高三生物二轮复习课件：现代生物科技专题

高考一轮复习现代生物科技专题胚胎工程的操作流程胚胎移植的生理学基础①胚胎移入的基础②胚胎收集的基础③移入胚胎存活的基础④保留胚胎遗传特性的基础排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，为胚胎的收集提供可能。受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内存活提供了可能。供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，其遗传物质不会发生改变，为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障，同时保障了供体优良遗传性状。分析：胚胎的来源：①雌性动物体内的胚胎（通过优良个体正常交配或人工授精得到）；②采用体外受精和早期胚胎培养获得的胚胎；③采用核移植技术得到的重组细胞发育形成的胚胎；④采用基因工程技术获得的胚胎。从而，胚胎移植是胚胎工程和其他技术的最后一道“工序”。精子和卵子的发生项目精子的发生卵子的发生场所睾丸的曲细精管卵巢(MⅠ)、输卵管(MⅡ)时间从初情期开始，直到生殖机能衰退①卵泡的形成和在卵巢内的储备:出生前；②排卵:初情期后过程特点①MⅠ和MⅡ是连续的，需变形；②两次分裂细胞质都均等分配①MⅠ和MⅡ是不连续的，不需要变形；②细胞质都不均等分配结果形成4个精子形成1个卵子和3个极体相同点①原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂；②原始生殖细胞产生成熟生殖细胞为减数分裂；减数分裂过程中染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目减半胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎精子和卵子的发生胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎细胞核---高尔基体---中心体---线粒体---细胞内的其他物质---头部的主要部分顶体(在头部)尾球状的原生质滴精细胞:精子:尾基部的线粒体鞘膜消失精子和卵子的发生胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎卵泡=卵泡细胞+初级卵母细胞卵子=次级（或初级）卵母细胞+透明带+放射冠排卵：卵子从卵泡中排出卵子的结构图精子和卵子的发生胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎减数第一次分裂是在雌性动物排卵前完成减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程完成的精子和卵子的发生胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎受精前的准备阶段受精阶段场所：输卵管过程：＋受精作用胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎

受精前的准备1)精子获能2)卵子的准备（在输卵管中发育到减II中期）

受精过程1)精子穿越放射冠和透明带2)精子进入卵黄膜3)原核形成和融合顶体反应透明带反应卵黄膜封闭作用防止多精入卵输卵管内获能实质：雌雄原核融合饰窥讹缆粱二菩死喀磅软妥循穴魂御梢钳硼服砍垢修癣衍例澈瑞雾矗袄厕《体内受精和早期胚胎发育》复习《体内受精和早期胚胎发育》复习受精作用胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎1.精子获能:刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。在人工授精时，常用一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液处理。2.卵子成熟:刚从卵巢中排出的卵子，也不能立即授精，需要在输卵管中继续发育到减数第二次分裂中期才有受精能力。在人工授精时，要在培养液中培养到减数第二次分裂中期。3.受精过程:顶体反应、透明带反应、卵细胞膜反应、雄原核和雌原核形成、雌雄原核融合(标志着受精完成)、减数第二次分裂形成第二极体。受精作用——受精过程前后的生理活动胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎第一步：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：精子进入卵细胞膜。卵细胞膜反应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）。受精作用——受精阶段胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎1、受精的标志：在卵细胞膜和透明带的间隙可以观到两个极体2、受精完成的标志：雌雄原核融合成合子关键点受精作用胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎2个屏障2个标志3个反应2个极体2个原核顶体反应透明带反应卵细胞膜反应透明带反应卵细胞膜反应第一极体、第二极体在卵细胞膜和透明带的间隙可以观到两个极体雌雄原核融合成合子雌原核、雄原核受精作用胚胎的来源——①雌性动物体内的胚胎受精卵：在输卵管内形成，进行有丝分裂，开始发育卵裂期：在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有缩小。早期胚胎发育细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数不断增加，每个细胞体积减小，胚胎总体积不增加或略有缩小，DNA总量增加，每个细胞中DNA数目不变，有机物总量减少，有机物种类增加，核质比增加早期胚胎发育桑椹胚——32个细胞这一阶段前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。囊胚桑椹胚进一步发育，细胞开始出现分化，聚集在胚胎一端，个体较大的细胞称为内细胞团（即胚胎干细胞是一种未分化的细胞，具有全能性），将来发育成胎儿的各种组织。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，发育成胎膜和胎盘，胚胎可通过这些组织从母体中获得正常发育所需的氧气和营养物质。早期胚胎发育囊胚随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔——囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚，囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。透明带在囊胚形成并长大后破裂，这个过程称为囊胚孵化。囊胚孵化是哺乳动物中胚胎着床前的必要步骤，只有在脱去透明带之后着床才可以发生。囊胚的大小仍和受精卵相似，但细胞数目已增加到上千个。囊胚形成后，细胞继续分裂，囊胚的一端内陷，细胞层逐渐褶入的细胞层形成了一个新腔，原肠腔，即未来将发育成消化管道的原肠。到此时，只有一层细胞的囊胚发育称为有两层细胞的原肠胚。原肠的出现使动物生物胚胎出现了外胚层和内胚层的分化。早期胚胎发育原肠胚外胚层（内细胞团的表层细胞）：形成神经系统的各个器官，包括脑、脊髓和神经、眼的网膜、虹膜上皮、内耳上皮、以及皮肤的表皮和皮肤的附属结构。

内胚层（下方细胞）：形成消化道（咽、食道、胃、肠等）和呼吸道（喉、气管、支气管等）的上皮，肺、肝、胰和咽部分衍生的腺体（甲状腺，副甲状腺、胸腺等）以及泌尿系统的膀胱、尿道和附属腺体的上皮等。

中胚层（部分细胞）：主要形成各种肌肉、骨胳、结缔组织以及皮肤的真皮，循环系统（心脏、血管和血液）、排泄系统（肾、输尿管）、生殖系统（生殖腺、生殖管道及附腺等）、气管和消化道的管壁、体腔膜等。

早期胚胎发育胚胎的来源——②采用体外受精和早期胚胎培养获得的胚胎胚胎的来源——②采用体外受精和早期胚胎培养获得的胚胎（1）卵母细胞的采集以及培养采集对象采集部位采集方法细胞培养小型动物大型动物输卵管卵巢卵巢给供体注射促性腺激素，促进多排卵之后从输卵管中冲取卵子。摘取刚屠宰动物的卵巢，并从中采集卵母细胞。借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具，直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。不需要，直接用于受精需要需要胚胎的来源——②采用体外受精和早期胚胎培养获得的胚胎①收集精子的方法：手握法、假阴道法、电刺激法②获能的方法培养法：把精子放入获能液中培养一段时间。（啮齿动物、家兔和猪）化学诱导法：把精子放入一定浓度肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。（牛、羊）

适用于猪、犬等体型较小，容易控制的家畜适用于牛、马等体型较大，不太容易控制的家畜或大型动物适用于野生动物或经济动物胚胎的来源——②采用体外受精和早期胚胎培养获得的胚胎（2）精子的采集以及获能（3）受精获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。

目的：因为采集的为精液，精液为精子和精清，精清中含有抑制精子获能的物质，一般情况下精液中的精子无法获能，因此需要经过离心，除去精清以利于精子获能。胚胎的来源——②采用体外受精和早期胚胎培养获得的胚胎（4）胚胎的早期培养——发育培养液1.早期培养的目的：检查受精状况和受精卵的发育能力2.早期培养的条件：与动物细胞培养条件基本相同，只是营养物质有所不同。条件实现手段①无菌无毒灭菌加抗生素定期更换培养液②营养：发育培养液无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等+动物血清③温度和pH36.5±0.5℃pH7.2~7.4合适的渗透压

④气体环境95%空气(O2:用于细胞呼吸)，5%CO2调节pH(CO2培养箱)胚胎的来源——②采用体外受精和早期胚胎培养获得的胚胎3.早期培养的去向：当胚胎发育到适宜的阶段时可进行受体移植或冷冻保存。

理论基础：动物细胞核的全能性实质：无性繁殖（克隆动物）细胞分化程度高，恢复全能性困难细胞分化程度低，恢复全能性容易分类胚胎细胞核移植：体细胞核移植：克隆（clone）是指通过无性生殖而产生的遗传上均一的生物群，即具有完全相同的遗传组成的DNA分子、一群细胞或者生物个体，分别属于分子水平克隆、细胞水平克隆、个体水平克隆。胚胎的来源——③采用核移植技术得到的重组细胞发育形成的胚胎从母猴体内取出卵细胞去除卵细胞的细胞核从体细胞中取出细胞核从供猴的某一部位取出体细胞融合后的细胞经人工方法激活后，在体外培养形成早期胚胎把体细胞核注入去除了细胞核的卵母细胞中将早期胚胎移入代孕母猴体内克隆猴“中中”和“华华”目前的通常做法是：采用显微操作的方法，直接将供核细胞移植到已经去核的，处于MⅡ中期的卵母细胞（或受精卵）的透明带下，然后通过细胞融合（电融合或仙台病毒介导）的方式，使供核细胞与受体细胞发生融合，由此实现核与细胞质的重组。该方法在家畜等大动物上取得成功的例子颇多。另一种做法是用显微针反复抽吸供核细胞，从而分离出其中的细胞核部分，然后将细胞核直接注入细胞核已去除的受体细胞（MⅡ中期卵母细胞），这种方法主要被用于克隆小鼠的制作。胚胎的来源——③采用核移植技术得到的重组细胞发育形成的胚胎体细胞核移植的过程①供体选择②卵细胞选择③卵母细胞去核④供体核移植到去核卵母细胞的方法⑤重组细胞的激活胚胎的来源——③采用核移植技术得到的重组细胞发育形成的胚胎选用卵母细胞作为受体细胞:卵（母）细胞体积大、易操作；更关键的是卵（母）细胞的细胞质较多，营养丰富，含有较多促使动物细胞核全能性表达的物质。卵母细胞要培养到MⅡ中期:由于MⅡ中期卵母细胞核的位置，靠近第一极体，用微型细管可一并吸出细胞核与第一极体-----显微操作去核法胚胎的来源——③采用核移植技术得到的重组细胞发育形成的胚胎去掉卵母细胞的核:移植前要先去掉卵母细胞核，这样可以保证目标动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的供核方。促进供体细胞核与去核的卵母细胞融合的方法：可采用电刺激使两细胞融合，促使供体核进入受体卵母细胞，成为重组细胞。用物理和化学方法（如电脉冲、钙离子载体、乙醇、蛋白质合成抑制剂等）激活受体细胞使其完成细胞分裂和发育进程。胚胎的来源——③采用核移植技术得到的重组细胞发育形成的胚胎选用供体细胞直接移植：供体细胞形态小，取细胞核不方便，直接植入，不用取出细胞核，而且可以减少对供体细胞核的损伤，与去核卵母细胞融合后也能表达细胞核的全能性，这是核移植技术的后来改进；早期，缔造多利羊的时候，是把核取出来放入去核卵母细胞中的。诱导动物细胞融合的方法和原理：物理法：离心、振动、电刺激等；化学法：聚乙二醇（PEG）生物法：灭活的病毒；常用灭活的仙台病毒原理：细胞膜的流动性胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因操作的工具分子手术刀—限制酶特点：专一性。作用：识别双链DNA中某种特定的核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。来源：主要从原核生物体内分离纯化。为防止目的基因自身环化，最好用两种不同的限制酶切割获取目的基因(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类：①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类：①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保具有相同的黏性末端。②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因。正确判断限制酶的选择胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎DNA连接酶——“分子缝合针”将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，不需要模板。类型功能E.coliDNA连接酶只能“缝合”DNA互补的黏性末端。T4DNA连接酶即可”缝合”双链DNA互补的黏性末端，又可“缝合”双链DNA的平末端胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且具有自我复制能力的双链环状DNA分子。λ噬菌体的衍生物、动植物病毒能够在细胞内自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行自我复制。具有一个或多个限制酶切点，便于供外源DNA插入。具有特殊的遗传标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。安全、对受体细胞无害胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎目的基因：主要是指编码蛋白质的基因。基因工程的基本操作程序——目的基因的获取胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎获取方法：①从基因文库中获取；②利用PCR技术扩增；③用化学方法直接人工合成。提取某种生物的全部DNA用适当的限制酶切一定大小的DNA片段将DNA片段与载体连接导入受体菌中储存基因组文库某种生物的mRNA单链互补DNA双链cDNA片段导入受体菌中储存与载体连接cDNA文库逆转录胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因工程的基本操作程序——目的基因的获取归纳总结真核生物的cDNA文库与基因组文库文库类型cDNA文库基因组文库基因中启动子和内含子无有文库大小小大基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因工程的基本操作程序——目的基因的获取微提醒：①从cDNA文库获取的目的基因不含启动子和终止子。②通过DNA合成仪用化学方法合成DNA时需要知道DNA的碱基排列顺序，不需要模板。③利用乳腺生物反应器生产药物时，应将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子连接到一起。胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因工程的基本操作程序——目的基因的获取①概念：PCR全称为聚合酶链式反应，③条件：待扩增的目的基因、一对引物、四种脱氧核苷酸、TaqDNA聚合酶(热稳定DNA聚合酶)②原理：DNA双链复制④方式：以指数方式扩增，即2n（n为扩增循环的次数）⑤结果：使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增利用PCR技术扩增目的基因胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因工程的基本操作程序——目的基因的获取⑥过程：a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNAb、退火（DNA复性55℃-60℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链

c、延伸（70℃-75℃）：在TaqDNA聚合酶的作用下，从引物处延伸，合成与模板互补的DNA链。胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因工程的基本操作程序——目的基因的获取利用PCR技术扩增目的基因5Primer15Primer2Cycle2Cycle1555555TemplateDNA55555555胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎基因表达载体的构建——基因表达载体的构建基因表达载体的作用：使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎将目的基因导入受体细胞细胞类型方法说明特点植物细胞农杆菌转化法目的基因插入到Ti质粒的T­-DNA上→通过农杆菌→进入植物细胞→插入到植物细胞中的染色体DNA上→目的基因表达经济、有效，适合于双子叶植物和裸子植物基因枪法目的基因包裹在微小的金粒或钨粒表面→用基因枪高速射入到受体细胞或组织中→目的基因表达成本较高，是单子叶植物中常用的基因转化方胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎将目的基因导入受体细胞植物细胞花粉管通法含目的基因的溶液→滴加在柱头上(或用含目的基因的溶液处理花粉粒)→花粉粒吸入目的基因→授粉→目的基因表达简便、经济，我国科学家独创动物细胞显微注射技术目的基因片段→受精卵的核内→受精卵经胚胎早期培养一段时间后移植到雌性动物的输卵管或子宫内→使其发育成转基因动物最为有效的将目的基因导入动物细胞的方法胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎将目的基因导入受体细胞微生物细胞感受态细胞法Ca2＋处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体在缓冲液中与感受态细胞混合→一定温度下促使感受态细胞吸收DNA分子简便、经济、有效胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎将目的基因导入受体细胞胚胎的来源——④采用基因工程技术获得的胚胎目的基因的检测与鉴定

探针制备：用放射性同位素标记含有目的基因的DNA片段动物细胞培养的条件（1）充足的营养①生长因子（如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子等，生长因子能促进细胞生长并维持细胞形态）②营养液要定期更换③补充生长因子的方法是向营养液中添加动物一定量的血清（2）无菌环境（3）适宜的温度（36.5℃±0.5℃）（4）适宜的气体环境（95%空气+5%CO2）和pH（7.2-7.4）

（5）

稳定的渗透压现代生物工程技术——动物细胞培养动物细胞培养的流程选取幼龄动物组织现代生物工程技术——动物细胞培养要点分析选取幼龄动物组织将动物组织剪切成小块细胞悬液原代培养胰蛋白

酶消化出现细胞贴壁接触抑制时，要分瓶培养传代培养（10代左右）（1）选择幼龄动物组织的原因是幼龄动物组织的增殖能力强（2）剪碎组织块的目的是有利于动物组织充分接触胰蛋白酶（3）用胰蛋白酶处理的原因是动物组织细胞间有蛋白质，另外培养动物组织的培养液的pH值为7.2~7.4，所以不能用胃蛋白酶处理。（4）进行传代培养的原因是原代培养时会出现细胞贴壁和接触抑制，细胞会停止分裂。（5）动物细胞培养技术常将细胞培养至10代以内。（1）原代培养：从动物体获取组织或细胞后，进行的第一次培养过程称为原代培养，也叫初