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第35讲　胚胎工程
[考纲要求]　
1.动物胚胎发育的基本过程(Ⅰ)。
2.胚胎工程及其应用(Ⅰ)。
考点一　分析胚胎发育的基本过程
胚胎发育过程
受精卵
↓卵裂
卵裂球：每一个细胞都有全能性。细胞进行有丝分裂，细胞数目不断增加，细胞体积逐渐变小
↓
囊胚
↓
原肠胚：有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔
易错警示　从受精卵发育至囊胚的过程中，由于细胞通过呼吸作用消耗有机物，而且不能从外界吸收有机物，因此胚胎中有机物总量减少，但有机物的种类增加。
1．下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，下列相关描述正确的是 (　　)
A．图中3是透明带，7是原肠腔
B．发育的先后顺序是甲→丙→乙
C．1部位细胞将来发育成胎儿的各种组织
D．甲、乙、丙时期的细胞都具有发育的全能性
答案　A
解析　图中甲是桑椹胚，乙是囊胚，丙是原肠胚。图中1是滋养层，2是内细胞团，3是透明带，4是囊胚腔，5是外胚层，6是滋养层，7是原肠腔，8是内胚层。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。
2．高等哺乳动物受精后不久，受精卵开始进行细胞分裂。经32细胞期、囊胚、原肠胚和组织器官的分化，最后发育成一个完整的幼体。如图是胚胎发育过程中某阶段示意图，有关叙述不正确的是 (　　)
A．①②依次为滋养层、内细胞团
B．高等哺乳动物胚胎发育经历的时期是受精卵→卵裂期→32细胞期→囊胚期→原肠胚期
→幼体，其中最关键的时期是原肠胚期
C．高等哺乳动物细胞分化开始于囊胚期，终止于生命结束
D．进行胚胎分割时，应选择原肠胚期的胚胎进行
答案　D
解析　图示为囊胚期结构，图中①②依次为滋养层、内细胞团；高等哺乳动物胚胎发育经历的时期是受精卵→卵裂期→32细胞期→囊胚期→原肠胚期→幼体，其中原肠胚分化形成三胚层，将来分化成不同的器官，是最关键的时期。分化发生于自囊胚期开始的整个生命进程中。胚胎分割应选择囊胚期或32细胞期。
早期胚胎发育的过程解读
1．起点是受精卵分裂，在输卵管内完成受精作用时即已开始，直至发育成为成熟的胎儿。
2．卵裂期的特点：细胞有丝分裂使细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加或略缩小，因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小，但核内遗传物质并未减少。
3．囊胚以前的细胞(不包括囊胚)均未分化，细胞全能性最高，是胚胎分割的最佳时期。
考点二　透视胚胎工程
1．体外受精
采集雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子，使其在试管中受精。
过程：精子培养并获能→采集卵母细胞并培养成熟→精卵共同培养，受精→受精卵早期培
养至早期囊胚。
2．胚胎体外培养
应用人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。
培养条件：动物细胞培养液。
培养特点：比组织培养和细胞培养困难。
3．胚胎移植
(1)选择优良母畜，经激素处理使其超数排卵，受精，得到早期胚胎。
(2)将早期胚胎移植到同期发情处理的代孕母畜子宫内发育生产幼仔。
4．胚胎分割
分割对象 早期胚胎或卵裂球
分割工具 切割针或切割刀，或者是酶
分割要求 均等分割
胚胎分割优点 快速繁殖良种畜
5．胚胎干细胞培养
(1)胚胎干细胞：囊胚期的内细胞团细胞，细胞未分化，具有发育的全能性和二倍体核型。
(2)培养要求：既能促进胚胎干细胞的生长，又要抑制胚胎干细胞的分化。一般用胚胎成纤维细胞做饲养层，因为胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑制细胞分化的物质。
易错警示　关于胚胎工程的几个易错点
(1)胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。
(2) 移植胚胎来源,及生殖方式
(3)促性腺激素两次使用：①同期发情处理；②超数排卵。
(4)两次检查：①收集胚胎检查；②移植后是否妊娠检查。
(5)冲卵含义：冲出早期胚胎，不是冲出卵子。
(6)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物。
(7)同期发情处理用雌性激素，超数排卵处理用促性腺激素。
(8)试管动物的性别和性状由父本、母本决定，而克隆动物的性别和性状与核供体相同。
(9)胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性生殖方式。
(10)胚胎分割时，如选用酶处理的方式，应处理卵裂球，而不应是囊胚。
3．培育“试管山羊”的基本过程如图所示，有关叙述正确的是 (　　)
A．图中采集的精子可以直接和卵母细胞受精
B．乙表示受精作用，该过程在子宫中进行
C．丁过程应将原肠胚移植到与供体表现型相同的代孕母羊子宫内
D．可取早期胚胎(如桑椹胚、囊胚)进行均等分割以增加胚胎的数量
答案　D
解析　精子只有获能后才能与卵母细胞发生受精作用，故A错误。试管动物的受精作用在体外完成，故B错误。胚胎移植常用桑椹胚或囊胚，故C错误。
4．下列关于培育良种“试管动物”的叙述，正确的是 (　　)
A．从附睾中取出的是已获能的成熟精子
B．采集卵母细胞前必须对良种母畜进行配种
C．供体包括提供配子且遗传性状优良的雌性和雄性个体
D．将早期胚胎移植到代孕母畜中，经发育可获得表现型与受体相同的后代
答案　C
解析　从附睾中取出的精子并没有获能，故 A错误；采集卵母细胞前需要对良种供、受体母牛用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理，但不需要进行配种，故B错误；供体是提供胚胎的动物，包括提供配子且遗传性状优良的雌性和雄性个体，故C正确；将早期胚胎移植到代孕母畜中，经发育可获得表现型与供体相似的后代，故D错误。
1．试管动物和克隆动物(细胞核移植)的培育
(1)试管动物技术：是指通过人工操作使精子和卵子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。
(2)试管动物的培育过程
(3)克隆动物的培育过程
提示　(1)试管动物的培育属有性生殖范畴，而克隆动物的获得属无性生殖。
(2)两技术的最后阶段都利用胚胎移植技术获得新个体，移植所选胚胎一般是发育到原肠胚之前的桑椹胚或囊胚期的胚胎。
2．胚胎干细胞培养和移植
(1)胚胎干细胞的培养过程
(2)胚胎干细胞核移植过程
1．(2012·江苏卷，9)通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是 (　　)
A．对供体和受体母牛都要进行相同激素处理
B．受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行
C．对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植
D．胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低
答案　D
解析　在胚胎移植时，需用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理，而对受体母牛进行同期发情处理时通常不用促性腺激素，而是用孕激素或前列腺素，A项错误；胚胎移植技术中，移植的胚胎可来自体内受精后发育获得的，也可以是体外受精后进行培养得到的早期胚胎，B项错误；胚胎移植时，移植的胚胎不能用原肠胚，而应该用桑椹胚或囊胚，C项错误；目前二分胚进行胚胎移植的成功率较高，而同卵多胎的成功率很低，D项正确。
2．(2011·浙江卷，2)培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功，下列叙述正确的 是(　　)
A．甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B．乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D．丁过程中早期胚胎须移植到供体性状相同的代孕母羊子宫内
答案　A
解析　对小型动物而言，一般采用注射促性腺激素的方法来促进雌性个体的超数排卵，A项正确；乙过程为体外受精过程，B项错误；乙过程即受精时用获能培养液或者专门的受精溶液，丙过程为体外胚胎培养过程，所用溶液为发育培养液，C项错误；对代孕母羊的要求只是身体健康，而对它的性状无要求，D项错误。
3．(2011·江苏卷，18)下列关于胚胎工程的叙述，错误的是(　　)
A．体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精
B．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植
C．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清
D．试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术
答案　B
解析　受精卵一般发育到囊胚阶段进行胚胎移植。
4．(2010·江苏卷，16)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
答案　B
解析　用于胚胎分割的早期胚胎为发育良好的桑椹胚或囊胚，并且均分内细胞团，不能分 割原肠胚。
5．(2009·江苏卷，8)下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是 (　　)
A．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加
B．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割
C．胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点
D．胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取
答案 　D
解析　卵裂过程中细胞数目增加，而有机物总量减少；细胞分割时需均等分割囊胚内细胞团；胚胎干细胞的特点是：细胞小，细胞核大，核仁明显；胚胎干细胞未分化，可从早期胚胎中获取。
6．(2012·山东卷，35)毛角蛋白Ⅱ型中间丝(KIF Ⅱ)基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIF Ⅱ基因的高绒质绒山羊的简单流程如下图。
(1)过程①中最常用的运载工具是__________，所需要的酶是限制性核酸内切酶和
______________。
(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。
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
解析　(1)基因工程中，运载工具包括质粒、λ噬菌体的衍生物及动植物病毒等，其中质粒是主要运载工具；所需工具酶是限制性核酸内切酶和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。
1．试管婴儿、胚胎分割获得的良种牛和克隆羊三者均属于生物工程技术的杰出成果，下列叙述正确的是 (　　)
A．都属于无性生殖，能保持母本性状
B．都是胚胎工程的应用实例
C．都充分体现了体细胞的全能性
D．都不会发生基因重组
答案　B
解析　试管婴儿培育过程的特殊性在于体外完成受精作用，本质属于有性生殖；胚胎分割获得的后代是由受精卵发育的胚胎经分割后发育成的，所以也属于有性生殖；克隆羊的本质是由体细胞发育成的，属于无性生殖；它们都需要在体外进行早期的胚胎培养。
2．如图为某种高等动物生殖和发育的图解。有关叙述正确的是 (　　)
A．①④⑤过程中均有可能出现一个细胞含两条Y染色体的状况
B．③过程依赖细胞膜具有一定的流动性，要利用诱导剂诱导其细胞融合
C．在④过程中用胚胎分割技术产生的后代性别和性状一定是相同的
D．若不考虑变异，④⑤过程中的体细胞DNA相同，mRNA也相同
答案　A
解析　过程①是减数分裂，过程④⑤中有有丝分裂，染色体经过复制后，在减数第二次分裂后期或有丝分裂后期均有可能出现一个细胞中含两条Y染色体的情况。③是受精作用，不需要诱导。胚胎分割技术产生的后代的性状还受环境影响。④⑤过程体细胞中DNA相同，mRNA不相同。
3．科学家运用胚胎移植技术培育试管牛时，首先用激素促进良种母牛多排卵，然后进行体外受精和培育，最后把胚胎送入母牛子宫内，孕育成小牛产出。下列分析错误的是(　　)
A．供体与受体在胚胎移植前后的生理环境需保持一致
B．在胚胎移植前可采用胚胎分割技术快速繁殖良种牛
C．运用胚胎移植技术培育的试管牛属于动物克隆范畴
D．需配制一系列不同成分的培养液以培养不同发育时期的胚胎
答案　C
解析　胚胎移植技术属于胚胎工程，利用体外受精，属于有性生殖。动物克隆是一种无性生殖。
4．发展试管动物技术具有重要意义，下列有关叙述错误的是 (　　)
A．试管动物技术可解决动物生育率低的问题
B．试管动物技术可以更多、更有效地利用动物的卵细胞
C．试管动物技术可以通过普通家畜繁育良种家畜
D．试管动物技术不能实现家畜的快速繁殖
答案　D
解析　牛的生育率很低，一头牛一般一胎只生一头牛犊，一生只能生育四、五次，但是母牛体内的卵细胞却相当多，其卵巢中的卵母细胞数要比一生中正常排出的卵子多1 000多倍。而公牛的精子数量更多。因此，可通过试管动物技术，人工采集卵子和精子，在体外进行受精以获得大量的胚胎，然后通过移植到其他同种雌性动物体内孕育。这样充分利用了动物的卵细胞，提高了动物的生育率，并且可通过“借腹怀胎”使普通的家畜可以繁育良种家畜。
5．胚胎干细胞是从哺乳动物或人的早期胚胎中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性，它可进一步分化发育成各种不同的细胞。如图所示为干细胞的培养过程，则图中哪一段的细胞是专能干细胞 (　　)
人体体细胞细胞核去核卵细胞囊胚内细胞群血液组织干细胞、神经组织干细胞等各种血细胞、神经细胞等人体
A．囊胚 B．内细胞群
C．血液组织干细胞 D．各种血细胞
答案　C
解析　哺乳动物的胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，它具有全能性，可进一步分化为造血干细胞和神经干细胞等各种不同形式的专能干细胞。因此胚胎干细胞又叫全能干细胞。
6．下列有关哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，不正确的是 (　　)
A．内细胞团细胞分裂、分化成各种组织和器官，滋养层细胞发育成胎膜和胎盘
B．移植用的胚胎一般取发育到桑椹胚或囊胚时期的，不同生物移植时期是相同的
C．胚胎分割移植时要注意将内细胞团均等分割
D．卵裂期的胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加或略有缩小
答案　B
解析　不同生物进行胚胎移植时，胚胎发育的时期不同，移植过早可能不能继续正常发育，过晚移植过程中造成的伤害不易得到修复。
7．将经处理后的胚胎干细胞，移植到因胰岛受损而患糖尿病的小白鼠体内后，该鼠血糖浓度趋于正常。上述事实说明 (　　)
A．该过程体现了胚胎干细胞的全能性
B．移植的细胞中所有基因都得到表达
C．干细胞经处理后进行了定向分化
D．移植的细胞具有无限增殖的能力
答案　C
解析　移植后的胚胎干细胞定向分化成了胰岛β细胞，使小鼠体内胰岛素分泌正常。
8．胚胎移植是胚胎工程技术的最后一道“工序”。如图是胚胎移植的基本程序，请分析并回答下列问题：
(1)图中超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射____________。
(2)配种时，卵子在输卵管内进一步成熟，当卵子达到____________________________时，才具备与精子受精的能力。
(3)冲卵后，对胚胎进行质量检查，这里培养的胚胎应发育到____________阶段才能进行胚胎移植。
(4)在此基础之上，通过____________技术可以提高胚胎利用率，获得更多遗传物质相同的犊牛。
答案　(1)促性腺激素　(2)减数第二次分裂中期　(3)囊胚　(4)胚胎分割
解析　在胚胎移植过程中，通过注射促性腺激素促进供体母牛超数排卵；卵子只有发育到减数第二次分裂中期时才具备受精能力；胚胎移植的时期是囊胚阶段；通过胚胎分割技术一方面能够提高胚胎的利用率，另一方面能够获得更多遗传物质相同的犊牛。
9．克隆羊的成功轰动世界，它不仅奠定了克隆性治疗疾病的基础，而且解决了器官移植中供体不足的问题，但同时也给人类带来了一些过去尚未遇到的问题。下图为人类对克隆羊技术的拓展和应用，请据图回答：
(1)图中所涉及的现代生物技术有________和__________________________________等。
(2)下列有关胚胎移植的叙述，正确的是________。
A．冲卵指的是从子宫中冲出卵子
B．只有供、受体的生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受
C．供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应
D．不同动物胚胎移植的时间不同，人的胚胎移植最好在原肠胚时期进行
(3)图中两个克隆动物长大后，各方面特征与原型动物相同，这说明________具有全能性，早期胚胎发育在______________阶段以前的细胞是全能细胞。
(4)使用培养基进行胚胎干细胞培养时，通常要加入 ______等天然成分，除了保证被培养细胞处于无菌、无毒及氧气充足的环境中，还需要保证细胞生活所需的____________等。
(5)图中从“内细胞团”到“胚胎干细胞”的培养过程中，一般用________处理内细胞团，使之分散成单个细胞。
答案　(1)核移植　胚胎移植　细胞培养(任意两个)
(2)B　(3)体细胞核　桑椹胚　(4)血清　温度和pH
(5)胰酶
解析　(1)利用核移植技术制备重组细胞，培养重组细胞得到早期胚胎，将胚胎移植到母体子宫内利用的是胚胎移植技术。(2)大量研究已经证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。胚胎移植在桑椹胚或囊胚期进行，因原肠胚期的胚胎已形成，此时胎盘与母体发生联系。(4)胚胎干细胞培养时在培养液中加入血清，可以补充一些天然成分和一些微量营养物质。(5)胰酶可以水解细胞间质(蛋白质)而使细胞相互分离。

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