第2讲　胚胎工程

第2讲胚胎工程(本讲对应学生用书P295)目录1自主学习•巩固基础2重难探究•素养达标3典题演练•破解高考4课后提能演练课标考情——知考向核心素养——提考能课标要求1.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术生命观念认同胚胎工程的各项技术手段在生命基础科学、畜牧学和生殖医学领域的重要作用科学思维构建胚胎移植和试管动物基本操作流程模型科学探究针对人类生产或生活的某一需求，在胚胎工程中选取恰当的技术和方法，尝试提出初步的工程学设计构想，完成初步设计或简单应用社会责任关注胚胎工程的科技进展，激发学习兴趣和责任感1.胚胎工程的概念知识点一胚胎工程的理论基础［自主学习］受精卵细胞受精2.受精过程“四步曲”顶体透明带反应卵细胞膜反应3.早期胚胎发育有丝分裂增多不增加全能性胎儿的各种组织胎膜和胎盘表层下方1.深挖教材。（1）若没有阻止多精入卵的机制，可能会出现什么结果？_____________

_____________________________________________________________________________________________。

［自主检测］提示：可能出现多个精子与卵细胞结合的现象，造成受精卵含有多个染色体组，而这样的受精卵难以正常发育（2）请在如图中绘出卵裂过程中每个细胞的体积、核内DNA含量与时间的关系。提示：如图所示2.热图导析：如图表示哺乳动物发育过程的几个阶段，据图分析回答下列问题。（1）A、B、C的名称分别是什么？

。

（2）图中的4和7两个空腔是同一个结构吗？_________________________

。

（3）早期胚胎发育过程中，卵裂时细胞的体积和所有的细胞体积之和有何变化？________________________________________________________

。

提示：桑葚胚、囊胚、原肠胚提示：不是，分别是囊胚腔和原肠腔提示：卵裂过程中，细胞只分裂而不生长，所以每个细胞的体积越来越小，但所有细胞总体积并不增加或略有缩小1.体外受精知识点二胚胎工程技术及其应用［自主学习］生殖道获能液获能培养成熟2.胚胎移植生理变化游离免疫遗传特性人工授精胚胎移植3.胚胎分割桑葚胚囊胚内细胞团1.深挖教材。（1）胚胎移植的实质是什么？_____________________________________

。

（2）对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？

。

［自主检测］提示：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移提示：内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为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，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题2.热图导析：如图为胚胎移植的操作流程，分析回答下列问题。（1）图中供体牛和受体牛分别是哪些？选择标准是什么？

________________________________________________________________

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（2）对供体牛和受体牛要进行怎样的处理？_________________________

。

（3）用于移植的早期胚胎应是发育到哪些阶段的胚胎？

。提示：供体牛是良种公、母牛；受体牛是一般受体奶牛和一般受体肉牛。选择标准：供体是遗传性状优良和生产能力强的个体，受体是有健康的体质和正常、有繁殖能力的个体提示：对供体母牛进行超数排卵处理；对供、受体母牛要进行同期发情处理桑葚胚或囊胚1.精子和卵子的发生胚胎工程的理论基础［深度讲解］项目精子的发生卵子的发生场所睾丸的曲细精管卵巢时间从初情期开始从胚胎出现性别分化后变形需变形不需变形分裂均等分裂不均等分裂结果形成4个精子形成1个卵子和3个极体2.受精过程中的“三大反应”与防止多精入卵受精的“两道屏障”（1）顶体反应：精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的条件。（2）透明带反应：精子的细胞膜与卵细胞融合，卵细胞膜外的透明带迅速发生生理反应，这个反应称为透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。（3）卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。3.胚胎发育（1）过程。（2）卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律。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，但一直呼吸消耗，所以有机物总量减少。②细胞体积：胚胎总体积不增加，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。

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）排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。（3）在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。［考向预测］（一）考查体内受精的过程（素养目标：生命观念）1.（2024年四川眉山期中）目前发现的双胞胎有同卵双胞胎、异卵双胞胎和“半同卵双胞胎”。1对“半同卵小姐弟双胞胎”形成过程如图所示，染色体全部来自父系的“合子”致死。下列相关叙述错误的是

（）A.“半同卵双胞胎”的产生与透明带反应和卵细胞膜反应异常有关B.细胞a的染色体组成为MP1，则细胞c的染色体组成为P1P1或MMC.排卵是卵子从卵泡中排出的过程，图中卵子发育到减数分裂ⅡD.这对小姐弟来源于母亲的染色体相同，来源于父亲的常染色体可能不同B【解析】“半同卵双胞胎”的产生是由于两个精子与一个卵细胞受精引起的，与透明带反应和卵细胞膜反应异常有关，A正确；来自母系的染色体为M，来自父系的染色体为P1、P2，经过复制后，染色体进行组合，若细胞a的染色体组成为MP1，细胞c的染色体均来自父亲，其染色体组成为P1P2，细胞b的染色体组成为MP2，故这对小姐弟来源于母亲的染色体相同，来源于父亲的常染色体可能不同，B错误、D正确；排卵是指卵子从卵泡中排出，此时的卵子通常是处于减数第二次分裂时期的次级卵母细胞，卵子发育到减数第二次分裂中期才具备受精的能力，故图中卵子发育到减数分裂Ⅱ的中期，C正确。（二）考查早期胚胎发育的过程（素养目标：生命观念）2.（2024年河南周口阶段练习）《细胞干细胞》发表封面研究论文，报道了我国科学家利用胚胎补偿技术在猪体内成功再造人源肾的策略。如图为研究过程中培育人-猪嵌合胚胎的简要过程。请回答下列问题：（1）在人多能干细胞培养过程中关闭细胞凋亡基因可避免细胞凋亡，细胞凋亡是

的过程。图中SIX

1和SALL

1是两个调控猪肾脏形成和发育的基因，通过工程化手段使这两个基因缺失的意义是__________________________________________________

。

由基因决定的细胞程序性死亡避免该细胞表达出猪肾脏相关蛋白从而在器官移植时产生排斥反应（2）由图可知，将早期人类胚胎细胞注入后最终会在囊胚的

继续发育，该部分细胞最终发育成

。要让图中嵌合胚继续发育为子代猪，还需通过

技术移入母猪子宫内，移入的胚胎能够存活的生理基础是____________________________________________

。

（3）在正常的胚胎发育过程中，桑葚胚是

经卵裂发育形成的，卵裂期的细胞数目

、胚胎体积

。

滋养层胚胎的各种组织胚胎移植受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应受精卵增加不变或略微减小（三）考查体外受精的过程（素养目标：生命观念）3.下图是利用体外受精技术培育试管动物的大致流程，请回答下列问题：（1）精子的顶体内含有的

能协助精子穿过卵母细胞的_______

。

（2）体外培养受精卵时，除给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还提供

气体以维持

相对稳定。

（3）动物的早期胚胎需移植到同种且

与供体相同的动物体内，被移植的胚胎之所以能存活是因为受体对____________________________

。

顶体酶放射冠和透明带CO2培养液的pH生理状态外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应（4）如果将某种目的基因导入动物细胞，以期获得新性状，最常用的方法是用显微注射技术将

导入受精卵中，目的基因能够导入受体细胞内，并且在受体细胞中稳定表达的过程称为

。含有目的基因的表达载体转化1.胚胎移植的理论基础胚胎工程技术及其应用［深度讲解］胚胎移入的生理学基础哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的胚胎收集的基础哺乳动物的早期胚胎形成后，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，这为胚胎收集提供了可能移入胚胎存活的基础受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应保留遗传特性的基础供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响2.胚胎工程的三个操作流程（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）。［考向预测］考查胚胎移植和胚胎分割的应用（素养目标：社会责任）（2024年吉林期末）随着生物科学技术的发展，动物的生殖方式变得越来越多样化。如图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况，供体1是良种荷斯坦高产奶牛，供体2是健康的黄牛，请据图分析并回答下列问题。（1）图中产生小牛的几个途径中，属于无性繁殖途径的有应用_________

（填数字）。

（2）应用1中，为了大量获取细胞B，需对供体2注射

，使用

技术获得重组细胞，最终获得的良种小牛性别为__________

（填“雌性”或“雄性”）。

（3）受精卵形成的场所是在

。精子的细胞膜与卵细胞融合，卵细胞膜外的

迅速发生生理反应，防止多精入卵。

1、3促性腺激素核移植雌性输卵管透明带（4）进行胚胎移植的优势是

。在这项技术中，供体的主要职能变为产生具有优良遗传性状的胚胎，繁重而漫长的妊娠和育仔任务由受体取代，这就大大缩短了

本身的繁殖周期。

（5）应用3可解决良种动物快速大量繁殖的问题：对囊胚阶段的胚胎通过

技术获得二分胚①和②，操作时需要注意

，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。若要进行性别鉴定，取

细胞。

可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力供体胚胎分割将内细胞团均等分割滋养层【解析】（1）应用1采用了核移植技术，形成克隆动物，属于无性生殖；应用2采用体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术，形成的是试管动物，属于有性生殖；应用4表示从早期胚胎或原始性腺中提取胚胎干细胞；应用3采用了胚胎分割技术，属于无性生殖，故图中产生小牛的几个途径中，属于无性繁殖途径的为应用1、3。（2）应用1中，为了大量获取细胞B，即卵母细胞，需要对供体2注射促性腺激素，使其超数排卵。使用核移植技术获得重组细胞，最终获得的良种小牛性别与供体1相同，因此性别为雌性。（3）受精卵形成的场所是在输卵管。精子的细胞膜与卵细胞融合，卵细胞膜外的透明带迅速发生生理反应，防止多精入卵。（4）进行胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。在这项技术中，供体的主要职能变为产生具有优良遗传特性的胚胎，繁重而漫长的妊娠和育仔任务由受体取代，这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。（5）应用3可解决良种动物快速大量繁殖的问题：对囊胚阶段的胚胎通过胚胎分割技术获得二分胚①和②，对囊胚阶段的胚胎进行分割时需要将内细胞团进行均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，若要进行性别鉴定，取滋养层细胞进行鉴定。

1.（2024年北京卷）我国科学家体外诱导食蟹猴胚胎干细胞，形成了类似囊胚的结构（类囊胚），为研究灵长类胚胎发育机制提供了实验体系（如图）。相关叙述错误的是

（）A.实验证实食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能B.实验过程中使用的培养基含有糖类C.类囊胚的获得利用了核移植技术D.可借助胚胎移植技术研究类囊胚的后续发育C【解析】体外诱导食蟹猴胚胎干细胞，形成了类似囊胚的结构（类囊胚），证实了食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能，A正确；实验过程中使用的培养基需含有糖类，糖类可为细胞培养提供能源物质，B正确；类囊胚的获得利用了动物细胞培养技术，并没有进行核移植，C错误；可借助胚胎移植技术将类囊胚移植到相应的雌性受体中继续胚胎发育，从而可以用来研究类囊胚的后续发育，D正确。2.（2024年甘肃卷）甘加藏羊是甘肃高寒牧区的优良品种，是季节性发情动物，每年产羔一次，每胎一羔，繁殖率较低。为促进畜牧业发展，研究人员通过体外受精、胚胎移植等胚胎工程技术提高藏羊的繁殖率，流程如下图。下列叙述错误的是

（）A.藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵B.藏羊乙的获能精子能与刚采集到的藏羊甲的卵母细胞受精C.受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理D.后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙B【解析】促性腺激素能作用于卵巢，藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵，A正确；从卵巢中刚采集的卵母细胞需培养成熟（减数第二次分裂中期）后才可与获能后的精子进行体外受精，B错误；在胚胎移植前要对接受胚胎的受体和供体进行同期发情处理，使二者的生理状况相同，因此受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理，C正确；后代丁是由藏羊甲的卵细胞和藏羊乙的精子结合形成的受精卵发育而来，因此后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙，D正确。3.（2024年湖北卷）研究者探究不同浓度的雌激素甲对牛的卵母细胞和受精卵在体外发育的影响，实验结果如下表所示。根据实验数据，下列叙述错误的是

（）甲的浓度/（μg·mL-1）卵母细胞/个第一极体排出/个成熟率/%卵裂数/个卵裂率/%01067066.02840.011207965.84658.2101135346.91528.31001124842.8510.4A.实验结果说明甲抑制卵裂过程B.甲浓度过高抑制第一极体的排出C.添加1μg/mL的甲可提高受精后胚胎发育能力D.本实验中，以第一极体的排出作为卵母细胞成熟的判断标准【解析】由表可知，甲低浓度时促进卵裂，高浓度时抑制卵裂，A错误；对照组第一极体排出个数为70个，甲浓度过高（>10

μg/mL，第一极体排出个数<70个）抑制第一极体的排出，B正确；添加1

μg/mL的甲，卵裂数增大，即该条件可提高受精后胚胎发育能力，C正确；卵母细胞成熟的判断标准是第一极体的排出，D正确。A4.（2022年全国卷）某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题：（1）为了实现体外受精，需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是

。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是______________________________________________________________________

；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是

（答出1点即可）。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到______

时才具备与精子受精的能力。

冷冻保存刚排出的精子不能直接与卵细胞结合完成受精过程，必须经获能处理后才具备受精能力肝素（或钙离子载体A23187溶液）MⅡ期（2）体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有____________

（答出3点即可）等。将培养好的良种囊胚保存备用。

（3）请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是________________

。

维生素、氨基酸、核苷酸对受体母羊进行发情处理，合适的时间将保存的囊胚移植入受体母羊的子宫A组基础巩固练1.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.卵裂期胚胎的体积随细胞分裂次数增加而不断增大C.囊胚的滋养层细胞具有发育的全能性D.细胞开始发生分化的胚胎时期是原肠胚（本讲对应学生用书P418~419）A【解析】细胞膜表面均有糖蛋白，糖蛋白具有细胞识别功能，不同物种的精子与卵细胞的糖蛋白不同，只有同种生物的精卵才能相互识别结合，A正确；受精卵在卵裂过程中，胚胎的总体积基本不变或略有减小，而单个细胞的体积不断减小，B错误；滋养层将发育成胎盘和胎膜，而内细胞团形成胎儿各种组织，具有发育的全能性，C错误；在胚胎发育的过程中，细胞的分化出现在囊胚时期，D错误。2.如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是

（）A.图中①过程表示胚胎发育，②过程表示胚后发育B.受精卵卵裂处于囊胚形成的过程中，每个细胞的体积不断增大C.在囊胚阶段内部出现空腔D.原肠胚是进行胚胎移植的最好时期C【解析】由受精卵发育为幼体的过程是胚胎发育，由幼体发育为成体的过程是胚后发育，A错误；卵裂形成的囊胚总体积基本不变，而每个细胞的体积减小，B错误；在囊胚阶段出现空腔，叫囊胚腔，C正确；原肠胚期已发生了细胞的分化，最好在早期胚胎时进行移植，如牛、羊一般在桑葚胚或囊胚阶段移植，而其他生物要在更早阶段进行移植，D错误。3.下图表示通过体外受精培育牛的过程，下列叙述不正确的是

（）A.①过程获取的卵母细胞需镜检，若其成熟才可用于②过程B.获取的精子经获能后才能进行体外受精C.②过程体现了细胞膜的选择透过性特点和识别功能D.④过程为胚胎移植过程C【解析】图中的②过程是受精作用，该过程涉及精卵细胞的识别、细胞膜的融合（与膜的流动性有关）、核的融合等。4.如图是科学家培养转基因试管牛的过程示意图，下列相关叙述错误的是

（）A.过程①通常用促性腺激素处理，可达到促使动物超数排卵的目的B.图中1是滋养层，2是透明带C.进行过程③时，受体应处于适合的生理状态，可事先用激素对供体和受体进行同期发情处理D.为确保得到所需性别的转基因牛，往往对移植前的胚胎进行性别鉴定B【解析】过程①表示用激素（常用促性腺激素）对供体母牛进行超数排卵处理；图中1为透明带，2是滋养层，3是内细胞团；过程③表示胚胎移植，胚胎移植能否成功，与供体和受体的生理状态有关，所以进行胚胎移植时，受体应处于适合的生理状态，可事先用激素对供体和受体进行同期发情处理；为确保得到所需性别的转基因牛，往往对移植前的胚胎进行性别鉴定，可取图中2部位（滋养层）的细胞进行DNA分析来鉴定性别。5.如图所示是利用高等哺乳动物的生殖细胞通过体外受精技术培育试管动物的大致流程。下列说法错误的是

（）A.哺乳动物的体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤B.在体外受精前，要对精子进行获能处理，使精子具有与卵子受精的能力C.胚胎发育到一定阶段，除了图中所示用途以外，还可以进行胚胎分割D.早期胚胎发育的过程是受精卵→囊胚→桑葚胚→原肠胚D【解析】培育试管动物首先要做的就是体外受精，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，A正确。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；因此在体外受精前，要对精子进行获能处理，B正确。图中所示用途为胚胎移植，除了胚胎移植，发育到一定阶段的胚胎，还可以用于胚胎分割，C正确。胚胎发育的过程是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚，D错误。B组能力提升练6.（2024年广东广州二模）为研究多种血糖调节因子的作用，我国科学家开发出胰岛素抵抗模型鼠。为扩增模型鼠数量，科学家通过诱导优良模型鼠体细胞转化获得iPS细胞，继而利用iPS细胞培育出与模型鼠遗传特性相同的克隆鼠，具体步骤如图所示。请回答下列问题：（1）图中黑鼠的体细胞在诱导因子的作用下转化为iPS细胞的过程与植物组织培养中的

过程类似。该过程结束后，细胞的全能性_______

（填“提高”或“降低”）。

（2）图中灰鼠形成的受精卵，经过一次有丝分裂后可得到双细胞胚。为获得更多的双细胞胚，可对灰鼠注射

激素，使其超数排卵。

脱分化提高促性腺（3）囊胚中的内细胞团将来可以发育成胎儿的

。上图中的重构胚通过①

技术进入代孕白鼠子宫内继续发育，X鼠的体色为

。上图中可以是雄鼠的有

（填图中相关鼠的名称）。

（4）为确定克隆鼠的培育是否成功，须对X鼠进行

的相关检测。

各种组织胚胎移植黑色黑鼠和X鼠胰岛素抵抗7.布朗瑞士奶牛的泌乳期长，产奶量高。某科技公司进行了布朗瑞士奶牛的冻胚移植，以本地母牛为受体。下图为该公司培育的过程示意图。（1）图中①过程常用

激素促进布朗瑞士奶牛超数排卵。若采用人工授精，采集的精子要经过

过程才能与处于

期的卵子结合形成受精卵，然后将受精卵移入发育培养液中，目的是________________

。

（2）若布朗瑞士奶牛与布朗瑞士公牛自然交配，配种后第7天需用特制的冲卵装置将母牛体内的胚胎冲洗出来进行质量检查，此时胚胎发育时期为

。

促性腺获能MⅡ检查受精状况和受精卵的发育能力桑葚胚或囊胚（3）图中