第53讲 胚胎工程-【高效备考】备战2025年高考生物一轮复习精品课件

第53讲 胚胎工程 一、胚胎工程的理论基础 二、胚胎工程技术及其应用 课标要求 核心素养 1．简述胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育的过程。 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。 1．生命观念：以精子和卵细胞的结构为例，阐述细胞的结构与功能的适应。 2．科学思维：以过程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程；以文字和图示表示哺乳动物的体外受精和胚胎移植的过程。关注生物技术的伦理问题，积极参与有关热点讨论。 3．社会责任：说明体外受精、胚胎移植和胚胎分割技术在畜牧业生产中的应用。生物技术引发的伦理问题应符合大多数公众的价值观念；向人们宣扬生物武器给我国及其他国家的人们带来的危害，关爱生命，远离战争。 应用较多的胚胎工程技术 1.体外受精 2.胚胎移植 3.胚胎分割 进一步挖掘动物的繁殖潜力 一、胚胎工程的理论基础 1.胚胎工程的概念 (1)操作对象：____________、受精卵或____________。 (2)处理技术：如___________、胚胎移植、____________等技术。 (3)目的：经过处理后获得的胚胎，移植到________动物体内生产后代，满足人类的各种需求。 (4)理论基础：哺乳动物________和____________发育的规律。 (5)实质：在体外条件下，对动物____________和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 生殖细胞 早期胚胎 体外受精 胚胎分割 雌性 受精 早期胚胎 自然受精 定义: 过程: 受精前的准备阶段 受精阶段: 准备阶段Ⅰ:精子获能 准备阶段Ⅱ:卵子的准备 精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜具有：一定的流动性 哺乳动物的输卵管内。 受精 一、胚胎工程的理论基础 2.受精概念及过程 一、胚胎工程的理论基础 透明带 卵细胞膜 核 (纺锤体—染色体复合物) 第一极体 在 使精子获能； 培养在 中使其获能； 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 肝素、Ca2+载体 卵子要在 内进一步成熟，达到 时，才具备与精子受精的能力。 输卵管 减数第二次分裂中期 (1)准备阶段——精子获能 (2)准备阶段——卵子的准备 2.受精概念及过程 一、胚胎工程的理论基础 精子穿越卵细胞膜外结构，如透明带 释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核 精子入卵 卵细胞膜反应 精子触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来精子进入透明带。 精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。 防多精入卵的两个屏障 雄原核 雌原核 第一极体 第二极体 (3)受精阶段 一、胚胎工程的理论基础 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 受精完成的标志： 雌雄原核形成合子 受精的标志： 观察到两个极体或雌雄原核 核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成 雄原核 雌原核 第一极体 第二极体 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。 两个极体 雌雄原核 (3)受精阶段 [易错提醒]　卵子减数分裂Ⅱ是在精子和卵子结合的过程中完成的；减数分裂Ⅱ、受精作用和受精卵的早期细胞分裂都是在雌性动物的输卵管中进行的。 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 孵化 卵裂期 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 受精卵开始向子宫移动，受精卵在输卵管一边移行，一边进行有丝分裂，逐渐发育成胚胎。可分为以下几个阶段：桑椹胚、囊胚、原肠胚 3.胚胎早期发育 (1)场所 一、胚胎工程的理论基础 受精卵 胚胎发育的起点 胚胎发育早期有一段时间是在透明带内进行分裂(有丝分裂)，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称卵裂 桑葚胚 当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。 (2)过程 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 卵裂 一、胚胎工程的理论基础 囊胚 原肠胚 内细胞团 内含液体 发育 胎盘和胎膜 属于胚胎干细胞，将发育成各种组织 逐渐分化形成各种组织、器官等 透明袋 囊胚腔 滋养层 发育 外胚层 内胚层 中胚层 原肠胚 (2)过程 一、胚胎工程的理论基础 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，不能从母体获取有机物，而呼吸消耗一直进行，因此有机物总量减少。 (2)细胞数目和体积： 胚胎总体积不增加，但细胞数目增多，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。 (1)在自然条件下，受精在子宫中完成(　　) (2)精子获能液常见的有效成分有肝素、Ca2＋载体等(　　) (3)当精子入卵后，透明带立即发生生理反应，阻止后来的精子进入(　　) (4)卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大(　　) (5)雄性动物刚刚排出的精子并不具有受精能力，必须获能后才具备受精能力（ ） (6)精子入卵后形成雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核（ ） 输卵管 在卵细胞膜与透明带的间隙观察到两个极体 受精卵的形成标志着受精过程圆满结束，新生命发育的历程由此开始。回答下列问题： 自然孕育时，精子与卵子在何处完成受精过程，判断卵子已经受精的标志是什么？。 受精卵形成早期胚胎的主要历程为： 受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚 胚胎移植后一般都能在母体子宫内存活,其生理学基础是 母体子宫对外来胚胎基本不产生免疫排斥反应 情境分析 √ 考向1　体内受精过程 1． (2024·江苏盐城高三调研)下图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是(　　) A．图中X指卵细胞膜反应，Y指卵子的减数分裂Ⅱ B．经图中Y过程只形成了雌原核 C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合 D．精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶 解析：经题图中Y过程，除形成雌原核外，还形成极体，B错误。 √ 考向2　胚胎发育过程 2．(2024·山东烟台模拟)下图为受精作用及早期胚胎发育示意图，下列叙述错误的是(　　)   A．①过程需依赖细胞表面糖蛋白识别 B．②过程通过有丝分裂方式增殖 C．③过程细胞的核质比逐渐变小 D．④过程细胞的基因表达发生了差异 √ 3．(2024·辽宁教研联盟高三调研)我国科研人员利用大鼠、小鼠两个远亲物种创造出世界首例异种杂合二倍体胚胎干细胞(AdESCs)，具体流程如下图所示。下列叙述错误的是(　　) A.单倍体囊胚1可由小鼠的卵细胞经体外诱导培养获得 B．单倍体囊胚2的形成过程中发生了细胞的分裂和分化 C．图中的单倍体胚胎干细胞来源于单倍体囊胚的内细胞团 D．AdESCs的染色体组数与大鼠—小鼠体细胞融合的杂种细胞相同 二、胚胎工程技术及其应用 1.体外受精 体外受精 精子离心 新鲜或解冻的精液 受精卵培养 获能溶液或专用的受精溶液 采集培养 获能精子 卵巢 MⅡ期卵母细胞 卵母细胞的采集和培养 精子的采集和获能 受精 采集到的卵母细胞要培养到_MII期才能成熟 采集到的精子要进行获能处理才能受精 获能的精子和培养成熟的卵子在适当的培养液中完成受精作用 过程 2.胚胎移植 (1)概念： 胚胎移植是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 (2)供体、受体和胚胎来源 ②供体： 提供胚胎的个体 ③受体： 接受胚胎的个体 ①胚胎来源： 转基因、核移植和体外受精获得的胚胎 遗传性状优良、生产能力强 选择标准： 职能： 产生具有优良遗传特性的胚胎 选择标准： 职能： 同种、健康的体质和正常繁殖能力 承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务 ①可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力; ②大大缩短了供体本身的繁殖周期; ③对供体超数排卵处理后，可增加后代数量 (3)意义: 二、胚胎工程技术及其应用 优良供体母牛 受体母牛 受体发情 同期发情处理 超数排卵处理 发情配种 或人工受精 胚胎移植 收集胚胎并检查 对受体进行妊娠检查 具有优良性状的后代 优良公牛 利用某些激素人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。 使他们处于相同的生理环境，这样供体的胚胎移入受体后不会发生免疫排斥反应。 注射外源促性腺激素 诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 什么是同期发情处理？ 同期发情处理的目的是什么？ 如何进行超数排卵？ 超数排卵的目的是什么？ 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 桑葚胚或囊胚 2.胚胎移植 二、胚胎工程技术及其应用 20 生理变化 生理环境 游离 免疫排斥反应 生理 组织 遗传特性 二、胚胎工程技术及其应用 2.胚胎移植 二、胚胎工程技术及其应用 (1)该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； 第二次用外源促性腺激素用于供体超数排卵。 (2)该过程中的两次检查： 第一次对收集的胚胎进行检查； 第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。 (3)胚胎移植成功与否要有两个条件： 胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。 [易错提醒]　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，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状保持不变。 二、胚胎工程技术及其应用 采用________将_________切割成____________________等，经移植获得________________的技术 体视显微镜 和显微操作仪。 (1)概念： 机械方法 早期胚胎 2等份、4等份或8等份 同卵双胎或多胎 (2)理论依据: 4.胚胎分割　 理论基础: 物质基础: 细胞的全能性。 每个细胞的细胞核内都具有相同_的遗传物质 (3)主要仪器设备: 显微操作仪 体视显微镜 二、胚胎工程技术及其应用 4.胚胎分割　 后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。 (4)特点: (5)适合分割的胚胎: 发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。 桑葚胚 囊胚 二、胚胎工程技术及其应用 (6)胚胎分割的过程: 选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚,移入盛有操作液的培养皿中。 在显微镜下用分割针或分割刀片对胚胎进行分割(均分内细胞团) 分割后的胚胎可直接移植给受体,或经体外培养后,再移植给受体。 选择胚胎 分割胚胎 移植胚胎 对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团。 还可用分割针分割滋养层，做DNA分析，鉴定性别。 做DNA分析 鉴定性别 二、胚胎工程技术及其应用 (6)胚胎分割的过程: (7)胚胎分割的优点 ①可以促进优良动物品种的繁殖 ②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料 ③在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义 (1)移植胚胎必须在原肠胚之前进行，但不能直接移植受精卵。 (3)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。 (2) 胚胎移植的三个关键环节 (1)在胚胎移植中，对供体母畜要进行超数排卵处理，对供、受体要进行同期发情处理(　　) (2)胚胎分割移植时应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚(　　) (3)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎(　　) (4)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(　　) (5)做DNA分析、鉴定性别要取内细胞团处的细胞(　　) (6)可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植（ ） (7)小鼠胚胎干细胞可来自对囊胚内细胞团的分离培养（ ） (8)为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂（ ） 情境分析 新疆是我国最大的畜牧业省区之一，由于本地羊的良种率偏低，羊的产肉率和产量远远不能满足市场的需求。因此，新疆维吾尔自治区畜牧厅启动了“优质种羊万枚胚胎移植工程”，提高了肉用羊的良种率。下图为胚胎移植过程示意图。回答下列问题。 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 在促使供体母羊超数排卵时，不宜长期过量使用性激素的原因是 长期过量使用的性激素会通过负反馈调节，导致性腺萎缩 除图中所示外，胚胎移植技术中胚胎的来源还有 转入目的基因的胚胎、核移植得到的重组胚胎、体外受精后形成的胚胎等 √ 考向1　体外受精和胚胎移植 1．(2023·广东选择考)科学家采用体外受精技术获得紫羚羊胚胎，并将其移植到长角羚羊体内，使后者成功妊娠并产仔，该工作有助于恢复濒危紫羚羊的种群数量。此过程不涉及的操作是(　　) A．超数排卵　　　　　　　 B．精子获能处理 C．细胞核移植 D．胚胎培养 解析：试管动物的培育过程主要包括精子的采集与体外获能处理；卵子采集(为获得更多卵子进行超数排卵处理)与成熟培养；卵子与精子的体外受精；胚胎的早期培养；待胚胎生长到一定阶段后，进行胚胎移植。 √ 2．(2023·广东六校三联)精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，下图表示用该方法制备转基因鼠的基本流程。下列叙述正确的是(　　) A．①过程需将成熟的精子放入ATP溶液中进行获能处理 B．②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质不都来自父母双方 C．③过程的早期胚胎需要发育到桑葚胚或原肠胚才能进行胚胎移植 D．④过程进行胚胎移植前需要对供体和受体进行免疫检查 √ 考向2　胚胎分割技术及其应用 3．(2024·浙江杭州高三模拟)下图为牛胚胎性别鉴定及胚胎分割示意图，下列叙述错误的是(　　) A．A是囊胚腔，乙过程是胚胎移植 B．进行胚胎分割时，要注意将滋养层细胞均等分割 C．胚胎分割所需要的主要仪器设备为体视显微镜和显微操作仪 D．一般从结构D中取样分离出胚胎干细胞 4． (2024·宁夏银川期末)下图是科学家通过不同方法培育优良种牛的过程，其中①～⑤表示操作过程。请回答下列问题：   (1)图中①过程涉及的精子需进行__________处理；防止多精入卵的两道屏障为__________________________。 (2)图中良种母牛的激素处理是注射促性腺激素，其目的是______________。 获能　 透明带反应、卵细胞膜反应 促使其超数排卵 (3)图中②过程所用的方法是____________。外源基因插入牛受精卵中的DNA上后，有的受精卵能发育成转基因牛，而有的会死亡，请分析外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵死亡的最可能原因：____________________________________________________________________________________________。 (4)图中b、c分别代表囊胚的_________________。 (5)图中④过程表示_______________________， 由一个囊胚经④过程得到的B、C牛性别相同的概率为________。 显微注射法　 外源基因插入牛受精卵中的DNA上后导致受精卵内生命活动所必需的某些基因不能表达(合理即可)　 囊胚腔、内细胞团　 胚胎分割和胚胎移植　 100% √ 1．(2023·浙江1月选考)在家畜优良品种培育过程中常涉及胚胎工程的相关技术。下列叙述错误的是(　　) A．经获能处理的精子才能用于体外受精 B．受精卵经体外培养可获得早期胚胎 C．胚胎分割技术提高了移植胚胎的成活率 D．胚胎移植前需对受体进行选择和处理 经典真题 √ 2．(2022·江苏选择考)下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述，正确的是(　　) A．通常采用培养法或化学诱导法使精子获得能量后进行体外受精 B．哺乳动物体外受精后的早期胚胎培养不需要额外提供营养物质 C．克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植等过程 D．将小鼠桑葚胚分割成2等份获得同卵双胎的过程属于有性生殖 经典真题 √ 3．(2020·山东等级考)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是(　　) A．用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子 B．体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理 C．胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植 D．遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得 经典真题 4．(2022·高考全国卷甲)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__________________________________________________________；精子体外获能可将精子培养在人工配制的获能液中使其获能，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　 只有获能的精子才能和培养成熟的卵子完成受精过程(合理即可)　 肝素、Ca2＋载体(答出1点即可)　 MⅡ期 经典真题 (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。 解析：哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。 有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸(答出3点即可)　 经典真题 (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___________________ _________________________________________________________________。 解析：为了获得具有该公羊优良性状的后代，应先用相关激素对非繁殖期的受体母羊进行同期发情处理，再将保存的囊胚进行胚胎移植。 用相关激素对非繁殖期受体母羊进行同期发情处理→(将保存的囊胚进行)胚胎移植 经典真题 3．(2021·辽宁选择考)下图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛的简易流程图。有关叙述正确的是(　　)   A．后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定 B．过程①需要提供95%空气和5%CO2的混合气体 C．过程②常使用显微操作法对受精卵进行处理 D．过程③将激活后的重组细胞培养至原肠胚移植 √ 经典真题 4．(2020·高考江苏卷改编)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，制备流程如下图所示。下列叙述正确的是(　　)   A．为获得更多的囊胚，采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子 B．细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同 C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞 D．胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养 √ 经典真题 胚胎移植的生理学基础 意义 1.同种动物的供、受体排卵后，生殖器官的 __________是相同的 为移入受体的供体胚胎提供了相同的__________ 2.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，而处于______状态 为胚胎的收集提供了可能 3.受体对外来胚胎基本上不发生 ________________ 为胚胎在受体内存活提供了可能 4.供体胚胎可与受体子宫建立正常的_____和______联系，但其___________不受影响 为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障 $$