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专题３１ 胚胎工程１４９ 专题３１胚胎工程对应学生用书起始页码Ｐ２９８考点胚胎工程 一、受精作用与胚胎发育过程精子＋卵细胞→受精卵→卵裂→囊胚→原肠胚→组织器官分化→幼体１.受精:成熟的精卵融合成为受精卵的过程ꎮ精卵需要通过细胞表面的识别蛋白相互识别ꎮ２.哺乳动物的胚胎发育早期是在输卵管中进行的ꎬ一般到桑椹胚期进入子宫ꎬ囊胚期着床ꎮ３.卵裂期:细胞分裂方式为有丝分裂ꎻ随着卵裂球细胞数目的增加ꎬ细胞体积逐渐变小ꎻ２~８个细胞时的每一个细胞均可发育成一个完整个体ꎮ４.桑椹胚期:当胚胎细胞数目达到３２个左右时ꎬ胚胎形成致密的细胞团ꎬ形似桑椹ꎬ叫作桑椹胚ꎮ５.囊胚期:内细胞团的细胞是一种未分化的细胞ꎬ具有发育全能性ꎬ能分化出成体动物的所有组织和器官ꎮ６.原肠胚期:出现了外胚层、中胚层、内胚层三个胚层和原肠腔ꎮ 二、胚胎发育过程１.图示２.胚胎发育的过程受精卵动物个体发育的起点ꎬ在输卵管内完成受精作用时已开始分裂卵裂球(１)组成:２~８个全能细胞(２)特点:随着卵裂球细胞数目增加ꎬ细胞逐渐变小囊胚(１)组成:①囊胚内细胞团:将来能发育成动物的所有组织和器官②滋养层:将来发育成胚胎的附属结构或胚外结构(２)特点:细胞开始出现分化原肠胚(１)组成:外胚层、中胚层、内胚层(２)特点:胚层分化 (１)受精卵及卵裂球细胞都具有全能性ꎮ(２)囊胚内细胞团细胞是胚胎干细胞ꎬ具有发育全能性ꎮ(３)原肠胚细胞已发生分化ꎬ细胞全能性降低ꎮ 三、胚胎工程１.含义:通常指在胚胎发育过程中进行的各种胚胎操作技术ꎮ２.研究的重点内容:主要包括体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等ꎮ３.研究对象:主要限定于高等脊椎动物ꎬ特别是哺乳动物ꎮ 四、体外受精与胚胎的体外培养１.体外受精过程(１)从附睾中取出成熟精子ꎬ在培养液中培养ꎬ使精子获能ꎻ(２)给母体注射促性腺激素→取出卵母细胞→人工培养促进卵母细胞成熟ꎻ(３)试管中完成受精ꎮ２.胚胎体外培养(１)早期胚胎在人工创造的环境中的发育ꎻ(２)胚胎不同发育时期需要含有不同成分的培养液ꎻ(３)尚无从受精卵到新生儿的全体外胚胎培养技术ꎮ 五、胚胎移植与胚胎分割１.胚胎移植(１)原因:无法进行全体外胚胎培养ꎻ(２)移植的胚胎可以来自试管ꎬ也可以取自输卵管或子宫角ꎻ(３)通常移植的最适宜时期是发育到８细胞以上的胚胎ꎬ如早期囊胚ꎮ２.胚胎分割(１)在显微镜下用切割针或切割刀把胚胎分割开ꎻ或用胰蛋白酶处理卵裂球使卵裂球中的细胞分散开ꎮ(２)分割的胚胎或细胞直接移植给受体ꎬ或在体外培养到囊胚阶段再移植到受体内ꎬ着床发育产仔ꎮ 六、胚胎工程基本操作流程名称操作流程体外受精和胚胎体外培养１５０ ５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)续表名称操作流程胚胎移植胚胎分割 １.胚胎移植分析(１)“供体”与“受体”的确定:提供胚胎的个体称为“供体”ꎬ接受胚胎的个体称为“受体”ꎻ供体为优良品种ꎬ作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种ꎮ(２)实质:胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换ꎬ而胚胎本身的遗传物质并不发生改变ꎮ(３)优势:可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力ꎬ缩短供体本身的繁殖周期ꎮ(４)胚胎移植过程中两次使用激素ꎬ第一次用孕激素对受、供体进行同期发情处理ꎻ第二次用促性腺激素对供体进行处理使其超数排卵ꎮ(５)胚胎移植过程产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体母牛ꎬ性别取决于公牛提供何种类型的精子ꎬ与受体母牛没有关系ꎮ２.胚胎分割分析(１)胚胎分割对囊胚阶段的胚胎进行分割时ꎬ必须将内细胞团均等分割ꎮ内细胞团一般到囊胚阶段才出现ꎬ它是发育成胚胎本身的基础细胞ꎬ其他细胞为滋养层细胞ꎮ若分割时不能将内细胞团均等分割ꎬ会出现含内细胞团多的部分正常发育ꎬ含内细胞团少的部分发育不良ꎬ甚至不能发育等问题ꎮ(２)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖取决于胚胎是由受精卵形成的ꎬ还是由核移植技术形成的重组细胞发育而成的ꎮ 七、胚胎干细胞(ＥＳ细胞)的培养１.概念:是由早期胚胎(囊胚)的内细胞团分离出来的一类细胞ꎮ２.特点(１)形态:体积小、细胞核大、核仁明显ꎮ(２)功能:具有发育的全能性ꎬ可分化出成体动物的所有组织和器官ꎮ(３)体外培养的ＥＳ细胞可以增殖而不分化ꎮ对它可以进行冷冻保存ꎬ也可以进行遗传改造ꎮ３.各种干细胞的比较类别来源或举例特点全能干细胞桑椹胚及其以前阶段的细胞能发育成完整个体多能干细胞(胚胎干细胞)内细胞团细胞能分化出动物体内的任何组织和器官专能干细胞(成体干细胞)骨髓干细胞、皮肤生发层细胞能分化出特定的组织 ４.培养关键:需要一种能促进胚胎干细胞的生长ꎬ但抑制其分化的培养体系ꎬ这种体系用于作饲养层的细胞一般是胚胎成纤维细胞ꎮ５.培养过程６.胚胎干细胞的主要用途(１)将胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中ꎬ经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体产生克隆动物ꎬ操作流程如下:(２)通过基因敲除ꎬ获得适合人体的移植器官ꎮ(３)培育出人造组织器官ꎬ用于器官移植ꎮ(４)改良并创造动物新品种ꎮ 八、动物胚胎发育过程与胚胎工程理论基础易错易混点分析 １.关于精子和卵子的发生和受精作用(１)成熟的精子并不代表具有受精能力ꎬ必须获能后才具备受精能力ꎮ(２)受精卵的遗传物质中ꎬ核物质(染色体上ＤＮＡ)一半来自父方(精子)ꎬ一半来自母方(卵细胞)ꎬ细胞质中的遗传物质几乎全来自卵细胞ꎮ(３)进行体外受精时ꎬ从卵巢中取出的卵母细胞还没有成熟ꎬ应在体外人工模拟输卵管环境进行培养ꎬ才能使其成熟ꎬ即达到受精前的成熟阶段ꎮ２.有关胚胎发育(１)起点是受精卵分裂ꎬ在输卵管内完成受精作用时即已开始ꎬ直至发育成为成熟的胎儿ꎮ专题３１ 胚胎工程１５１ (２)卵裂期的特点:细胞有丝分裂使细胞数目增加ꎬ但胚胎总体积并不增加或略有缩小ꎬ因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小ꎬ但核内遗传物质并未减少ꎮ(３)桑椹胚以前的细胞均未分化ꎬ细胞全能性很高ꎬ是胚胎分割的最佳时期ꎮ(４)桑椹胚至囊胚的发育过程中ꎬ细胞开始分化ꎬ但其全能性仍很高ꎬ也可用于胚胎分割ꎮ(５)原肠胚的特点:个体发育中分化能力最强的阶段ꎬ细胞已分化形成外、中、内三个胚层ꎮ(６)个体发育过程中从囊胚阶段开始初步分化ꎬ分化出内细胞团和滋养层细胞ꎬ囊胚之前细胞未分化ꎬ为全能细胞ꎬ囊胚之后的原肠胚阶段细胞已分化ꎬ但仍有全能细胞ꎮ３.有关胚胎的早期体外培养(１)早期胚胎一般指可用于移植的胚胎ꎬ在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段ꎮ(２)胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同ꎬ除无机盐、营养成分和调节物质外ꎬ还需要血清ꎬ两者都是液体培养基ꎮ对应学生用书起始页码Ｐ３０１试管动物与克隆动物的比较(科学思维)试管动物克隆动物技术基础体外受精、胚胎移植核移植实例试管牛“多莉”羊过程生殖方式有性生殖无性生殖遗传物质遗传物质来自两个亲本遗传物质大部分来自供核生物体意义充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力ꎬ缩短供体本身的繁殖周期加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等[２０１８浙江十校１０月联考ꎬ３２(二)]在畜牧生产中ꎬ人们利用克隆技术和试管动物技术促进优良畜群繁育并取得了显著成绩ꎬ回答以下问题:(１)克隆高产奶牛:从供体高产奶牛体内获得体细胞后ꎬ对其进行的初次培养称为 ꎻ用于核移植的供体细胞一般选用传代１０代以内的细胞ꎬ原因是１０代以内的细胞能保持正常的 ꎻ将供体细胞核注入 ꎬ形成重组细胞ꎬ并促进其发育成早期胚胎ꎬ之后将胚胎移入代孕母牛子宫ꎬ从而获得与 (填“供体奶牛”或“受体奶牛”)遗传物质基本相同的犊牛ꎮ(２)试管牛的培育:将体外培养成熟的卵母细胞与经 处理的精子在体外受精后ꎬ应将受精卵移入一系列含不同成分的培养基中继续培养ꎻ通常将胚胎培养至 期ꎬ取 细胞进行ＤＮＡ分析和性别鉴定ꎬ并将胚胎移入同种的、生理状态相同的其他雌性动物的子宫ꎬ使之继续发育为新个体ꎮ解析 (１)从供体高产奶牛体内获得体细胞后ꎬ对其进行的初次培养称为原代培养ꎻ由于１０代以内的细胞能保持正常的二倍体核型ꎻ减数第二次分裂中期的卵母细胞才具有受精的能力ꎬ因此一般选取传代１０代以内的细胞(的细胞核)注入体外培养到减数第二次分裂中期的去核卵母细胞ꎬ形成重组细胞ꎬ在体外培养至早期胚胎并移入代孕母牛子宫ꎬ从而获得与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛ꎮ(２)将体外培养成熟的卵母细胞与已获能的精子在体外受精后ꎬ移入一系列含不同成分的培养基中继续培养ꎬ以检查受精状况和受精卵的发育能力ꎻ通常将胚胎培养至囊胚期ꎬ取滋养层细胞进行ＤＮＡ分析和性别鉴定ꎬ并将胚胎移入同种的、生理状态相同的其他雌性动物的子宫ꎬ使之继续发育为新个体ꎮ答案 (１)原代培养 二倍体核型 去核卵母细胞(去核的卵细胞) 供体奶牛 (２)获能 囊胚 滋养层１－１ [２０１７浙江温州九校高三期末ꎬ３２(二)]科研工作人员利用胚胎干细胞(ＥＳ细胞)通过胚胎工程克隆鼠ꎬ以供医学治疗需要ꎬ其技术流程如图:(１)图中的Ｘ细胞可以称为 细胞ꎮ(２)图中的Ｘ细胞依次经 (填以下选项)后由代孕母鼠产生克隆鼠ꎮＡ.核移植、胚胎培养、胚胎移植Ｂ.胚激活、胚胎培养、胚胎移植Ｃ.胚胎培养、胚激活、胚胎移植Ｄ.核移植、胚激活、胚胎体外培养(３)在克隆胚胎的培养基中以 作为能源物质ꎮ(４)为了提高已有胚胎的利用率ꎬ可采取 技术ꎮ进行胚胎移植时ꎬ代孕母鼠对移入子宫的克隆胚胎基本上不发生 ꎬ这为克隆胚胎在代孕母鼠体内的存活提供了可能ꎮ(５)若分离出内细胞团进行胚胎干细胞培养ꎬ当干细胞达到一定的密度时ꎬ需进行 培养以得到更多的细胞ꎮ还可以对胚胎干细胞进行 ꎬ通过一系列的培育过程ꎬ以获得适合人体移植的动物器官ꎬ减弱或消除排斥反应ꎮ１－１答案 (１)重建(或重组) (２)Ｂ (３)葡萄糖 (４)胚１５２ ５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)胎分割 免疫排斥反应 (５)传代 基因敲除解析 (１)图中的Ｘ细胞为重组后的细胞ꎬ称为重组(或重建)细胞ꎮ(２)图中的Ｘ细胞依次经胚激活、胚胎培养、胚胎移植后由代孕母鼠产生克隆鼠ꎬＢ正确ꎮ(３)在克隆胚胎的培养基中以葡萄糖作为能源物质ꎮ(４)为了提高已有胚胎的利用率ꎬ可采取胚胎分割技术ꎮ进行胚胎移植时ꎬ代孕母鼠对移入子宫的克隆胚胎基本上不发生免疫排斥反应ꎬ这为克隆胚胎在代孕母鼠体内的存活提供了可能ꎮ(５)若分离出内细胞团进行胚胎干细胞培养ꎬ当干细胞达到一定的密度时ꎬ需进行传代培养以得到更多的细胞ꎮ还可以对胚胎干细胞进行基因敲除ꎬ通过一系列的培育过程ꎬ以获得适合人体移植的动物器官ꎬ减弱或消除排斥反应ꎮ