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1、选修3 现代生物科技专题,专题3 胚胎工程,基础梳理,基础梳理,1.胚胎工程是指对动物_或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如_、_、_、_等技术。经过处理后获得的_，还需移植到_性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。,早期胚胎,胚胎移植,体外受精,胚胎分割,胚胎干细胞培养,胚胎,雌,2.动物胚胎发育的基本过程（1）受精场所：母体的_。（2）卵裂期：细胞_分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不_，或略有减小。（3）桑椹胚：胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。细胞为_。（4）囊胚：细胞开始出现_（该时期细胞的全能性仍比较高）。聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为
2、_，将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为_。（5）原肠胚：有了_的分化，具有_腔和_腔。,增加,输卵管上段,有丝,原肠,全能细胞,分化,内细胞团,囊胚腔,三胚层,囊胚,探究思考：哺乳动物桑椹胚和囊胚的主要特点是什么？,答案：桑椹胚的细胞数在32个左右，细胞排列致密，形似桑椹，由具有发育全能性的细胞构成。囊胚则出现了细胞分化，聚集于一端个体较大的细胞为内细胞团（ICM），将发育为胎儿本身；沿透明带内壁扩展和排列的个体小的细胞为滋养层细胞，将发育为胎膜和胎盘，为胎儿发育提供营养。,归纳整合,哺乳动物的胚胎发育过程,个体发育包括胚胎发育和胚后发育。哺乳动物的胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程，包
3、括卵裂、桑椹胚、囊胚、原肠胚、胚层分化等主要阶段。（1）卵裂：指合子形成后在输卵管内进行的有丝分裂。细胞数量不断增加，但胚胎的总体积不增加，或略有缩小。（注意：受精卵有动物极和植物极之分。动物极位于受精卵上端，卵黄少，颜色深，比重小，靠动物极的动物半球分裂快；植物极位于受精卵下端，卵黄多，颜色浅，比重大，靠植物极的植物半球细胞分裂慢）,（2）桑椹胚：这一阶段及以前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能干细胞。（3）囊胚：细胞开始出现分化，囊胚中内细胞团的细胞将来发育成幼体，外部细胞即滋养层将来发育成胎膜和胎盘。囊胚进入母体子宫并植入子宫内膜中。（4）原肠胚：形成三个胚层，即外胚层、中
4、胚层、内胚层，内胚层包围的部分为原肠腔。（5）器官的形成：原肠胚的内、中、外三个胚层继续发育形成各种器官原基。它们的分化如下：,跟踪训练,在动物的胚胎发育过程中，早期原肠胚细胞从一个部位移植到另一个部位时，被移植的细胞能适应新的部位并参与新部位器官的形成。但如果在原肠胚的末期，把未来将发育成为蝾螈下肢的部分移植到另一蝾螈胚胎不长下肢的部分，将发育为一条额外的腿，这说明了（）A.原肠胚末期已经出现了组织和器官B.细胞是全能的C.原肠胚末期出现了细胞分化D.原肠胚末期已经出现了三个胚层,解析：从某种程度上说，细胞应具有全能性，但遗传信息的表达是有条件的，即是选择性表达。原肠胚的早期就出现了三个胚层
5、，但细胞并未分化。原肠胚末期组织和器官并未形成，但是出现了细胞的分化，这样，在移植这种细胞后，它们将继续分化发育成特定的组织和器官。答案：C,基础梳理,1.哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于_或_。2.具有_的特性，在形态上表现为体积_，细胞核大，核仁_；在功能上，具有发育的_，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以_而不发生_，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。,早期胚胎,原始性腺,胚胎细胞,小,明显,全能性,增殖,分化,3.胚胎干细胞的主要用途(1)可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；(2)是在体外条件下研究_的理想材料，在培养液中加入_，如牛黄
6、酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示_和_的机理提供了有效的手段；(3)可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等；(4)利用可以被诱导分化形成_的特性，移植ES细胞可使_或_的部位得以修复并恢复正常功能；,细胞分化,分化诱导因子,细胞分化,细胞凋亡,新的组织细胞,坏死,退化,(5)随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导_，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，可用于解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。,分化,归纳整合,干细胞1.概念：动物（包括人）胚胎及某些器官具有自我复制和多向分化发育潜能的原始细胞，这部分细胞未分化或为完全分化，
7、一旦生理需要，它们可以按照一定的途径通过分裂、分化产生机体所需要的细胞。2.分类：干细胞可分为三种类型：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞具有形成机体的任何组织或器官直至形成完整个体的潜能。受精卵是一个最原始的全能干细胞。多能干细胞具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体，如骨髓造血干细胞可以分化出至少12种血细胞。专能干细胞只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞，如神经干细胞只能分化为各种类型的神经细胞。,跟踪训练,（2009 年宁夏卷）下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答：,（1）胚胎干细胞是从动物胚胎发育至_期的内细胞团或胎儿的_中分离
8、得到的一类细胞。（2）图中分化程度最低的干细胞是_。在体外培养条件下，培养液中加入_因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。（3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因_的结果。（4）某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的，骨髓移植的治疗的实质是将上图的_细胞移植到患者体内。（5）若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的_，其原因是_。,（6）若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制，使用该药物可使肝肿瘤细胞停留在细胞周期的_期。（7）在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段，用_细胞与骨髓细胞融合，经多次
9、筛选最终得到能分泌_的杂交瘤细胞。,解析：（1）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,囊胚阶段细胞开始分化为内细胞团和滋养层细胞。（2）图中分化程度最低的干细胞是胚胎干细胞,全能性最高,在体外培养条件下,该种干细胞可诱导分化形成不同类型的组织细胞,培养液中加入分化诱导因子。（3)细胞分化是细胞中基因选择性表达的结果。（4)骨髓是人体的造血组织,存在造血功能干细胞,骨髓移植的治疗的实质是将上图的造血干细胞移植到患者体内。（5）克隆某种哺乳动物需要供体提供细胞核,而成熟的红细胞没有细胞核,所以不能作为供体。（6）细胞周期包括分裂间期和分裂期,分裂间期完成DNA分子的复制和有关蛋白质
10、的合成。（7）单克隆抗体过程中的细胞融合阶段，用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,经筛选最终得到能分泌一种特异性抗体的杂交瘤细胞。,答案：（1）囊胚 原始性腺细胞（2）胚胎干细胞 分化诱导（3)选择性表达（4）造血干（5）红细胞 细胞中无细胞核（6）间（7）B淋巴 特异性抗体,基础梳理,1.体外受精和胚胎的早期培养(1)卵母细胞的采集和培养的主要方法：用_处理，使其排出更多的卵子，然后，从_中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。第二种方法：从刚_中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从_中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与_的精子受精。,促性腺激素
11、,输卵管,屠宰母畜的卵巢,活体动物的卵巢,获能,(2)精子的采集和获能：在体外受精前，要对精子进行_处理。(3)受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。(4)胚胎的早期培养：精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入_中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及_等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向_或_。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到_阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在_移植，人的体外受精胚胎可在_个细胞阶段移植),获能,发育培养
12、液,血清,受体移植,冷冻保存,桑椹胚或囊胚,更早的阶段,4,2.胚胎移植(1)胚胎移植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_其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为_，接受胚胎的个体称为_。（供体为_品种，作为受体的雌性动物应为_或_的品种）地位：如_等任何一项胚胎工程技术所产生的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的_一道“工序”。,最后,相同的,“供体”,“受体”,优良,常见,存量大,转基因、核移植，或体外受精,(2)胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。
13、(3)生理学基础动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是_。这就为供体的胚胎移入受体提供了_。早期胚胎在一定时间内处于_状态。这就为胚胎的收集提供了可能。受体对移入子宫的外来胚胎不发生_。这为胚胎在受体的存活提供了可能。供体胚胎可与受体子宫建立正常的_和_联系，但供体胚胎的_在孕育过程中不受影响。,遗传特性,相同的,相同的生理环境,游离,免疫排斥反应,生理,组织,(4)基本程序对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是_物种。并用激素进行_，用_对供体母牛做_处理。配种或人工授精。对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或
14、输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到_阶段。直接向受体移植或放入196 的_中保存。对_进行移植。移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。,胚胎,同一,同期发情处理,促性腺激素,超数排卵,桑椹胚或胚囊胚,液氮,3.胚胎分割(1)概念：采用机械方法将_切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。(2)意义：来自同一胚胎的后代具有_的遗传物质，属于_繁殖。(3)材料：发育良好，形态正常的_或_。（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）(4)操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割
15、时，要将_均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。,内细胞团,早期胚胎,相同,无性,桑椹胚,囊胚,探究思考：刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？,特别说明：精子和卵子在发生上的重要区别是哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的贮备是在胎儿出生前完成。,答案：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步发育成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。,归纳整合,一、精子、卵子发生的比较1.相同点：两者都是在生殖器官内，经过减数分裂而形成的。2.不同点（1）卵泡的形成和卵巢内的储备，是在出生前完成的，这是
16、两者在发生上的重要区别，但不是唯一区别。（2）精子的发生中减数分裂的两次分裂是连续的，在曲细精管内进行，场所是唯一的。卵子的发生中减数分裂的两次分裂是不连续的，第一次是在卵巢内完成的，第二次是在输卵管中与精子的结合过程中完成的。因此，场所不是唯一的。（3）减数分裂中细胞质的分配、形成成熟生殖细胞的数目和是否需要变形都是两者在发生上的区别。,二、精子的变形过程,注：动物精子的大小与动物的体型大小无关。,三、转基因动物、克隆动物和试管动物的比较,四、几种特殊的生殖方式,跟踪训练,下列叙述正确的是（）A.利用胚胎分割技术可以将一个受精卵分割成许许多多个胚胎B.胚胎移植以防环境因素的干扰，卵子、精子完
17、成受精后要立即移入母体子宫C.卵母细胞采集前，要用性激素处理母体D.卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前完成的，这是精卵发生上的重要区别,解析：哺乳动物卵泡的形成和在卵巢的储备，是在出生前（即胎儿时期）完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别；胚胎分割技术分割的是早期的胚胎，不能无限制分割；胚胎移植技术移植的也是早期胚胎。答案：D,热点聚焦,（2009 年海南卷）请回答下列与哺乳动物精子和卵子发生有关的问题：,(1)精细胞经变形后，高尔基体发育形成精子的顶体，顶体内含有的_能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。(2)某动物排卵时，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
18、发育至减数第二次分裂_期时，才具备受精能力。若在卵黄膜和透明带之间看到两个极体，则表明_过程已完成。,(3)动物的早期胚胎移植到同种且_与供体相同的动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移植。为了获得更多的早期胚胎，常用_激素对供体进行处理，其目的是获得更多的_，经人工受精后可得到早期胚胎。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时，发现活胚胎细胞不能被染色，其原因是活细胞膜_。(4)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体，可对发育到桑椹期或囊胚期阶段的早期胚胎进行_处理，再植入到受体内。若要对早期胚胎进行长期保存，应将其置于_条件下。解析:顶体酶协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带；
19、在卵黄膜和透明带之间看到两个极体，则表明受精过程已完成。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时，发现活胚胎细胞不能被染色，其原因是活细胞膜对物质的吸收具有选择透过性。,答案：(1)顶体酶(2)初级中受精(3)生理状态促性腺卵母细胞对物质的吸收具有选择透过性(4)胚胎分割冷冻(或液氮),名师点睛：获能后的精子，在雌性动物生殖道内与卵子相遇时，会出现精子顶体膨大、精子质膜（外膜）和顶体外膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成顶体外膜出现孔洞，使顶体内储存的与受精有关的酶释放出来参与精子与卵子的受精过程。这种生理现象叫做顶体反应。在精子和卵子受精过程中，当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵
20、黄膜时，卵子发出指令（信号）阻止后续的精子进入透明带的一种反应，叫透明带反应。它是受精作用过程中，防止多精入卵的第一道屏障。当第一个精子进入卵黄膜后，会立即引起卵黄膜的紧缩、增厚，阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精，也叫做多精子入卵阻滞，是防止多精子受精的第二道屏障。多精子入卵的结果将形成多个雄原核与一个雌原核融合完成受精，产生多倍体受精卵，属异常受精现象，意味着受精的失败，不能继续发育和产生后代。,热点训练,如下图表示高等动物卵子的发生过程，请据图回答有关问题。,（1）图中A是_，B是_，E（过程）是指_，阶段C是指个体发育的_（时期），阶段D是指个体发育的_（时期）。（2）当观察到第二极体
21、时，可以表明_。（3）能发生染色体的着丝点分裂的阶段是_（填序号）。（4）阶段存在的变异方式是_。,答案：（1）第一极体 合子 受精 胎儿期 初情期（2）卵子已经完成了受精（3）（4）基因突变、染色体变异,走进实验室,基础再现,1.试管动物技术：是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育成为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。2.体外受精：主要包括卵母细胞采集、精子获能和受精等几个主要步骤。3.胚胎培养液成分一般含有一些无机盐、有机盐和维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及动物血清等物质。胚胎发育到适宜阶段，可以取出向受体移植或冷冻保存。,实验课题：“试管动物”工
22、厂化生产,过程设计,技术流程（以试管牛为例）：,易错归纳,1.良种动物后代的遗传特性是由雄性和雌性的供体所决定的，雌性受体只是提供了胚胎发育的场所，不会影响后代的遗传特性。2.胚胎移植培育流程中有两次使用促性腺激素，第一次是对供、受体进行同期发情处理；第二次用于供体的超数排卵。,精题演习,1.“试管婴儿”技术属于（）A.胚胎移植 B.组织培养C.克隆技术 D.基因工程,解析：胚胎移植指有性生殖细胞在体外结合后，形成的胚胎植入母体的过程；组织培养是指离体的细胞、组织或器官在体外培养的过程；克隆技术是通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体；基因工程指在生物体外，通过对
23、生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。答案：A,2.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养，最后把胚胎送入母牛子宫内，孕育成小牛产出。试分析回答：（1）_属于胚胎工程其他技术的最后一道“工序”，其生殖方式是_。（2）题干中“激素”是垂体分泌的_。（3）为探究该激素对卵巢的作用，现提供如下材料，请设计实验并完成（蛙卵巢活动可通过检查泄殖腔内含有的卵子的情况来分析）。,A.材料用具：小青蛙若干，2 mL注射器2支，小铁丝笼若干，用生理盐水配制的该激素溶液等。B.请写出实
24、验步骤：_。C.请列出实验数据记录表。,答案：（1）胚胎移植 有性生殖（2）促性腺激素（3）B实验步骤：饲养小青蛙至性成熟后，选择生长状况基本相同的若干只雌蛙，分成2等份，分别是实验组和对照组；给实验组每只青蛙注射1 mL激素溶液，放入小铁笼单独培养，并记上“实验”标签；给对照组每只青蛙在相同部位注入1 mL生理盐水，放入小铁笼，与实验组在相同条件下单独饲养，并记上“对照”标签；相同时间后，检查每只蛙的泄殖腔内是否有卵子，并记数、统计；记录实验结果并分析C.实验数据记录表（略）,课时作业,1.（2009年广东卷）正常精细胞形成精子的过程中，细胞的很多结构退化消失，但保留了大量线粒体，因为线粒体
25、可以合成精子运动所需的（）A.乙醇 B.ATPC.胰岛素 D.淀粉,解析：本题考查细胞器线粒体的功能“动力工厂”。线粒体是有氧呼吸的主要场所，精子运动需要的直接能源物质是ATP，主要由线粒体合成。答案：B,2.表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛。产生这一结果最可能的原因是（）A.试管动物培养 B.胚胎移植C.胚胎分割移植 D.受精卵移植,解析：表现型不同的母牛，其基因型一定不同，生育出基因型完全相同的小牛，根据题目给出的选项，最可能是胚胎分割移植，该技术可提高牛的产仔率。答案：C,9.干扰素是能够抑制多种病毒复制的抗病毒物质。科学家利用基因工程技术从人的T淋巴细胞中提取干扰素基因转入牛
26、的基因组中，培育出牛乳腺生物发生器，使牛乳汁中含有人体干扰素。下图1是利用多种生物工程技术获得转基因牛的基本操作流程，图2是图1中A阶段部分过程。请分析回答：,（1）为获得更多的卵母细胞，通常给供体母牛注射。（2）为了能确定目的基因已经导入到受精卵，相应的载体需要有 以便于进行检测。（3）B操作指。A应保证发育到 阶段，才能进行B操作。（4）为同时获得多个完全相同的子代个体，可在进行B操作之前进行。（5）在图2中数字部位的细胞在功能上具有 特性，可诱导形成各种组织、器官用于恶性肿瘤的治疗及研究细胞分化和细胞凋亡的机理等。,答案：（1）促性腺激素（2）标记基因（3）胚胎移植 囊胚（桑椹胚）（4）胚胎分割（5）自我复制和多向分化潜能（自我更新和发育的全能性）,祝,您,学业有成,
