1、第3课 胚 胎 工 程 【答题必备语句】1.四项基本技术:体外受精、胚胎分割、胚胎移植、胚胎干细胞培养。2.三个关键点:(1)哺乳动物的受精及早期胚胎发育:精子+卵子受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚。(2)受精标志:在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体。(3)受精完成的标志:雌、雄原核的融合。3.卵子和精子能够受精的两个前提条件:(1)成熟的精子并不代表具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。(2)动物排出的卵子成熟程度因动物种类的不同而异,但只有达到减数第二次分裂中期时,才具备与精子受精的能力。4.从细胞识别和生理上来分析两个保障:(1)同种生物精卵结合的保障:卵细胞透明带上存在精子的特异性识别
2、受体,只允许同种生物的精子与卵细胞结合。(2)防止多精入卵的保障:透明带反应、卵细胞膜反应。5.早期胚胎发育的过程:受精卵桑椹胚囊胚原肠胚。6.胚胎移植的六步流程:(1)对供、受体母牛进行选择,并用激素进行同期发情处理。(2)用激素(促性腺激素)对供体母牛做超数排卵处理,超数排卵的母牛发情后,选择同种优良的公牛进行配种或人工授精。(3)冲卵后,对胚胎进行质量检查,这时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段,并培养或保存。(4)胚胎的移植。(5)对受体母牛进行是否妊娠的检查。(6)受体母牛产下胚胎移植的犊牛。7.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,
3、其实质是动物的无性生殖,即克隆。(3)分割要求:对囊胚分割时,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。8.克隆动物的培育过程:去核卵母细胞+供体动物的体细胞核细胞核显微注射重组细胞在一定条件下进行有丝分裂(卵裂)早期胚胎胚胎移植。【易错易混辨析】易错点1 动物排出的卵子成熟程度不同 提示:有的可能是初级卵母细胞,如马、犬等;有的可能是次级卵母细胞,如猪、羊等。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。易错点2 对胚胎移植流程认识的六个易错点 提示:(1)冲卵是从供体母牛体内获得早期胚胎的过程,而不是获得受精卵或卵子。(2)胚
4、胎分割的材料:是发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚,而不是原肠胚。(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)试管动物与克隆动物生殖方式不同:试管动物的产生过程是有性生殖,克隆动物的产生过程是无性生殖。(5)三个用来进行胚胎移植的胚胎来源:体内正常受精产生的胚胎、核移植产生的重组细胞培养而来的胚胎、体外受精产生的早期胚胎。(6)胚胎干细胞来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来的一类细胞,具有体积小、细胞核大、核仁明显等特点,具有发育的全能性。易错点3 滋养层饲养层 提示:(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
5、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。易错点4 不同动物胚胎移植的时间不同 提示:(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。【典题精练提能】1.哺乳动物单倍体胚胎干细胞技术是遗传学研究的新手段,该项技术为研究隐性基因功能提供了理想的细胞模型。如图表示研究人员利用小鼠获取单倍体胚胎干细胞的方法。请分析回答:(1)方法一中,研究人员要对实验小鼠注射 ,使其 ,从而获得更多的卵母细胞。用SrCl2溶液处理、激活卵母细胞,在体外选用特制
6、的培养液培养至 期,从内细胞团中分离、筛选出胚胎干细胞。采用这种方法获得的单倍体胚胎干细胞称为孤雌单倍体胚胎干细胞。(2)采用方法二可获得孤雄单倍体胚胎干细胞。受精阶段,防止多精入卵的第一道屏障是 。研究人员用特定方法去除细胞M中的 原核,再对处理后的细胞进行进一步的培养、分离和筛选。(3)研究发现,小鼠单倍体胚胎干细胞存在自发二倍体化的现象。可以通过测定并分析细胞内DNA分子的含量,或利用显微镜观察细胞中的染色体数目进行确定,最好选择处于 (写出分裂类型及时期)的细胞进行观察。【解析】(1)方法一中,对实验小鼠注射促性腺激素,可使其超数排卵,从而获得更多的卵母细胞。胚胎发育至囊胚时分化为内细
7、胞团和滋养层细胞,胚胎干细胞可来源于囊胚的内细胞团。(2)受精阶段,防止多精入卵的第一道屏障是透明带反应。精卵细胞融合后,先形成雄原核和雌原核,要获得孤雄单倍体胚胎干细胞,需要用特定方法去除细胞M中的雌原核,再对处理后的细胞进行进一步的培养、分离和筛选。(3)有丝分裂中期,细胞中染色体形态稳定、数目清晰,是显微镜观察染色体形态和数目的最佳时期。答案:(1)促性腺激素 超数排卵 囊胚(2)透明带反应 雌(3)有丝分裂中期【补偿训练】2n/4n嵌合体胚胎是指用四倍体胚胎(4n)与二倍体胚胎(2n)或胚胎干细胞(ES细胞)进行融合,形成由二倍体和四倍体细胞组成的嵌合体,嵌合体胚胎的构建常用方法如图,
8、请据图分析回答:(1)受精卵是胚胎发育的开端,图中的卵子达到 (填时期),才具备受精的能力,而精子需经过 过程才能和卵子结合。(2)2n的ES细胞来自胚胎发育过程的 期,本实验中从功能上说明了该细胞 。(3)2n/4n嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有 。(4)ES细胞经嵌合体方法培育的动物与核移植方法培育的动物相比,遗传物质来源的区别主要是什么?。【解析】(1)具有受精能力的卵子实际上是处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞,精子必须先在雌性生殖道发生相应的生理变化后,才具备与卵子受精的能力,这一过程称为精子获能。(2)囊胚期的细胞开始出现分化,细胞的全能性仍比较高。(3)2n/4n
9、嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有动物细胞的培养、动物细胞融合和胚胎移植。(4)ES细胞经嵌合体方法培育的动物,其细胞是由原来的细胞经融合而形成的,因此是原来细胞的复制体。核移植方法获得的动物的遗传物质中细胞核DNA与供核细胞一致,细胞质遗传物质不同。答案:(1)减数第二次分裂中期 精子获能 (2)囊胚 具有发育的全能性(3)动物细胞的培养、动物细胞融合和胚胎移植(4)用ES细胞经嵌合体方法培育的动物是原来的复制体,而用核移植方法培育的动物与供核动物只是核型一致,但细胞质遗传物质却不一定相同 2.如图是三亲婴儿的培育过程技术路线,据图回答下列问题:(1)重组细胞需要培养到减数第二次分
10、裂中期的原因是该时期的卵母细胞才具备 ,重组细胞体外培养所需的气体主要是O2和CO2,CO2的主要作用是 。(2)从受精卵到三亲婴儿的培育还需要 和 等技术。胚胎发育的卵裂期在 (填“透明带”或“放射冠”)内进行,受精卵经72小时体外培养发育成32细胞左右的胚胎,叫做 ,可用于胚胎移植。(3)为了某些需要,要对胚胎的性别进行鉴定,目前最有效、最准确的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:从被测的囊胚中取出几个 (填“滋养层”或“内细胞团”)细胞,提取DNA为模板;然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段碱基序列作 ,在 催化作用下进行PCR扩增;最后与SRY特异性探针出现阳
11、性反应者,胚胎为 性。(4)三亲婴儿的培育技术 (填“能”或“不能”)避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代,而 (填“能”或“不能”)避免母亲的红绿色盲基因传递给后代。【解析】(1)处于减数第二次分裂中期的卵母细胞具备与精子受精的能力,因此重组细胞需要培养到此时期。动物细胞培养时需要一定的气体环境,其中CO2的主要作用是维持培养液的pH。(2)三亲婴儿的培育需要核移植、体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。胚胎发育的卵裂期在透明带内进行,受精卵经72小时体外培养发育成32细胞左右的胚胎,叫做桑椹胚,可用于胚胎移植。(3)目前,对胚胎的性别进行鉴定的最有效、最准确的方法是SRY-PCR法,操作
12、的基本程序是:从被测的囊胚中取出几个滋养层细胞,提取DNA;然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段碱基序列作引物,以滋养层细胞的DNA为模板,在热稳定DNA聚合酶(Taq酶)催化作用下进行PCR扩增;与SRY特异性探针出现阳性反应者,说明其含有Y染色体,为男性。(4)根据图示可以知道卵母细胞的细胞质来自捐献者,能避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代。但是细胞核来自母亲卵母细胞,因此不能避免母亲的红绿色盲基因传递给后代。答案:(1)受精的能力 维持培养液的pH(2)早期胚胎培养 胚胎移植 透明带 桑椹胚(3)滋养层 引物 热稳定DNA聚合酶(Taq酶)男(4)能 不能 3.根据
13、下列有关胚胎工程的示意图,请分析并回答问题:(1)C细胞应为培养至 (填时期)的细胞;体外受精前要对B细胞进行 处理。(2)将早期胚胎注入D羊子宫内的技术叫 ,D羊对外来胚胎不发生 ,这使外来胚胎在其体内存活成为可能。在此过程中,若想得到具有相同遗传物质的两个子代E羊,可通过 技术来实现。(3)图中的早期胚胎通常处于 阶段。获得的早期胚胎若暂不移植给受体,可使用 法保存。(4)从早期胚胎中分离出的ES细胞可诱导分化出不同的组织细胞,这是因为在功能上,ES细胞具有 。【解析】(1)从图中可知,A羊是母羊,产生卵细胞(C细胞)和精子(B细胞)体外受精形成受精卵。体外受精前要将精子(B细胞)放入培养
14、液中培养,使精子达到获能状态。(2)将早期胚胎移入代孕母体子宫的技术叫胚胎移植。移植前需要对供体和受体进行同期发情处理,使两者的生理状态相同,这样受体不会对外来胚胎发生免疫排斥,使外来胚胎在其体内存活成为可能。通过胚胎分割技术可得到两个或两个以上具有相同遗传物质的子代。(3)通常在桑椹胚或囊胚阶段进行胚胎移植,因此图中的早期胚胎通常处于桑椹胚或囊胚期。若暂不移植给受体,可使用冷冻法进行保存。(4)ES细胞又称胚胎干细胞,具有发育全能性和二倍体核型。胚胎干细胞可诱导分化为多种细胞、组织。答案:(1)减数第二次分裂中期(M中期)获能(2)胚胎移植 免疫排斥反应 胚胎分割(3)桑椹胚或囊胚 冷冻(4)发育的全能性 【方法规律】现代生物技术繁殖动物新个体的三种方式