1、胚胎工程技术及其应用 (20分钟70分)一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)1.采集的卵母细胞,都要在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受精,以下原因不正确的是()A.卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程B.动物排出的卵子成熟程度不同C.体外人工培养至M期时,才算成熟D.冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大【解析】选D。冲出的卵子还不成熟,只有在体外培养至M期时,才具有与精子受精的能力,该过程类似精子获能过程,选项A、C正确;动物排出的卵子成熟程度不同,选项B正确;冲出的卵子体外培养的目的是促其成熟,使其具有与精子受精的能力,而其大小变化不大,选项D错误。 2.如图为试管婴
2、儿培育过程的示意图。有关叙述不正确的是()A.过程中可通过注射促性腺激素增加排卵数量B.过程与细胞膜的流动性有关C.过程的培养液中应该添加血清D.过程要到桑葚胚或囊胚阶段才能进行【解析】选D。过程为排卵,可以通过注射促性腺激素增加排卵数量,A正确;过程涉及细胞膜的融合,与细胞膜的流动性有关,B正确;过程培养受精卵的培养液中应添加动物血清,C正确;过程为胚胎移植,不同动物胚胎移植的时间不同,人的体外受精胚胎可在816个细胞阶段移植,D错误。3.如图表示哺乳动物胚胎工程的有关操作流程。下列叙述正确的是() A.过程运用超数排卵技术可得到多个胚胎B.过程可以用胃蛋白酶处理囊胚获得干细胞C.过程需要在
3、二氧化碳培养箱中进行D.过程可以直接获得各种类型的细胞【解析】选C。经超数排卵技术得到的是多个卵子而非胚胎,A错误。胃蛋白酶的适宜pH为1.52,不适于干细胞生存,B错误。胚胎干细胞需培养在二氧化碳培养箱中,C正确。许多细胞的产生需要特定的条件,比如有些免疫细胞需要抗原的刺激,D错误。4.供、受体母牛选择好后,要用激素进行同期发情处理的原因是()A.防止受体牛不愿意接受胚胎B.只有受体与供体的生理状态相同,被移植的胚胎才能继续正常发育C.大量提高供、受体的排卵量D.同期发情处理后,卵子和精子受精结合能力强【解析】选B。利用某些激素对供体和受体母牛进行同期发情处理,使其生理条件达到同步或一致,这
4、样才能使供体的胚胎移入受体后,具有相同或相似的生存条件,并且继续完成正常的发育。5.下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述,错误的是()A.对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理B.人工授精后的一定时间内,收集供体原肠胚用于胚胎分割C.利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎D.一次给受体母羊植入多个胚胎,可增加双胞胎和多胞胎的比例【解析】选B。在进行胚胎移植时需要对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理,使它们处于相同的生理状态,A正确;胚胎分割应该取形态正常、发育良好的桑葚胚或囊胚进行,B错误;胚胎分割技术属于无性繁殖,可获得两个基因型完全相同的胚胎,C正确;胚胎移植可提高优良种畜的
5、繁殖率,即可增加双胞胎和多胞胎的比例,D正确。6.我国首例“虎狮兽”在南京红山动物园诞生。它是利用了雄虎的精子和雌狮的卵子进行“体外受精”而产生。下列有关说法正确的是()A.在体外受精前,要对精子进行获能处理B.用化学物质处理掉卵细胞膜便于精子进入C.抽取精子、卵子的细胞核进行融合D.精子入卵后进行人工处理防止多精入卵【解析】选A。在体外受精过程中,需要对采集的精子进行获能处理,A正确;卵子只需要培养到M期即可与精子进行受精作用,无须去掉卵细胞膜,B错误;只要在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程,无须进行细胞核融合操作,C错误;在受精作用过程中,卵细胞会产生两道屏障防止多精入卵,无须人工处
6、理,D错误。7.(2020江苏高考改编)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞,制备流程如图所示。下列叙述正确的是() A.为获得更多的囊胚,采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子B.细胞a和细胞b内含有的核基因不同,所以全能性高低不同C.用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞D.胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养【解析】选D。本题主要考查了细胞工程和胚胎工程的相关知识。为了获得更多的囊胚,可以采用激素注射促进成熟雌性个体超数排卵,然后将卵细胞从母体内取出,在试管内与人工采集的精子进行体外受精,培育成胚胎,A错误;细胞a和细胞b是由同一个受精卵经过有丝分裂
7、形成的,故核基因相同,B错误;运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞,首先必须用胰蛋白酶处理内细胞团,分解细胞间的胶原蛋白等,使之分散成单个细胞,C错误;动物细胞培养时需要在5% CO2的培养箱中进行培养,以维持培养液的pH,D正确。二、非选择题(共2小题,共35分)8.(17分)如图是克隆羊的培育流程图,根据所学知识回答下列问题: (1)培育克隆羊时用到的卵母细胞可以从屠宰场收集,并在体外培养到_期。(2)通过_法吸出卵母细胞中的细胞核,微型吸管除了将细胞核吸出外,往往还会将_一并吸出。(3)去核的卵母细胞与供体细胞通过_后融合,供体核进入受体卵母细胞,构建成重组胚胎,融合
8、后的重组胚胎,需要用物理或化学的方法进行激活,使其完成细胞分裂和发育进程。(4)将发育到一定阶段的重组胚胎,移植到同种的且_相同的其他雌性动物体内,使之继续发育,最后形成克隆羊。移入的胚胎能够存活,是因为代孕子宫并不会对其发生_,同时能够与受体子宫建立正常的_联系。(5)欲培养高产奶山羊这一优良品种,对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的_细胞进行鉴定。【解析】(1)培育克隆羊时用到的卵母细胞可以从屠宰场收集,并在体外培养到M期。 (2)通过显微操作法吸出卵母细胞中的细胞核,微型吸管除了将细胞核吸出外,往往还会将第一极体一并吸出。(3)去核的卵母细胞与供体细胞通过电激后融合,供体核进入受体
9、卵母细胞,构建成重组胚胎。(4)将发育到一定阶段的重组胚胎,移植到同种的且生理状态相同的其他雌性动物体内,使之继续发育,最后形成克隆羊。移入的胚胎能够存活,是因为代孕子宫并不会对其发生免疫排斥反应,同时能够与受体子宫建立正常的生理和组织联系。(5)欲培养高产奶山羊这一优良品种,对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的滋养层细胞进行鉴定。答案:(1)M(2)显微操作第一极体(3)电激(4)生理状态免疫排斥反应生理和组织(5)滋养层9.(18分)科研人员利用基因编辑技术删除小鼠母本基因组的相关印记区域,培育出了由母本单倍体干细胞融合发育而来的孤雌生殖小鼠,为探索生殖奥秘作出了贡献。过程见图: (
10、1)上图孤雌小鼠的获得,用到动物细胞培养、_、_、胚胎移植等生物技术。(2)常用的基因编辑系统是 crispr-Cas9,其过程为:先让一段RNA与特征DNA序列结合,由此引导Cas9酶对特征DNA序列切割。因为“一段RNA”能与特征DNA序列_,才能特异性结合。Cas9酶作用于特征DNA序列的_(填DNA分子的相关结构)。(3)上图中的“卵母细胞”应处于_(时期)。用卵母细胞培育孤雌小鼠容易成功,其原因是_。并且由上述卵母细胞发育而来的胚胎能在代孕母鼠体内存活的原因是_。【解析】(1)识图分析可知,科研人员用动物细胞培养成多个细胞或组织,利用核移植技术使卵母细胞与新核融合,体外培养胚胎至桑葚
11、胚或囊胚后移植胚胎进入代孕母鼠体内。(2)让一段RNA与目标特征DNA序列的碱基互补配对后两者才能结合。Cas9酶与DNA的基因靶点结合时发生了构象变化,酶功能区对靶标DNA进行定位切割DNA分子的磷酸二酯键,删除基因。(3)传统的细胞核移植技术中,受体卵母细胞处于M中期。因为卵母细胞体积大,易操作,含促使细胞核表达全能性的物质,卵母细胞所含营养物质丰富,所以用卵母细胞培育孤雌小鼠容易成功。代孕母鼠子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,是胚胎能在代孕母鼠体内存活的生理基础。答案:(1)动物细胞核移植早期胚胎培养(2)碱基互补配对磷酸二酯键(3)M中期(减数第二次分裂中期) 卵母细胞体积大,易
12、操作;含促使细胞核表达全能性的物质;卵母细胞所含营养物质丰富代孕母鼠子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 (10分钟30分)1.(6分)据细胞报告最近报道,我国科学家成功将小鼠的颗粒细胞(卵泡中卵母细胞周围的细胞)转化为GV卵母细胞,进而恢复减数分裂并顺利培育出健康后代(如图)。有关叙述错误的是() A.过程的实质是基因选择性表达B.X细胞应处于减数分裂中期C.过程中受精的实质是雌雄原核融合D.过程选择原肠胚进行胚胎移植【解析】选D。过程是将小鼠的颗粒细胞经诱导成为多能干细胞的过程,其实质是定向诱导分化使基因进行选择性表达,A正确;体外受精时卵母细胞X应培养到减数分裂中期,B正确;过程体外受
13、精的实质是雌雄原核融合,C正确;进行胚胎移植的时期一般是桑葚胚或囊胚,也可以是更早的时期,D错误。2.(6分)(不定项)“三亲婴儿”技术是指取出患病母亲卵母细胞的核,导入女性捐赠者的去核卵细胞中,再将重构卵母细胞和父亲的精子结合。下列有关“三亲婴儿”的叙述,正确的是() A.该技术可以有效降低生下线粒体遗传疾病婴儿的概率B.女性捐赠者提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律C.“三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”相比,核DNA增加D.该技术的遗传物质来自多个亲本,涉及伦理争议【解析】选A、B、D。由题图可知,重组卵母细胞的细胞质主要来自捐献者,可避免母亲的线粒体遗传基因传递给后代,A正确;捐献者只是提供
14、了卵母细胞的细胞质,所以其提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律,B正确;“三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”的核DNA一样多,均是来自母亲和父亲提供的细胞核,C错误;“三亲婴儿”的遗传物质来自一个父亲、两个母亲,存在伦理争议,D正确。【实验探究】3.(18分)实验嵌合体是了解哺乳动物发育机制的关键点,也能为不同多潜能干细胞状态的潜能提供咨询的来源。将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠的囊胚里,再将囊胚移入代孕鼠体内发育形成猴鼠嵌合体猴鼠,可用于器官的移植研究。请回答下列问题:(1)判断哺乳动物的受精过程完成的重要标志是_。(2)胚胎干细胞的培养和诱导等操作均需在严格的无菌、无毒环境条件下操作,可以采取的措施
15、有_。胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤干细胞,其原因是_。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时,利用胚胎干细胞的治疗思路是_。(3)将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的_部位能获取所需组织,再将囊胚移入代孕鼠体内,此技术对代孕受体的要求是_。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是_,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用_技术。【解析】(1)判断哺乳动物的受精过程是否完成的重要标志是雌、雄原核融合成合子。(2)胚胎干细胞的培养和诱导等操作均需在严格的无菌、无毒环境条件下操作,可以采取的措施有添加抗生素和定期更换培养液。胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤
16、干细胞,其原因是胚胎干细胞具有发育的全能性。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时,可以通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补。(3)将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的内细胞团部位能获取所需组织,再将囊胚移入代孕鼠体内,此技术对代孕受体的要求是同种、生理状态相同、有正常孕育能力的其他雌性动物。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用胚胎分割技术。答案:(1)雌、雄原核融合(2)添加抗生素和定期更换培养液胚胎干细胞具有发育的全能性通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补(3)内细胞团同种、生理状态相同、有正常孕育能力的其他雌性动物可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力胚胎分割