高考生物一轮复习 33胚胎工程课件 教科版选修3.ppt

第3讲胚胎工程 动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础 胚胎工程及其应用 知识点一受精作用与胚胎发育过程1 动物的胚胎发育 指受精卵发育成的过程2 新生命的起点 幼体 受精卵 精卵识别 质膜 特异性相互识别的蛋白 4 胚胎发育的过程 知识点二体外受精与体外胚胎培养1 胚胎工程 1 含义 在过程中进行的操作技术 2 技术 主要包括体外受精 胚胎移植 胚胎干细胞培养等 3 研究对象 主要限定于高等脊椎动物 特别是 2 体外受精和体外胚胎培养 1 精子的采集及获能 从中取出成熟的精子 放入培养液中培养 使其达到状态 胚胎发育 胚胎 胚胎体外培养 胚胎分割 哺乳动物 附睾 获能 2 卵细胞的采集 最常用的方法是卵巢经处理后 用穿刺针吸取 连同卵母细胞 取出 然后在体外进行人工培养 促进其成熟 3 受精 的精子和的卵细胞在体外合适的环境下共同培养一段时间 便可受精 4 受精后形成的受精卵需经早期发育培养 才能完成植入和着床 通常移植的适宜时期是发育到的胚胎 5 胚胎体外培养 早期胚胎在中的发育 胚胎不同发育期需要 尚无从受精卵到新生儿的全体外胚胎培养技术 超数排卵 卵泡液 获能 成熟后 8细胞以上 人工创造的环境 不同培养液 思考1 进行胚胎体外培养时 不同发育时期的胚胎所用培养液成分是否相同 为什么 提示 不相同 由于胚胎不同发育时期生理代谢的需求不同 进行胚胎体外培养时 必须配制一系列含有不同成分的培养液 用以培养不同发育时期的胚胎 知识点三胚胎移植和胚胎分割1 胚胎移植 1 概念 指将经济价值较高 遗传性状优良的母畜 经过激素处理 使其后受精 然后将发育的早期胚胎分别移植到的代孕母的子宫内 通过代孕母妊娠产仔的技术 2 供体 指提供胚胎的动物 3 受体 代孕母 接受胚胎的动物 4 过程 供体母畜 早期胚胎同期发情排卵 但未经配种的受体的相应部位后代 5 意义 胚胎工程中的唯一方法 超数排卵 同期发情 获得后代 同卵多仔 快速繁殖 良种高 知识点四胚胎干细胞1 来源 2 培养 一般用作饲养层培养胚胎干细胞 这样可以促进干细胞生长的同时抑制干细胞的 3 获取 把放到有的培养液中培养 直到内细胞团突出饲养层外 用或机械剥离内细胞团 再把它用酶消化成单个细胞 置于新鲜培养液中培养 囊胚内细胞团 胚胎成纤维细胞 分化 胚胎干细胞 饲养层 酶消化 4 应用 1 胚胎干细胞核移植 将移植到中 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的技术 2 用干细胞克隆器官 为提供器官 思考2 胚胎成纤维细胞在胚胎干细胞培养中有什么作用 提示 胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑制细胞分化的物质 用胚胎成纤维细胞作饲养层培养胚胎干细胞 在促进干细胞生长的同时还可抑制干细胞的分化 胚胎干细胞核 去核卵细胞 器官移植 受精过程 四步曲 判断正误 1 在胚胎移植时 受体母畜必须经过免疫学检验以防止排斥外来胚胎 2 用于移植的早期胚胎不一定是由受精卵发育而来 3 哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集 精子的获取和受精等几个主要的步骤 4 卵母细胞的采集往往需要进行超数排卵处理 5 体外受精后获得的受精卵需要立即移入母体子宫进行妊娠 以保证成活率 巧记胚胎移植成功的 四大 保障 生理学基础 胚胎干细胞克隆 胚胎发育与胚胎工程 高考地位 5年13考 2012 浙江理综 2 江苏单科 9 山东理综 35 典例1 2012 浙江理综 2 下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述 正确的是 a 绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性b 卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大c 囊胚的滋养层细胞具有发育全能性d 原肠胚发育分化形成内外两个胚层 解析此题考查受精作用与胚胎发育的相关知识 精卵细胞的识别具有物种特异性 卵细胞受精时 一般只能接受同种生物的精子 a正确 受精卵开始的几次卵裂 由于没有接受外来营养物质 细胞数目虽在增加 但卵裂球细胞总体积并没有增大 甚至略有减小 b错误 囊胚由滋养层和内细胞团组成 滋养层细胞没有发育全能性 将来发育成胚胎的附属结构 内细胞团细胞才具有发育全能性 c错误 原肠胚已有外 中 内三个胚层的分化 d错误 答案a 胚胎工程包括早期胚胎发育 早期胚胎的培养 胚胎工程中一些操作技术等内容 这些知识在高考真题中都有考查过 考查胚胎工程时 常常与其他知识结合起来考查 如与动物的个体发育和减数分裂联系起来进行考查 还可结合基因工程 克隆技术等进行综合考查 1 胚胎发育 1 过程 受精卵 卵裂期 桑椹胚 囊胚 原肠胚 2 图示 2 胚胎工程 1 胚胎工程基本操作流程 2 胚胎移植分析 供体 与 受体 的确定 供体为具有人类所需优良遗传性状的品种 作为受体的雌性动物应为具有正常孕育 生殖后代能力常见或存量大的品种 实质 胚胎移植实质上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 优势 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 缩短供体本身的繁殖周期 胚胎移植过程中两次使用激素 第一次用孕激素对受 供体进行同期发情处理 第二次用促性腺激素对供体进行处理使其超数排卵 3 胚胎分割分析 胚胎分割对囊胚阶段的胚胎进行分割时 必须将内细胞团均等分割 内细胞团一般到囊胚阶段才出现 它是发育成胚胎本身的基础细胞 其他细胞为滋养层细胞 只为胚胎和胎儿发育提供营养 若分割时不能将内细胞团均等分割 会出现含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良 甚至不能发育等问题 胚胎移植是有性生殖还是无性生殖取决于胚胎是由受精卵形成的还是由核移植技术形成的重组细胞发育而成的 1 体外受精时 精子与卵子在体外结合前 需要对精子进行获能处理 并将卵母细胞培养成熟至减数第二次分裂中期 2 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 训练1 胚胎移植是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程 下图为牛胚胎移植示意图 据图分析下列叙述正确的是 a 同期发情处理与过程a使用的是同一种激素b 过程b的生理基础是供体与受体生理环境相同c 过程c有手术法和非手术法两种方法d 图中供体母牛 供体公牛和受体母牛均要求遗传性能优秀解析据图可知 过程a b c依次是超数排卵 冲卵 胚胎移植 过程b是从供体母牛子宫内冲洗出胚胎 其生理基础是早期胚胎处于游离状态 未与母体子宫建立组织上的联系 与受体无关 对供体母牛和供体公牛要求选择遗传性能优秀的个体 答案c 训练2 2013 安徽安庆二模 如图为培育 转基因试管牛 的基本过程示意图 请据图回答下列问题 1 a过程一般用 激素处理供体母牛 使其超数排卵 此前需用激素对供体母牛和代孕母牛进行 处理 2 采集到的精子在进行体外受精前必须进行 处理 采集的卵母细胞也需要培养成 才能受精 3 b过程通常用 法将含有抗凝血酶基因的表达载体导入受精卵 这样培育出来的试管牛进入泌乳期后 即可从其乳汁中分离出所需的 这一药用蛋白 解析通常采用孕激素对供体母牛和代孕母牛进行同期发情处理 这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存和发育的条件 这也是胚胎移植成功与否的关键 其后还要用促性腺激素处理供体母牛 使其超数排卵 将目的基因注入动物细胞常用显微注射法 所培育的转基因牛的乳汁中可分离出该目的基因的表达产物 抗凝血酶 答案 1 促性腺同期发情 2 获能成熟的卵细胞 3 显微注射抗凝血酶 闪记胚胎移植中的 二 二 一 胚胎工程的应用 高考地位 5年6考 2010 江苏卷 山东理综 35 17 2009 辽宁 宁夏卷 41 典例2 2013 无锡重点中学调研 如图为某科研小组采用 基因靶向 技术先将小鼠的棕褐毛色基因导入黑色纯种小鼠的胚胎干细胞 es细胞 中 再将改造后的胚胎干细胞移植回囊胚继续发育成小鼠的过程 据图分析不正确的是 a 该过程使用的工具酶是dna连接酶和限制性核酸内切酶b 完成第 步操作得到由两个dna切段连接成的产物 必定是载体与棕褐毛基因形成的重组dna分子c 第 步操作后 还需经过筛选目的基因已成功转移的胚胎干细胞的过程 才能将该胚胎干细胞注射到囊胚中d 改造后的胚胎干细胞移植回囊胚能继续发育成小鼠 其根本原因是细胞核中含有一整套的遗传物质 解析完成第 步操作后得到的由两个dna切段连接成的产物有可能是载体 目的基因 载体 载体 目的基因 目的基因三种重组dna分子 该过程中基因工程部分使用了工具酶 限制性核酸内切酶和dna连接酶 完成目的基因的获取和基因表达载体的构建 完成导入后 需筛选出已经获得目的基因的胚胎干细胞才能将胚胎干细胞注射到囊胚中 改造时只是导入了棕褐毛基因而没有改变胚胎干细胞原有的遗传物质 改造后的胚胎干细胞中仍保留了小鼠的全套遗传物质 答案b 胚胎工程的内容是浙科版教材新增添的内容 也是生物技术的重要组成部分 它越来越成为各国研究的重点和科技竞争的热点 这也将成为今后高考的热点 预计2014年可能会以最新的胚胎工程和干细胞培养的研究成果为背景 对学生的获取信息的能力和结合应用知识的能力进行考查 应重点关注 1 胚胎干细胞 es细胞 及其特点 1 概念 是由早期胚胎 囊胚 的内细胞团分离出来的 类细胞 2 特点 形态 体积小 细胞核大 核仁明显 功能 具有发育的全能性 可分化出成体动物的所有组织和器官 体外培养的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 2 胚胎干细胞的类型 3 胚胎干细胞培养 1 培养关键 需要一种能促进胚胎干细胞的生长 但抑制其分化的培养体系 这种体系用于饲养层的细胞一般是胚胎成纤维细胞 2 培养过程 4 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 胚胎移植后由受体产生克隆动物 操作流程如下 2 通过基因敲除 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 胚胎干细胞培养 应用 查漏补缺 1 胚胎干细胞是在体外条件下研究细胞分化的理想材料 在培养液中加入分化诱导因子 如牛黄酸等化学物质时 就可以诱导es细胞向不同类型的组织细胞分化 这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段 2 利用胚胎干细胞可以被诱导分化形成新组织细胞的特性 移植胚胎干细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能 3 随着组织工程技术的发展 通过胚胎干细胞体外诱导分化 定向培育出人造组织器官 用于器官移植 解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题 训练3 2013 浙江台州一模 3 科学家成功地将胚胎干细胞在体外定向诱导分化为用于糖尿病治疗的胰岛素分泌细胞 关于胚胎干细胞的培养 分化条件的叙述错误的是 a 通常用液体培养基进行培养b 培养液中需添加无机盐 以维持细胞渗透压c 牛血清含血浆蛋白 生长因子 激素等多种物质 对维持细胞的生长具有重要的作用d 加胚胎成纤维细胞既可促进胚胎干细胞生长又可诱导干细胞分化 解析胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑制细胞分化的物质 满足促进干细胞生长的同时抑制干细胞分化的条件 答案d 训练4 如图是胚胎干细胞分离途径示意图 下列说法正确的是 a 图中a所示细胞将来能够发育成胎膜和胎盘b 胚胎干细胞的体积和细胞核都较小c 胚胎干细胞可以增殖而不发生分化d 利用胚胎干细胞培育的人造器官正在大规模应用解析图中a是内细胞团细胞 将来能够发育成除胎膜和胎盘外的其他组织和器官 胚胎干细胞的体积较小 细胞核较大 在体外培养情况下 可以只增殖而不发生分化 利用胚胎干细胞可以诱导形成器官 但目前并没有大规模应用 答案c 训练5 用胚胎干细胞 es细胞 定向诱导分化出人造组织器官进行自体移植 可以解决临床上存在的供体器官不足和移植后免疫排斥的问题 下图表示胚胎干细胞分离和定向诱导分化的流程图 其中 为细胞或细胞结构 为操作过程 下列叙述与图中相符的是 a 图中所涉及的现代生物技术有体细胞核移植技术 细胞培养技术b 图中es细胞是由 分离来的 此外还可以从原始性腺中分离c es细胞在饲养层细胞上会向不同类型的组织细胞分化d 过程v的结果多种多样的原因在于es细胞具有发育的全能性 解析图中 过程是将供体细胞的细胞核注入到由 提供的细胞质中 获得核质重组的细胞 即体细胞核移植技术 过程 涉及细胞培养技术 图中 为滋养层细胞 是内细胞团 es细胞可以由囊胚的内细胞团细胞 或原始性腺中分离出来 es细胞在饲养层细胞上能够维持不分化的状态 过程v是诱导分化 其结果多种多样的本质原因是基因的选择性表达 答案a 易混点对卵裂阶段物质含量和体积大小的变化模糊不清点拨 1 卵裂阶段的细胞分裂方式 有丝分裂 2 受卵膜制约 从受精卵到囊胚阶段总体积不变或略有减小 所以每个细胞体积减小 3 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 4 该过程中有机物总量减少 因为一直呼吸消耗但不从外界吸收 规避1个易混点 2个易失分点 辨析1个误区 易失分点1不明确胚胎移植时两次使用激素处理的对象及目的点拨胚胎移植时涉及两次激素处理 第一次 对供受体使用促性腺激素或孕激素 进行 同期发情 处理 第二次 对供体施以促性腺激素 促其 超数排卵 易失分点2不明确胚胎工程工序中的两次 检查 点拨两次检查 1 收集胚胎检查 2 移植后是否妊娠检查 1个误区误认为 冲卵 即冲出 卵子 点拨冲卵含义 冲出早期胚胎 不是冲出卵子 体外受精过程中的冲卵冲出的是卵子 纠错演练1 下图表示蛙的受精卵发育至囊胚的过程中 dna总量 每个细胞体积 所有细胞体积之和 有机物总量的变化趋势 横坐标为发育时间 其中正确的是 a b c d 解析蛙受精卵发育至囊胚的过程中 由于细胞不断分裂 故dna的总量逐渐增多 又因细胞分裂所需的营养全部来自卵黄 并非来自外界 故分裂后的细胞体积越来越小 事实上 由于细胞分裂等生命活动的消耗 其有机物总量会减少 答案a 2 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 实质上是用特定装置 将供体母牛子宫内的 冲洗出来 4 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 5 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 解析本题考查胚胎移植的基本程序及相关操作的原理 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有受精能力 冲卵 实质上是将早期胚胎从供体母牛子宫内冲出 胚胎移植的时期是桑椹胚或囊胚阶段 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 答案 1 促性腺激素 2 减数第二次分裂的中期 3 早期胚胎 4 桑椹胚或囊胚 5 胚胎分割 1 2011 浙江高考 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 胚胎发育过程与胚胎工程 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 丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内解析甲过程的目的是采集卵母细胞并培养成熟 可通过注射促性腺激素促进母山羊超数排卵 乙过程的目的是促进精子和卵细胞结合 完成受精作用 受精是在获能溶液或专门的受精溶液中进行 而早期胚胎培养是在发育培养液中进行 丁过程是胚胎移植 是将早期胚胎移植到同种的 生理状态相同的雌性动物子宫内使之继续发育 答案a 2 2012 山东理综 35 毛角蛋白 型中间丝 kif 基因与绒山羊的羊绒质量密切相关 获得转kif 基因的高绒质绒山羊的简单流程如图 1 过程 中最常用的运载工具是 所需要的酶是限制酶和 2 在过程 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 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 解析此题综合考查基因工程 细胞工程 胚胎工程等知识 1 构建基因表达载体时 一般需用同一种限制酶切割目的基因和载体 以产生相同黏性末端 并用dna连接酶连接成重组表达载体 常用的载体是质粒 2 利用胰蛋白酶或胶原蛋白酶可将动物组织分散成单个细胞 动物细胞培养时 需将细胞置于5 co2的气体环境中 co2的作用是维持培养液的ph 3 运用超数排卵法可获得更多的卵母细胞 常