3.4 对动物早期胚胎或配子进行处理可获得目标个体-【步步高】2023-2024学年高二生物学选择性必修3 生物技术与工程（浙科版）

第四节　对动物早期胚胎或配子进行处理可获得目标个体 [学习目标]　1.简述受精及早期胚胎发育的过程。2.概述胚胎工程技术的一般过程。3.举例说明胚胎工程技术的应用价值。 一、胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 1．受精作用 2．早期胚胎发育(哺乳动物) 提醒　(1)卵裂的速度主要取决于受精卵中卵黄物质的含量和分布，一般情况下，卵黄含量低的一极(动物极)的卵裂速度高于卵黄含量高的一极(植物极)。 (2)原肠胚继续发育最先形成的是脑和脊髓原基——神经管，随后形成眼原基、肢芽等。 判断正误 (1)精子的头部进入卵细胞启动了卵内的一系列活动，以阻止后续精子入卵、激活受精卵的分裂等(　　) (2)卵裂产生的细胞体积越来越小，但总体积基本不变(　　) (3)囊胚的每一个细胞都具有全能性(　　) (4)原肠胚具备内、外两个胚层(　　) (5)胚胎发育过程包括细胞的分裂和分化(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√ 任务一：受精作用和早期胚胎发育的过程 1．分析教材相关图示，回答下列问题： (1)人体刚排出的卵子实际上是次级卵母细胞。 (2)当观察到两个极体时，说明卵子已受精。 (3)精子的头部进入卵细胞后，卵子完成减数第二次分裂。 2．如图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段，请据图回答下列问题： (1)写出各个阶段的名称：A.桑葚胚；B.囊胚；C.原肠胚。 (2)A阶段的细胞具有全能性，B阶段的细胞开始出现分化，C阶段开始出现三个胚层。 　受精过程认识的“三个误区” (1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。 (2)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。 (3)受精的标志是观察到两个极体或雌、雄原核，受精完成的标志是雌、雄原核的融合。 1．如图为哺乳动物(2n)的卵原细胞进行减数分裂及之后的生理过程示意图，下列说法正确的是(　　) A．细胞Ⅱ是初级卵母细胞，细胞内染色体数目加倍 B．图中减数分裂的整个过程都在卵巢中进行 C．完成减数第二次分裂的细胞才具备与精子结合的能力 D．细胞Ⅳ形成早期胚胎过程中发生了细胞的分裂和分化 答案　D 解析　细胞Ⅱ是初级卵母细胞，细胞内核DNA数目加倍，染色体数目没有加倍，A错误；卵细胞形成的减数第二次分裂是在受精过程中完成的，因此图中减数分裂的整个过程是在卵巢和输卵管中进行的，B错误；处于减数第二次分裂中期的细胞Ⅲ具备与精子结合的能力，C错误；细胞Ⅳ是受精卵，其形成早期胚胎的过程中经过了细胞的分裂和分化，D正确。 2．(2023·嘉兴高二校考期中)如表表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是(　　) ① ② 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 幼体 性成熟的个体 A.图中①过程表示胚胎发育 B．受精卵形成原肠胚的过程中进行卵裂，每个细胞的体积基本不变 C．高等哺乳动物胚胎发育中的细胞分化开始于囊胚期，终止于生命结束 D．原肠胚的每个细胞都具有全能性，没有发生细胞分化 答案　C 解析　胚胎发育是指从受精卵到幼体，胚后发育是指从幼体到性成熟个体，A错误；受精卵形成囊胚的过程中进行卵裂，细胞数目增多，但胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积减小，B错误；桑葚胚的每个细胞都具有全能性，没有发生细胞分化，囊胚期开始出现细胞分化，原肠胚时期出现了明显的细胞分化，D错误。 二、体外受精、胚胎移植和胚胎分割 1．体外受精 提醒　体外受精的基本原理是人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞发育成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用，并有计划地保存胚胎等。 2．胚胎体外培养 提醒　不同动物胚胎移植的时间不同：牛、羊等动物的胚胎一般要培养到16细胞阶段(桑葚胚)或囊胚阶段才能进行移植，人的体外受精胚胎，可在4细胞阶段移植。 3．胚胎移植 4．胚胎分割 判断正误 (1)为获得更多的卵细胞，可注射雌激素处理雌性动物(　　) (2)采集的成熟精子直接和卵细胞共同培养一段时间，即可受精(　　) (3)不同动物的胚胎都要培养到桑葚胚或囊胚才能进行移植(　　) (4)胚胎移植时，供体和受体应是同种且生理状态相同的动物，以利于胚胎正常发育(　　) (5)胚胎分割取样可用于胚胎性别鉴定(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ 任务二：胚胎移植的生理学基础 请结合胚胎移植的过程图解，分析回答下列问题： (1)将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理？ 提示　不一定能正常发育；一般情况下应移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内，在移植前应对受体进行同期发情处理。 (2)受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？ 提示　受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。 (3)胚胎移植后，经受体孕育的后代，遗传特性与供体还是受体一致？为什么？ 提示　后代的遗传特性与供体保持一致；因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系，其遗传特性不受受体的影响。 任务三：胚胎分割的注意事项和胚胎性别的鉴定 回答下列有关胚胎分割的问题： (1)胚胎分割产生同卵多仔后代属于有性生殖吗？ 提示　不属于，胚胎分割属于无性生殖。 (2)胚胎分割时选择什么时期的胚胎？ 提示　发育良好的囊胚或囊胚期以前的胚胎。 (3)胚胎分割可以用于性别鉴定，鉴定时选取滋养层细胞还是内细胞团细胞，为什么？ 提示　滋养层将来发育成绒毛膜和胎盘等，而内细胞团将发育成完整的胚胎，如果取内细胞团细胞做鉴定，将来胚胎发育可能不正常，故应选取对胚胎发育影响更小的滋养层细胞。 1．胚胎的来源及生殖方式 胚胎的来源 生殖方式 核移植 无性生殖 体外受精 有性生殖 体内受精 有性生殖 胚胎分割 无性生殖 2.胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的比较 3．杜泊羊以其生长速度快、肉质好等特点，被称为“钻石级”肉用绵羊。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如图所示，下列相关叙述正确的是(　　) A．选用的雌性杜泊羊只要有健康体质和正常繁殖能力就行 B．从卵巢中采集的卵母细胞都可直接与获能的精子进行体外受精 C．为避免代孕绵羊对植入胚胎产生免疫排斥反应，应注射免疫抑制剂 D．为了进一步扩大繁殖规模，可通过胚胎分割技术获得同卵双胎 答案　D 解析　选用的雌性杜泊羊不仅要有健康体质和正常繁殖能力，还需要具有优秀的遗传特性，A错误；从卵巢中获得的卵母细胞是不成熟的卵细胞，需培养成熟后才能与获能的精子结合，B错误；受体对植入子宫的胚胎基本上不会产生免疫排斥反应，不需注射免疫抑制剂，C错误。 4．如图表示研究人员利用胚胎工程培育产奶量高的优质奶羊的过程，下列相关说法正确的是(　　) A．通过图中①～⑤过程培育的奶羊和克隆羊的原理相同 B．不同生物进行⑤过程的时间不同，最迟可以选择原肠胚时期 C．移植前进行胚胎性别鉴定，选择雄性进行移植 D．⑤的成功与供体和受体的生理状态的一致性密切相关 答案　D 解析　通过图中①～⑤过程培育的奶羊和克隆羊的原理不同，图示过程有体外受精，属于有性生殖，而克隆羊的培育属于无性生殖，A错误；不同生物进行⑤(胚胎移植)过程的时间不同，但都不能晚于囊胚期，B错误；由于只有雌性个体能产奶，因此移植前进行性别鉴定，应该选择雌性胚胎进行移植，C错误；⑤胚胎移植的成功与供体和受体的生理状态的一致性密切相关，因为只有供体和受体具有一致的生理环境才能保证胚胎的成活率，D正确。 题组一　受精作用和早期胚胎发育的过程 1．下列关于高等哺乳动物受精作用的叙述，错误的是(　　) A．在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞发生反应来阻止多精入卵 B．在精子和卵子结合的过程中，卵子完成减数第二次分裂 C．精子细胞膜与卵的细胞膜融合依赖于细胞膜的结构特点 D．受精作用发生在子宫中 答案　D 解析　在精子和卵子结合的过程中，次级卵母细胞完成减数第二次分裂，B正确；精子细胞膜与卵的细胞膜融合依赖于细胞膜的流动性，C正确；受精作用发生在输卵管中，D错误。 2．如图为受精作用及早期胚胎发育示意图，下列相关叙述正确的是(　　) A．①过程需要获能的精子与完成减数分裂后形成的卵细胞相互识别 B．②过程既可进行有丝分裂增殖，也可以减数分裂方式增殖 C．通过②③过程增殖后的细胞，都还具有全能性 D．③④过程发生细胞分化但细胞的基因型都相同 答案　D 解析　①过程需要获能的精子与减数第二次分裂中期的卵细胞相互识别，A错误；②过程只能进行有丝分裂增殖，B错误；通过②过程增殖后的细胞具有全能性，通过③过程增殖后的内细胞团细胞具有全能性，但滋养层细胞不具有全能性，C错误。 3.(2023·绍兴高二期中)高等哺乳动物的受精卵开始细胞分裂后，经桑葚胚、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，完成胚胎发育的全过程。下列叙述错误的是(　　) A．滋养层将来发育成绒毛膜和胎盘等 B．此图是囊胚期示意图，①②依次为滋养层、内细胞团 C．内细胞团经过均等分割、胚胎移植等过程可获得同卵双胎 D．滋养层细胞形态结构不同于内细胞团，但不是细胞分化的结果 答案　D 解析　在胚胎发育过程中，囊胚包括内细胞团、滋养层和囊胚腔，其中滋养层将来发育成胚胎的附属结构或胚外结构如绒毛膜和胎盘等，A正确；内细胞团中的细胞经有丝分裂而来，遗传物质相同，因此内细胞团经过均等分割、胚胎移植等过程可获得同卵双胎，C正确；滋养层细胞形态结构不同于内细胞团，遗传物质相同，是细胞分化的结果，D错误。 题组二　胚胎工程的技术 4．一位患有单基因显性遗传病的妇女(其父亲与丈夫表型正常)想生育一个健康的孩子。医生建议对极体进行基因分析，筛选出不含该致病基因的卵细胞，采用试管婴儿技术辅助生育后代，技术流程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．只能用雌激素使其超数排卵 B．可选择极体1或极体2用于基因分析 C．只能在卵巢中采集卵细胞 D．在获能溶液中精子入卵的时期是③ 答案　B 解析　用促性腺激素使其超数排卵，而不是用雌激素，A错误；极体1或极体2所含的基因都来自卵原细胞，因此可以用于基因分析，B正确；卵巢和输卵管中都能采集卵细胞，C错误；在获能溶液中精子入卵(次级卵母细胞)的时期是②，D错误。 5．下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是(　　) A．用胰蛋白酶处理囊胚可直接得到单一的胚胎干细胞 B．“试管动物”培育过程需要超数排卵处理 C．体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植 D．利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高 答案　B 解析　用胰蛋白酶处理囊胚中的内细胞团可直接得到单一的胚胎干细胞，A错误；体外培养发育到桑葚胚或囊胚期的胚胎都可进行移植，原肠胚不可进行胚胎移植，C错误；利用胚胎分割技术，同卵双胎较同卵多胎成功率更高，D错误。 阅读下列材料，完成第6、7小题： 印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物，利用胚胎工程技术，可以通过让家猫代孕而繁育，主要步骤如图所示。 6．下列叙述正确的是(　　) A．步骤甲、乙分别指精子获能、胚胎分割 B．诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞 C．受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于营养液 D．步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分完全相同 答案　B 解析　分析题图可知，步骤甲、乙分别指受精作用、胚胎移植，A错误；诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素，只能作用于性腺细胞，B正确；体外受精过程使用的培养液是获能溶液或专用受精溶液，早期胚胎培养的培养液成分一般都比较复杂，除了一些无机盐和有机物外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及血清等，两种技术所用的培养液成分有区别，D错误。 7．下列关于体外受精技术的叙述正确的是(　　) A．获取的精子可直接进行体外受精 B．采集的卵细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵 C．精子和卵子受精形成受精卵后即可移入母体子宫 D．精子入卵后，卵细胞形成受精膜，永久性阻断其他精子进入 答案　D 解析　获取的精子放入培养液中培养，使精子获能后才能进行体外受精，A错误；卵子必须处于减数第二次分裂中期才能进行受精，采集的卵细胞都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，B错误；成熟的卵细胞与获能的精子相遇形成受精卵，需要培养到适宜的阶段才可移植，C错误。 8．(2023·杭州高二联考期中)试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。试管牛的培育过程如图所示，下列叙述错误的是(　　) A．①过程与细胞膜上的糖蛋白有关，②过程是胚胎移植 B．采集的卵母细胞培养至成熟，采集的精子达到获能状态，才能培养受精 C．欲得到更多遗传性状相同的小牛，可对供体母牛进行超数排卵处理 D．受体母牛可以是一般品种，必须进行同期发情处理 答案　C 解析　图中①过程为体外受精，在受精作用过程中，精子和卵细胞利用其表面的特异性识别蛋白进行精卵识别，②过程是胚胎移植，A正确；采集的卵母细胞培养至成熟(减数第二次分裂中期)，采集的精子达到获能状态，才能培养受精，B正确；欲得到更多遗传性状相同的小牛，应进行胚胎分割，而超数排卵可促进供体产生更多的卵细胞，遗传性状不一定相同，C错误；受体母牛可以是一般品种，必须进行同期发情处理，以使其与供体处于相同的生理状态，D正确。 9．下列有关“克隆牛”和“试管牛”的叙述，错误的是(　　) A．都要用到早期胚胎培养和胚胎移植技术 B．均需要获取卵细胞并在体外进一步培养 C．二者的各种性状都和代孕母牛十分相似 D．胚胎移植之前均需要体外培养至特定阶段 答案　C 解析　培育“试管牛”技术主要包括体外受精、动物细胞培养(早期胚胎培养)和胚胎移植技术，培育“克隆牛”技术包括核移植、动物细胞培养(早期胚胎培养)和胚胎移植技术。结合分析可知，“克隆牛”和“试管牛”都要用到早期胚胎培养和胚胎移植技术，A正确；均需要获取卵细胞并在体外进一步培养，使其发育成熟，B正确；二者的各种性状都和供体十分相似，代孕母牛不决定其遗传性状，C错误；胚胎移植之前均需要体外培养至特定阶段，通常是桑葚胚或囊胚阶段，D正确。 10．据报道，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(如图)。下列有关叙述错误的是(　　) A．过程①的实质是基因的选择性表达，类似于脱分化过程 B．X细胞在遗传组成上应与当初卵泡中的卵母细胞遗传物质相同 C．过程③中，受精后的X细胞会再释放出一个极体 D．过程③中涉及体外受精、早期胚胎培养及胚胎移植等技术 答案　B 解析　过程①是将颗粒细胞变成诱导多能干细胞的过程，类似于脱分化过程，实质是基因的选择性表达，A正确；X细胞处于减数第二次分裂，遗传物质减半，在遗传组成上与当初卵泡中的卵母细胞遗传物质不相同，B错误；过程③中，受精后的X细胞完成减数第二次分裂会再释放出一个极体，C正确。 11．软骨发育不全为常染色体显性遗传病，基因型为HH 的个体早期死亡。一对夫妻均为该病患者，希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。下列做法正确的是(　　) A．经超数排卵处理后再进行体外受精 B．从桑葚胚中分离少量滋养层细胞，培养后检测基因型 C．从羊水中提取细胞进行检测，并根据检测结果淘汰基因型为hh 的胚胎 D．将一个囊胚进行多等分，从中筛选所需胚胎，培养至原肠胚期后移植到子宫 答案　A 解析　桑葚胚时期没有滋养层细胞，B错误；从羊水中提取细胞进行检测，并根据检测结果，留下基因型为hh的胚胎，C错误。 12．研究人员探究不同冷冻处理方法对囊胚分割效果的影响，结果如表所示。下列有关叙述不正确的是(　　) 处理方法 分割成功率/% 半胚存活率/% 冷冻后分割 76.4 66.5 分割后冷冻 76.5 57.6 A.分割时，必须将内细胞团均等分割 B．胚胎冷冻后分割，更有利于提高分割成功率 C．半胚移植后，可与受体子宫建立正常的组织联系 D．同一胚胎分割获得的不同个体性状不一定相同 答案　B 解析　在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意要将内细胞团均等分割，以免影响胚胎的恢复和进一步发育，A正确；由表中数据可知，胚胎冷冻后分割，更有利于提高半胚存活率，分割成功率基本不变，B错误；胚胎分割属于无性繁殖，但是由于环境条件不同或生物产生变异，后代的性状不一定完全相同，D正确。 13．下列关于哺乳动物胚胎工程和细胞工程的叙述，错误的是(　　) A．动物细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质 B．早期胚胎可移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内发育成个体 C．细胞核移植技术可用于优良种畜的培育 D．利用胚胎分割技术产生后代属于有性生殖 答案　D 解析　胚胎分割是指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕动物子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术，来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一，D错误。 14．2019年7月21日，我国首例完全自主培育的克隆猫“大蒜”诞生，标志着我国在克隆领域又迈进了一大步。如图为克隆猫“大蒜”培育过程的示意图，请回答下列有关问题： (1)图中过程①和③，需要为培养细胞提供无菌、无毒的环境，其中对培养液采取的具体操作有_________________________________________________________________(答两点)。 (2)图中过程①需用________________酶处理将组织分散成单个细胞，不能用胃蛋白酶的原因是_______________________________________________________________。 (3)核移植时卵母细胞应处于____________________________________期，从卵巢中采集的卵母细胞需________________才能达到该期。 (4)图中过程④称为____________________，其实际上是______________________________。 答案　(1)灭菌；定期更换培养液　(2)胰蛋白(或胶原蛋白)　胃蛋白酶的适宜pH约为2，而多数动物细胞培养适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中无活性　(3)减数第二次分裂中　体外培养(或成熟培养)　(4)胚胎移植　生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程 15．(2023·杭州高二月考)Leigh氏综合征是一种攻击神经系统的严重神经障碍，其致病基因位于线粒体DNA中。一位母亲约有1/4的线粒体携带有这种致病基因，她的前两个孩子因为患有Leigh氏综合征而死亡。她的第三个孩子因为接受另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。请根据该男婴孕育过程回答下列问题： (1)该母亲的前两个孩子患病死亡的原因是__________________________________________。该健康男婴孕育过程中依次使用了____________、体外受精、早期胚胎培养和______________等技术。 (2)图示过程中代表该母亲卵母细胞的是____(填“A”或“B”)。取卵之前，该母亲需要注射____________激素。 (3)进行早期胚胎的体外培养时，培养液中除了含有各种无机盐、有机物、激素、维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外，还需添加________。 (4)据图分析，理论上医疗团队在进行胚胎移植时没有必要对胚胎的性别进行选择，理由是_______________________________________________________________________________。 答案　(1)该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全部来自卵细胞　核移植　胚胎移植　(2)B　促性腺　(3)血清　(4)受精卵的细胞质由健康女性提供，无论胚胎是男性还是女性，其线粒体都不会携带致病基因 学科网（北京）股份有限公司 $$