2.3胚胎工程同步练习导学案-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

细胞工程 ——胚胎工程 【学习目标】 1.胚胎工程的基本概念和原理 2.受精和胚胎发育的基本过程 3.胚胎工程的主要技术及其原理 4.胚胎工程技术的发展和应用 重难点：1.受精和胚胎发育的基本过程 2.体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理 3.胚胎工程在生产实践中的应用 【学习内容】 胚胎工程：指对生殖细胞、受精卵 或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 一、胚胎工程的理伦基础 (一)受精 1.概念：受精是精子和卵子结合形成合子(受精卵)的过程。 2.场所：在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。 3.过程：包括受精前的准备阶段和受精阶段。 (1)准备阶段1——精子获能 ①概念：刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。 ②研究精子获能机制的意义：实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了基础。 ③使精子获能的方法：直接利用雌性动物生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能。 (2)准备阶段2—卵子的准备 卵子一般在排出2-3h后才能被精子穿入；动物排出的卵子成熟程度不同，排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期时，卵子具备与精子受精的能力。 (3)受精阶段 ①顶体反应：释放出多种酶，并溶解卵细胞膜外的结构。 ②透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带（第一道屏障）。 ③卵细胞膜反应：第一个精子进入卵细胞后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内（第二道屏障）。 ④雌雄原核形成 精子尾部脱离，原有核膜破裂并形成一个比原来精子的核还大的核，称为雄原核。同时，精子入卵后激活卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。 ⑤配子结合 雌雄原核融合形成合子(受精卵)—— 受精的标志！ 备注：哺乳动物第一极体一般不分裂，所以也可以用两个极体作为受精的标志。 (二)胚胎早期发育 卵裂 胚胎发育早期，在透明带内进行。分裂方式为有丝分裂。细胞数目越来越多，胚胎总体积基本不变。 受精卵 桑葚胚 卵裂产生的子细胞形成致密的细胞团,形似桑葚。 细胞开始出现分化,形成内细胞团和滋养层细胞，中间的空腔称为囊胚腔。 内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。 孵化：囊胚进一步扩大，导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来。 囊胚 出现内胚层、中胚层、外胚层。 原肠胚 例1：下图为某哺乳动物受精作用及胚胎发育过程示意图。下列叙述错误的是( B ) A.卵子成熟和①过程发生在雌性动物的输卵管中 B.②③④过程都发生有丝分裂，b时期胚胎发生孵化 C.桑葚胚细胞具有全能性，a时期细胞开始出现分化 D.在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体，是判断卵子是否受精的标志 例2：我国科研人员利用小鼠获得了单倍体胚胎干细胞，流程如下图所示。目前构建成功的单倍体胚胎干细胞的细胞核内包含的性染色体全部都是X染色体，而无包含Y染色体的细胞。已知小鼠Y染色体比X染色体短小，下列叙述错误的是（ A ） A.精子头部入卵后，透明带迅速发生生理反应拒绝其他精子进入透明带 B.为得到只含精子染色体的胚胎干细胞需在核融合前剔除卵子的雌原核 C.由图可知，单倍体胚胎干细胞来自小鼠囊胚期的内细胞团细胞 D.Y染色体比X染色体短小，可能缺少支持单倍体胚胎干细胞存活的基因 二、胚胎工程技术及其应用 (一)体外受精 1.过程：包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。 （采集到的卵母细胞和精子，要分别在体外进行成熟培养和获能处理，然后才能用于体外受精。） 2.意义：是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎。 (二)胚胎移植 1.概念：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。 (1)胚胎来源：体外受精及其他方式（体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等）得到的胚胎。 (2)供体和受体：①提供胚胎的个体称为供体；②接受胚胎的个体叫受体。 2.实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 3.地位：胚胎工程的最终技术环节。 4.意义： ①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力； ②缩短了供体本身的繁殖周期； ③对供体施行超数排卵处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代，使供体生产下的后代数量是自然繁殖的十几倍到几十倍。 5.过程： 对供、受体的选择和处理 配种或人工受精 胚胎的收集、检查、培养或保存 胚胎的移植 移植后的检查 (1)对供、受体的选择和处理 ①对供、受体进行的相同处理：同期发情处理 ②只对供体进行的操作：超数排卵处理 (2)配种或人工授精 应选择同种的优良公牛 (3)胚胎的收集、检查、培养或保存 ①胚胎收集的基础：哺乳动物早期胚胎形成后，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； ②该阶段检查的目的：检查胚胎的质量； (4) 胚胎的移植 一般选择移植桑葚胚或囊胚阶段的胚胎 (5) 移植后的检查 第二次检查的目的：对受体进行妊娠检查(检查受体是否妊娠) 例3：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（ B ） 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 例4：胚胎移植是指将通过体外受精或其他方式获得的动物胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之发育成新个体的技术。如表显示了几种动物早期胚胎进入子宫时的发育天数和发育阶段。下列关于胚胎移植的叙述，正确的是（  C  ） 动物种类 小鼠 绵羊 猪 马 牛 发育时间 3 3～4 2～2.5 6 4～5 发育阶段 桑椹胚 16细胞 4～6细胞 囊胚 8～16细胞 A．胚胎移植的受体要有优良遗传性状和生产性能 B．进行胚胎移植可发挥雄性优良个体的繁殖潜力 C．克隆牛、同卵多胎牛的成功培育都离不开胚胎移植 D．对马进行胚胎移植时应对受体进行免疫排斥检查 例5：如图表示利用二倍体小鼠所做的实验，下列分析合理的是（  C  ）    A．过程①中细胞数目和有机物总量在不断增加 B．图中囊胚的细胞基因型都相同 C．代孕母鼠需进行同期发情处理 D．嵌合体幼鼠是四倍体 (三)胚胎分割 1.概念：采用机械方法将早期胚胎切割成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.对象：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。 （分割囊胚时，要将内细胞团均等分割） 3.实质：同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，是动物无性繁殖或克隆的方法。 4.主要仪器设备：体视显微镜、显微操作仪、分割针或分割刀 5.意义： 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。 7.局限性 采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。 例6：采用机械方法将早期胚胎切割后移植，可以获得同卵双胎或多胎，下列说法正确的是（  B  ） A．胚胎分割时，应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚 B．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎 C．胚胎分割时，需将囊胚的滋养层进行均等分割 D．胚胎移植充分发挥雌性优良受体的繁殖潜能 例7：《细胞报告》最近报道，我国科学家成功将小鼠的颗粒细胞（卵泡中卵母细胞周围的细胞）转化为GV卵母细胞，进而恢复减数分裂并顺利培育出健康后代（如下图）。有关叙述错误的是（　D　） A．过程①中涉及基因选择性表达 B．X细胞应处于减数分裂Ⅱ中期 C．过程③中受精的实质是雌雄原核融合 D．过程③选择原肠胚进行胚胎移植 【巩固训练】 1.和牛肉多汁细嫩,肉用价值极高,在日本被视为“国宝”。我国科研人员利用细胞工程等技术成功培育出优良和牛品种,下列说法错误的是（ B ） A. 用促性腺激素处理母牛, 可以获得更多的卵子 B. 精子接触卵细胞膜时, 会引发卵细胞膜反应 C. 对移植前的胚胎进行性别鉴定,宜取囊胚期的滋养层细胞 D. 胚胎移植只能在同种生物的不同个体间进行 2.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的（ C ） A. 卵裂期细胞的体积随分裂次数增加而不断增大 B. 囊胚的滋养层细胞可发育成动物体的任何组织器官 C. 动物胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的 D. 培育试管婴儿涉及体内受精、早期胚胎培养和胚胎移植等 3.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（  C  ） A．超数排卵 B．精子获能处理 C．细胞核移植 D．胚胎培养 4．如图Ⅰ、Ⅱ表示获得胚胎干细胞的两条途径，下列相关叙述不正确的是（ C ） A. 胚胎干细胞在体外培养的条件下，可以增殖但不发生分化 B. 图中早期胚胎一般是指发育到囊胚时期的胚胎 C. 过程Ⅰ、Ⅱ获取早期胚胎过程均属于有性生殖范畴 D. 过程Ⅱ获得的早期胚胎在培养液中添加分化诱导因子后可进行分化 5．2022年3月，中科院宣布了一项重量级世界首创研究，将人的多能干细胞转化为全能性的8细胞期胚胎样细胞（8CLC），即相当于受精卵发育3天状态的全能干细胞。该研究成果可使个体化器官再生成为现实。下列叙述错误的是（　B　） A．8CLC与胚胎卵裂期细胞发育状态相似，体外培养发育至囊胚期开始分化 B．上述转化过程仅发生了细胞分化，但未表现出动物细胞的全能性 C．8CLC能够分裂分化形成将来发育为胎盘和胎膜的滋养层细胞 D．细胞具有全能性的根本原因是含有个体发育的全部或全套基因 6．根据下图，正确的是（  D  ）    A．子代动物遗传性状和受体动物完全一致 B．过程1需要MII期去核卵母细胞 C．过程2可以大幅改良动物性状 D．过程2为过程3提供了量产方式，过程3为过程1、2提供了改良性状的方式 7.胚胎分割是一种现代生物技术，关于这一技术的叙述，正确的是( B ) A.胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份 B.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎 C.胚胎分割技术属于有性生殖方式，因此不属于克隆 D.胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎 8.下图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程，下列相关说法正确的是( D ) A.①代表体外受精，与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能 B.②代表早期胚胎培养，该过程中细胞进行有丝分裂，无细胞分化 C.③代表胚胎分割，需均等分割桑葚胚的内细胞团，以免影响胚胎发育 D.为选育出能泌乳的母奶牛，移植前需从胚胎的滋养层部位取样，做 DNA 分析鉴定性别 9.科学家运用不同的生物工程技术培育具有优良性状的牛，下列说法不正确的是(　A　) A.体外受精等技术可培育出与母本遗传物质相同的试管牛 B.核移植等技术可培育具有亲本优良性状的克隆牛 C.胚胎分割等技术可提高优良牛胚胎的利用率 D.胚胎移植等技术可充分发挥优良雌性个体的繁殖潜力 10.下列关于胚胎工程的叙述，错误的是（ A ） A. 胚胎工程的理论基础是体外受精和早期胚胎发育 B. 胚胎移植中的受体和供体需同期发情处理 C. 胚胎分割技术获得的个体基因型相同 D. 胚胎移植可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 11.经体外受精和胚胎分割培育优质奶牛的过程如图所示。下列叙述错误的是（ B ） A. 将囊胚期的胚胎均分后，可以直接移植给受体母牛 B. 胚胎移植过程中要对供体母牛和受体母牛进行同期发情处理 C. 受精作用时，精子和卵细胞会利用其表面的特异性识别蛋白进行精卵识别 D. 胚胎移植时，同物种受体母牛可以不是良种母牛，也不需要考虑免疫排斥问题 12.波尔山羊享有“世界山羊之王”的美誉，具有生长速度快、肉质细嫩等优点。生产中常采用胚胎工程技术快速繁殖波尔山羊。下列叙述错误的是（ D ） A. 选择遗传性状优良的健康波尔母山羊进行超数排卵处理 B. 胚胎移植前可采集滋养层细胞进行遗传学检测 C. 普通品质的健康杜泊母绵羊不适合作为受体 D. 生产中对提供精子的波尔公山羊无需筛选 13．下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述正确的是（ C ） 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 14.（2024重庆 ）自然条件下，甲、乙两种鱼均通过体外受精繁殖后代，甲属于国家保护稀有物种，乙的种群数量多且繁殖速度较甲快。我国科学家通过下图所示流程进行相关研究，以期用于濒危鱼类的保护。下列叙述正确的是（ C ） A. 诱导后的iPGCs具有胚胎干细胞的特性 B. 移植的iPGCs最终产生的配子具有相同的遗传信息 C. 该实验中，子一代的遗传物质来源于物种甲 D. 通过该实验可以获得甲的克隆 15.控制哺乳动物的性别对于畜牧业生产有着十分重要的意义。目前，分离精子技术是有效的性别控制方法。例如，牛的含X染色体的精子的DNA含量比含Y染色体的精子的DNA含量高出4%左右，利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛（如下图所示） 根据以上信息回答下列相关问题： （1）试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下_____和结合，并通过培养发育成早期胚胎后，再经胚胎移植产生后代的技术，试管动物技术属于_____生殖。 （2）图中过程③通常是_____技术，在这个过程中精子与卵子相遇时，首先它释放_____溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身运动接触卵细胞膜。在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的_____会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入，精子入卵后，_____也会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。 （3）为了确保得到所需性别的试管牛，往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定，请举出一种对早期胚胎进行性别鉴定的方法：_____。 （4）胚胎移植能够成功，原因之一是因为早期胚胎在母体内处于_____状态；另外受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生_____反应，为胚胎在受体内的存活提供了可能。 （5）动物细胞培养时，放入培养瓶中的细胞沉降到瓶底部后首先会出现贴壁生长，大量增殖后会出现_____，每次传代培养时，常使用胰蛋白酶处理，该处理的目的是_____。 【答案】（1）成熟 有性 （2）体外受精 多种酶 透明带 卵细胞膜 （3）分析胚胎细胞的染色体组成 （4）游离 免疫排斥 （5）接触抑制 形成分散的单个细胞，便于制成细胞悬浮液后转入到新的培养瓶中培养 16．如图表示畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答下列有关问题。    (1)方法Ⅰ和方法Ⅱ培育优良种牛的本质区别是方法Ⅰ涉及的生殖方式为 生殖，方法Ⅱ涉及的生殖方式为 生殖。 (2)过程①应用的技术是 。克隆牛F的核基因来源于 （填“奶牛B”“奶牛C”或“奶牛D”）。 (3)过程②常用 处理，目的是使奶牛B ，从奶牛B体内获得的卵母细胞需要培养到 （时期）才能与获能的精子结合。 (4)公牛A的精子在体外完成获能，通常采用的获能液中常见的有效成分有 （写出两种）等。 【答案】(1) 有性 无性 (2) 核移植技术 奶牛C (3) 促性腺激素 超数排卵 减数第二次分裂中期（MⅡ中期） (4)肝素、钙离子载体 学科网（北京）股份有限公司 $$