专题三 胚胎工程

1、,2014年高考一轮总复习 生物 选修三,现代生物科技专题,专题三 胚胎工程,复习策略 复习时要以基因工程和细胞工程为基础，对比精子卵子发生,高考命题趋势,1、命题趋势 （1）对比体内、体外受精及其早期胚胎发育过程，解答胚胎工程原理； （2）关注胚胎工程的应用趋势，解答胚胎工程的基本操作； （3）胚胎干细胞的来源、特点、应用属于社会热点和科技前沿问题，特别是2012年的诺贝尔奖授予研究干细胞的科学家，使该知识更易成为高考的热点。,2、热点预测 预计2014年高考对胚胎工程的考察，还将集中在胚胎工程的基本原理、对通过基因工程获得的受精卵和通过核移植获得的重组细胞的培养，综合考察胚胎工程与基因工程

2、、细胞工程的关系等，考查形式是以非选择题形式。,1.精子的发生 (1)场所：睾丸的_ _。 (2)时期：_开始，直到生殖机能衰退。 (3)过程： 第一阶段：精原细胞 _。 第二阶段：初级精母细胞 精子细胞。,曲细精管,初情期,初级精母细胞,教材基础知识梳理,考点一、体内受精和早期胚胎发育,一、精子和卵子的发生,染色体复制,精子头部,头部顶体,精子尾,线粒体鞘,胎儿期,第三阶段：精子变形： 细胞核_ 的主要部分。 高尔基体_。 中心体_。 线粒体聚集在尾基部形成_。 2.卵子的发生 (1)场所：卵巢和输卵管。 (2)时期：_和初情期后。,(3)过程：,获能的精子,初情期后,卵原细胞,初级卵母细胞

3、生长， 透明带形成,透明带 卵黄膜,初级卵母细胞,+,m,受精,合子,第二极体,卵子发生过程(如图),排卵,精子和卵子结合的过程,(4)两次分裂的时间：减数第一次分裂是在雌性动物_前后完成的，减数第二次分裂是在_中完成的。,特别注意：对卵子发生的几点说明 （1）正常情况下，一个卵泡最终只能形成一个成熟的卵子。 （2）排卵是指初级卵母细胞或次级卵母细胞从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。 （3）刚排出的卵母细胞尚未完全成熟仅仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管中进一步发育成熟。 （4）发育成熟的卵子（减数第二次分裂中期）在输卵管中与精子受精，所以减数第二次分裂是在输卵管内，受精过程完成的。,准备

4、阶段,精子获能:,卵子的准备:,受精阶段,穿越放射冠和透明带（顶体反应）,精子进入卵黄膜（卵黄膜封闭作用）。,雌雄原核的形成,雌雄原核结合成受精卵,发育到m中期才有受精能力,正常情况下在生殖道内获能,输卵管,二、受精作用 (1)概念：精子与卵子结合形成合子（受精卵）的过程。 (2)场所：_。,(3)过程：,【点拨】 精子的形成开始于初情期，而卵子形成开始于胎儿时期。 与精子结合的不是成熟的卵细胞而是卵母细胞。 受精作用发生在输卵管内。,（二）受精阶段: （1）精子穿越放射冠和透明带 顶体反应是指精子与卵母细胞相遇时，顶体释放顶体酶的过程。用于溶解构成放射冠的卵丘细胞之间的物质及透明带，为精子穿

5、越放射冠和透明带打通通道。 透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障 （2）精子进入卵黄膜（次级卵母细胞膜） 卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道屏障 （3）雌雄原核的形成 （4）雌雄原核融合形成合子(受精卵),（1）发生的时间不同：顶体反应是发生在精子与卵子相遇时；透明带反应是发生在精子触及卵黄膜的瞬间；卵黄膜的封闭作用是发生在精子入卵后。 （2）生理作用不同：顶体反应是释放顶体酶，要形成精子穿越放射冠的通路；透明带反应是防止多精子入卵受精的第一道屏障；卵黄膜封闭作用则是防止多精子入卵受精的第二道屏障。,注意：顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用,顶体是精子头部由高尔基体分化发育而来，类

6、似溶酶体的一种结构，含有多种水解酶，受精时可释放顶体酶，溶解放射冠和透明带。,增加,基本不变,胎膜和胎盘,三、胚胎发育,1、概念：通常由受精卵发育成幼体的过程。,幼 体,卵裂,分裂,分裂 分化,组织分化 器官形成,2、过程：,发育成胎儿的_,卵裂期：细胞数量_，胚胎总体积_，有机物总量_，有机物种类_ ，细胞总dna量_，核质比_。 桑椹胚：细胞数目为32个左右，每个细胞都具有全能性。 囊胚：细胞开始出现_ 。 原肠：两腔三胚层,减少,增加,增加,增加,细胞分化,【特别提醒】,早期胚胎发育示意图 受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚,细胞以有丝分裂的形式增殖，细胞数量增加，有机物总量减少，种类增加，胚

7、胎总体积基本不变（或略有减小），每个细胞具有发育的全能性。,滋养层、囊胚腔和内细胞团。,三胚层和两个腔,3、场所：输卵管和子宫内进行。,4、过程和特点,受精卵：胚胎发育的起点,桑椹胚：32细胞，细胞具有发育的全能性，可以进行分割。,囊胚：有滋养层、囊胚腔和内细胞团,原肠胚：有内、中、外三胚层和2个腔体,幼体,考点二 体外受精和早期胚胎培养,一、体外受精技术,1、概念：人工模拟体内环境（包括营养、温度、ph等），使卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精形成受精卵。,2、精子、卵子的获取与培养：,(1)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：培养法和化学诱导法（一定浓度

8、的肝素或钙离子载体溶液）。,(2)卵母细胞的采集和培养,无论怎样获得卵母细胞，受精时都要发育到减数二次分裂中期，方可进行受精。,在透明带内进行有丝分裂，细胞数量增加， 但胚胎体积并不增加，或略有减小。,在透明带内进行有丝分裂，细胞数量增加， 但胚胎体积并不增加，或略有减小。,3、体外受精：获能精子和培养成熟卵子在获能溶液或专用受精溶液中共同培养完成受精过程。,二、早期胚胎培养,1、概念理解：早期胚胎是指可用于移植的胚胎。在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更阶段的胚胎的培养。 2、培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。 3、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

9、血清等。 4、胚胎去向： 向受体子宫内移植：不同种动物胚胎移植的时间不同。牛、羊等要培养到桑椹胚或囊胚阶段；小鼠、家兔等要在桑椹胚之前；人胚胎可以在4胞胚阶段移植；几乎所有动物不能到原肠胚期移植。 冷冻保存。,生理状态,考点三 胚胎工程的应用及前景,1、概念：将雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎移植到同种的、_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。,一、胚胎移植技术,3、实质：_ _ _。,2、操作对象：,雌性动物体内受精的早期胚胎、或者其他方式得到的早期胚胎,相同,游离,免疫排斥反应,生理和,组织联系,不受任何影响,4、生理学基础：,5、基本程序:,

10、对供、受体的选择和处理_对胚胎的收集、检查、培养或保存_移植后检查是否妊娠。,配种或人工授精,胚胎移植,7、胚胎移植的意义,（1）充分发挥雌性优良个体的生殖潜力。,（2）加速育种工作和品种改良。,（3）不受时间和地域的限制，大量节省了购买种畜的费用。,（4）建立胚胎库，保存品种资源和濒危动物。,6、胚胎移植的优势 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。,【点拨】（1）、胚胎移植是胚胎工程中的最后一道程序，移植的胚胎必须是在原肠胚之前，也不能直接移植受精卵。,（2）移植胚胎的来源及生殖方式判断。,无性生殖,有性生殖,有性生殖,（3）胚胎移植的关

11、键：一是供体和受体必须是同一物种；二是生理状态要相同或一致。,（4）促性腺激素2次使用：同期发情处理超数排卵。,（5）2次检查：收集胚胎检查移植后是否妊娠检查。,（6）冲卵含义：冲出早期胚胎或者是受精卵，不是冲出卵子。要注意的是：冲卵装置也可以用于冲出卵细胞。,二、胚胎分割,1、概念：采用机械法将早期胚胎分割为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、理论基础：早期胚胎细胞的全能性。,3、材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。,4、实质：通过无性繁殖增加后代数量，属于克隆。,5、仪器和设备：实体显微镜和显微操作仪。,6、要求：均等分割，特别是内细胞团均等分割，且分割次数

12、不宜过多。,下图为牛胚胎性别鉴定和分割示意图，请据图完成下列问题：,(1)填出图中字母所代表的结构名称： a_；b._；c._ ；d._； (2)写出甲、乙、丙过程的技术名称： 甲_；乙_；丙_；进行乙过程时，所取的样本是_ 。,(3)进行甲过程时，所使用的基本仪器是_ ， 本过程的技术关键是_。 (4)尽管胚胎分割技术在多种动物中取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异等，同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是_ 。,囊胚腔,透明带,滋养层细胞,内细胞团,胚胎分割,性别鉴定,胚胎移植,滋养层细胞,显微操作仪和实体显微镜,将内细胞团均等分割,同卵双胎,三、胚胎

13、干细胞,1、来源：是由_或_中分离出来的。,早期胚胎,原始性腺,2、特点：,形态：体积_、细胞核_、_明显; 功能：具有发育的_; 体外培养：可_而不_。,小,大,核仁,全能性,增殖,发生分化,3、应用：,治疗人类某些顽症，如：移植es细胞修复坏死部位。 培育_，如：诱导器官再生用于移植。 研究体外细胞分化的理想材料，为揭示细胞分化和细胞凋亡机理及个体发育规律提供有效手段。,人造组织器官,克隆动物培育： 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，操作流程如下：,干细胞的培养过程,饲养层细胞就是指一些特定细胞（如颗粒细胞、成纤维细胞、输卵管上皮细

14、胞等已在体外培养的细胞），经有丝分裂阻断剂（常用丝裂霉素）处理后所得的细胞单层。饲养层细胞能够促进增殖、移植细胞分化的作用。,胚胎干细胞分离途径,(3)es细胞是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段。 (4)es细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。,(2)用于器官移植：通过es细胞体外诱导分化，可以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。,胚胎干细胞的应用 es细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。 (1)es细胞可用于治疗人类的某些顽症

15、：利用es细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植es细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。,解题能力突破,题型一 体内受精和早期胚胎发育,1、精子、卵子发生的比较,睾丸的曲细精管,卵巢(m)、 输卵管(m),开始 时间,初情期后,胚胎性别分化后,m、m是连续的 需要变形 两次细胞质分裂均等,m、m是不连续的 不需要变形 两次细胞质分裂不均等,形成4个精细胞,形成1个卵细胞,（1）原始生殖细胞通过有丝分裂进行增值； （2）成熟生殖细胞是通过减数分裂形成的，子细胞中染色体数目减半； （3）均经过1次dna复制和2次分裂。,2、受精过程,（1）受精的标志和受精完成的标志： 受精标志

16、：在透明带和卵黄膜之间观察到2个极体。 受精完成的标志：雌、雄原核的融合形成受精卵。 （2）不同种类动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等，但它们最终都要在输卵管中进一步发育成熟，达到m中期时才具备与精子受精的能力。 （3）刚排出的精子并不具备受精能力，必须在母体生殖道内获能后方可进行受精。,（3）卵细胞只允许同种单个精子完成受精的保障 同种生物精卵结合的保障： 卵细胞透明带上存在精子的特异识别受体，只允许同种生物的精子与卵细胞结合。 防止多精入卵的保障： a、单个精子穿过透明带，触及卵黄膜的瞬间引发透明带反应，透明带蛋白质变性成为较

17、坚韧的一层，阻止其他精子进入，这是防止多精入卵的第一道屏障。,b、单个精子穿过卵黄膜入卵后，立即引发卵黄膜的封闭作用，拒绝其他精子再进入卵细胞，这是防止多精入卵的第二道屏障。,（4）防止多精入卵受精的2道屏障：一是透明带反应（透明带蛋白质变性成为较坚韧的一层）；二是卵黄膜封闭作用。 （5）雌、雄原核不能简单理解成卵细胞核、精子核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜均以破裂。雌雄原核中的染色体数均为体细胞一半，且雄原核一般要略大于雌原核。 （6）受精卵中的遗传物质来源：核基因父母本各一半；质基因几乎全来自卵子（母方）。,【点拨】只允许同种生物精卵结合的保障： 卵细胞透明带上存在精子的特异

18、识别受体，只允许同种生物的精子与卵细胞结合。,【典例1】下列有关哺乳动物精子和卵子的发生以及受精作用的物质，正确的是（ ）,a、采集到的精子和卵细胞相遇即可发生受精作用 b、排卵就是排出成熟卵细胞的过程 c、卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成 d、卵子受精的标志是卵细胞膜和透明带之间观察 到2个极体,d,题型二 胚胎发育过程,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊 胚,原肠胚,个体发育的起点,分裂方式:有丝分裂 细胞体积:缩小 细胞数量:增加 胚胎总体积:不变或略有缩小,细胞数目:32个左右 细胞性质:细胞未分化,属于全能细胞,细胞开始分化,出现囊胚腔,出现外胚层、内胚层和原肠腔,【典例2】高等哺乳动物

19、受精后不久，受精卵开始进行细胞分裂，经32细胞期、囊胚、原肠胚和组织器官的分化，最后发育成一个完整的幼体。如图是胚胎发育过程中某阶段示意图，有关叙述不正确的是（ ）,a.依次为滋养层、内细胞团 b.高等哺乳动物胚胎发育经历的时期是受精卵卵裂期32细胞期囊胚期原肠胚期幼体，其中最关键的时期是原肠胚期 c.高等哺乳动物细胞分化开始于囊胚期，终止于生命结束 d.进行胚胎分割时，应选择原肠胚期的胚胎进行,【解题指南】解题关键：通过内细胞团可判断为囊胚期,d,【互动探究】（1）图中细胞的特点是什么？在胚胎工程中有何应用？ 提示：细胞为胚胎干细胞，未分化，具有发育的全能性。可用于胚胎分割。 （2）图中所示

20、时期继续发育将形成什么结构？与该时期最大的区别是什么？ 提示：原肠胚。出现外、中、内三胚层的分化。,【变式1】（2012杭州模拟）关于原肠胚和囊胚的比较，以下说法不正确的是（ ） a原肠胚时期细胞分化是由于遗传物质突变引起的 b原肠胚时期的细胞出现了细胞分化,但遗传物质未发生改变 c囊胚期内细胞团的各细胞结构功能基本相同 d囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异是转录水平上的差异引起的,a,题型三 胚胎工程的操作流程,1、试管动物生产流程,2、克隆动物的培育流程,3、胚胎移植的培育流程 以牛胚胎移植为例：,(1)选择的对象包括良种公牛、母牛和普通母牛，处理是指对良种母牛和普通母牛做同期发情处理，以使

21、其生殖器官的生理变化相同；同时要对良种母牛做超数排卵处理，以促其多产生卵子。 (2)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)良种牛后代的遗传特性是由供体公牛和母牛决定的，受体母牛只是提供了胚胎发育的场所，不影响后代的遗传特性。 (4)胚胎移植培育流程中有2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。,意义： 。,充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能,过程简图：,【典例2】下列关于胚胎工程的叙述，错误的是()。 a体外受精是指获能的精子和成熟卵子在相应溶液中受精 b受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植 c早期胚胎培养与动物细胞培养的培

22、养液通常都需要加入 血清 d试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎 移植技术,b,【典例3】下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述，错误的是()。 a对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理 b人工授精后一定时间内，收集供体原肠胚用于胚胎分割 c利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎 d一次给受体母羊植入多个胚胎，可增加双胞胎和多胞胎 的比例,b,题型四 胚胎干细胞的研究与应用,1、干细胞的种类,2、胚胎干细胞的主要用途,（1）用于动物克隆。将胚胎干细胞的核移植到去核卵母细胞中，形成重组细胞，最终形成个体。,（2）用于培养器官，器官移植。,（3）用于转基因动物的培育，改良动

23、物品种。,方法归纳,易错点 对胚胎工程的有关概念辨析不清,1、对卵裂阶段相关变化模糊不清,（1）卵裂阶段的细胞分裂方式有丝分裂,（2）受透明带制约，从受精卵到囊胚阶段，胚胎总体积基本不变或略有减小，所以每个细胞体积减小。,（3）随着细胞不断分裂，细胞数目逐渐增多，总dna含量逐渐增多，但每个细胞中的dna含量保持相对稳定。,（4）该过程中有机物总量减少，而有机物种类不断增加。,2、对胚胎工程中的一些说法辨析不清,（1）精子发生场所睾丸曲细精管； 卵子发生场所卵巢； 卵子完成减数二次分裂场所输卵管； 受精场所输卵管； 发育场所输卵管和子宫。,（2）精子发生的时间及特点初情期后，两次分裂连续进行；

24、卵子发生时间及特点胎儿期性别分化以后和初情期（排卵）以后2次分裂不连续进行。,（3）注意卵子受精和受精作用完成的标志不是一码事。,（4）胚胎发育过程中起点通常是受精卵；开始细胞分化的阶段囊胚期；进行胚胎移植或分割阶段桑椹胚或囊胚。,（5）试管婴儿和克隆技术的区别。,体外受精、胚胎培养、胚胎移植,有性生殖,核移植、胚胎培养、胚胎移植,无性生殖,父、母本共同决定,基本由供核体决定,（6）试管婴儿和设计试管婴儿的区别。,精子,卵子,受精卵,早期胚胎,胚胎移植,基因检测,上述过程、是试管婴儿的培育过程， 、是设计试管婴儿的过程。后者比前者多了胚胎移植前的遗传学诊断。,【典例1】如图为胚胎移植的基本程序

25、及早期胚胎发育过程，请据图分析回答：,(1)超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射_；超数排卵的母牛发情后，既可以通过配种或人工授精获得胚胎，也可以通过体外受精的方法获得胚胎。若要通过体外受精获得胚胎，则在体外受精前，要对精子进行_处理。 (2)a到e中，牛胚胎移植的适宜时期是_。 (3)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体，可对早期胚胎进行_ _处理，再植入受体内。,促性腺激素,获能,d、e,胚胎分割,【典例2】胚胎干细胞简称es细胞，从胚胎中提取干细胞这项技术备受伦理争议，但重组成体细胞却不涉及制造或摧毁胚胎，通过细胞培养、诱导可以克隆器官。下图是克隆器官的技术路线图，请回答下

26、列有关问题：,(1)哺乳动物的es细胞是从_ _中分离出来的一类细胞；体外培养能不断增殖、自我更新，在功能上具有发育的_性。 (2)运用_技术可以形成图中的重组细胞，对重组细胞的培养，其培养基与植物细胞培养的培养基主要不同点是含有_。,(3)利用重组细胞培养出的干细胞，也可以形成特定组织器官，这是_的结果，其根本原因是_。 (4)克隆动物与图中克隆器官的技术相比，通常还需运用_ _和_ _等胚胎工程技术。,早期胚胎或原始性腺,全能,核移植,动物血清或血浆,细胞分化,基因选择性表达,胚胎分割,胚胎移植,【解题指南】 1.知识储备：胚胎干细胞、细胞分化、细胞核移植、胚胎工程操作技术。 2.解题关键

27、：(1)明确器官的形成是细胞分化的结果。 (2)分析图形明确重组细胞的形成是核移植的结果。,热点 追踪,胚胎工程与其他工程的联系,1、胚胎工程中的胚胎是由“受精卵”发育而来的，而“受精卵”又是基因工程中的重要受体细胞。以“受精卵”为纽带，将基因工程和胚胎工程联系起来考察是2014年高考命题的趋势。,2、以转基因高产奶牛为例，操作流程如下：第一步，从供体细胞内获取目的基因；第二步：目的基因与运载体结合，构建基因表达载体；第三步，将目的基因导入受体细胞（主要是受精卵，也可以是胚胎干细胞）；第四步，检测和筛选；第五步，利用胚胎工程技术对受精卵及早期胚胎进行体外培养；第六步，胚胎移植（分割移植）。,1

28、.(2011广东高考）华南虎是国家一级保护动物，可采用试管动物技术进行人工繁殖，该技术包括的环节有( ) 转基因 核移植 体外受精 体细胞克隆 胚胎移植 a. b. c. d.,d,2.（2012安师大附中模拟）下列关于动物胚胎移植的叙述中，错误的是（ ） a.受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植 b.受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态 c.超数排卵技术要使用一定的激素 d.试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管中进行,a,随堂巩固练习,3.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是 ( ) a.卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加 b.胚胎分割获得的后代性状一定相同 c.胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等 特点 d.胚胎干细胞是一类未分化细胞，从早期胚胎中分离获取,d,4. 下列关于胚胎工程的叙述，错误的 ( ) a.体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精 b.受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植 c.早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清 d.试管婴儿技术主