幻灯片 1专题3 胚胎工程
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一、胚胎工程的概念
是指对动物 所进行的多种显微操作和处理技术，如体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术，经过处理后获得的胚胎还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。
早期胚胎或配子
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幻灯片 3二、体内受精和早期胚胎发育
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幻灯片 6三、体外受精和早期胚胎培养
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幻灯片 7四、胚胎工程的应用及前景
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幻灯片 10(教师资源·备选题库)
1．(2013年常州模拟)下列哪一项不是精子、卵细胞发生的区别( )
A．初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间
B．MⅠ和MⅡ的时间连续性
C．成熟生殖细胞是否经过变形
D．成熟生殖细胞中染色体的数量
解析：初级精母细胞是雄性动物初情期开始后，才由精原细胞分裂形成的，而初级卵母细胞是在胎儿期性别分化后完成的。精子的产生过程中，MⅠ和MⅡ是连续的，而卵细胞产生通过MⅠ形成次级卵母细胞，在精子与卵子的结合过程中才完成MⅡ。精子细胞形成后变形为蝌蚪状，卵细胞不需要变形。成熟的精子和卵细胞经过减数分裂形成，都含有相当于亲本体细胞一半的染色体数目。
答案：D
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幻灯片 112．(2013年江苏盐城调研)下列有关哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述正确的是( )
A．移植用的胚胎一般取桑椹胚或囊胚
B．滋养层细胞发育成胎膜和胎盘是在囊胚期
C．分割囊胚阶段的内细胞团不要求均等
D．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加
解析：因桑椹胚或囊胚时期的细胞未分化，所以移植的胚胎一般取桑椹胚或囊胚；滋养层细胞发育成胎膜和胎盘是在原肠胚期；对囊胚阶段的内细胞团的分割要求均等；卵裂期胚胎中细胞数目增加，但有机物总量在不断减少。
答案：A
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3．(2013年金华统考)下列有关动物细胞克隆和胚胎工程的叙述正确的是( )
A．从个体中分离出单个组织进行培养是细胞克隆的最基本要求
B．成纤维细胞间的胶原纤维可用纤维素酶水解
C．在人胚胎发育过程中只有受精卵具有全能性
D．选择胚胎干细胞作为核供体进行核移植可提高动物克隆的成功率
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解析：动物细胞克隆不是对体内分离出的体细胞进行培养，而是培养核移植形成的重组细胞；细胞间的胶原纤维成分是蛋白质，需要用胰蛋白酶处理将细胞分离；人胚胎发育过程中，桑椹胚以前的细胞和囊胚期的内细胞团细胞也有发育的全能性；具有全能性的胚胎干细胞的核全能性更容易表达，故D正确。
答案：D
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幻灯片 144．新疆塔城地区种牛场成功运用胚胎分割技术，使一头美国褐牛顺利产下一对同卵双胞胎公牛犊。下列关于胚胎分割技术叙述正确的是( )
A．胚胎分割可将早期胚胎任意分割成多份
B．胚胎分割技术可获得同卵双胎或多胎
C．胚胎分割技术应属于有性生殖
D．胚胎分割可以选择任意时期的胚胎进行
解析：胚胎分割常选择桑椹胚或囊胚时期的胚胎，一般分割成同卵双胎，并不能任意分割成多份。胚胎分割实质是动物无性繁殖(或克隆)的方法。
答案：B
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5．胚胎工程等生物工程技术正在改变着人类的生活。请回答下面相关问题：
(1)试管婴儿的奥秘，通俗地说就是改变精子和卵子的相遇方式及场所，通过诱发________与________在体外培养皿中完成受精作用。
(2)用来培养受精卵的营养液除水和无机盐以外，还需添加________________________________________________________________________等物质。
(3)体外受精及培养过程需在________℃条件下及无菌环境中进行。母体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生________，这为胚胎在母体内存活提供了可能。
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幻灯片 16(4)为了确保受孕成功常根据母体年龄及健康状态移植________。现在大多数人反对设计婴儿性别，原因是________________________
________________________________________________________________________。
解析：精子只有获能后才具有受精能力；动物细胞培养液中需用有特殊成分——动物血清；整个体外过程需要在与母体内温度相同的无菌环境中进行。为保证胚胎在母体内的成活率，通常移植2～3个胚胎。
答案：(1)超数排卵 获能的精子
(2)维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清
(3)37 免疫排斥反应
(4)2～3个胚胎 可能破坏人类正常性别比例
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幻灯片 17考点一 受精与胚胎发育
1．体内受精与胚胎发育
(1)精子和卵子发生的比较
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幻灯片 19(2)受精作用
①受精作用的场所：输卵管。
②受精前的准备阶段
a．精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。
原因解释：精液由精子和精清(精浆)两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。
b．卵子的准备：在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具有与精子受精的能力。
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③受精阶段——四步曲
第一步：精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质，透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。
第二步：精子进入卵黄膜。卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步：原核形成。雄原核形成和雌原核形成。
第四步：合子形成。雌雄原核融合形成合子(受精卵)。
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[特别提醒]
(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)排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是指卵泡从卵巢中排出。
(3)受精标志是在透明带和卵黄膜之间观察到两个极体，而受精完成的标志为雌雄原核的融合。
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幻灯片 22(3)胚胎发育过程
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。
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幻灯片 23③桑椹胚以前的细胞均未分化，细胞全能性最高，是胚胎分割的最佳时期。
④桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
[特别提醒]
(1)个体发育起点是受精卵的分裂，终点是性成熟个体的形成。
(2)发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞，原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿整个个体发育过程中。
(3)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。
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幻灯片 242．体外受精与胚胎的早期培养
(1)体外受精的原理：人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等)，使初级卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。
(2)体外受精主要操作步骤
①卵母细胞的采集
方法一：对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后直接从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。
方法二：对大型动物一般采用从活体的卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能的精子在体外受精。
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幻灯片 25②精子的采集和获能
采集方法：假阴道法、手握法和电刺激法等。
获能方法：培养法和诱导法。
③受精：获能精子和成熟卵子在共同培养一段时间后便可受精。
(3)胚胎的早期培养
①培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。
②培养液的成分：水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等。
③胚胎去向：冷冻保存、移植到受体动物子宫内培养。
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1．(2013年潍坊模拟)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)①②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，可用________激素对其进行超数排卵处理。
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(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。
(4)生产上常用________期的胚胎进行②进程，应用试管动物的优势在于____________________________________。
解析：培育试管动物首先选择遗传性能优良的母牛，应用促性腺激素进行超数排卵处理，获取的卵子培养到减数第二次分裂中期进行体外受精，等胚胎发育到桑椹胚或囊胚期时进行胚胎移植 。应用试管动物技术可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力，短时间内获得大量优良个体。
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答案：(1)体外受精 胚胎移植
(2)遗传性能和生产性能优秀 促性腺
(3)减数第二次分裂中期 无菌无毒的环境
(4)桑椹胚(或囊胚) 充分发挥雌性优良个体的繁殖能力
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考点二 克隆动物与胚胎移植
1．试管动物与克隆动物的比较
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2.胚胎分割
(1)概念：采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
(2)选择的胚胎：发育良好的、形态正常的桑椹胚或囊胚。
(3)使用的主要仪器：实体显微镜和显微操作仪。
(4)特点：后代具有相同的遗传物质。
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幻灯片 323．胚胎移植
(1)概念：是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。
(2)胚胎移植的基本程序
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幻灯片 34(3)实质：是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。
(4)优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，从而大大缩短了供体本身的繁殖周期，大大推动了畜牧业的发展。
(5)胚胎移植成功与否要有两个条件
①胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。
②进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。
(6)胚胎移植的意义：①加速育种工作和品种改良；②大量节省购买种畜的费用；③一胎多产；④保存品种资源和濒危物种；⑤可充分发挥优秀个体的繁殖潜能，缩短繁殖周期，增加一生繁殖的后代数量。
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2．自然情况下，牛的生育率很低，通过现代科技手段，可以实现良种牛的快速繁殖。请按照提示，回答下列问题：
(1)使一头良种雄性黄牛，在一年内繁殖数百头后代，最简便的方法是______________________________________________。
(2)现有一头良种雌性黄牛，采用胚胎移植的方法，可使这头良种牛一年生下数十头自己的后代。其操作过程中需要用激素对该良种母牛(供体)和代孕母牛(受体)进行________处理；还要用激素使供体母牛________________。胚胎收集的过程也叫做________。用于移植的胚胎应发育到________或________阶段。
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幻灯片 36(3)采用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和________________。体外受精主要包括________________、________________和________________等几个主要步骤。
解析：(1)通过人工授精的方法，可以在短时间内大量繁殖优良品种。(2)胚胎移植进行前，首先要对供体母牛和代孕母牛进行同期发情处理，同时还要用激素处理供体母牛使其超数排卵；人工收集发育到桑椹胚或囊胚阶段的胚胎进行移植。(3)试管动物技术包括体外受精和胚胎早期培养，体外受精又包括精子的采集和获能、卵母细胞的采集和受精三个阶段。
答案：(1)人工授精 (2)同期发情 超数排卵 冲卵 桑椹胚 囊胚 (3)早期胚胎的培养 卵母细胞的采集 精子的采集和获能(精子的获取) 受精
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考点三 干细胞培养与应用分析
1．概念：(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。
2．特点
(1)形态：体积小、细胞核大、核仁明显。
(2)功能：具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
(3)体外培养ES细胞可以增殖而不分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。
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3．种类
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幻灯片 394.培养关键：需要一种能促进胚胎干细胞的生长、但抑制其分化的一种培养体系，这种体系就是胚胎成纤维细胞。
5．培养过程
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6．胚胎干细胞的主要用途
(1)将胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物。
(2)基因敲除，获得移植器官。
(3)培育出人造组织器官，用于器官移植。
(4)改良创造动物新品种。
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3．现在有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血，在以后他生长发育过程中如果出现了某种难治疗的疾病，就可以通过血液中的干细胞来为其治病，关于这个实例说法正确的是( )
A．用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，需要激发细胞的所有全能性
B．用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病
C．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用到细胞培养技术
D．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，应该长期给他使用免疫抑制药物
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解析：用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，不需要激发细胞的所有全能性。用脐带血中的干细胞只能培育出人体的许多器官，用来移植，但不是所有疾病都能治疗，如流行性疾病。如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用细胞培养技术；如果要移植用他的干细胞培育出的器官，由于是自身的细胞培育成的，没有免疫排斥反应，所以不用长期给他使用免疫抑制药物。
答案：C
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幻灯片 43类型一 胚胎移植的概念辨析
[例1] (2013年台州模拟)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超数排卵，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须保持一致
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．须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
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[解析] 胚胎移植是将雌性动物的早期胚胎或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体。胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁育后代的过程，此过程的胚胎属有性生殖的产物，克隆是无性生殖的一种主要手段。
[答案] C
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幻灯片 45类型二 胚胎工程的应用
[例2] 下面是畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答：
(1)方法Ⅰ和方法Ⅱ均用到的生物技术有________和________。
(2)用激素处理的目的是使B牛________，从B牛体内获得的卵子需要培养到________(时期)才能与精子结合。
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幻灯片 46(3)A牛的精子必须在B牛的生殖道中经过相应的生理变化后，才能与B牛的卵子结合，完成受精作用，这个过程叫________。卵子受精的标志是在卵黄膜和透明带的间隙能够观察到________。
(4)生产上常用________期的胚胎进行胚胎移植。若希望同时获得多个性状相同的家畜个体，可以使用________技术。
[解析] 图示方法中Ⅰ为利用胚胎移植的方法培育试管牛，Ⅱ为克隆牛技术，两者均用到动物细胞培养和胚胎移植技术；进行体外受精前，要用促性腺激素处理促使B牛超数排卵，采集卵子后，应培养到减数第二次分裂中期；精子在受精前要经过获能过程，受精后卵子即可完成分裂进程，排出第二极体，所以在透明带和卵黄膜的间隙中可以看到两个极体；为保证移植胚胎的成活率，应在囊胚期或桑椹胚期移植，经胚胎分割还可获得多个性状相同的个体。
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[答案] (1)动物细胞培养 胚胎移植
(2)超数排卵 减数第二次分裂中期
(3)精子获能 两个极体
(4)桑椹胚(或囊胚) 胚胎分割
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幻灯片 48类型三 胚胎分割移植
[例3] 如图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程，请回答下列问题：
(1)A细胞是________，在进行体外受精前要对精子进行________处理。
(2)进行胚胎分割时，应选择发育到________时期的胚胎进行操作。
(3)②指的是________。
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幻灯片 49(4)通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有相同遗传性状的根本原因是___________________________________。
(5)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意________________ ____________________________________。
(6)受体母牛必须和供体牛属于________。移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是________________。
[解析] 本题考查胚胎工程的应用。将获能精子与处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞融合即可得到受精卵，受精卵经过体外培养形成早期胚胎，为了快速繁育优良品种，可以采用胚胎分割的技术手段，即选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行分割，分割后产生的个体因为所含的遗传物质相同，所以性状表现很相似。
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在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。大量的研究已经证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
[答案] (1)(次级)卵母细胞 获能 (2)桑椹胚或囊胚 (3)囊胚腔 (4)具有相同的遗传物质 (5)胚胎分割要将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育 (6)同一物种 受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应
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幻灯片 52本小节结束
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