版高考生物大一轮复习第十二单元现代生物科技专题第44讲胚胎工程学案.docx

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版高考生物大一轮复习第十二单元现代生物科技专题第44讲胚胎工程学案

第44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.胚胎工程的应用（Ⅱ）

　体内受精与早期胚胎发育

1．精子和卵子的发生比较

项目

精子的发生

卵子的发生

场所

睾丸的曲细精管

卵巢

时间

从初情期开始

从胚胎出现性别分化后

变形

需变形

不需变形

分裂

均等分裂

不均等分裂

结果

形成4个精子

形成1个卵子和3个极体

2.受精

（1）精子获能：

刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。

（2）卵子的准备：

卵子要在输卵管内进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。

（3）受精过程

3．早期胚胎发育

↓

↓

↓

1．受精过程中的“三大反应”和防止多精子入卵受精的“两道屏障”

（1）顶体反应：

精子释放的顶体酶可直接溶解卵丘细胞间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。

（2）透明带反应：

在精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，它是防止多精子入卵受精的第一道屏障。

（3）卵细胞膜反应：

精子入卵后，卵细胞膜拒绝其他精子再进入卵内，这是防止多精子入卵受精的第二道屏障。

2．受精过程的三个易混点

（1）精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。

（2）排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。

（3）受精的标志≠受精完成的标志：

受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精过程完成的标志是雌、雄原核的融合。

3．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，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。

4．早期胚胎发育

（1）过程：

受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

（2）图示

如图甲是卵子的发生过程，图乙表示哺乳动物发育过程的几个阶段，请据图回答下列问题：

（1）图甲中A是第一极体，B是________，E是指________，阶段C是指胎儿期，阶段D是指初情期后，能发生染色体着丝点分裂的阶段是________（填图中标号）。

（2）进行体内受精的顺序，正确的是________。

①第一次卵裂开始　②释放第二极体　③顶体反应

④穿越透明带　⑤雌、雄原核的形成　⑥核膜消失

A．①②③④⑤⑥

B．③②④⑤⑥①

C．④⑤②①③⑥

D．③④②⑤⑥①

（3）写出图乙中各个阶段的名称：

F：

________，G：

________，H：

________。

（4）写出图中各标号的名称：

[2]________，[4]________，[5]________，[7]________，

[8]________。

（5）F时期的细胞具有发育上的________性，G时期开始出现________，H时期开始出现________。

（6）[2]将来发育成______________________。

答案：

（1）合子　受精　①④

（2）D

（3）桑椹胚　囊胚　原肠胚

（4）内细胞团　囊胚腔　外胚层　原肠腔　内胚层

（5）全能　细胞分化　胚层分化

（6）胎儿的各种组织

　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．早期胚胎培养

（1）培养液成分：

无机盐、有机盐（两盐）；维生素、激素（两素）；氨基酸、核苷酸（两酸），另外还有水、血清等。

（2）胚胎去向：

向受体移植或冷冻保存。

3．胚胎移植、胚胎分割与胚胎干细胞培养

（1）胚胎移植

①地位：

胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。

②主要过程：

↓

↓

↓

—方法：

手术法和非手术法

↓

—检查受体母牛是否妊娠

③意义：

充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。

（2）胚胎分割

①材料：

发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。

②实质：

胚胎分割可增加动物后代，其实质是动物的无性繁殖或克隆。

③注意：

对囊胚分割时，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：

形态上体积小、细胞核大、核仁明显；功能上具有发育的全能性；体外培养条件下可以增殖而不分化。

③培养过程

→早期）,\s\do5（胚胎））

—

1．胚胎的早期培养的培养液与动物细胞培养液成分的比较

项目

动物胚胎培养液

动物细胞培养液

盐类

无机盐、有机盐

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

胚胎的早期培养与动物细胞培养所用的培养液类似，但是二者所依据的原理和培养目的不同。

2．克隆动物和试管动物的异同

（1）试管动物和克隆动物的性状不同：

前者由父本和母本共同决定，后者一般与核供体相同。

（2）试管动物和克隆动物的生殖方式不同：

前者是有性生殖，后者是无性生殖。

（3）试管动物和克隆动物的产生过程不同：

前者经过了体外受精过程，后者经过了核移植过程。

（4）试管动物和克隆动物细胞核遗传物质来源不同：

前者细胞核遗传物质来自于母本和父本两个个体，后者细胞核遗传物质仅来自一个个体。

（5）获得试管动物和克隆动物相同之处：

二者都经过早期胚胎培养和胚胎移植环节。

3．人工授精和体外受精的比较

比较

项目

人工授精

体外受精

概念

人工授精技术是指用相应的器械采集公畜的精液，再将其注入正在发情的母畜的生殖道中，使母畜受孕的过程

体外受精是指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

场所

母畜的生殖道内

体外

过程

人工采精→检查与储存精液→人工授精（用人工的方法将精液注入正在发情的母畜生殖道中）

→

胚胎发育场所

受精卵的形成和胚胎发育场所在母畜体内

受精卵的形成和早期胚胎发育在体外，胚胎移植后的胚胎发育在母畜体内

（1）滋养层≠饲养层

①滋养层：

囊胚时期沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎盘。

②饲养层：

饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为提供干细胞分裂、增殖的营养细胞。

（2）不同动物胚胎移植的时间不同

①牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。

②小鼠、家兔在桑椹胚前。

③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。

1．如图是科学家通过不同方法培育优良种牛的过程，其中①～⑤表示操作过程。

请回答以下问题：

（1）图中①过程涉及的精子需进行________处理；防止多精入卵的两道屏障为__________________________。

（2）对图中良种母牛注射促性腺激素的目的是________________。

（3）图中②过程所用的方法是____________。

外源基因插入牛受精卵中的DNA上后，有的受精卵能发育成转基因牛，而有的会死亡，请分析外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵死亡的最可能原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）图中b、c分别代表囊胚的

________________________________________________________________________。

（5）图中④过程表示

________________________________________________________________________，

由一个囊胚经④过程得到的B、C牛性别相同的概率为________。

答案：

（1）获能　透明带反应、卵细胞膜反应

（2）促使其超数排卵

（3）显微注射法　外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵内生命活动必需的某些基因不能表达（合理即可）

（4）囊胚腔、内细胞团

（5）胚胎分割和胚胎移植　100%

2．（2015·高考重庆卷，8）某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。

（1）拟进行如下杂交：

♂A（具高产奶基因的纯种）×♀B（具适宜本地生长基因的纯种）―→C

选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常____________________。

若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是________性状。

为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是________，后代中出现这种母牛的概率是________（假设两对基因分别位于不同对常染色体上）。

（2）用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。

精子要具有受精能力，需对其进行

________________________________________________________________________

处理；卵子的成熟在过程________中完成。

在过程④的培养基中含有葡萄糖，其作用是

________________________________________________________________________。

为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的____________________。

子代母牛的优良性状与过程________的基因重组有关。

（3）为了提高已有胚胎的利用率，可采用________技术。

答案：

（1）生长发育或胚胎发育　隐性　♂A×♀C　1/8

（2）获能或增强活力　③　供能　性别、高产奶和适应生长的基因　②

（3）胚胎分割

3．（2017·广东六校联考）为了加快优良种牛的繁殖速度，科学家采用了以下两种方法，请根据图示信息回答下列问题：

（1）试管牛的培育属于______________（“有性繁殖”或“无性繁殖”）；试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的工程技术有早期胚胎培养、________________等；克隆牛的培育依据的原理是

________________________________________________________________________。

（2）促使B牛多排卵的激素一般是______________________________。

对B牛和D牛要进行____________________________处理。

（3）在受精的过程中，卵子受精的标志是______________________________。

（4）要培育高产奶率的转基因牛，如建立生产生长激素的乳腺生物反应器，即科学家将______________________和乳腺蛋白基因的________、________等调控组件重组在一起（该过程需要用到的酶是____________________________），再通过________法导入牛的________中。

解析：

（1）试管牛的培育属于有性繁殖，试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的工程技术有早期胚胎培养、胚胎移植等；克隆牛的培育依据的原理是动物细胞核具有全能性。

（2）一般用促性腺激素处理供体母牛，促使其超数排卵；胚胎移植时，要对受体母畜和供体母畜进行同期发情处理。

（3）在受精的过程中，卵子受精的标志是在透明带和卵细胞膜间有两个极体。

（4）要培育高产奶率的转基因牛，如建立生产生长激素的乳腺生物反应器，即科学家将生长激素基因和乳腺蛋白基因的启动子、终止子等调控组件重组在一起（该过程需要用到的酶是限制酶和DNA连接酶），再通过显微注射法导入牛的受精卵中。

答案：

（1）有性繁殖　胚胎移植　动物细胞核具有全能性

（2）促性腺激素　同期发情

（3）在透明带和卵细胞膜间有两个极体

（4）生长激素基因　启动子　终止子　限制酶和DNA连接酶　显微注射　受精卵

4．（高考山东卷改编）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，对其进行的初次培养称为________，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂，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________后进行早期胚胎培养获得。

（3）图中重组囊胚通过________技术移入白鼠子宫内继续发育，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________分离培养获得。

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。

解析：

（1）将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理成单个细胞后进行的初次培养称为原代培养；贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。

（2）将早期胚胎从雌性动物子宫中冲洗出来的方法叫冲卵；早期胚胎也可以通过成熟卵子和精子在体外受精后进行早期胚胎培养获得。

（3）重组后的囊胚通过胚胎移植技术移入母体子宫内继续发育，暂不进行胚胎移植的胚胎可放入－196℃的液氮中冷冻保存。

（4）胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，这里的早期胚胎是指从受精卵发育到囊胚期（内细胞团）的细胞；iPS与ES细胞一样，可通过诱导定向分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。

答案：

（1）原代培养　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

课时作业

1．下面是有关胚胎工程的相关问题，请回答：

（1）胚胎工程是对动物______________或________所进行的多种显微操作和处理技术。

胚胎工程任何一项技术获得的胚胎，还需通过________给受体才能获得后代。

（2）哺乳动物的体外受精主要包括__________________、________________________和受精等几个主要步骤。

若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能，可给供体注射

________________________________________________________________________，

使其排出更多的卵子。

（3）精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入________中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。

（4）胚胎干细胞是研究体外细胞分化的理想材料，它除了能从早期胚胎中分离外，还可以从________中获得。

胚胎干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________的状态。

解析：

（1）胚胎工程是对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，胚胎工程任何一项技术获得的胚胎，都必须通过胚胎移植给受体才能获得后代，因此，胚胎移植又是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。

（2）哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精等几个主要步骤。

给优良母畜注射促性腺激素，以促使其超数排卵。

（3）精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。

（4）胚胎干细胞是研究体外细胞分化的理想材料，它除了能从早期胚胎中分离外，还可以从原始性腺中获得。

胚胎干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。

答案：

（1）早期胚胎　配子　（胚胎）移植

（2）卵母细胞的采集和培养　精子的采集和获能　促性腺激素

（3）发育培养液

（4）原始性腺　不分化

2．2015年2月3日，英国议会下院投票通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。

“三亲婴儿”的培育过程可选用如图所示技术路线。

请回答下列问题：

（1）过程①采用的是细胞工程中的________技术。

图中“三亲婴儿”的染色体来自________和父亲提供的细胞核。

（2）进行过程②时，所用的父亲精子是经过________处理的。

过程②中防止多精入卵的屏障有__________________和卵细胞膜反应。

（3）过程③采用的是胚胎工程中的__________________技术，该过程所用培养液的成分除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。

（4）若捐献者携带红绿色盲基因，则该基因不能遗传给“三亲婴儿”，原因是

________________________________________________________________________。

解析：

（1）图中过程①是将母亲卵母细胞中的细胞核移植到捐献者去核后的卵母细胞中，这属于细胞工程中的核移植技术。

根据图示可知，“三亲婴儿”的全部染色体来自母亲卵母细胞和父亲精子中的细胞核。

（2）过程②为体外受精，受精前精子在体外需进行获能处理。

防止多精入卵的屏障有透明带反应和卵细胞膜反应。

（3）过程③表示受精卵培育成早期胚胎，该过程采用的是胚胎工程中的早期胚胎培养技术。

哺乳动物胚胎培养需要“两盐”（无机盐和有机盐）、“两素”（激素和维生素）、“两酸”（核苷酸和氨基酸）和动物血清等。

答案：

（1）核移植　母亲

（2）获能　透明带反应

（3）（早期）胚胎培养　动物血清

（4）红绿色盲基因属于核基因，而捐献者提供的是去核的卵母细胞

3．如图是某科研小组设计的用“精子介导基因转移法”培育转基因山羊（2n）的流程图。

据图回答下列问题：

（1）“精子介导基因转移法”是利用精子易于与外源基因结合的能力，通过图中的①过程，将精子作为外源基因的________，由________的精子经过②过程，将外源基因送入卵母细胞。

（2）进行②过程的卵母细胞应处于________期，此时细胞中含________个染色体组。

（3）③过程需要在________________________________________________________（写出两点）等条件下进行。

（4）④过程涉及的胚胎工程技术是____________。

答案：

（1）载体　获能

（2）减数第二次分裂中　1

（3）无菌无毒、适宜的温度和pH、营养充足、含95%空气加5%CO2的混合气体（答出两点即可）

（4）胚胎移植

4．毛角蛋白Ⅱ型中间丝（KIFⅡ）基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。

获得转KIFⅡ基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。

据图回答下列问题：

（1）过程①中最常用的运载工具是________，所需要的酶是限制酶和________________。

（2）在过程②中，用________________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。

在培养过程中，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是______________________________________。

（3）在过程③中，用________________处理以获取更多的卵（母）细胞。

成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行________处理。

（4）从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是________。

在胚胎移植前，通过________技术可获得较多胚胎。

解析：

（1）基因工程中，运载工具包括质粒、噬菌体衍生物及动植物病毒等，其中质粒是主要运载工具；所需工具酶是限制酶和DNA连接酶。

（2）分散皮肤组织块成单个细胞可使用胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）。

在动物细胞培养过程中，CO2的作用是维持培养基（液）pH的相对稳定。

（3）要得到更多的卵（母）细胞需用促性腺激素对动物进行超数排卵处理；成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行去核处理，以保证克隆后代的遗传性状主要来自于供体核。

（4）把重组细胞培养到早期胚胎叫早期胚胎培养技术；在胚胎移植前，通过胚胎分割技术可获得较多胚胎。

答案：

（1）质粒　DNA连接酶

（2）胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）　维持培养基（液）的pH

（3）促性腺激素（或促滤泡素、孕马血清）　去核

（4）（早期）胚胎培养　胚胎分割

5．（2017·山东临沂调研）请据图分析回答下列问题：

（1）图中的胚胎干细胞（ES细胞）可以从________或________中分离获取。

（2）过程Ⅰ是将胚胎干细胞置于经γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞构成的饲养层上，并加入动物血清、抗生素等物质培养，维持细胞不分化的状态。

在此过程中，饲养层能提供胚胎干细胞增殖所需的________________，加入抗生素是为了________________。

该过程对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义。

（3）过程Ⅱ是将带有遗传标记的ES细胞注入囊胚的囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有________________的特点。

在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是________________。

（4）过程Ⅲ是培育转基因小鼠，将获得的目的基因导入胚胎干细胞之前需构建基因表达载体，目的是____________________。

将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是________________。

（5）过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤中里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官。

实验时，必须去除小鼠的胸腺，使其存在免疫缺陷，其目的是____________，该过程研究的意义在于解决________________问题。

（6）该研究中，包含的生物技术有________________（至少写出两种）。

解析：

（1）胚胎干细胞可以从早期胚胎或原始性腺中分离获取。

（2）饲养层细胞可为胚胎干细胞增殖提供所需的营养物质，而加入抗生素可防止杂菌的感染。

（3）胚胎干细胞具有发育的全能性。

哺乳动物的早期发育过程为受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

（4）基因工程中最关键的步骤为构建基因表达载体，目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。

将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是显微注射法。

（5）为解决临床上供体器官不足或器官移植后发生免疫排斥等问题，常用转基因动物作器官移植的供体。

为解决免疫排斥问题，在实验时，必须去除小鼠的胸腺，使其不能形成T细胞，不发生细胞免疫，使移植组织细胞不会被排斥。

（6）该研究中，包含的生物技术有动物细胞培养、转基因技术、早期胚胎培养、胚胎移植等。

答案：

（1）早期胚胎　原始性腺

（2）营养物质　防止杂菌污染

（3）发育的全能性　原肠胚

（4）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用显微注射法

（5）去除胸腺后不能形成T细胞，不发生细胞免疫，使移植组织细胞不会被排斥临床上供体器官不足或器官移植后发生免疫排斥等

（6）动物细胞培养、转基因技术、早期胚胎培养、胚胎移植

6．如图为纯种荷斯坦奶牛的繁殖过程，据图回答下列问题：

（1）克隆动物培养过程与图示繁殖过程相比特有的技术手段是____