：【变式】（2015广东重点高中月考）下列对哺乳动物体细胞核移植技术的描述不正确的是（）A．该技术的难度明显高于胚胎细胞核移植B．通常采用减数第二次分裂期卵母细胞作为受体细胞C．可通过显微操作法除去卵母细胞核D．克隆动物是对提供体细胞的动物进行了完全的复制【答案】D【解析】解：A、体细胞的全能性低于胚胎细胞，所以哺乳动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植，故A正确；B、减数第二次分裂中期的卵母细胞已经成熟，可以作为受体细胞，故B正确；C、去除卵母细胞核时，可采用显微操作法，故C正确；D、克隆动物的核基因完全来自供体动物，而细胞质基因来自受体细胞，因此克隆动物不是对提供体细胞的动物进行了完全复制，故D错误．例3、(2015山东重点高中期末)下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述．错误的是()A．对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理B．人工授精后的一定时间内，收集供体原肠胚用于胚胎分割C．利用胚胎分剖技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎D．一次给受体母羊植入多个胚胎．可增加双胞胎和多胞胎的比例【答案】B．【解析】解：A、在进行胚胎移植时需要对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理，使它们属于相同的生理状态，故A正确；B、胚胎分割应该取形态正常、发育良好的桑椹胚或囊胚进行，故B错误；C、胚胎分割技术属于无性繁殖技术，可以保持亲本的优良性状，故C正确；D、胚胎移植可提高优良种畜的繁殖率，故D正确．【点评】本题着重考查了关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的知识，属于对识记、理解层次的考查．【举一反三】：【变式】下列各项中与“试管婴儿”的培育有关的是（）①体外受精②体内受精③主要在体外发育④主要在体内发育⑤运用基因工程技术⑥运用胚胎工程技术A.①③⑥B.②③⑥C.①④⑥D.①④⑤【答案】C【解析】试管婴儿是体外受精后，培育成早期胚胎后移植回母体子宫内继续发育。受精卵在试管内发育的时间很短，主要是体内发育。“试管婴儿”属于胚胎工程技术的应用。类型三：胚胎干细胞例4、下列对“人类胚胎干细胞”这一概念的理解，正确的是（）A.人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平脑细胞和囊胚内侧的内细胞团B.人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚腔内侧的内细胞团C.人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞D.人类胚胎干细胞体积较小、细胞核小、核仁明显【答案】B【解析】人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期——囊胚中未分化的细胞。囊胚外表是一层扁平细胞，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等：中心的腔称囊胚腔，腔内侧有内细胞团。内细胞团在形成内、中、外三个胚层时开始分化，内胚层分化形成肝、肺和肠等。中胚层分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚层分化成皮肤、眼睛和神经系统等。由于内细胞能发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。人类胚胎干细胞体积小、细胞核大、核仁明显。【解析】本题考查胚胎干细胞的概念，需要同学们深入理解其特点。【举一反三】：【变式】以下