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知识研读(对应学生用书P169)专题３胚胎工程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。课程标准(即时巩固解析为教师用书独有)考点一受精作用及胚胎工程的操作流程一、精子和卵子的发生比较名称精子的发生卵子的发生场所睾丸的曲细精管卵巢中时期从初情期开始胚胎在性别分化以后是否需变形需变形无需变形分裂情况均等分裂不均等分裂结果形成4个精子细胞形成1个卵子和3个极体MⅠ和MⅡ是否连续是否考点整合【特别提醒】①卵子体积大，含丰富的营养物质，为早期胚胎发育提供充足营养。②排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是指卵泡从卵巢中排出。二、受精作用的场所、过程1．场所：输卵管中。2．过程(1)受精前的准备①精子获能成熟的精子必须在雌性动物的生殖道中经历一段时间，发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，此过程叫获能。②卵子的准备卵子都要在输卵管中进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备受精能力。(2)受精①获能的精子穿过次级卵母细胞的透明带，精子的头部与卵细胞接触。②两个细胞的细胞膜融合，精子细胞膜内的遗传物质进入卵细胞，完成受精。【归纳总结】①受精过程中的两道屏障，第一道是透明带反应，第二道是卵黄膜的封闭作用。②受精标志是在透明带和卵黄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。三、胚胎工程的三个操作流程1．试管动物生产流程2．克隆动物的培育流程3．胚胎移植的培育流程以牛胚胎移植为例：【特别提醒】①良种牛后代的遗传特性是由供体公牛和母牛决定的，受体母牛只是提供了胚胎发育的场所，不会影响后代的遗传特性。②胚胎移植培育流程中有两次使用促性腺激素，第一次是对供受、体进行同期发情处理；第二次用于供体的超数排卵。【案例1】(2009·海南)请回答下列与哺乳动物精子和卵子发生有关的问题：(1)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________能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。(2)某动物排卵时，减数第一次分裂尚未完成，此时卵子处于____卵母细胞阶段，当该细胞发育至减数第二次分裂____期时，才具备受精能力。若在卵黄膜和透明带之间看到两个极体，则表明________过程已完成。(3)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。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___，经人工受精后可得到早期胚胎。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_______。(4)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体,可对发育到桑椹胚期或囊胚期阶段的早期胚胎进行___处理，再植入到受体内。若要对早期胚胎进行长期保存，应将其置于________条件下。【解析】本题考查受精作用过程。(1)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。(2)动物排卵时处于减数第一次分裂的细胞称为初级卵母细胞，减数第二次分裂中期的细胞才具备受精能力，受精作用完成的标志是在卵黄膜和透明带之间看到两个极体。(3)胚胎移植时受体的生理状态要和供体一致，才能保证胚胎成活。为了获得更多的早期胚胎，常用促性腺激素对供体进行处理，其目的是获得更多的卵母细胞。细胞膜具有选择透过性，活胚胎细胞不能被染色，原因是细胞膜对染料的吸收具有选择性。死细胞会被染色，因为细胞膜失去选择透过性。(4)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体，常用的方法是胚胎分割，要注意胚胎一定要分割均匀。生物学中常采用液氮冷冻的方法保存早期胚胎和生殖细胞。【答案】(1)顶体酶(2)初级中受精(3)生理状态促性腺卵母细胞对物质的吸收具有选择透过性(4)胚胎分割冷冻(或液氮)【即时巩固1】(2010·海南)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________(填“显微注射法”或“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________(填“受精卵”或“乳腺细胞”)。【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养，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；处于卵母细胞减数第二次分裂的中期的细胞为次级卵母细胞和第一极体。(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)基因工程的操作步骤是获取目的基因、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。构建的基因表达载体首先必须含有牛乳腺分泌蛋白基因以及人干扰素基因这一目的基因，同时为使基因能够正常有序的表达还需要启动子、终止子和复制原点，为了进一步检测目的基因是否成功导入还需要标记基因，因此构建的基因表达载体必须包括：某种牛乳腺分泌蛋白基因、人的干扰素基因、启动子、终止子、标记基因、复制原点。农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的一种方法，在这里需采用显微注射法。该基因表达载体导入受精卵中，受精卵能够分裂分化获得产生人干扰素的转基因牛。【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(其他合理答案也给分)(4)获取目的基因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考点二胚胎干细胞的应用一、干细胞分类干细胞分为三类：全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞。胚胎干细胞为全能干细胞。二、胚胎干细胞的应用前景ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。1．ES细胞可用于治疗人类的某些顽症。利用ES细胞可以诱导分化形成新的组织细胞的特性；移植ES细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。2．培育成组织器官，用于器官移植。3．对ES细胞的培养和诱导，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效手段。4．ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育的规律的研究。三、人ES细胞研究前沿进展目前，ES细胞的分离、培养体系的研究以及ES细胞的选择、检测和全能性的维持，不仅是胚胎工程的前沿课题之一，也是当前生命科学研究的热门课题之一。【案例2】(2009·辽宁、宁夏理综)如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答：(1)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至________期的内细胞团或胎儿的_________________中分离得到的一类细胞。(2)图中分化程度最低的干细胞是________。在体外培养条件下，培养液中加入________因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。(3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因____________的结果。(4)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的，骨髓移植的实质是将上图中的________细胞移植到患者体内。(5)若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的________，其原因是_________________。(6)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制，使用该药物可使肝肿瘤细胞停留于细胞周期的________期。(7)在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段，用________细胞与骨髓瘤细胞融合，经多次筛选最终得到能分泌________的杂交瘤细胞。【解析】这是一道以胚胎诱导干细胞分化为线索的组合式题目，试题难度不大。胚胎干细胞一般取自于囊胚的内细胞团细胞或胎儿原始性腺细胞。在动物个体发育过程中，随着生物发育程度加大,各组织细胞分化程度越来越高,受精卵、桑椹胚细胞、胚胎干细胞没有分化；胚胎干细胞具有全能性,在含有分化诱导因子的培养液中可能被诱导分化成各种组织细胞。在个体发育过程中，不同类型的干细胞分化形成不同的组织细胞，其实质是细胞中基因的选择性表达。根据图示可知，骨髓移植的目的是向患者体内注射造血干细胞，造血干细胞在体内可以分裂、分化形成白细胞等血细胞。哺乳动物成熟红细胞中没有细胞核，因此不能提供克隆所需的细胞核。细胞分裂过程中DNA复制发生在有丝分裂或减数第一次分裂的间期；单克隆抗体制备过程中首先应将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合形成杂交瘤细胞，再经筛选获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。【答案】(1)囊胚原始性腺细胞(2)胚胎干细胞分化诱导(3)选择性表达(4)造血干(5)红细胞细胞中无细胞核(6)间(7)B淋巴特异性抗体【即时巩固2】胚胎干细胞的研究是目前生物学和医学界的一大热点，根据下列材料信息分别回答相关问题。材料一哺乳动物的胚胎干细胞(embryonicstemcell)简称ES或EK细胞。ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。材料二在动物实验方面，用ES细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈了糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑难病症。也许在不久的将来，当我们的身体某一类细胞功能出现异常或退化时，就可以通过诱导ES细胞定向分化来及时进行修补。材料三ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料。ES细胞在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。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。同时胚胎干细胞还可用于对哺乳动物个体生长和发育规律的研究。(1)胚胎干细胞是由___________中分离出来的一类细胞。(2)ES细胞具有胚胎细胞的特性，在形态上，表现为____；在功能上，具有发育的________性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(3)随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，还可以培养出人造组织器官，解决目前临床上存在的________的问题。(4)由于ES细胞可分化为胚胎的内胚层、________中任何一类细胞，于是可以将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的________，通过组织化学染色，了解ES细胞的分化特点，这就为研究胚胎发育过程中的细胞分化及组织和器官形成的规律，进而研究动物体器官形成的________________等提供了可能。【解析】本题考查胚胎干细胞的来源、特点及应用等知识。(1)胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。(2)胚胎干细胞具有胚胎细胞的特征，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的任何一种组织细胞。(3)胚胎干细胞通过体外诱导分化，可培养出人造组织器官，以解决临床上存在的植后的免疫排斥等问题。(4)早期胚胎可分化出外胚层、中胚层、内胚层细胞，不同胚层的细胞将分化发育为个体的不同组织和器官。因此通过对早期胚层的细胞进行遗传标记，以研究胚胎发育过程中的细胞分化和组织器官的形成规律。【答案】(1)早期胚胎或原始性腺(2)体积小、细胞核大、核