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第2章 细胞工程
第3节 胚胎工程
一 胚胎工程的理论基础
胚胎工程是指对 进行多种显微操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
胚胎工程技术： 、 和 等。
理论基础：哺乳动物 。
知识一 受精和受精阶段
1．受精
(1)概念
精子与卵子结合形成 (即受精卵)的过程。
(2)场所
哺乳动物的受精在 内完成。
(3)准备阶段
①精子 获得受精能力，而不是获得能量。
原因：刚排出的精子 立即与卵子受精。
精子获能的方法：直接利用 使精子获能；将精子培养在 中使其获能。
②卵子的准备
卵子的形成过程：
原因：动物排出的卵子 不同，可能是 (如马、犬)，可能是
(如猪、羊)。
成熟场所： 。
成熟时期： 。
(4)受精的过程
过程
[例1]下列有关哺乳动物体内受精的表述,正确的是(　　)
A.动物排出的卵子成熟程度不同,只有部分具备与精子受精的能力
B.卵子形成过程中,减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的
C.卵细胞膜通过发生相应反应来防止多精入卵
D.精子无需穿过透明带也可以与卵细胞膜接触
[例2]下表表示精子入卵后，发生一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述正确的是( )
精子进入卵子后 卵细胞膜反应 x
尾部脱离，核膜破裂 形成雄原核 受精卵
Y 形成雌原核
A.图中X指防止多精人卵的第一道屏障，Y指卵子的减数第二次分裂
B.精子入卵后精子的尾部留在外面，在溶酶体的水解酶作用下分解消失
C.受精完形成的标志是精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D.受精卵中遗传物质有一半来自于卵子
知识二 胚胎早期发育
1．场所
和子宫。
2．过程
受精卵
　↓
卵裂期：细胞数量不断 ；胚胎 并不增加
　↓
桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团形似
　↓
囊胚：细胞开始出现 ，形成 、 ；胚胎内部出现了
　↓
孵化：囊胚进一步扩大，会导致 破裂，胚胎从其中伸展出来
　↓
原肠胚：形成 →各种组织、器官
[例1]下列关于哺乳动物胚胎发育的叙述,错误的是(　　)
A.胚胎发育过程有细胞分化,细胞分化是基因选择性表达的结果
B.胚胎发育至原肠胚时期开始细胞分化,分化程度最高
C.三个胚层的细胞与滋养层细胞相比,DNA相同,mRNA不完全相同
D.原肠胚的三个胚层可分化为各种组织、器官等
[例2]如图表示高等动物的胚胎发育过程，下列说法正确的是（ ）
→→→
A．图示过程发生的场所是输卵管和子宫
B．受精卵形成囊胚的过程中，要进行有丝分裂和减数分裂
C．原肠胚随分化程度的升高，细胞较易表现全能性
D．囊胚可直接发育为原肠胚
难点知识一 哺乳动物受精过程
1．过程
2.变化
过程 主要变化
精卵相遇 释放多种酶，溶解卵细胞膜外的结构
精子接触卵细胞膜 透明带发生生理反应(防止多精入卵的第一道屏障)
精子入卵 卵细胞膜发生生理反应(防止多精入卵的第二道屏障)，雌、雄原核形成
受精卵形成 雌雄原核靠近，核膜消失，形成合子
讨论1：受精过程中卵子的哪些结构发生生理反应可以防止多精入卵？这有什么意义？
讨论2：受精的标志和受精完成的标志分别是什么？
讨论3：受精卵中的遗传物质的来源是什么？
讨论4：精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有什么功能？
巩固训练1
受精过程的顺序为（ ）
①卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
②雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵
③精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构
④卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带
⑤雌、雄原核的形成
A．③④⑤②① B．④③①⑤②
C．③①④⑤② D．③④①⑤②　
巩固训练2
让人感到神奇的是一个复杂的人体可由一个受精卵发育而来，下列有关叙述错误的是（ ）
A．精子和卵细胞的识别与其表面的糖蛋白有关
B．上述过程体现受精卵具有全能性
C．雌雄原核融合成新核过程体现了核膜具有流动性
D．受精卵到个体涉及细胞分裂和分化
难点知识二 胚胎早期发育
1.早期胚胎发育的过程
(1)胚胎发育的起点是受精卵，受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，此时胚胎开始发育，即胚胎发育的最初场所是输卵管，以后逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。
(2)桑葚胚阶段细胞均未分化，细胞具有全能性，是胚胎分割的最佳时期。
(3)囊胚阶段开始出现细胞分化，但内细胞团细胞仍具有全能性，可用于胚胎分割。
(4)原肠胚阶段细胞进一步分化，已分化形成外、中、内三个胚层。
2.卵裂期细胞或物质的变化规律
项目 变化 项目 变化
细胞数目 增多 每个细胞内的DNA总量 不变
每个细胞体积 减小 有机物总量 减少
DNA总量 增多 物质种类 增多
讨论5：胚胎发育过程中开始出现细胞分化的阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪些时期？细胞分化的原因是什么？
讨论6：胚胎发育卵裂期细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么？
巩固训练3
图1表示某雄性高等动物的个体发育过程；图2表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中几项指标的变化趋势。下列相关叙述错误的是（　　）
A．桑葚胚和囊胚中含有的细胞都具有全能性
B．图1中“受精卵→幼体”过程，细胞增殖方式是有丝分裂
C．图2中能正确表示相关指标变化的是①④
D．在卵裂阶段，胚胎中有机物种类是增加的
巩固训练4
2022年3月，中科院宣布了一项重量级世界首创研究，将人的多能干细胞转化为全能性的8细胞期胚胎样细胞（8CLC），即相当于受精卵发育3天状态的全能干细胞。该研究成果可使个体化器官再生成为现实。下列叙述错误的是（　　）
A．8CLC与胚胎卵裂期细胞发育状态相似，体外培养发育至囊胚期开始分化
B．上述转化过程仅发生了细胞分化，但未表现出动物细胞的全能性
C．8CLC能够分裂分化形成将来发育为胎盘和胎膜的滋养层细胞
D．细胞具有全能性的根本原因是含有个体发育的全部或全套基因
一、选择题
1．下列有关高等动物受精作用的叙述，正确的是(　　)
A.在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体时说明卵子已受精
B.精子与卵子结合过程中，卵子完成减数分裂Ⅰ
C.精子细胞膜与卵子细胞膜的融合依靠细胞膜的功能特点
D.获能的精子与卵子相遇后，会释放出多种酶，防止多精入卵
2．哺乳动物的受精是一个非常复杂的过程，下列有关叙述错误的是（ ）
A．受精卵中的细胞质主要来自卵细胞
B．受精时精子的细胞核与卵细胞的核相融合
C．受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方
D．防止多精入卵受精有两道屏障，第一道屏障称为卵细胞膜反应
3．下列关于哺乳动物精子和卵子的发生正确的是（ ）
A．精子形成过程是连续的，一个精原细胞经过减数分裂可直接产生四个精子
B．哺乳动物进入初情期后，在其卵巢中开始出现大大小小的卵泡
C．卵子发生的减数第二次分裂和精卵结合的场所是相同的
D．精子的头部主要含细胞核，中心体发育成它的顶体
4．精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后，顶体释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列有关叙述错误的是（）
A．细胞中溶酶体酶的释放可造成细胞裂解
B．精子游向卵子所需的能量主要来自线粒体
C．受精卵的形成依赖于生物膜的流动性
D．受精卵细胞中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方
5．为研究治疗性克隆技术能否用于帕金森病的治疗，科研人员利用人帕金森病模型鼠进行如下图所示实验，下列有关叙述错误的是（ ）
A．过程①中选择MII中期的卵母细胞有利于细胞核全能性恢复
B．过程②重组细胞培养一般经历了卵裂、桑椹胚和囊胚等过程
C．过程③的关键是利用特定条件诱导胚胎干细胞相关基因表达
D．过程④需要对受体A鼠注射免疫抑制剂以抑制免疫排斥反应发生
6．如图是哺乳动物胚胎发育过程中某一阶段的示意图，下列有关叙述正确的是（ ）
A．图中细胞还没有分化，图中①②③依次为透明带、滋养层、内细胞团
B．图中③可发育成胎膜和胎盘
C．此图为卵裂期，遗传物质未发生变化
D．胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化
7．下图表示通过相关技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程，下列叙述正确的是（ ）
A．A表示细胞核，其供体应选用XX性染色体的个体
B．过程①表示去除细胞核，去核时常采用化学处理法
C．进行过程②前必须对受体动物注射适量免疫抑制剂
D．胚胎发育卵裂阶段细胞数目增加，胚胎总体积不变
8．下图表示牛的受精作用及早期胚胎发育的部分过程。下列有关叙述正确的是 (　　)
A.图1中各细胞内的DNA分子数目相同
B.图3表明受精作用已经完成
C.同期发情处理能使供体产生更多的图4结构
D.图1到图4的过程发生在输卵管和子宫中
9．小鼠克隆胚胎着床后胎盘发育显著异常，可能是与克隆胚胎中H3K27me3印记基因过度表达有关，H3K27me3印记基因敲除极大地提高了体细胞克隆的成功率。H3K27me3印记基因敲除的实验组克隆小鼠的体重与受精卵来源的小鼠一致，而对照组克隆小鼠的体重显著高于受精卵来源的小鼠；实验组克隆小鼠的胎盘直径和质量也显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致。下列相关分析错误的是(　　)
A.克隆胚胎过大可能是克隆胚胎着床后成活率低的原因
B.克隆胚胎过大的原因可能是克隆胚胎的胎盘过大
C.H3K27me3印记基因过度表达抑制胎盘的发育
D.H3K27me3印记基因的表达产物可能影响早期胚胎滋养层细胞发育
10．胎牛血清(FBS)是天然的培养基，能够在多种动物卵母细胞的成熟过程中提供足够的营养物质，起到非常好的促进效果。下表是后期胚胎培养液(CR2后液)中添加不同浓度FBS对牛核移植胚胎发育的影响情况，下列叙述正确的是(　　)　　　
组别 培养液 卵裂率/% 囊胚率/%
对照组 CR2后液 59.17±1.34 13.53±2.04
实验组1 10%FBS＋CR2后液 62.14±1.78 13.78±2.77
实验组2 20%FBS＋CR2后液 68.95±4.15 26.09±2.20
实验组3 30%FBS＋CR2后液 62.02±8.64 8.78±3.20
A.若统计每组实验的桑葚胚率，其数值应小于囊胚率
B.添加20%FBS是促进核移植胚胎发育的最适浓度
C.胚胎培养过程要在CO2培养箱中进行
D.添加不同浓度的FBS对卵裂率和囊胚率均有促进作用
二、非选择题
11．用化学方法激活小鼠成熟的卵母细胞得到phESC（孤雌单倍体干细胞），然后通过基因编辑技术使phESC中的3个基因沉默，phESC的细胞核状态便可接近精子细胞核的状态，如下图1所示。用化学方法激活小鼠的精子得到ahESC（孤雄单倍体干细胞） ，然后对ahESC中的8个基因进行编辑，ahESC的细胞核便具有卵细胞核的特点，如下图2所示。根据以上资料回答下列问题：

(1)体内受精过程中，防止多精入卵的两道屏障是： 、 ；精子入卵后被激活的卵子完成 ，排出 后，形成 。
(2)用 对雌性小鼠进行处理可得到大量卵母细胞，将这些卵母细胞转化为phESC的过程相当于植物组织培养中的 过程。
(3)ahESC与精子和去核卵细胞融合后，得到的融合细胞的性染色体组成可能是 。
(4)据图1和图2分析可知，只依赖雌性小鼠就可以得到孤雌小鼠，而只依赖雄性小鼠是不能得到孤雄小鼠的，理由是 。
12．女性受孕后的子宫内并不是“母慈子孝”的场景，而是一场精彩的斗争。孕早期母体的一系列不适反应，都是这场斗争的表现。请回答下列问题。
(1)进入女性生殖道的精子必须经过________才具备与卵子结合的能力。而排入输卵管的卵子则要进一步成熟，当达到________________________时，才具备与精子受精的能力。
(2)受精卵经有丝分裂形成早期胚胎，要经历桑葚胚→囊胚→具有三个胚层的________→早期胚胎。胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为卵裂期，其特点是____________________________________。由于胚胎细胞近一半的基因是外来的，因此母体会做出自然的排斥反应，而胚胎细胞会分泌人绒毛膜促性腺激素(HCG)，从而抑制母体________细胞(在特异性免疫中起主要作用的一类细胞)的活动，而阻止排斥反应。
(3)度过孕早期后，胎盘会向母体大脑释放一种激素，强行控制母体去补充胎儿所需要的食物。胚胎发育需要什么营养，母体就想吃什么，则胎盘是一个裁判，胎盘是由________________发育而成。
13．回答下列问题。
（1）雄鼠精细胞经过变形， 发育形成精子的顶体，顶体内含有的 能溶解卵丘细胞之间的物质，协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。
（2）雌鼠排卵时，减数第一次分裂尚未完成，此时卵子处于 卵母细胞阶段，当该细胞发育至减数第二次分裂 期时，才具备受精能力。
（3）进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下（光照14h,黑暗10h）饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是 。然后从雌鼠的输卵管（或卵巢）中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是 。再在37℃、5%CO2条件下，精卵共同作用4h，冲洗后继续培养。定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部开始出现裂隙，这是胚胎 期开始的标志。
（4）如果体外受精后，在精核和卵核融合之前，用微型吸管吸除雄核，再用细胞松弛素B（能抑制纺锤体的形成）处理，处理后的受精卵可发育成小鼠。这种育种方法叫 育种,在动物新品种选育中的显著优点是 。
（5）如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于 。
（6）如果将外源基因导入小鼠受精卵，则外源基因可能随机插入到小鼠受精卵DNA中。这种受精卵有的可发育成转基因小鼠，有的却死亡。请分析因外源基因插入导致受精卵死亡的最可能的原因 。
2 / 2第2章 细胞工程
第3节 胚胎工程
一 胚胎工程的理论基础
胚胎工程是指对　生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞　进行多种显微操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
胚胎工程技术：体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。
知识一 受精和受精阶段
1．受精
(1)概念
精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
(2)场所
哺乳动物的受精在输卵管内完成。
(3)准备阶段
①精子获能　获得受精能力，而不是获得能量。
原因：刚排出的精子不能立即与卵子受精。
精子获能的方法：直接利用雌性动物生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能。
②卵子的准备
卵子的形成过程：
原因：动物排出的卵子成熟程度不同，可能是初级卵母细胞(如马、犬)，可能是次级卵母细胞(如猪、羊)。
成熟场所：输卵管。
成熟时期：MⅡ期。
(4)受精的过程
过程
[例1]下列有关哺乳动物体内受精的表述,正确的是(　　)
A.动物排出的卵子成熟程度不同,只有部分具备与精子受精的能力
B.卵子形成过程中,减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的
C.卵细胞膜通过发生相应反应来防止多精入卵
D.精子无需穿过透明带也可以与卵细胞膜接触
【答案】C
【详解】A、动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是初级卵母细胞,有的可能是次级卵母细胞,它们都要在输卵管内进一步成熟,到MⅡ期时,才具备与精子受精的能力,A错误；
B、卵子形成过程中,减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的,B错误；
C、透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障,C正确；
D、精子需穿过透明带才可以与卵细胞膜接触,D错误。
故选C。
[例2]下表表示精子入卵后，发生一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述正确的是( )
精子进入卵子后 卵细胞膜反应 x
尾部脱离，核膜破裂 形成雄原核 受精卵
Y 形成雌原核
A.图中X指防止多精人卵的第一道屏障，Y指卵子的减数第二次分裂
B.精子入卵后精子的尾部留在外面，在溶酶体的水解酶作用下分解消失
C.受精完形成的标志是精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D.受精卵中遗传物质有一半来自于卵子
【答案】B
【详解】A、卵细胞膜反应是防止多精入卵的第二道屏障，A错误；
B、留在外面的精子尾部会在溶酶体的作用下分解，B正确；
C、受精完成的标志是雄、雌原核融合，C错误；
D、受精卵中遗传物质，核中有一半来自于卵子，细胞质中也有遗传物质，D错误。
故选B。
知识二 胚胎早期发育
1．场所
输卵管和子宫。
2．过程
受精卵
　↓
卵裂期：细胞数量不断增加；胚胎总体积并不增加
　↓
桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团形似桑葚
　↓
囊胚：细胞开始出现分化，形成内细胞团、滋养层；胚胎内部出现了囊胚腔
　↓
孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来
　↓
原肠胚：形成外胚层、内胚层和中胚层→各种组织、器官
[例1]下列关于哺乳动物胚胎发育的叙述,错误的是(　　)
A.胚胎发育过程有细胞分化,细胞分化是基因选择性表达的结果
B.胚胎发育至原肠胚时期开始细胞分化,分化程度最高
C.三个胚层的细胞与滋养层细胞相比,DNA相同,mRNA不完全相同
D.原肠胚的三个胚层可分化为各种组织、器官等
【答案】B
【详解】A、细胞分化的实质是基因的选择性表达,细胞分化贯穿于整个生命历程,所以胚胎发育过程中也存在细胞分化,A项正确;
B、细胞分化始于囊胚时期,B项错误;
C、细胞分化的实质是基因的选择性表达,所以三个胚层的细胞与滋养层细胞相比,DNA相同,mRNA不完全相同,C项正确;
D、原肠胚的三个胚层逐渐分化形成各种组织、器官等,D项正确。
故选B。
[例2]如图表示高等动物的胚胎发育过程，下列说法正确的是（ ）
→→→
A．图示过程发生的场所是输卵管和子宫
B．受精卵形成囊胚的过程中，要进行有丝分裂和减数分裂
C．原肠胚随分化程度的升高，细胞较易表现全能性
D．囊胚可直接发育为原肠胚
【答案】A
【详解】A、题图所示过程发生在输卵管和子宫，A正确；
B、受精卵形成囊胚的过程中，要进行有丝分裂，B错误；
C、原肠胚随分化程度升高，细胞较难表现全能性，C错误；
D、囊胚要经历孵化后，才可进一步发育为原肠胚，D错误。
故选A。
难点知识一 哺乳动物受精过程
1．过程
2.变化
过程 主要变化
精卵相遇 释放多种酶，溶解卵细胞膜外的结构
精子接触卵细胞膜 透明带发生生理反应(防止多精入卵的第一道屏障)
精子入卵 卵细胞膜发生生理反应(防止多精入卵的第二道屏障)，雌、雄原核形成
受精卵形成 雌雄原核靠近，核膜消失，形成合子
讨论1：受精过程中卵子的哪些结构发生生理反应可以防止多精入卵？这有什么意义？
透明带和卵细胞膜。防止多个精子进入卵子，导致胚胎染色体数目变异，从而引起发育异常等现象。
讨论2：受精的标志和受精完成的标志分别是什么？
受精的标志是观察到两个极体或雌、雄原核；受精完成的标志是雌、雄原核融合成合子。
讨论3：受精卵中的遗传物质的来源是什么？
细胞核中的遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞；细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
讨论4：精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有什么功能？
体现了细胞膜具有进行细胞间的信息交流的功能。
巩固训练1
受精过程的顺序为（ ）
①卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
②雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵
③精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构
④卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带
⑤雌、雄原核的形成
A．③④⑤②① B．④③①⑤②
C．③①④⑤② D．③④①⑤②　
【答案】D
【详解】受精过程的顺序为：精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构→卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带→卵细胞膜反应→雌、雄原核的形成→雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵。过程应为③④①⑤②。
故选D。
巩固训练2
让人感到神奇的是一个复杂的人体可由一个受精卵发育而来，下列有关叙述错误的是（ ）
A．精子和卵细胞的识别与其表面的糖蛋白有关
B．上述过程体现受精卵具有全能性
C．雌雄原核融合成新核过程体现了核膜具有流动性
D．受精卵到个体涉及细胞分裂和分化
【答案】C
【详解】A、糖蛋白有识别的功能，精子与卵细胞的识别与其表面的糖蛋白有关，A正确；
B、细胞全能性是指细胞分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性，因此上述过程体现受精卵具有全能性，B正确。
C、雌雄原核融合成新核过程，核膜会消失，不能体现核膜具有流动性，C错误；
D、受精卵到个体涉及细胞分裂和分化，细胞分裂能增加细胞的数量，细胞分化能增加细胞的种类，D正确。
故选C。
难点知识二 胚胎早期发育
1.早期胚胎发育的过程
(1)胚胎发育的起点是受精卵，受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，此时胚胎开始发育，即胚胎发育的最初场所是输卵管，以后逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。
(2)桑葚胚阶段细胞均未分化，细胞具有全能性，是胚胎分割的最佳时期。
(3)囊胚阶段开始出现细胞分化，但内细胞团细胞仍具有全能性，可用于胚胎分割。
(4)原肠胚阶段细胞进一步分化，已分化形成外、中、内三个胚层。
2.卵裂期细胞或物质的变化规律
项目 变化 项目 变化
细胞数目 增多 每个细胞内的DNA总量 不变
每个细胞体积 减小 有机物总量 减少
DNA总量 增多 物质种类 增多
讨论5：胚胎发育过程中开始出现细胞分化的阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪些时期？细胞分化的原因是什么？
开始出现细胞分化的阶段是囊胚期。细胞分化最显著的阶段是原肠胚的三个胚层分化形成各种组织、器官。细胞分化的原因是细胞内基因的选择性表达。
讨论6：胚胎发育卵裂期细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么？
卵裂期细胞中有机物减少、每个细胞中DNA的含量基本不变，细胞体积减小。从受精卵到囊胚阶段总体积不变，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因为细胞一直通过呼吸消耗有机物但不从外界吸收。
巩固训练3
图1表示某雄性高等动物的个体发育过程；图2表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中几项指标的变化趋势。下列相关叙述错误的是（　　）
A．桑葚胚和囊胚中含有的细胞都具有全能性
B．图1中“受精卵→幼体”过程，细胞增殖方式是有丝分裂
C．图2中能正确表示相关指标变化的是①④
D．在卵裂阶段，胚胎中有机物种类是增加的
【答案】
【详解】A、桑葚胚细胞都具有全能性，但囊胚中只有内细胞团才具有全能性，滋养层细胞无全能性，A错误；
B、在雄性幼体形成的过程中，细胞增殖方式只有有丝分裂，性成熟后才能进行减数分裂，B正确；
C、在卵裂阶段，胚胎的总体积基本不变，但细胞的数量是增加的，所以DNA总量是增加的，所有细胞核质比值是增加的，所有细胞的体积之和基本不变，由于细胞每时每刻都需要进行细胞呼吸，所以有机物总量是降低的，故图2中能正确表示相关指标变化的是①④，C正确；
D、由于在细胞呼吸过程中会产生更多种类的中间代谢物，另外，细胞分化也会产生新物质，所以胚胎中有机物的种类是增加的，D正确。
故选A。
巩固训练4
2022年3月，中科院宣布了一项重量级世界首创研究，将人的多能干细胞转化为全能性的8细胞期胚胎样细胞（8CLC），即相当于受精卵发育3天状态的全能干细胞。该研究成果可使个体化器官再生成为现实。下列叙述错误的是（　　）
A．8CLC与胚胎卵裂期细胞发育状态相似，体外培养发育至囊胚期开始分化
B．上述转化过程仅发生了细胞分化，但未表现出动物细胞的全能性
C．8CLC能够分裂分化形成将来发育为胎盘和胎膜的滋养层细胞
D．细胞具有全能性的根本原因是含有个体发育的全部或全套基因
【答案】B
【详解】A、体外培养发育至囊胚期开始分化，出现囊胚腔，A正确；
B、将人的多能干细胞转化为全能性的8细胞期胚胎样细胞（8CLC）的过程未表现出动物细胞的全能性，还发生了细胞分裂，B错误；
C、8CLC相当于受精卵发育3天状态的全能干细胞，能够分裂分化形成将来发育为胎盘和胎膜的滋养层细胞以及内细胞团细胞，C正确；
D、细胞内含有个体发育所需的全部或全套基因是细胞具有全能性的内在因素，D正确。
故选B。
一、选择题
1．下列有关高等动物受精作用的叙述，正确的是(　　)
A.在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体时说明卵子已受精
B.精子与卵子结合过程中，卵子完成减数分裂Ⅰ
C.精子细胞膜与卵子细胞膜的融合依靠细胞膜的功能特点
D.获能的精子与卵子相遇后，会释放出多种酶，防止多精入卵
【答案】A
【详解】A、受精过程的标志是观察到雌雄原核或者是观察到两个极体，A正确；
B、精子与卵子结合过程中，卵子完成减数分裂Ⅱ，B错误；
C、精子细胞膜与卵子细胞膜的融合依靠细胞膜的结构特点——具有一定的流动性，C错误；
D、透明带和卵细胞膜分别发生相应生理反应，从而防止多精入卵，D错误。
故选A。
2．哺乳动物的受精是一个非常复杂的过程，下列有关叙述错误的是（ ）
A．受精卵中的细胞质主要来自卵细胞
B．受精时精子的细胞核与卵细胞的核相融合
C．受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方
D．防止多精入卵受精有两道屏障，第一道屏障称为卵细胞膜反应
【答案】D
【详解】A、精子在形成的过程中经过变形的过程，丢掉了绝大多数的细胞质，故受精卵中的细胞质主要来自卵细胞，A正确；
B、受精时精子的细胞核与卵细胞的核相融合，称为一个细胞核，B正确；
C、受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方，C正确；
D、防止多精入卵受精有两道屏障，第一道屏障称为顶体反应，第二道屏障称为卵细胞膜反应，D错误。
故选D。
3．下列关于哺乳动物精子和卵子的发生正确的是（ ）
A．精子形成过程是连续的，一个精原细胞经过减数分裂可直接产生四个精子
B．哺乳动物进入初情期后，在其卵巢中开始出现大大小小的卵泡
C．卵子发生的减数第二次分裂和精卵结合的场所是相同的
D．精子的头部主要含细胞核，中心体发育成它的顶体
【答案】C
【详解】A、一个精原细胞经过减数分裂后可直接产生4个精细胞，精细胞还需要经过变形才能成为精子，A错误；
B、卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在胎儿时期完成的，B错误；
C、卵子产生过程中的减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的，即在受精作用过程中完成的，因此它们的场所是相同的，C正确；
D、精子的头部主要含细胞核，高尔基体发育为它的顶体，D错误。
故选C。
4．精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后，顶体释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列有关叙述错误的是（）
A．细胞中溶酶体酶的释放可造成细胞裂解
B．精子游向卵子所需的能量主要来自线粒体
C．受精卵的形成依赖于生物膜的流动性
D．受精卵细胞中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方
【答案】D
【详解】A、溶酶体内含有水解酶，溶酶体膜破裂后释放出的酶会造成细胞结构的破坏，使细胞裂解，A正确；
B、精子游向卵子所需的能量来自细胞呼吸，而有氧呼吸的主要场所是线粒体，B正确；
C、受精卵的形成依赖于生物膜的流动性，C正确；
D、受精卵中的细胞核遗传物质一半来自父方另一半来自母方，而细胞质遗传物质几乎都来自母方，D错误。
故选D。
5．为研究治疗性克隆技术能否用于帕金森病的治疗，科研人员利用人帕金森病模型鼠进行如下图所示实验，下列有关叙述错误的是（ ）
A．过程①中选择MII中期的卵母细胞有利于细胞核全能性恢复
B．过程②重组细胞培养一般经历了卵裂、桑椹胚和囊胚等过程
C．过程③的关键是利用特定条件诱导胚胎干细胞相关基因表达
D．过程④需要对受体A鼠注射免疫抑制剂以抑制免疫排斥反应发生
答案】D
【详解】A、卵母细胞中含激发细胞核全能性的物质，核移植过程中选择M II中期的卵母细胞有利于细胞核全能性恢复，A正确；
B、过程②重组细胞培养经历了卵裂、桑椹胚、囊胚和原肠胚等过程，B正确；
C、过程③是诱导分化过程，其关键是利用特定条件诱导胚胎干细胞相关基因表达，C正确；
D、过程④移植的神经元细胞是取自该小鼠自身细胞诱导分化而来，不会发生免疫排斥反应，D错误。
故选D。
6．如图是哺乳动物胚胎发育过程中某一阶段的示意图，下列有关叙述正确的是（ ）
A．图中细胞还没有分化，图中①②③依次为透明带、滋养层、内细胞团
B．图中③可发育成胎膜和胎盘
C．此图为卵裂期，遗传物质未发生变化
D．胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化
【答案】D
【详解】AB、图示为胚胎发育过程某一时期示意图，该时期为囊胚期，细胞已经发生了分化，其中①为透明带；②为滋养层，将来发育成胎盘或胎膜；③为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，AB错误；
C、该时期为囊胚期，细胞分化过程中遗传物质未发生变化，C错误；
D、胚胎从①（透明带）中伸展出来的过程叫做孵化，D正确。
故选D。
7．下图表示通过相关技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程，下列叙述正确的是（ ）
A．A表示细胞核，其供体应选用XX性染色体的个体
B．过程①表示去除细胞核，去核时常采用化学处理法
C．进行过程②前必须对受体动物注射适量免疫抑制剂
D．胚胎发育卵裂阶段细胞数目增加，胚胎总体积不变
【答案】D
【详解】A、A为供体体细胞的细胞核，性染色体的组成可为XX或XY，A错误；
B、过程①表示去除细胞核，该过程需要将卵母细胞培养至适当时期再进行，常采用显微操作去核，B错误；
C、②过程是胚胎移植，胚胎移植时，受体对植入胚胎不会产生排斥反应，因此不需要注射免疫抑制剂，C错误；
D、胚胎发育卵裂期胚胎中细胞进行有丝分裂，数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加或略有缩小，D正确。
故选D。
8．下图表示牛的受精作用及早期胚胎发育的部分过程。下列有关叙述正确的是 (　　)
A.图1中各细胞内的DNA分子数目相同
B.图3表明受精作用已经完成
C.同期发情处理能使供体产生更多的图4结构
D.图1到图4的过程发生在输卵管和子宫中
【答案】D
【详解】图1中精子已完成减数分裂过程，而卵细胞与精子结合时，正处于减数分裂Ⅱ时期，卵细胞DNA分子数目为精子的2倍，因此图1中各细胞内DNA分子数目不相同，A错误；
图3中受精卵已经进行了一次卵裂，形成了两个子细胞，B错误；
同期发情处理可以使供体和受体具有相同的生理状态，C错误；
图4为早期胚胎发育过程中形成的原肠胚，图1到图3的过程发生在输卵管中，图4出现在子宫中，D正确。
故选D。
9．小鼠克隆胚胎着床后胎盘发育显著异常，可能是与克隆胚胎中H3K27me3印记基因过度表达有关，H3K27me3印记基因敲除极大地提高了体细胞克隆的成功率。H3K27me3印记基因敲除的实验组克隆小鼠的体重与受精卵来源的小鼠一致，而对照组克隆小鼠的体重显著高于受精卵来源的小鼠；实验组克隆小鼠的胎盘直径和质量也显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致。下列相关分析错误的是(　　)
A.克隆胚胎过大可能是克隆胚胎着床后成活率低的原因
B.克隆胚胎过大的原因可能是克隆胚胎的胎盘过大
C.H3K27me3印记基因过度表达抑制胎盘的发育
D.H3K27me3印记基因的表达产物可能影响早期胚胎滋养层细胞发育
【答案】C
【详解】AB、敲除印记基因极大地提高了体细胞克隆的成功率，实验组克隆小鼠的胎盘直径和质量显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致，说明克隆胚胎过大的原因可能是克隆胚胎的胎盘过大，且克隆胚胎过大可能是克隆胚胎着床后成活率低的原因，A、B正确；
C、H3K27me3印记基因敲除的实验组，克隆小鼠的胎盘直径和质量显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致，说明H3K27me3印记基因过度表达可促进胎盘的发育，C错误；
D、H3K27me3印记基因可影响胎盘的发育，而胎盘是由滋养层细胞发育而来的，故其表达产物可能影响早期胚胎滋养层细胞发育，D正确。
故选C。
10．胎牛血清(FBS)是天然的培养基，能够在多种动物卵母细胞的成熟过程中提供足够的营养物质，起到非常好的促进效果。下表是后期胚胎培养液(CR2后液)中添加不同浓度FBS对牛核移植胚胎发育的影响情况，下列叙述正确的是(　　)　　　
组别 培养液 卵裂率/% 囊胚率/%
对照组 CR2后液 59.17±1.34 13.53±2.04
实验组1 10%FBS＋CR2后液 62.14±1.78 13.78±2.77
实验组2 20%FBS＋CR2后液 68.95±4.15 26.09±2.20
实验组3 30%FBS＋CR2后液 62.02±8.64 8.78±3.20
A.若统计每组实验的桑葚胚率，其数值应小于囊胚率
B.添加20%FBS是促进核移植胚胎发育的最适浓度
C.胚胎培养过程要在CO2培养箱中进行
D.添加不同浓度的FBS对卵裂率和囊胚率均有促进作用
【答案】C
【详解】A、该实验只研究了添加不同浓度FBS对牛核移植胚胎发育的影响，从题表中数据无法得出桑葚胚率小于囊胚率的结论，A错误；
B、题表中信息显示，添加20%FBS的实验组2，其卵裂率和囊胚率都高于对照组和其他实验组，说明添加20%FBS对促进核移植胚胎发育有较好的作用，但不能据此确定该浓度即为最适浓度，应在该浓度两侧缩小浓度梯度继续进行实验，B错误；
C、通常将重构胚置于含95%空气＋5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养，C正确；
D、题表中信息显示，各实验组的卵裂率均高于对照组，说明添加题表中不同浓度的FBS对卵裂率均有促进作用，实验组1、2的囊胚率高于对照组，实验组3的囊胚率低于对照组，说明一定浓度范围内，添加的FBS浓度的升高对囊胚率有一定促进作用，但超过该浓度范围就会起抑制作用，D错误。
故选C。
二、非选择题
11．用化学方法激活小鼠成熟的卵母细胞得到phESC（孤雌单倍体干细胞），然后通过基因编辑技术使phESC中的3个基因沉默，phESC的细胞核状态便可接近精子细胞核的状态，如下图1所示。用化学方法激活小鼠的精子得到ahESC（孤雄单倍体干细胞） ，然后对ahESC中的8个基因进行编辑，ahESC的细胞核便具有卵细胞核的特点，如下图2所示。根据以上资料回答下列问题：

(1)体内受精过程中，防止多精入卵的两道屏障是： 、 ；精子入卵后被激活的卵子完成 ，排出 后，形成 。
(2)用 对雌性小鼠进行处理可得到大量卵母细胞，将这些卵母细胞转化为phESC的过程相当于植物组织培养中的 过程。
(3)ahESC与精子和去核卵细胞融合后，得到的融合细胞的性染色体组成可能是 。
(4)据图1和图2分析可知，只依赖雌性小鼠就可以得到孤雌小鼠，而只依赖雄性小鼠是不能得到孤雄小鼠的，理由是 。
【答案】
(1) 透明带的生理反应 卵细胞膜的生理反应 减数分裂Ⅱ 第二极体（极体） 雌原核
(2)促性腺激素 脱分化
(3)XX、XY或YY
(4)需要将ahESC和另一个精子一起注入一个去核卵细胞中，且重构的受精卵发育成的胚胎必须移植到雌性小鼠的体内才能发育为个体
【详解】（1）防止多精子入卵的两道屏障：①透明带的生理反应：顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应。②卵细胞膜的生理反应：精子外膜和卵细胞融合，精子入卵后，卵细胞膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程。精子入卵后卵子完成减数分裂Ⅱ、排出第二极体、形成雌原核。
（2）用促性腺激素对雌性小鼠进行超数排卵处理可得到大量卵母细胞，这些卵母细胞转化为phESC（孤雄单倍体干细胞）的过程（发生了分裂）相当于植物组织培养中的脱分化过程。
（3）孤雌单倍体干细胞ahESC与精子和去核卵母细胞融合后，得到的融合细胞的性染色体组成可能是XX （含X精子或ahESC自身融合、含X精子和ahESC融合）、XY （含Y精子和ahESC融合）或YY （含Y精子的自身融合）。
（4）据图1和图2分析可知，只依赖雄性小鼠不能得到孤雄小鼠，因为需要将ahESC和另一个精子一起注入一个去核卵细胞中，且重构的受精卵发育成的胚胎必须移植到雌性小鼠的体内才能发育为个体。
12．女性受孕后的子宫内并不是“母慈子孝”的场景，而是一场精彩的斗争。孕早期母体的一系列不适反应，都是这场斗争的表现。请回答下列问题。
(1)进入女性生殖道的精子必须经过________才具备与卵子结合的能力。而排入输卵管的卵子则要进一步成熟，当达到________________________时，才具备与精子受精的能力。
(2)受精卵经有丝分裂形成早期胚胎，要经历桑葚胚→囊胚→具有三个胚层的________→早期胚胎。胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为卵裂期，其特点是____________________________________。由于胚胎细胞近一半的基因是外来的，因此母体会做出自然的排斥反应，而胚胎细胞会分泌人绒毛膜促性腺激素(HCG)，从而抑制母体________细胞(在特异性免疫中起主要作用的一类细胞)的活动，而阻止排斥反应。
(3)度过孕早期后，胎盘会向母体大脑释放一种激素，强行控制母体去补充胎儿所需要的食物。胚胎发育需要什么营养，母体就想吃什么，则胎盘是一个裁判，胎盘是由________________发育而成。
【答案】
(1)获能　减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)　
(2)原肠胚　细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加　淋巴　
(3)囊胚的滋养层细胞
【详解】(1)进入女性生殖道的精子必须经过获能，才具备与卵子结合的能力。而卵子需发育到减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)才成熟，具备与精子受精的能力。
(2)受精卵经有丝分裂形成早期胚胎，要经历桑葚胚→囊胚→原肠胚→早期胚胎。卵裂期的特点是细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。在特异性免疫中起主要作用的一类细胞是淋巴细胞。
(3)胎盘是由囊胚的滋养层细胞发育而成的。
13．回答下列问题。
（1）雄鼠精细胞经过变形， 发育形成精子的顶体，顶体内含有的 能溶解卵丘细胞之间的物质，协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。
（2）雌鼠排卵时，减数第一次分裂尚未完成，此时卵子处于 卵母细胞阶段，当该细胞发育至减数第二次分裂 期时，才具备受精能力。
（3）进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下（光照14h,黑暗10h）饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是 。然后从雌鼠的输卵管（或卵巢）中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是 。再在37℃、5%CO2条件下，精卵共同作用4h，冲洗后继续培养。定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部开始出现裂隙，这是胚胎 期开始的标志。
（4）如果体外受精后，在精核和卵核融合之前，用微型吸管吸除雄核，再用细胞松弛素B（能抑制纺锤体的形成）处理，处理后的受精卵可发育成小鼠。这种育种方法叫 育种,在动物新品种选育中的显著优点是 。
（5）如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于 。
（6）如果将外源基因导入小鼠受精卵，则外源基因可能随机插入到小鼠受精卵DNA中。这种受精卵有的可发育成转基因小鼠，有的却死亡。请分析因外源基因插入导致受精卵死亡的最可能的原因 。
【答案】
（1）高尔基体 顶体酶
（2）初级 中
（3）促进排卵（或超数排卵） 使精子获能 囊胚
（4）单倍体 明显缩短育种年限（时间）
（5）小鼠甲（体细胞）核基因和小鼠乙（卵细胞）的细胞质基因
（6）外源基因的插入使受精卵内生命活动必需的某些基因不能正常表达
【详解】（1）精细胞经变形后，高尔基体发育形成精子的顶体，精子与卵细胞相遇，发生顶体反应，使得顶体内的顶体酶释放出来，溶解放射冠，接着穿过透明带。
（2）雌鼠排卵时，减数第一次分裂尚未完成，此时卵子处于初级卵母细胞阶段，当卵母细胞在输卵管内发育至减数第二次分裂中期时，才具备受精能力。
（3）对雌鼠进行光控周期饲养并注射促进性腺激素，其目的是促进排卵； 从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是使精子获能，因为刚获得的精子，不具备受精能力；卵裂开始后胚胎内部出现裂隙，这是胚胎囊胚期开始的标志。
（4）处理后的受精卵由于只有雌核，而细胞松弛素B处理作用能抑制纺锤体的形成，所以处理后的受精卵染色体数目将加倍，这种育种方法叫单倍体育种，在动物新品种选育中的显著优点是容易获得纯合子并明显缩短育种时间。
（5）将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于小鼠甲（体细胞）的核基因和小鼠乙（卵细胞）的细胞质基因。
（6）若外源基因的插入使受精卵内生命活动必需的某些基因不能正常表达，则插入外源基因的这种受精卵可能会死亡，不会发育成转基因小鼠。
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