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1第3讲胚胎工程1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础(Ⅰ)2.胚胎干细胞的移植(Ⅰ)3.转基因生物的安全性(Ⅰ)4.胚胎工程的应用(Ⅱ)1.试管动物和胚胎移植的基本操作流程（科学思维）2.胚胎工程的应用（科学探究）3.正确看待设计试管婴儿（社会责任）受精和胚胎发育1．精子与卵子的发生(1)二者的比较项目精子的发生卵子的发生场所睾丸曲细精管卵巢时间从初情期开始胚胎出现性别分化后和初情期以后变形需变形不需变形分裂均等分裂不均等分裂(第一极体分裂除外)结果形成4个精子形成1个卵子和3个极体(2)二者的联系①原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂。②原始生殖细胞产生成熟生殖细胞为减数分裂；减数分裂过程中染色体行为、数目变化相同，都复制一次，分裂两次，子细胞中染色体数目减半。2．体内受精(1)场所：雌性动物的输卵管内。(2)过程①受精前的准备阶段。2a．精子获能：正常情况下在雌性动物的生殖道内完成。b．卵子的准备：发育到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。②受精过程③是否受精的标志：在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体。④受精过程完成的标志：雌、雄原核的融合。3．早期胚胎发育卵裂期①细胞分裂方式：有丝分裂②细胞数量增多，胚胎总体积不增加或略有缩小↓桑椹胚①细胞数目为32个左右②细胞都具有全能性↓囊胚①内细胞团：发育为胎儿的各种组织②滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘↓原肠胚①外胚层：内细胞团表层的细胞②内胚层：内细胞团下方的细胞卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律(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含量增多，但每个细胞中3核DNA含量保持相对稳定。1．精子的形成过程完全是在精巢中完成的，卵子的形成是否也完全在卵巢中进行？[提示]不是。卵子的形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的，其实减数第二次分裂是在受精过程中进行的，场所是输卵管。2．请在如图中绘出卵裂过程中每个细胞的体积、核内DNA含量与时间的关系。[提示]如图：考查体内受精和早期胚胎发育过程分析如图为早期胚胎发育过程(图甲)，及经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程(图乙)。请回答下列问题：甲乙4(1)图乙中②指的是________。进行胚胎分割时，应选择发育到____________时期的胚进行操作。(2)图甲中标号3为滋养层，它将来可发育为______。(3)图乙中A细胞是____________，在进行体外受精前要对精子进行________处理。(4)哺乳动物受精过程有哪些机制阻止多精子入卵受精？(________)A．顶体反应B．精子穿越卵子透明带触及卵细胞膜，导致透明带反应C．精子触发卵细胞膜表面微绒毛的抱合反应D．精子入卵后，触发卵细胞膜反应(5)若一次给受体母牛移入多个胚胎，产生的多个后代基因型相同吗？________，为什么？______________________。[解析](1)图乙中②指的是囊胚腔；进行胚胎分割时应该选择形态正常、发育良好的桑椹胚或囊胚进行操作。(2)图甲中标号3为滋养层，它将来可发育为胎膜和胎盘。(3)图乙中A是卵母细胞；精子受精前要进行获能处理。(4)防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应，故选BD。(5)植入受体母牛体内的多个胚胎可能来自不同的受精卵，因此它们的基因型不一定相同，因此该受体母牛产生的后代基因型不一定相同。[答案](1)囊胚腔桑椹胚或囊胚(2)胎膜和胚盘(3)(次级)卵母细胞获能(4)BD(5)不一定相同因为这些胚胎细胞可能由不同的受精卵发育而来，它们的基因型可能相同，也可能不同胚胎工程及其应用1．胚胎工程的操作对象和理论基础(1)操作对象：生殖细胞、受精卵和早期胚胎细胞。(2)理论基础：胚胎发育学。2．体外受精(1)概念：哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。(2)主要步骤①采集精子a．主要方法：假阴道法。5b．获得精子后的处理方法立即使用被冷冻保存待用②采集卵母细胞主要方法：抽吸法、机械破碎法。③受精在人为控制的适宜的条件下和专用的受精溶液中，获能的精子和培养成熟的卵子同时培养一段时间，可完成受精过程。(3)应用①用于研究哺乳动物生殖细胞的发生、受精和早期胚胎发育机制等。②在家畜品种改良中，对充分利用优良品质资源、缩短家畜繁殖周期、加快品种改良速度等有重要价值。③是哺乳动物胚胎移植技术、克隆技术、转基因技术和性别控制技术等不可缺少的组成成分。3．胚胎移植技术(1)概念：指将良种母畜配种后，从其生殖道取出的早期胚胎或通过体外受精及其他方式(如转基因、核移植)得到的胚胎，再移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使它们进一步发育为新个体的技术。(2)过程(3)实质：胚胎移植是产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。(4)移植时期①牛羊一般需要培育到桑椹胚或囊胚阶段。②人的体外受精胚胎一般培育到8～16个细胞阶段。(5)意义：提高优良品种家畜的繁殖能力和加速品种改良。4．胚胎分割技术(1)概念①方法：机械方法。6②分割份数：将早期胚胎切割成二分胚、四分胚甚至八分胚等。③目的：经移植后获得同卵双生或同卵多生后代。(2)定位：被视为一种胚胎克隆方法。(3)材料：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。(4)要求：将内细胞团均等分割。5．动物性别控制技术和胚胎冷冻保存技术(1)动物性别控制技术是指通过人为干预，使动物按照人的意愿繁衍所需性别的后代的技术。(2)胚胎冷冻保存技术①概念：将动物的早期胚胎或分割后的胚胎，采用特殊的保护剂，使其长期保存在超低温环境下。②作用：a．建立胚胎库，以加速动物的繁殖进程和保护优良资源。b．可以使胚胎移植不受时间和地域的限制。6．胚胎工程的应用(1)在畜牧业生产上的应用①大量繁育家畜良种；②控制家畜后代的性别比例。(2)在医学及科学研究上的应用①干细胞a．概念：动物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。b．分类：专能干细胞、多能干细胞、全能干细胞。②胚胎干细胞a．来源：早期胚胎或原始性腺。b．特点形态：体积小、细胞核大、核仁明显功能：具有发育的全能性体外培养：可增殖而不发生分化c．应用ⅰ.胚胎干细胞的研究，有助于人们理解复杂的人体发育过程，并促进对人胚胎发育细节的研究，从而揭示人与动物的发育机制及影响其发育的因素。ⅱ.胚胎干细胞为细胞水平上研究新药提供材料。ⅲ.胚胎干细胞研究为细胞或组织移植提供无免疫原性的材料。胚胎移植的几个关键环节7(1)胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。(2)移植胚胎来源及生殖方式核移植――――――→早期胚胎培养无性繁殖体外受精――――――→早期胚胎培养有性生殖体内受精→冲卵→移植→有性生殖基因工程→转入目的基因的受精卵――――→早期胚胎培养胚胎移植→转基因动物(3)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。(4)胚胎移植过程中两次激素使用第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素处理供体使其超数排卵。(5)胚胎移植过程中有两次检查第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体母畜是否妊娠进行检查。(6)不同动物胚胎移植的时间不同牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。小鼠、家兔在桑椹胚前。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。(7)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖的判断取决于胚胎的来源。胚胎若是由受精卵形成的，则为有性生殖；若是由核移植技术或胚胎分割形成的，则为无性生殖。1．列表比较试管动物与克隆动物项目试管动物克隆动物技术基础体外受精、胚胎移植核移植技术生殖方式有性生殖无性生殖遗传特性具有双亲的遗传特性主要与供体个体相同意义充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等相同点二者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植技术，其移植所选胚胎一般是桑椹胚或囊胚2.试管婴儿和设计试管婴儿的比较8(1)不同点所用技术手段：设计试管婴儿胚胎移植前________(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断，试管婴儿________(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断。(2)相同点(答出三点即可)____________________________________________________________。[提示](1)需要不需要(2)都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖3．世界首例抗乳腺癌“设计试管婴儿”的诞生引发了伦理争议，请你说明反对这一技术应用于人类的理由。[提示]在“设计试管婴儿”过程中需对胚胎进行筛选，这是对生命的不负责任；含有致癌基因的胚胎在长大成人后，也有不患病的可能；基因筛选会在不久的将来愈演愈烈，最终变成从相貌、智力等方面对人类胚胎事先进行筛选，变成名副其实“设计”出来的婴儿(答对一点即可，其他合理答案也可)。考查体外受精及早期胚胎培养1．(2019·湖北沙市高三模拟)“三亲婴儿”是为了避免母亲线粒体遗传病传给下代。如图为培育“三亲婴儿”的过程示意图，回答下列问题：(1)对捐卵者的健康要求是________。通常给捐献卵母细胞者注射____________使其超数排卵。(2)重组细胞需要培养到MⅡ中期的原因是该时期后的卵母细胞具备____________。培育“三亲婴儿”的过程属于________(填“有性”或“无性”)生殖。(3)重组细胞在体外受精后还要在发育培养液中继续培养，目的是__________________________________________。从受精卵到“三亲婴儿”还需用到早期胚胎培养和__________技术。(4)“三亲婴儿”技术类似于设计试管婴儿，设计试管婴儿相比试管婴儿的主要区别是9胚胎在植入子宫前须进行______________。[解析](1)“三亲婴儿”是为了避免母亲线粒体遗传病传给下一代，故对捐卵者的健康要求是不患线粒体病。通常给捐献卵母细胞者注射促性腺激素使其超数排卵。(2)重组细胞需要培养到MⅡ中期的原因是该时期后的卵母细胞具备受精能力。培育“三亲婴儿”的过程属于有性生殖。(3)将体外培养成熟的卵母细胞与经化学诱导法获能的精子在体外受精后，移入发育培养液中继续培养，目的是检查受精状况和受精卵的发育能力。从受精卵到“三亲婴儿”还需用到早期胚胎培养和胚胎移植技术。(4)设计试管婴儿相比试管婴儿的主要区别是胚胎在植入子宫前须进行基因检测。[答案](1)不患线粒体病促性腺激素(2)受精能力有性(3)检测受精状况和受精卵的发育能力胚胎移植(4)基因检测(遗传学诊断)考查胚胎工程技术及其应用2．(2019·吉林延边州高三模拟)通过胚胎工程可以挖掘动物的繁殖潜力，为优良牲畜的大量繁殖提供有效的解决办法。某研究机构运用生物工程技术，通过让普通家兔代孕的方法，繁育良种肉用兔，主要技术流程如图所示，据图回答下列相关问题：(1)诱导超数排卵用到的激素是________，步骤甲为________，收集到的精子要进行________处理。(2)早期胚胎培养用到的培养液成分中，除了一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及________等物质。(3)在繁育过程中，出现了一只体型特别大的良种肉用兔，若要快速地大量繁殖出同样大体型的个体，可采用的技术是________。采用这一技术时，需要使用________方法使供体细胞与去核卵母细胞融合，构建重组胚胎，然后将胚胎移入受体家兔体内。该技术与胚胎工程技术都涉及胚胎的移植，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生____________反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能