【创新方案】-2022届高三生物一轮复习教师用书-选修3-专题3-3.3-胚胎工程的应用及前景

一、胚胎移植1．概念将雌性动物体内的早期胚胎，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，使之连续发育为新个体的技术。2．地位胚胎移植是胚胎工程其他技术的最终一道“工序”。3．意义充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。5．基本程序6．实质早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。二、胚胎分割1．概念指接受机械方法将早期胚胎分割成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。所得后代遗传物质完全相同。2．原理：细胞的全能性。3．胚胎分割时应留意的几个问题(1)选择胚胎：分割时应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。(2)分割：在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要留意将内细胞团均等分割。(3)所需主要仪器：实体显微镜和显微操作仪。三、胚胎干细胞1．概念是由早期胚胎或原始性腺中分别出来的一类细胞，简称ES或EK细胞。2．特点(1)在形态上：表现为体积小、细胞核大、核仁明显。(2)在功能上：具有发育的全能性。(3)在体外培育条件下：ES细胞可以只增殖而不分化，因此可以对它进行冷冻保存或遗传改造。3．应用(1)可以用于治疗人类的某些顽症。(2)可以培育出人造组织器官，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。(3)是争辩体外细胞分化的抱负材料。(4)可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的争辩。一、胚胎移植阅读教材P74～76，结合图3－16、3－17，探讨回答下列问题：1．试分析胚胎移植技术中胚胎的来源及生殖方式。提示：(1)核移植eq\o(\s\up7(早期胚胎培育),\s\do5())无性生殖；(2)体外受精eq\o(\s\up7(早期胚胎培育),\s\do5())有性生殖；(3)体内受精→冲卵→移植eq\o(\s\up7(),\s\do5())有性生殖。2．胚胎移植的受体应具备哪些条件？提示：同一物种；与供体处于相同的生理状态；雌性动物。3．胚胎移植的意义有哪些？提示：(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)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。二、胚胎分割与胚胎干细胞阅读教材P78～P79，结合图3－23，探讨回答下列问题：1．胚胎分割有什么意义？处理时期和理由是什么？提示：胚胎分割的意义是提高胚胎利用率。处理的时期是桑椹胚期或囊胚期，由于此时还未消灭细胞的分化。2．结合胚胎分割的进展简史，想一想早期胚胎能不能无限分割。提示：不能。实践证明，接受胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性有限，目前以二分胚的分割和移植成功率最高。3．囊胚期的内细胞团有何功能？对囊胚阶段的胚胎进行分割时要留意什么？为什么？提示：内细胞团在囊胚阶段才消灭，它将来发育成胎儿的各种组织。对囊胚阶段的胚胎进行分割时要留意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。4．观看图示，回答问题：(1)囊胚细胞消灭________和________。内细胞团将来发育成胎儿的________，滋养层细胞将来发育成________等。(2)消灭囊胚腔，是胚胎内部一个含有液体的囊腔。(3)胚胎干细胞的来源：在人胚胎发育早期的________中未分化的细胞。(4)胚胎干细胞的特点：具有________力量并保持________状态，在肯定条件下可分化为各种____________；易于进行基因改造操作。提示：(1)内细胞团滋养层各种组织胎盘(3)囊胚(4)增殖未分化组织和器官请回答胚胎工程方面的问题：(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，培育的卵母细胞需要发育至减数其次次分裂的中期，该时期在显微镜下可观看到次级卵母细胞和________。(3)通常奶牛每次排出一枚卵母细胞，接受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)胚胎移植前对供、受体母牛要进行____________。为胚胎在受体体内存活供应可能的基础是指受体对外来的胚胎基本上不产生。[解析](1)“试管牛”是通过在试管中进行体外受精，然后将受精卵进行胚胎培育，将获得的胚胎再利用胚胎移植技术植入母体内，在母体内发育和产出牛个体的过程。(2)为使精卵成功结合需要对精子进行获能处理；卵母细胞发育至减数其次次分裂中期的细胞为次级卵母细胞或第一极体。(3)促性腺激素能够作用于卵巢细胞使其产生更多的性激素从而促进卵母细胞的生成。(4)同期发情处理的目的是使供、受体的生理状态同步或全都。另外胚胎要在受体内存活，必要的条件是不能和受体产生免疫排斥反应。[答案](1)早期胚胎培育胚胎移植(2)获能第一极体(3)促性腺激素(4)同期发情处理免疫排斥反应从生殖方式上区分克隆、试管牛和胚胎移植(1)克隆：是无性繁殖，具体指从一个共同的祖先通过无性繁殖的方法增生而来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或者个体，如植物的组织培育。动物的克隆指细胞核移植，通过离体培育重新表达细胞的全能性。(2)试管牛：是体外受精和胚胎移植过程，属于有性生殖。(3)胚胎移植：取决于胚胎是由受精卵形成的还是由核移植技术形成重组细胞发育而成的。若由受精卵形成的则为有性生殖，否则为无性生殖。(山东高考)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS)，继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下：(1)从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培育称为________，培育的细胞在贴壁生长至铺满培育皿底时停止分裂，这种现象称为________。(2)图中2－细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得，该过程称为________；也可从灰鼠体内取出卵子，通过________后进行早期胚胎培育获得。(3)图中重组囊胚通过________技术移入白鼠子宫内连续发育，暂不移入的胚胎可使用________方法保存。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的________分别培育获得。iPS与ES细胞同样具有发育全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向________后用于疾病的细胞治疗。[研析]本题主要考查动物细胞培育和胚胎移植等有关学问，意在考查识记和理解应用力量。具体解题过程如下：[审]——提取信息信息a：由设问(1)对黑鼠体细胞的初次培育可知其称为原代培育。信息b：由设问(2)从灰鼠输卵管内获得2－细胞胚胎可知此过程为冲卵。信息c：由设问(3)重组囊胚移入白鼠子宫内可知此项技术是胚胎移植技术。信息d：由设问(4)“iPS与ES细胞同样具有发育全能性”可推得对其进行定向诱导分化用于疾病的细胞治疗。[析]——解读信息解读信息a：动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培育称为原代培育。解读信息b：将早期胚胎从母体子宫中冲洗出来的方法叫冲卵。解读信息d：iPS与ES细胞同样具有发育全能性即均可分化为成年鼠任何一种组织细胞，可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。[答]——解题规范设问(2)：其次个空填的正确答案“体外受精”来自一个关键语句“灰鼠体内取出”，答为“受精”不给分。设问(4)第一个空：囊胚本身就是早期的胚胎，而其内细胞团具有发育的全能性，其他部分细胞则不具备此特性，因此答“早期胚胎”不恰当。设问(4)其次个空：前面有一个关键词“定向”，这打算了这个答案只能填“诱导分化”，不能填“诱导分裂、分化”或“分裂”。[答案](1)原代培育接触抑制(2)冲卵(或冲胚)体外受精(或核移植)(3)胚胎移植冷冻(或低温)(4)内细胞团诱导分化干细胞的分类及特点干细胞分化程度举例全能干细胞能发育成机体的全部组织、器官及发育成完整个体的细胞受精卵、胚胎干细胞等多能干细胞能分化成多种细胞或组织，但不能发育成完整个体的细胞造血干细胞等专能干细胞发育成特地的组织神经干细胞等———————————————[课堂归纳]——————————————————[网络构建]填充：①内细胞团②收集③桑椹胚或囊胚④－196_℃的液氮⑤原始的性腺⑥细胞核大⑦具有发育的全能性[关键语句]1．胚胎移植实际上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。2．胚胎移植的理论基础(1)早期胚胎处于游离状态，为胚胎收集供应可能。(2)受体对移植胚胎基本不发生免疫排斥是早期胚胎在受体内存活的理论基础。(3)供体胚胎可与受体子宫建立生理和组织上的联系，为胚胎在受体内发育供应了可能。3．为促进供体多排卵，应用促性腺激素进行超数排卵处理。4．一般选取孕激素对供、受体进行同期发情处理。5．胚胎分割的对象是桑椹胚或囊胚，在对囊胚分割时，应留意将内细胞团均等分割。6．胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分别出来的一类细胞，简称ES或EK细胞，表现为体积小、细胞核大、核仁明显等特征，具有发育的全能性。1．下列技术属于胚胎工程最终一道“工序”的是()A．体外受精B．早期胚胎培育C．胚胎移植D．胚胎分割解析：选C在胚胎工程中，最终都要把胚胎移植到受体内才能获得试管动物。2．关于胚胎移植优点的叙述，错误的是()A．使良种畜群快速扩大，加速育种工作和品种改良B．克服了时间与地域的限制，大量节省购买种畜的费用C．一次给受体移入多个胚胎，可增加双胎和多胎的比例D．建立常温胚胎库，保存品种资源和濒危物种解析：选D胚胎必需进行冷冻保存，常温下无法长期保存胚胎。3．表现型不同的母牛生育出基因型相同的小牛，产生这一结果最可能的缘由是()A．试管动物培育B．胚胎移植C．胚胎分割移植D．受精卵移植解析：选C若干头母牛生出基因型完全相同的小牛，是由于这些小牛的遗传物质来自同一受精卵，这是通过胚胎分割移植产生的。4．下列过程在胚胎移植中没有必要进行的是()A．对供体、受体要进行选择B．要用激素对供体进行超数排卵处理C．供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应D．胚胎移植常接受手术法和非手术法两种方法解析：选C移入受体的是胚胎，并且受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应，所以C选项中的过程在胚胎移植中没有必要进行。胚胎移植的主要步骤有供、受体的选择，用促性腺激素对供体进行超数排卵处理。胚胎移植常接受手术法和非手术法。5．如图为牛胚胎移植示意图，请据图回答：(1)胚胎移植对供体母牛、供体公牛、受体母牛的要求分别是________、________、________。(2)牛胚胎移植程序中，对供体和受体母牛进行同期发情处理的目的是________________________________________________________________________。(3)③对胚胎进行质量检查时，胚胎应发育到________或________阶段。(4)④胚胎移植过程一般有________和________两种方法。(5)冲卵的生理基础是___________________________________________________________________________________________________________________________。解析：胚胎移植时，所用的供体母牛、供体公牛均为优质牛，受体母牛为一般牛即可。胚胎移植时供体和受体母牛必需处在相同的发情期，通常用激素进行处理，这样可使胚胎在移植前后所处的生理环境保持全都。对胚胎进行质量检查时，胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。胚胎移植一般有手术法：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口；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。答案：(1)优质母牛优质公牛一般母牛(2)使胚胎在移植前后所处的生理环境保持全都(3)桑椹胚囊胚(4)手术法非手术法(5)早期胚胎形成后，处于游离状态，未与母体子宫建立组织上的联系(时间：25分钟；满分：50分)一、选择题(每小题2分，共20分)1．下列对于优良种畜胚胎移植的说法，不正确的是()A．供体母牛必需是同一物种的良种B．受体母牛必需是同一物种的良种C．供体公牛必需是同一物种的良种D．受体母牛可以是同物种的一般健康牛解析：选B胚胎移植是繁殖优良种畜的最终一步，供应精子和卵子的供体必需是同物种的良种，而受体母牛只要求是同物种的健康牛即可。2．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育都需要在体外进行C．对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植D．早期胚胎需移植到与供体生理状态相同的代孕母牛体内解析：选CA错误，对供体和受体母牛要进行同期发情处理，但不肯定是相同激素处理。B错误，受精和胚胎的早期培育可以在体内进行。C错误，对冲卵获得的早期胚胎检查合格后方可移植。D正确，早期胚胎需移植到与供体生理状态相同的代孕母牛体内。3．下列说法不正确的是()A．胚胎工程技术包括胚胎移植、胚胎分割、体外生产胚胎技术B．试管牛的培育过程属于克隆过程C．供应胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体叫“受体”D．胚胎移植实际上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解析：选B试管牛的培育过程属于有性生殖，而克隆是无性生殖。4．下列哪项为胚胎在受体内的存活供应了可能()A．同种动物的供体、受体生殖器官的生理变化在排卵后的一段时间内是相同的B．早期胚胎在母体子宫内处于游离状态C．供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系D．受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应解析：选D受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内的存活供应了可能。5．胚胎分割是一种现代生物技术，关于这一技术的叙述正确的是()A．胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份B．胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎C．胚胎分割技术属于有性生殖，不属于克隆D．胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎解析：选B在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，所以不能将早期胚胎任意分割成多份；胚胎分割移植可以看作无性生殖；胚胎分割一般要在桑椹胚或囊胚时期进行。6．(浙江高考)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接受相同成分的培育液D．丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内解析：选A甲过程的目的是采集卵母细胞并培育成熟，可通过注射促性腺激素促进母山羊超数排卵。乙过程的目的是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用。受精是在获能溶液或特地的受精溶液中进行，而早期胚胎培育是在发育培育液中进行；丁过程是胚胎移植，是将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的雌性动物子宫内使之连续发育。7．胚胎移植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。如图为牛胚胎移植示意图，据图分析下列叙述正确的是()A．同期发情处理与过程a使用的是同一种激素B．过程b的生理基础是供体与受体生理环境相同C．过程c有手术法和非手术法两种方法D．供体母牛、供体公牛和受体母牛均要求遗传性能优秀解析：选C过程a使用的是促性腺激素，同期发情处理时使用的是性激素或促性腺激素等；过程b为冲卵，生理基础是早期胚胎形成后，处于游离状态，未与母体子宫建立组织上的联系；D项中对三种牛的要求分别是优质母牛、优质公牛、一般母牛。8．高等动物随着胚胎发育，仅有少数细胞照旧具有分化成其他类型细胞和构建组织器官的力量，这类细胞称为干细胞，如造血干细胞。图中最能完整显示正常机体内干细胞基本特征的是()解析：选D干细胞可以分裂产生新的干细胞，也可以分化形成具有特定功能的细胞，且分化一般不行逆。9．如图表示改造哺乳动物遗传特性的三种途径，相关叙述错误的是()A．获得动物1的受体细胞通常是受精卵B．动物2体内各体细胞的基因种类相同C．获得动物3的重组细胞具有全能性D．上述动物的获得均需运用胚胎移植解析：选B转基因动物的获得需将目的基因导入受精卵，因此该细胞的分化程度低全能性高；动物2体内含有目的基因的体细胞与其他体细胞的基因种类不同；由重组细胞发育成一个完整的生物体动物3，依据是细胞具有全能性；三种动物的获得均运用了胚胎移植技术。10．美国杜克高校医疗中心的一个争辩小组在《科学》杂志上撰文透露，他们利用成年猪的动脉血管细胞和能够模拟胚胎环境的新型生物效应器，成功地在试验室培育出了新的动脉血管。这种血管的外形和功能与真的血管一样。这一争辩成果是生物组织培育工程领域的重大进展。下列关于以上技术的叙述中，不正确的是()A．以上技术属于“克隆”B．这种技术可能要利用去核卵母细胞C．这项技术的关键是要激发血管细胞的“全能性”D．这项技术的关键是要激发血管细胞发育成血管的潜能解析：选C细胞的“全能性”是指已经分化的细胞，仍旧具有发育成完整个体的潜能。但题干信息显示，只是将动脉血管细胞培育成了新的动脉血管，即激发了细胞发育成某种器官的潜能。由于高度分化的动物细胞全能性受到了严格限制，因此，要使其脱离分化的状态，目前常用的方法是借助于去核卵细胞，故这项技术可能要利用去核卵母细胞。这项技术是将动脉血管细胞再培育为动脉血管，属于无性增殖范畴，所以属于克隆。二、非选择题(共30分)11．(10分)如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)A细胞是____________，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____________时期的胚胎进行操作。(3)②指的是____________。(4)通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有相同遗传性状的根本缘由是________________________________________________________________________。(5)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应留意__________________________________。(6)受体母牛必需和供体牛属于____________。移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是__________________________。解析：将获能精子与处于减数其次次分裂中期的次级卵母细胞融合即可得到受精卵，受精卵经过体外培育形成早期胚胎，为了快速繁育优良品种，可以接受胚胎分割的技术手段，即选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行分割，分割后产生的个体由于所含的遗传物质相同，所以性状表现很相像。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要留意将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。大量的争辩已经证明，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供应了可能。答案：(1)(次级)卵母细胞获能(2)桑椹胚或囊胚(3)囊胚腔(4)具有相同的遗传物质(5)将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育(6)同一物种受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应12．(10分)胚胎工程技术包含的内容很丰富，如图是胚胎工程技术争辩及应用的相关状况，其中供体1是良种荷斯坦高产奶牛，供体2是黄牛，请据图回答问题：(1)应用1中获得的小牛，其遗传物质来源于________；为一次获得多个细胞B，往往需要向供体2内注入促性腺激素，而不是性激素，缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)将优良公牛的精子收集后放在肯定浓度的肝素溶液中进行培育