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-1-第3讲胚胎工程生物技术的安全性和伦理问题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)5.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)6.生物技术中的伦理问题(Ⅰ)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、禁止生殖性克隆和转基因生物的安全性以及生物武器对人类的威胁等。(社会责任)体内受精和早期胚胎发育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-2-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。a．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．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↓-3-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：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-4-乙(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-5-体外受精和早期胚胎培养及胚胎工程的应用1．体外受精2．胚胎的早期培养(1)培养目的：检验受精状况和受精卵的发育能力。(2)培养液成分两“盐”：无机盐和有机盐两“素”：维生素和激素两“酸”：氨基酸和核苷酸另有水和血清等(3)胚胎处理：当胚胎发育到适宜阶段时，将其取出向受体移植，或冷冻保存。3．胚胎工程的应用(1)胚胎移植①地位：胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。②生理学基础移入哺乳动物发情排卵后，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收集早期胚胎处于游离状态存活受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应遗传性供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受影响③基本程序-6-④实质：早期胚胎在生理环境相同的条件下空间位置的转移。⑤意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(2)胚胎分割①概念采用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。②材料：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。③实质：动物的无性生殖。④分割要求：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注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。(3)胚胎干细胞(ES或EK细胞)①来源：早期胚胎或原始性腺。②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③应用：治疗人类某些顽症；培育人造组织器官，用于器官移植；研究体外细胞分化等。-7-1．早期胚胎培养与动物细胞培养的比较项目早期胚胎培养动物细胞培养原理细胞的分裂分化细胞分裂目的获得早期胚胎获得大量细胞培养基成分盐类有机盐、无机盐无机盐、微量元素营养物质氨基酸、核苷酸糖、氨基酸调节物质维生素、激素促生长因子特有成分血清血清、血浆2.胚胎移植中的四个注意点(1)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。(2)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。(3)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。(4)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-8-2．2018年世界上最后一头雄性北方白犀牛“苏丹”离世，至此世界上仅剩下两头雌性北方白犀牛。若北方白犀牛的精液已经无法获得，请从理论上提供一种新的拯救方案。提示：利用雌性北方白犀牛体细胞进行克隆繁殖。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)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：-9-(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。进行胚胎移植的优势是______________________________________。[解析](1)给母畜注射促性腺激素可促使其超数排卵，步骤甲为体外受精，收集到的精子要进行获能处理。(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动物血清等物质。(3)要快速地大量繁殖出同样大体型的个体，可采用核移植技术；采用这一技术时，需要使用电脉冲(或电刺激)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免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能；进行胚胎移植的优势是可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。[答案](1)促性腺激素体外受精获能(2)动物血清(3)核移植电脉冲(或电刺激)免疫排斥可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力3．(2019·贵州遵义航天高级中学高三月考)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义，流程如下。请据图回答问题：(1)②过程采用的是胚胎工程中的______________________技术，该过程中需要用到______________(填“发育培养液”或“合成培养基”)。(2)囊胚阶段的细胞分为______________和内细胞团，其中内细胞团将来发育成______________________。(3)胚胎干细胞可以来自于早期胚胎或______________，在培养液中加入-10-______________，则能诱导胚胎干细胞向不同类型组织细胞分化。(4)该过程________(填“是”或“否”)体现了动物细胞核具有全能性，原因是__________________________________________________________________________________________________。[解析](1)分析图解可知，过程①采用的是细胞工程中的核移植技术。过程②采用的是胚胎工程中的早期胚胎培养技术。动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质，该培养液属于发育培养液。(2)囊胚阶段的细胞分为滋养层细胞和内细胞团，其中滋养层细胞将来发育为胎膜和胎盘，内细胞团发育成胎儿的各种组织。(3)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。在体外培养的条件下，培养胚胎干细胞一般不能获得动物器官，若在培养液中加入分化诱导因子，就