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专题3 胚胎工程,【知识梳理】 一、体内受精和早期胚胎发育 1.体内受精： (1)场所：雌性动物的_内。,输卵管,(2)过程。 受精前的准备阶段。 a.精子获能：正常情况下在雌性动物的_内完成。 b.卵子的准备：发育到_，才具备与精子受精的能力。 受精阶段。 a.获能的精子穿越_和_，进入_。 b.精子外膜与_融合，精子入卵。 c.精、卵细胞经过一系列变化分别形成_。 d._充分发育后融合，完成受精。 2.早期胚胎发育：_卵裂期桑椹胚_原肠胚。,生殖道,减数第二次分裂中期,放射冠,透明带,卵细胞膜,卵细胞膜,雄、雌原核,雄、雌原核,受精卵,囊胚,二、体外受精和早期胚胎培养 1.体外受精： (1)_的采集和培养。 (2)精子的采集和_。 (3)受精：在_中完成受精过程。 2.胚胎的早期培养：培养液成分包括无机盐和有机盐类、维生素、 _、氨基酸、_及_等物质。,卵母细胞,获能,获能溶液或专用的受精溶液,激素,核苷酸,血清,三、胚胎工程的应用及前景 1.胚胎移植： (1)受体：_的其他雌性动物。 (2)意义：充分发挥_。 (3)基本程序：对供、受体的选择和处理_ 对胚胎的收集、检查、培养或保存_移植后检查。,同种的、生理状态相同,雌性优良个体的繁殖潜力,配种或进行人工授精,胚胎移植,2.胚胎分割： (1)理论基础：细胞的全能性。 (2)材料选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。 (3)囊胚期分割要求：内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 (4)意义：加快繁殖速度，是动物无性繁殖或克隆的方法之一。,3.胚胎干细胞(ES或EK细胞)： (1)来源：_。 (2)特点,形态：体积_、细胞核_、_明显 功能：具有发育的_ 体外培养：可增殖而不发生_,早期胚胎或原始性腺,小,大,核仁,全能性,分化,【速记卡片】 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：精子膜和顶体外膜发生的一系列改变，释放顶体酶。 (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.早期胚胎发育过程：受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚。 3.胚胎的早期培养的培养液成分：“两盐”是无机盐、有机盐，“两素”是维生素、激素，“两酸”是氨基酸、核苷酸，天然成分是血清等物质。 4.胚胎移植的关键知识： (1)移植的胚胎必须在原肠胚之前。 (2)供体和受体必须是同种生物，并处于同一生理状态。 (3)胚胎移植的本质：产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。,考点一 体内受精和早期胚胎发育 1.精子和卵子的发生：,2.胚胎发育：,【高考警示】关于体内受精的几点提醒 (1)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量；排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。 (2)动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。,(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；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。 (4)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。,【考题回访】 (2015苏州模拟)下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段。请据图回答问题：,(1)写出各个阶段的名称： A： B： C： 。 (2)写出图中各标号的名称： 2 ，4 ，5 ， 7 ，8 。 (3)A时期的细胞具有发育上的 性，B时期开始出现 ，C时期开始出现 。 (4)2将来发育成 。 (5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中，细胞数目 ，胚胎总体积 。,【解析】(1)图中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原肠胚。 (2)图B中1是滋养层，2是内细胞团，3是透明带，4是囊胚腔；图C中5是外胚层，6是滋养层，7是原肠腔，8是内胚层。 (3)桑椹胚细胞具有发育的全能性，囊胚开始出现细胞分化，已分化成滋养层细胞和内细胞团；原肠胚已具有胚层分化，分化为外胚层和内胚层。 (4)内细胞团将发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘。 (5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中，虽然细胞数目增多，但胚胎总体积基本不变。,答案：(1)桑椹胚 囊胚 原肠胚 (2)内细胞团 囊胚腔 外胚层 原肠腔 内胚层 (3)全能 细胞分化 胚层分化 (4)胎儿的各种组织 (5)增多 基本不变,【延伸探究】 (1)上题中，A、B、C三图存在胚胎干细胞的是哪个(些)？试分析原因。 提示：A和B。A是桑椹胚，桑椹胚细胞没有发生细胞分化，每个细胞都是胚胎干细胞。B是囊胚，囊胚的内细胞团细胞是胚胎干细胞。 (2)B图透明带破裂，该胚胎正在进行什么发育过程？ 提示：孵化。透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这个过程叫做孵化。,【加固训练】(2015安庆模拟)下图为哺乳动物精细胞变形为精子的过程图解，请据图回答问题：,(1)写出上图中各部分的名称： 1 ，2 ，3 ，4 ， 5 ，6 ，7 ，8 。 (2)精细胞变形为精子的过程中，细胞中的很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，为什么？ (3)为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？ 。,【解析】图A是精细胞结构示意图，图B是变形后的精子结构示意图。图中1是高尔基体，将形成精子头部的顶体5；2是线粒体，将聚集形成图B中的7线粒体鞘；3是细胞核，将形成图B中的6精子头的主要部分；4是中心体，将形成图B中的8尾。 答案：(1)高尔基体 线粒体 细胞核 中心体 顶体 头 线粒体鞘 尾 (2)细胞核是精子遗传物质储存的场所，也是精卵结合后的后代遗传特性和代谢活动的控制中心，而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解有机物产生能量的场所。 (3)线粒体是精子维持生存和运动所需能量的“动力工厂”,考点二 胚胎工程的应用 1.胚胎移植： (1)理论基础：,(2)基本程序：,(3)胚胎移植的几个关键环节。 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。,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。 两次检查：a.收集胚胎进行质量检查；b.移植后是否妊娠检查。 冲卵含义：冲出早期胚胎，不是冲出卵子。,2.胚胎分割：,3.胚胎干细胞：,【高考警示】(1)滋养层饲养层。 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。 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。 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。,【考题回访】 1.(2014福建高考)Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图：,(1)步骤中，在核移植前应去除卵母细胞的 。 (2)步骤中，重组胚胎培养到 期时，可从其内细胞团 分离出ES细胞。 (3)步骤中，需要构建含有Rag2基因的表达载体。可以根据Rag2 基因的 设计引物，利用PCR技术扩增Rag2基因片段。用 Hind和Pst限制酶分别在片段两侧进行酶切获得Rag2基因片段。 为将该片段直接连接到表达载体，所选择的表达载体上应具有 酶的酶切位点。 (4)为检测Rag2基因的表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞 的 ，用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。,【解题指南】(1)关键知识：检测目的基因表达的方法是抗原-抗体杂交(免疫)法。 (2)图示信息：过程利用了动物细胞核移植技术；过程利用了胚胎工程技术；过程利用了基因工程的相关技术。,【解析】本题考查基因工程、细胞工程和胚胎工程技术。 (1)步骤是核移植过程。体细胞核移植前要除去受体卵母细胞的细胞核，原因是若不去掉卵母细胞的细胞核，就会造成细胞里面有两个细胞核，使得遗传物质不稳定。 (2)ES细胞是由早期胚胎(囊胚)的内细胞团分离出来的一类细胞。,(3)步骤为获取目的基因，并把目的基因导入受体细胞的过程。在生物体外可通过PCR技术扩增目的基因，其条件是模板DNA、根据Rag2基因的核苷酸序列设计的引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶等，另外根据题干可知，获得Rag2基因需要用Hind和Pst限制酶，所以在构建表达载体时，所选择的表达载体上应具有Hind和Pst酶的酶切位点。 (4)检测目的基因是否翻译相应蛋白质时，应采用抗原抗体杂交(免疫)法，即提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交，看是否有杂交带。,答案：(1)细胞核 (2)囊胚 (3)核苷酸序列 Hind和Pst (4)蛋白质,2.(2014山东高考)人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白，可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。流程如下：,(1)htPA基因与载体用 切割后，通过DNA连接酶 连接，以构建重组表达载体。检测目的基因是否已插入受体细胞 DNA，可采用 技术。 (2)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使 其 。采集的精子需要经过 ，才具备受精能力。,(3)将重组表达载体导入受精卵常用的方法是 。为了获得 母羊，移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行 。利 用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体，这体现了早期 胚胎细胞的 。 (4)若在转htPA基因母羊的羊乳中检测到 ，说明目的基 因成功表达。,【解题指南】(1)图示信息：转htPA基因母羊羊乳的获得过程。 (2)关键知识：用同种限制酶切割目的基因与载体，获得相同的黏性末端，才能进行碱基互补配对。,【解析】本题主要考查基因工程和胚胎工程。 (1)为保证切割后的载体与切出的目的基因具有相同的黏性末端，应用同种限制酶切割目的基因和载体。 (2)为获取更多的卵(母)细胞，需要对供体母羊进行超数排卵处理。采集的精子需要经过获能处理后，才具备受精能力。 (3)将目的基因导入动物细胞的常用方法是显微注射法。为获得某一性别的动物，在胚胎移植前需进行性别鉴定。胚胎分割技术可看作克隆，这体现了早期胚胎细胞的全能性。 (4)目的基因成功表达的标志是检测到相应的目的基因控制合成的产物。,答案：(1)同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶) DNA分子杂交(或核酸探针) (2)超数排卵 获能(处理) (3)显微注射法 性别鉴定 全能性 (4)htPA(或人组织纤溶酶原激活物),【加固训练】 1.(2015沈阳模拟)长期以来，优良种畜的繁殖速度始终是限制畜牧养殖业发展的瓶颈，近年来发展起来的细胞工程和胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机，请据图完成下列问题：,(1)在试管牛和克隆羊的培育过程中都必须用到的生物技术 有 、 。 (2)与受精和受精后有关的过程有：第一次卵裂开始；卵细胞 膜反应；顶体反应；穿越透明带；雌、雄原核的形成；核 膜消失，雌、雄原核融合。其正确的顺序为 (填序号)。 (3)图中对供体母牛和受体母牛进行同期发情处理的目的是 ，对供体母牛进行超数排卵处理的措施是 。,(4)在体外培养早期胚胎时，除需要适宜的营养物质外，还需要 等条件。从A到E中，适宜牛的胚胎移植的 时期有 ；图中标号3为 ，它将来可发育 为 。 (5)动物的早期胚胎移植到与供体处于相同_ 的同种雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移 植。移植后的胚胎能在受体子宫中存活的免疫学基础是 。,【解析】(1)从题图中可以看出，试管牛和克隆羊的培育过程中都必须用到动物细胞培养(早期胚胎培养)和胚胎移植等生物技术。(2)与受精和受精后有关的过程有：顶体反应；穿越透明带；卵细胞膜反应；雌、雄原核的形成；核膜消失，雌、雄原核融合形成受精卵；第一次卵裂开始。(3)图中对供体母牛和受体母牛进行同期发情处理的目的是使供、受体处于相同的生理状态；对供体母牛进行超数排卵处理的措施是注射促性腺激素。(4)在体外培养早期胚胎时，除需要适宜的营养物质外，还需要无菌无毒环境、适宜的温度和pH、适宜的气体环境等。从A到E中，D桑椹胚和E囊胚期都适宜牛的胚胎移植。图中标号3为滋养层细胞，它将来可发育为胎膜和胎盘。(5)移植后的胚胎能在受体子宫中存活的原因是移植后的胚胎在受体子宫中不发生排斥反应。,答案：(1)动物细胞培养(早期胚胎培养) 胚胎移植 (2) (3)使供、受体处于相同生理状态 注射促性腺激素 (4)无菌无毒环境、适宜的温度和pH、适宜的气体环境 D、E 滋养层细胞 胎膜和胎盘 (5)生理状态 不发生排斥反应,2.试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题：,(1)过程分别表示 、 。 (2)对供体母牛的要求是 ，通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。 (3)从母牛体内获得的卵母细胞需要到 (时期) 才能与精子结合。在体外培养受精卵时，需要满足以下条件： 、营养、温度和pH以及气体环境。,【解析】培育试管动物首先选择遗传性能和生产性能优秀的母牛，获取的卵母细胞培养到减数第二次分裂中期进行体外受精。 答案：(1)体外受精 胚胎移植 (2)遗传性能和生产性能优秀 (3)减数第二次分裂中期 无菌、无毒的环境,3.下图为牛胚胎移植示意图，请据图回答：,(1)牛胚胎移植程序中，通常采用 进行同期发 情处理，然后用 激素使供体母牛超数排卵。 (2)胚胎移植过程一般有 和 两种方法。 (3)过程产生的犊牛的遗传物质与的遗传物质是否相同？ ，为什么？_ _ _。,(4)进行胚胎移植的优势是：_。 (5)冲卵的生理基础是：_ _。 (6)移植的胚胎，也可以是来源于体外受精或者核移植，体外受精形成的胚胎发育成的个体可以称为 (填“试管”或“克隆”)动物，核移植形成的胚胎发育成的个体可以称为 (填“试管”或“克隆”)动物。,【解题指南】解答本题的关键是： 注意是受体母牛，不影响胚胎移植的犊牛的遗传物质。,【解析】(1)胚胎移植时供、受体牛必须处在相同的发情期，通常用激素进行处理，然后用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。(2)胚胎移植方法一般有：手术法，引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口；非手术法，将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。(3)受体母牛只是提供胚胎发育的场所。(4)进行胚胎移植可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(5)冲卵的生理基础是早期胚胎形成后，未与母体子宫建立组织上的联系，仍处于游离状态。(6)体外受精获得试管动物，核移植获得克隆动物。,答案：(1)激素 促性腺 (2)手术 非手术 (3)不相同 犊牛的遗传物质来源于供体母牛和公牛，且供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受受体母牛的影响 (4)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 (5)早期胚胎形成后，处于游离状态，未与母体子宫建立组织上的联系 (6)试管 克隆,【延伸探究】 (1)上题中，受体母牛的作用是什么？ 提示：进行漫长的妊娠过程。 (2)上题中冲卵过程获得的是什么？ 提示：早期胚胎。,
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