高考生物一轮总复习 选修3 专题3 胚胎工程课件（选修3）.ppt

专题3胚胎工程 一 体内受精和早期胚胎发育1 精子和卵子的发生 1 精子的发生 曲细精管 初情期后 场所 睾丸的 时间 到生殖机能衰退 2 卵子的发生 卵巢 初情期后到生殖机能衰退 场所 输卵管 时间 胎儿时期以及 2 受精过程 1 场所 输卵管 2 过程 准备阶段 减数第二次分裂中期 a 精子获能 正常情况下在雌性动物的生殖道内完成 b 卵子的准备 发育到 才具备 与精子受精的能力 透明带反应 卵细胞膜反应 受精阶段 顶体反应 穿越放射冠 屏障1 穿越透明带 屏障2 进入卵黄膜 原核形成 配子结合成受精卵 3 胚胎发育 受精卵 卵裂 囊胚 内细胞团 组织器官的分化 二 体外受精和早期胚胎培养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 并通过培养发育为 后 再经移植产生后代的技术 桑椹胚 原肠胚 早期胚胎 2 体外受精 促性腺 超数排卵 1 卵母细胞的采集和培养 用 激素进行 借助超声波探测仪 内窥镜等从活体动物卵巢中吸取卵母细胞 2 精子的采集和获能 采集 假阴道法 手握法 电刺激法 精子体外获能的方法 肝素 发育 冷冻 3 体外受精 获能的精子和培养成熟的卵子 一般都可在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程 3 早期胚胎培养 将受精卵移入 培养液中 发育到适宜阶段 将其取出向受体移植或 保存备用 三 胚胎工程的应用和前景 1 胚胎移植 同种的 生理状态相同 1 受体 的其他雌性动物 2 意义 充分发挥雌性优良个体的 大大缩短了供体本身的 增加供体一生繁殖后代的 数量 从而推动了畜牧业的发展 繁殖潜力 繁殖周期 3 基本程序 对供 受体的选择和处理 对胚胎的收集 检查 培养或保存 移植后检查 配种或进行人工 胚胎移植 授精 4 生理基础 动物发情排卵后 在一段时间内同种动物的供 受体生殖器官的生理变化是 早期胚胎处于 状态 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生 反应 相同的 游离 免疫排斥 供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响 2 胚胎分割 1 原理 细胞的 2 材料 选择发育良好 形态正常的 3 繁殖方式 4 特点 后代遗传性状相同 5 主要仪器设备 分割针或分割刀片 实体显微镜和显微操作仪 全能性 桑椹胚或囊胚 无性生殖或克隆 6 操作程序 选择 形态正常的桑椹胚或囊胚 移入盛 有的培养皿中 发育良好 内细胞团 用分割针或分割刀片将胚胎切开 吸出其中的半个胚胎 注入预先准备好的空透明带中 或直接将祼半胚移植入受体 分割囊胚时要将 均等分割 7 意义 提高了胚胎的利用率 3 胚胎干细胞 es或ek细胞 1 概念 由 或原始性腺中分离出来的一类细胞 简称es或ek细胞 2 特点 体积小 核大 核仁明显 具有发育的 可分化成任何组织 在体外培养条件下可以增殖而不分化 3 应用 治疗人类的某些顽症 培育用于移植的人造组织 器官 研究体外细胞分化等 早期胚胎 全能性 判断正误 1 精子和卵子的发生都是从初情期开始的 2 胚胎分割移植应选取发育良好 形态正常的囊胚或原肠 胚 答案 1 2 考点一精子和卵子的发生及受精作用1 比较 续表 续表 2 特点分析 1 哺乳动物精子发生的主要特点 精子的变形过程 动物精子的大小与动物体型的大小无关 2 哺乳动物卵子发生的主要特点 初级卵母细胞的减数第一次分裂发生在排卵前后 产生 一个次级卵母细胞和一个第一极体 当精子与卵子结合时 次级卵母细胞进行减数第二次分 裂形成卵细胞和第二极体 卵细胞具有只允许同种单个精子完成受精的保障 a 第一道屏障 透明带反应 b 第二道屏障 卵细胞膜反应 3 受精过程中生理或结构上的变化 续表 4 受精的标志和受精完成的标志 受精的标志 在透明带和卵黄膜之间观察到两个极体 受精完成的标志 雌 雄原核的融合 高考探究 考向精子和卵子的发生 典例 2015年山东威海二模 下面是有关胚胎工程的相关 问题 请回答 1 胚胎工程是对动物 或 所进行的多种显微操作和处理技术 胚胎工程任何一项技术获得的胚胎 都必须通过 给受体才能获得后代 2 哺乳动物的体外受精主要包括 和受精等几个主要步骤 若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能 可给供体注射 使其排出更多的卵子 3 卵子需要发育到 时期 才具备受精能力 此时的卵子 填 能 或 不能 与直接取自附睾尾部的精子受精 原因是 4 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 解析 1 对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术是胚胎工程 任何一项技术获得的胚胎 都需通过胚胎移植给受体才能获得后代 2 哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养 精子的采集和获能 受精等几个主要步骤 给供体母畜注射促性腺激素 使其排出更多的卵子 可充分发挥优良母畜的繁殖潜能 3 卵细胞发育到减数第二次分裂中期时期 才具备受精能力 才能和获能的精子完成受精作用 4 精子与卵子在体外受精后 应将受精卵移入发育培养液中继续培养 以检查受精状况和受精卵的发育能力 答案 1 早期胚胎配子胚胎移植 2 卵母细胞的采集精子的获能促性腺激素 3 减数第二次分裂中期不能精子未获能 4 发育培养液 受精过程的三个易混点 1 精子获能是指精子获得受精 能力 而不是获得能 量 2 排卵 冲卵 排卵是指排出 卵泡 而不是排出卵子 冲卵是指将早期胚胎从良种母牛子宫内冲洗出来 而不 是冲洗出卵子 3 受精的标志 受精完成的标志 受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体 而受精完成的标志是雌 雄原核的融合 考点练透 1 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 当观察到第二极体时 可以表明 3 图中的 分别表示的过程是 图中有染色体着丝点分裂的过程是 填序号 4 排卵是指 从 中排出 刚排出的卵子尚 未完全成熟 需要在 内进一步成熟 解析 1 是初级卵母细胞的生长 为减数分裂 次级卵母细胞的减数第二次分裂是在受精过程中完成的 因此e是受精 b是合子 卵泡的形成是在胎儿期 减数分裂是从初情期后开始的 因此c为胎儿期 d为初情期后 2 当观察到第二极体时 表明卵子已经完成受精 3 着丝点分裂可发生在有丝分裂和减数第二次分裂中 即 过程中 4 排卵是指卵子从卵泡中排出 刚排出的卵子需要在输卵管内进一步成熟 答案 1 第一极体 合子 受精 胎儿期 初情期后 2 卵子已经完成受精 减数第一次分裂 减数第二次 分裂 3 初级卵母细胞生长 4 卵子 卵泡 输卵管 考点二胚胎发育过程 1 发育场所 胚胎发育初期在输卵管 以后移向子宫 并 在子宫内发育成为成熟的胎儿 直至分娩 2 分裂方式 有丝分裂 产生的是体细胞 3 胚胎发育过程 续表 4 卵裂期胚胎发育过程中物质和体积的变化 1 有机物 胚胎没有和母体建立联系 没有从母体获取有 机物 而一直呼吸消耗 有机物总量减少 2 细胞体积 胚胎总体积不变或略有减小 但细胞数目增 多 所以每个细胞体积减小 3 细胞中dna含量 伴随细胞分裂 细胞数目增多 总dna含量增多 但每个细胞中核dna含量保持相对稳定 高考探究 考向卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化 典例 2015年山东卷 治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义 流程如下 1 过程 采用的是细胞工程中的 技术 过程 采用的是胚胎工程中的 技术 2 体细胞进行体外培养时 所需气体主要有o2和co2 其 中co2的作用是维持培养液 基 的 3 如果克隆过程中需要进行基因改造 在构建基因表达载体 重组载体 时必须使用 和 两种工具酶 基因表达载体上除目的基因外 还需要有 基因 以便选出成功导入基因表达载体的细胞 4 胚胎干细胞可以来自囊胚中的 在一定条件下 胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官 若将图中获得的组织器官移植给个体 填 a 或 b 则不会发生免疫排斥反应 解析 1 过程 采用的是细胞工程中的核移植技术 过程 采用的是胚胎工程中的 早期 胚胎培养技术 2 体细胞进行体外培养时 所需气体主要有o2和co2 后者的作用是维持培养液的ph 3 在构建基因表达载体 重组载体 时必须使用限制性核酸内切酶和dna连接酶两种工具酶 基因表达载体上除目的基因外 还需有标记基因以便选出成功导入基因表达载体的细胞 4 胚胎干细胞可以来自于囊胚中的内细胞团 若将图中获得的组织器官移植给个体b则不会发生免疫排斥反应 因为b是供核的一方 克隆的组织和器官的绝大多数遗传物质和b相同 早期 胚胎培养 答案 1 核移植 2 ph 或酸碱度 dna连接酶 两空可颠倒 标记 3 限制性核酸内切酶 4 内细胞团b 考点练透 2 2015年江苏苏州模拟 下图表示哺乳动物胚胎发育过程 的几个阶段 请据图回答问题 1 写出各个阶段的名称 a b c 2 写出图中各标号的名称 2 4 5 7 8 3 a时期的细胞具有发育上的 性 b时期开始出现 c时期开始出现 4 2 将来发育成 5 由受精卵到b阶段透明带破裂之前这一过程中 细胞数目 胚胎总体积 解析 1 图中a是桑椹胚 b是囊胚 c是原肠胚 2 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 3 桑椹胚细胞具有发育的全能性 囊胚开始出现细胞分化 已分化成滋养层细胞和内细胞团 原肠胚已具有胚层分化 分化为外胚层和内胚层 4 内细胞团将发育成胎儿的各种组织 滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘 5 由受精卵到b阶段透明带破裂之前这一过程中 虽然细胞数目增多 但胚胎总体积基本不变 答案 1 桑椹胚 囊胚 原肠胚 2 内细胞团 囊胚腔 外胚层 原肠腔 内胚层 3 全能 细胞分化 胚层分化 4 胎儿的各种组织 5 增多 基本不变 考点三胚胎移植 胚胎分割和胚胎干细胞的应用1 胚胎移植 1 胚胎移植的基本程序 2 胚胎移植成功与否的两个条件 同种动物之间进行胚胎移植易于成功 这里的 同种 是指 同物种 供 受体生理状态要相同 a 应对供体和受体母畜进行同期发情处理 使它们的生理条件达到同步或一致 这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件 这是胚胎移植成功与否的关键 b 移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似 移入胚胎一侧的受体子宫角对应的卵巢必须有黄体存在 3 胚胎移植的意义 加速育种工作和品种改良 大量节省购买种畜的费用 一胎多产 保存优良品种资源和濒危物种 可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 1 促性腺激素两次使用 a 同期发情处理 b 超数排卵 2 两次检查 a 收集胚胎检查 b 移植后是否妊娠检查 2 胚胎分割 1 胚胎分割的过程 2 意义 加快繁殖速度 提高了胚胎的利用率 3 胚胎干细胞 1 干细胞的分类及特点 2 培养过程 3 胚胎干细胞的主要用途 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 基因敲除 获得移植器官 培育出人造组织器官 用于器官移植 改良或创造动物新品种 4 克隆动物 试管动物与转基因动物的比较 续表 1 试管动物生殖实质是正常的有性生殖 只不过受精及早 期胚胎发育在试管中 体外 进行 2 克隆动物生殖的实质是无性生殖 依赖动物细胞核 高度分化的体细胞的细胞核 具有全能性 特有的操作程序是核移植 高考探究 考向1胚胎移植 例1 2013年江西月考 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 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 和受精等几个主要步骤 解析 1 人工授精能更好地发挥优良公畜的繁殖潜力 2 胚胎移植时 需要对供体和受体进行同期发情处理 对供体还要进行超数排卵处理 胚胎收集的过程也叫做冲卵 胚胎移植时 所用胚胎一般发育到桑椹胚或囊胚阶段 3 试管动物应用的技术手段有体外受精 早期胚胎培养和胚胎移植 体外受精包括卵母细胞的采集与培养 精子的采集和获能及受精等步骤 答案 1 人工授精 2 同期发情 超数排卵 冲卵 桑葚胚 囊胚 卵母细胞的采集 精子的采集和 3 早期胚胎的培养获能 精子的获取 受精 考向2胚胎分割 例2 2013年山东威海一模 下图是对牛胚胎所做的技术处 理 请据图分析回答 1 图中所示牛的胚胎发育处于 时期 其中a c d代表的结构名称分别是 a c d 2 过程甲代表的技术是 操作时的技术关键是 该技术在实践中的主要应用意义是 乙过程取滋养层可用于 解析 图示胚胎处于囊胚腔 其中a是囊胚腔 b是透明带 c是滋养层 d是内细胞团 甲表示细胞分割技术 乙表示取滋养层细胞进行性别鉴定 答案 1 囊胚囊胚腔 滋养层内细胞团 将内细胞团均等分割 提高胚胎利用率 2 胚胎分割性别鉴定 辨析内细胞团与滋养层细胞 在胚胎发育成桑椹胚后 桑椹胚进一步发育 细胞开始出现分化 聚集在胚胎一端的 个体较大的细胞 称为内细胞团 将来发育成胎儿的各种组织 而沿透明带内壁扩展和排列的 个体较小的细胞 称为滋养层细胞 将来发育成胎膜和胎盘 考向3胚胎干细胞 例3 2013年山东卷 科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞 ips 继而利用ips细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠 流程如下 1 从黑鼠体内获得体细胞后 对其进行的初次培养称为 培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂 这种现象称为 2 图中2 细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得 该过程称为 也可从灰鼠体内取出卵子 通过 后进行早期胚胎培养获得 3 图中重组囊胚通过 技术移入白鼠子宫内继续发育 暂不移入的胚胎可使用 方法保存 4 小鼠胚胎干细胞 es 可由囊胚的 分离培养获得 ips与es细胞同样具有发育全能性 有望在对人类ips细胞进行定向 后用于疾病的细胞治疗 解析 1 原代培养指将动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培养 接触抑制指贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时 细胞就会停止分裂增殖的现象 2 将早期胚胎从母体子宫中冲洗出来叫冲卵 3 暂不进行胚胎移植的胚胎可放入 196 的液氮中保存 4 ips与es细胞一样 可通过诱导定向分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病 答案 1 原代培养接触抑制 2 冲卵 或冲胚 体外受精 或核移植 3 胚胎移植冷冻 或低温 4 内细胞团诱导分化 考点练透 3 2016年陕西咸阳二模 根据下列有关胚胎工程的示意图 分析回答 1 为使a羊超数排卵 向其注射 激素 选择 期的卵母细胞进行体外受精 体外受精前要对b细胞进行 处理 常用的方法是 法 2 将早期胚胎注入d羊子宫内的技术叫 d羊被称为 填 供体 或 受体 为使d羊的生理状况更适合完成该技术操作 要对d羊进行 处理以提高成功率 3 从早期胚胎分离出的es细胞可诱导分化出不同的组织细胞 这是因为从功能上es细胞具有 若取囊胚阶段的胚胎进行胚胎分割 要注意将 均等分割 早期胚胎培养时 培养液中除营养成分外 还需加入 m 化学诱导 答案 1 促性腺 2 胚胎移植 受体 获能同期发情 3 发育的全能性 内细胞团 血清 4 2015年河南郑州二模 治疗性克隆是指把患者体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中 构建形成重组胚胎 体外培养到一定时期分离出es细胞 获得的es细胞定向分化为所需的特定类型细胞 如神经细胞 肌肉细胞和血细胞 用于治疗 请回答下列问题 1 es细胞是 的简称 在形态上 表现为体积小 细胞核大 核仁明显 在功能上 具有 将重组胚胎培养到 时期 从该时期的 中进行分离 从而获得es细胞 2 在培养液中加入 可诱导es细胞定向分化成所需的各种特定类型细胞 细胞分化的本质原因是基因 的结果 3 科学家将患者的体细胞核植入去核的卵细胞中 而不是直接用体细胞进行细胞培养的原因是 4 某次科学家将体外培养的es细胞进行诱导使其定向分化为胰岛b细胞 并进行了胰岛素释放实验 控制培养液中 的浓度 检测细胞分泌的胰岛素的量 上图为实验结果 据此分析确认es细胞诱导成功 得到此结论的依据是 答案 1 胚胎干细胞 发育的 全能性 囊胚内细胞团 2 分化诱导因子 选择性表达 3 体细胞核在体细胞中不能表现全能性 而卵细胞的细胞质可以给它提供表达全能性的环境 4 葡萄糖 在糖浓度高时 胰岛素分泌多 在糖浓度低 时 胰岛素分泌量减少 1 克隆羊的成功轰动世界 它不仅奠定了克隆性治疗的基础 又解决了器官移植中供体不足的问题 下图为人类对克隆羊技术的拓展和应用图 请据图回答问题 1 图中所涉及的现代生物技术有 和 等 2 图中两个胚胎均能正常发育成个体 这说明 具有全能性 婴儿1与婴儿2之间 填 能 或 不能 进行器官移植 为什么 3 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 4 图中 内细胞团 胚胎干细胞 的培养过程中 必须用 处理内细胞团 使之分散成单个细胞 5 在体外培养胚胎干细胞时 需在培养皿底部添加 胚胎 成纤维细胞作为饲养层 该过程 填 能 或 不能 获得动物器官 解析 1 分析图可知 图中涉及的技术有核移植 胚胎移植 胚胎分割 细胞培养等 2 图中胚胎1和2来自重组细胞 而重组细胞由核移植形成 两个胚胎都发育成正常个体 说明动物体细胞核具有全能性 由于婴儿1和2均来自同一个重组细胞 遗传物质相同 他们间不存在免疫排斥反应 因而他们间可进行器官移植 3 动物细胞体外培养时所需的营养物质与体内相同 由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚 需加入动物血清等天然成分以提供未知营养成分 4 动物细胞培养的特点是贴壁生长 接触抑制 所以需用胰蛋白酶处理内细胞团 使之分散成单个细胞进行培养 5 在体外培养胚胎干细胞时 需在培养皿底部添加成纤维细胞作为饲养层 该过程细胞只能分裂而不能分化获得动物器官 答案 1 核移植胚胎移植 或胚胎分割 细胞培养等 2 动物体细胞核能因为两者的遗传物质相同 3 血清 4 胰蛋白酶 5 不能 2 下图为绿色荧光小鼠制备流程图 gfp是绿色荧光蛋白 基因 请分析回答 1 构建表达载体需要的酶是 表达载体包含绿色荧光蛋白基因gfp 终止子和复制原点等 2 图中载体上的neo基因是一种抗生素抗性基因 图中步骤 所用的g418是一种抗生素 对细胞有毒害作用 添加g418的目的是 3 图中所用的胚胎干细胞来自于 4 图中步骤 要将细胞注射入图中囊胚的 位置 图中步骤 胚胎移植前要对代孕母鼠用激素进行 处理 5 可以使用 方法在蛋白质水平上鉴 定小鼠是否存在绿色荧光蛋白 解析 1 基因工程中常用限制性核酸内切酶切割目的基因和运载体 后用dna连接酶连接目的基因和运载体 基因表达载体包括启动子 标记基因 目的基因 复制原点 终止子等 2 neo基因是一种抗生素抗性基因 而g418是一种抗生素 该物质对细胞有毒害作用 所以培养液中添加g418可将导入目的基因的胚胎干细胞筛选出来 3 胚胎干细胞来自早期胚胎或原始性腺 它具有体外培养无限增殖 自我更新和多向分化的特性 4 囊胚时期的内细胞团将发育成幼体的各种组织和器官 所以应将含目的基因的胚胎干细胞注射入囊胚的内细胞团中 胚胎移植前要对供体和受体进行同期发情处理 以使供体和受体具有相同的生理状态 5 在分子水平鉴定目的基因是否表达产生相应蛋白质 可采用抗原 抗体杂交方法 标记基因 答案 1 限制性核酸内切酶和dna连接酶启动子 2 筛选出导入目的基因的胚胎干细胞 3 早期胚胎或原始性腺 4 内细胞团 同期发情 5 抗原 抗体杂交 3 下图为某转基因小鼠培育过程示意图 表示相关 过程 请回答 1 过程 注射的a物质是 目的是使供 体母鼠 2 过程 把目的基因和运载体连接需要在 的催化下完成 过程 常用的方法是 3 过程 要通入的气体除氧气外 还要含有5 左右的 其作用是 4 蛋白质水平检测目的基因的表达通常采用的方法是 为获得较多基因组成相同的转基因小鼠 常采用 的方法 解析 1 对小鼠注射促性腺激素的目的是促进超数排卵 从而获得更多的受精卵 2 基因表达载体的构建需要的工具酶是限制酶和dna连接酶 而将目的基因导入小鼠的受精卵一般采用显微注射法 3 在培养受精卵时 培养液中要加入动物血清使受精卵正常分裂 通入co2调节培养液的ph 4 检测目的基因是否成功表达 常采用抗原 抗体杂