第2章细胞工程知识清单-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第二章 细胞工程 2.1植物细胞工程的基本技术 一．基础内容 一．基础内容回顾 ： 第一部分 （一）细胞工程概念 1．细胞工程的含义 原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学等 操作水平 细胞水平、细胞器水平或组织水平 目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 分类 植物细胞工程和动物细胞工程 2.细胞的全能性 (1)定义：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 (2)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 （二）植物细胞工程的基本技术 1．植物组织培养技术 (1)概念： 将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 (2)理论基础：植物细胞的全能性。 (3)前提：离体的植物器官、组织或细胞等。 (4)条件：激素、人工配制的培养基上、适宜的培养条件。 (5)结果：脱分化形成愈伤组织，再诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。 (6)相关概念： ①外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 ②脱分化：已经分化的细胞，在一定激素和营养等条件的诱导下，失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞。 ③愈伤组织：脱分化而形成的不定形的薄壁组织团块。 ④再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 (7)流程:接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生芽→诱导生根→移栽成活。 2．菊花的组织培养 （1）过程： （2）原理 a.在一定的激素和营养等条件的诱导下,已经分化的细胞可以经脱分化形成愈伤组织;将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上,就可以诱导其再分化成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整的植株。 b.生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。 （3）生长素和细胞分裂素的用量 生长素/细胞分裂素的比值 作用效果 比值高时 促进根的分化、抑制芽的形成 比值低时 促进芽的分化、抑制根的形成 比值适中时 促进愈伤组织的形成 （三）植物体细胞杂交技术 1．概念： 将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 2．过程： (1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)人工诱导原生质体融合的方法 ①物理法：电融合法、离心法等。 ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。 (3)图解； 3．原理： 原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 4．意义：打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 5．实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草，多种柑橘属不同种间的杂种植株。 （四）思维探究 1．植物细胞具有全能性的原因是什么？ 提示　植物细胞具有本物种的全部遗传信息。 2．在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官的原因是在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择地表达。 3．请用流程图的形式写出植物组织培养的过程。 　外植体愈伤组织胚状体生芽生根试管苗。 4．在菊花组织培养过程中，在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织(如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织)。当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。 5．通过植物体细胞杂交获得的杂种植株具有双亲的性状，因此有同学认为“该项技术为有性生殖”，你同意他的观点吗？ 　不同意，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，应属于无性繁殖。 6．若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：2x＋2y；染色体组数：4个；基因型：AabbccDd；属于可遗传变异类型中的染色体数目变异。 7．科学家培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株，但并没有获得预期的性状，主要原因是生物基因的表达不是孤立的，两个物种的遗传物质的表达受到相互干扰。 第二部分 （一）植物繁殖的新途径 1．快速繁殖 (1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。 (2)特点： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖 ②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性 ③可实现产业化生产 (3)实例：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 2．作物脱毒 (1)选材部位：植物顶端分生区附近的部位(如茎尖)，此部分病毒极少,甚至无病毒。 (2)优点：提高作物的产量和品质。 (3)实例：采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。 （二）作物新品种的培育 1．单倍体育种 (1)原理：细胞的全能性和染色体变异。 (2)过程：花药(或花粉) 单倍体植株 纯合二倍体植株 优良品种。 (3)优点 ①子代是能稳定遗传的纯合子。 ②极大地缩短了育种的年限。 ③进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 (4)实例 ①世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。 ②单倍体育种与常规育种相结合的新品种：水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等。 2．突变体的利用 (1)原理：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 (2)过程 (3)利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。 (4)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 （三）细胞产物的工厂化生产 1．细胞产物的工厂化生产 (1)细胞产物类型 ①初生代谢物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢物是通过初生代谢产生的，自身生长繁殖所必需的物质，如糖类、脂质、蛋白质和核酸等。 ②次生代谢物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下进行，在该过程中产生的一类小分子有机化合物就是次生代谢物，如酚类、萜类和含氮化合物等。 (2)技术：植物细胞培养，指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 (3)过程 (4)实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现工厂化生产。紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等,它们都属于植物细胞的次生代谢产物。 (5)意义：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 （四）思维探究 1．经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？ 提示　不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。 2．从植物体上获取的任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致吗？ 提示　不一定。若培养植物的花粉细胞，得到的是单倍体，与亲本性状不完全一致。 2.2.1 动物细胞培养 一．基础内容 一．基础内容回顾 ： （一）动物细胞培养的条件和过程 1．动物细胞工程常用的技术：动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。 2．动物细胞培养 (1)概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。动物细胞培养的原理是细胞增殖。 (2)培养条件 ①营养条件：有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等。通常需加入血清等天然成分。 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为合成培养基。培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。 ②无菌、无毒的环境：需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。培养液还需要定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 ③温度、pH和渗透压：哺乳动物细胞培养的温度多以(36.5±0.5) ℃为宜。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。此外,渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的重要环境参数。 ④气体环境：动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。O2是细胞代谢(有氧呼吸)所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。在进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,将其置于含有95%空气和5% CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。  (3)培养过程 (4)相关概念 ①细胞贴壁：悬液中分散的细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。 ③原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ④传代培养：分瓶后的细胞培养。 （二）干细胞培养及其应用 1．来源：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 2．类型：胚胎干细胞和成体干细胞等。 3．胚胎干细胞 (1)概念：存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。 (2)局限：胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。 4．成体干细胞 (1)概念：成体组织或器官内的干细胞。 (2)类型：骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞等。 (3)特点：具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。 (4)作用：有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。 (5)应用 ①造血干细胞：治疗白血病、恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。 ②神经干细胞：治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)。 5．诱导多能干细胞 (1)概念： 通过体外诱导成纤维细胞等，获得类似胚胎干细胞的一种细胞(简称iPS细胞)。 (2)应用： 治疗小鼠的镰状细胞贫血；现在用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。 (3)优点： 无需破坏胚胎；iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 6.干细胞应用面临的挑战 (1)胚胎干细胞的获取涉及伦理问题。 (2)干细胞用于临床治疗还面临一些问题,如存在导致肿瘤发生的风险。 7.胚胎干细胞与成体干细胞的联系 胚胎干细胞能分化出各种类型的细胞,包括成体干细胞,也就是说,成体干细胞最终来自胚胎干细胞,由胚胎干细胞逐步分化形成。分化的示意图如下: 在体内,胚胎干细胞随着发育的进行,能自行分化成其他各种干细胞;在体外培养条件下,胚胎干细胞必须经过诱导才能分化出其他类型的细胞。 （三）思维探究 1.为什么要将动物组织分散成单个细胞进行培养? (1)保证细胞所需要的营养供应。(2)保证细胞内有害代谢物的及时排出。 2.动物细胞培养过程需要经过脱分化吗? 动物细胞培养不需经过脱分化过程。 3.为什么进行动物细胞培养时通常需加入血清? (1)血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等,其中一些氨基酸是动物细胞本身不能合成的,必须由培养液提供。 (2)血清中还含有生长激素和多种细胞生长所需要的特殊营养物质及其他活性物质等,能促进细胞的生长、增殖。 4.动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同: 第一次是使动物组织分散成单个细胞,第二次是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。 5.选取幼龄动物的组织、器官作为材料的原因 动物细胞培养时,一般选取幼龄动物的组织、器官,因其细胞的分化程度低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易培养。 6．进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。用胃蛋白酶可以吗？为什么？ 　 不可以。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶(适宜pH为1.5左右)在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适用于细胞培养时的处理。 答案　 7．胚胎干细胞为什么能解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？其应用有什么限制因素？ 通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，从而解决供体器官不足问题，另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了应用。 8．为什么科学家认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞？ 　iPS细胞的诱导过程无需破坏胚胎，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 2.2.2动物细胞融合技术与单克隆抗体 一．基础内容 一．基础内容回顾 ： （一）动物细胞融合技术 1．概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2．原理：细胞膜的流动性。 3．诱导融合的方法：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。 4．结果:形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。 5.意义：①细胞融合技术突破了有性杂交的局限，②使远缘杂交成为可能。 6．应用： (1)成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (2)用于制造单克隆抗体。 7.请进行动物细胞融合与植物体细胞杂交的对比，并完善下表。 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性 细胞融合方法 用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合 用胰蛋白酶使细胞分散后，诱导细胞融合 诱导手段 聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法、电融合法、离心法 PEG融合法、电融合法、 灭活病毒诱导法 结果 形成杂种植株 形成杂交细胞，以生产细胞产品 用途 打破生殖隔离实现远缘杂交育种，扩展杂交亲本范围，培育新品种 研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤、培育生物新品种、制备单克隆抗体 意义 突破有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能 （二）单克隆抗体及其应用 1．传统抗体的获得 (1)方法：向动物体内反复注射某种抗原，获得能产生相应抗体的B淋巴细胞(浆细胞)，然后从动物血清中分离所需抗体。 (2)缺陷：产量低、纯度低、特异性差。 2．单克隆抗体的制备 (1)制备原理 ①B淋巴细胞特点：一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，浆细胞是高度分化的动物细胞,培养时很难恢复分裂能力。B淋巴细胞在体外不能(填“能”或“不能”)无限增殖。 ②骨髓瘤细胞特点：能无限增殖，却不能产生抗体。 ③杂交瘤细胞特点：B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的杂交瘤细胞，既能大量增殖，又能产生足够数量的特定抗体。 (2)制备过程 (3)单克隆抗体优点：特异性强、灵敏度高、并可大量制备。 (4)单克隆抗体的应用 ①作为诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。例如利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 ②用单克隆抗体运载药物。如抗体—药物偶联物,通常由抗体、接头和药物三部分组成,通过将细胞毒素与能特异性识别抗原的单克隆抗体结合,实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。 ③用于治疗疾病。 （三）思维探究 1.细胞融合的实质是什么?动物细胞融合完成的标志是什么? 细胞融合的实质是细胞核融合。动物细胞融合完成的标志是两个或多个细胞核融合为一个细胞核。 2.制备单克隆抗体的过程中： （1）诱导融合后会得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞，共分为5类。要进行【第一次筛选】： ①方法：利用选择培养基进行筛选。 ②目的：得到杂交瘤细胞。 （2）第一次筛选后得到的杂交瘤细胞有多种，要进行【第二次筛选】： ①方法：专一抗体检测（抗原抗体杂交）。 ②目的：获得能产生所需单一抗体的杂交瘤细胞。 3.灭活病毒诱导法： （1）灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但并不破坏它们的抗原结构。 （2）原理：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用,使细胞互相凝聚,细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开,细胞发生融合。 （3）具体过程如下图: 4.植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术的不同点： (1)利用灭活的病毒诱导是动物细胞融合常用的方法,植物体细胞杂交不用此方法。 (2)在植物体细胞杂交过程中,先要去除细胞壁,制备原生质体,而动物细胞无细胞壁,可直接诱导融合。 (3)通过植物体细胞杂交技术可获得杂种植株,通过动物细胞融合技术只能得到杂种细胞或细胞产物。 2.2.3动物体细胞核移植技术和克隆动物 一．基础内容 一．基础内容回顾 ： （一）体细胞核移植及其过程 1．概念： 将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育为动物个体的技术。 2．分类：包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中胚胎细胞核移植较易成功，原因是细胞分化程度低,表现全能性相对容易。 3．过程： 4.供体和受体的选择 （1）供体:取供体动物某部位的体细胞,进行体外细胞培养,但传代培养的代数不宜多,避免在培养过程中遗传物质发生改变,原来的优良性状不能保持。 （2）受体:去核的MⅡ期的卵母细胞。在MⅡ期的卵母细胞的细胞质中,存在促进重组细胞分裂和分化的物质,容易形成重构胚,而其他时期的细胞不易形成重构胚。 (3)重组细胞的形成需要诱导融合,重构胚形成后需要用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活,以完成细胞分裂和发育进程。 （二）体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1.畜牧生产 利用体细胞核移植技术,加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 2.医药卫生 （1）通过建立转基因体细胞系,再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器,生产珍贵的医用蛋白。 （2）在治疗人类疾病时,转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 （3）以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞,经诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官,将它们移植给患者时可以避免发生免疫排斥反应。 3.科研 （1）研究克隆动物,可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。 （2）克隆一批遗传背景相同的动物,可以通过它们之间的对比来分析致病基因。 （3）克隆特定疾病模型的动物,还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 4.保护濒危物种 可利用体细胞核移植技术增加濒危物种的存活数量 5．体细胞核移植技术存在的问题 (1)成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进。 (2)绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 (3)相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。 （三）思维探究 1．动物细胞核移植的原理是什么？　动物细胞核具有全能性。 2．为什么非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难？ 　一方面是供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态，这导致了胚胎发育率低；另一方面是对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 3．克隆动物不是(填“是”或“不是”)对供体动物100%的复制，原因是克隆动物的亲本有三个，即细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。 (1)克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体，因此，克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。 (2)克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞，因此，克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。 (3)代孕母体没有为克隆动物提供遗传物质，因此，克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。 (4)性状是基因与环境共同作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物生活的环境不会完全相同,克隆动物的性状也不可能与供核动物完全相同。 (5)克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变,产生供核动物没有的性状。 4．选择MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞的原因 (1)一方面细胞大(填“大”或“小”)，易于操作；且卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。 (2)另一方面此时细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质。 5．供体细胞能用生殖细胞吗? 6.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前,为什么必须先去掉受体卵母细胞的细胞核? 为使通过核移植获得的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞 7.动物体细胞核移植属于无性生殖。 2.3.1 胚胎工程的理论基础 一．基础内容 一．基础内容回顾 ： （一）受精和受精阶段 1．胚胎工程的概念 (1)操作对象：动物生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。 (2)技术基础：如体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。 (3)特点：经过多种显微操作和处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 (4)理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。 (5)实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 2．受精 (1)概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 (2)场所：哺乳动物的输卵管内。 (3)过程：包括受精前的准备阶段和受精阶段。 准备阶段 受精阶段 3.精子获能的机理 精液包括两部分：精子和精清(精浆)，精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有精液进入雌性动物的生殖道内时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能使精子获得受精的能力。 4.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)受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体，而受精完成的标志为雌、雄原核的融合。 (3)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。 5.受精过程中“反应”的比较 (1)从发生时间看 ①透明带的反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间。 ②卵细胞膜的反应发生在精子入卵后。 (2)从生理作用看 ①透明带的反应是阻止后来的精子进入透明带。 ②卵细胞膜反应是拒绝其他精子再进入卵内。 （二）胚胎早期发育 1．胚胎早期发育的过程： 最初发育的场所（合子在输卵管内）及方式（有丝分裂） 2．各阶段的特点 (1)卵裂：细胞分裂方式为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，在透明带内进行。最初在输卵管,后移入子宫。 (2)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,这时的胚胎叫作桑葚胚。每个细胞都是全能细胞。 (3)囊胚：细胞逐渐分化，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，随着胚胎的进一步发育，出现囊胚腔，内含液体。 (4)孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来。 (5)原肠胚：原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层，一部分细胞在内、外两个胚层之间形成中胚层，这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。 （三）思维延伸 1．下图为个体发育过程图解，请分析回答： （1）胚胎发育过程中，全能性最高的阶段、开始分化的阶段、细胞分化程度最高阶段，分别是什么时期? 受精卵、囊胚、原肠胚阶段。 （2）胚胎发育的营养物质来自哪里? 早期胚胎发育的营养物质来自卵子,后期通过胎盘从母体吸收营养物质。 2． 请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成下表： 项目 变化 细胞数目 增多 每个细胞体积 减小 总体积 基本不变 DNA总量 增多 每个细胞内的DNA总量 不变 有机物总量 减少 物质种类 增多 3.受精过程中防止多精入卵的机制是什么?其意义是什么? 在精子穿过透明带、触及卵细胞膜的瞬间,透明带会迅速发生生理反应,阻止后来的精子进入透明带,可看作是防止多精入卵的第一道屏障;精子进入卵细胞膜后,卵细胞膜也会立即发生生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,可看作是防止多精入卵的第二道屏障。其意义是保证子代细胞中染色体数目正常。 4.早期胚胎发育认识的三个误区 (1)误认为子宫是唯一的发育场所。受精卵形成后即在输卵管内开始进行有丝分裂，输卵管为受精卵发育的最初场所。 (2)误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。卵裂时期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。 (3)误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减小，但有机物种类增加。 2.3.2 胚胎工程技术及其应用 一．基础内容 一．基础内容回顾 ： （一）体外受精和胚胎移植 1．胚胎工程技术： 体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 2．试管动物： (1)概念：通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。 (2)意义：提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。 3．体外受精： (1)基本步骤：卵母细胞的采集、精子的获取和受精。 (2)意义：①提高动物繁殖能力的有效措施。 ②为胚胎移植提供可用的胚胎。 4．胚胎移植的概念、意义及基本程序 (1)概念： ①移植对象：通过体外受精及其他方式得到的胚胎。 ②移植条件：同种的、生理状态相同的雌性动物体内。 ③供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体。 ④受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。 ⑤地位：通过任何一项技术(如转基因、核移植和体外受精等)获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。 (2)胚胎移植的优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 (3)胚胎移植的基本程序 5.胚胎移植的生理学基础及相应意义 项目 生理学基础 意义 受体生理环境 同种动物的供、受体排卵后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 胚胎收集 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 为胚胎的收集提供了可能 胚胎存活 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 为胚胎在受体内的存活提供了可能 胚胎发育 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其遗传特性不受任何影响 为移植后胚胎继续发育提供了营养等方面的保障 （二）胚胎分割 1．概念：指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．实质：动物的无性繁殖或克隆，因为来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质。 3．特点：后代遗传性状相同。 4．主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。 5．操作程序 (1)胚胎选择(材料):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。 (2)在显微镜下用分割针或分割刀分割，在分割囊胚阶段的胚胎时，注意将内细胞团均等分割。 (3)还可用分割针分割滋养层，做DNA分析，鉴定性别。 (4)分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 6．意义：可以促进优良动物品种的繁殖；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；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、动物繁育健康后代具有重要意义。 （三）思维探讨 1.请结合胚胎移植的过程图解（右上图），分析回答下列问题： (1)胚胎移植时两次使用激素：第一次用激素对供、受体进行同期发情处理，第二次用激素对供体进行超数排卵处理。 (2)胚胎移植过程中进行两次检查的时间和目的分别是第一次检查在收集胚胎后检查胚胎的发育状况；第二次检查在胚胎移植后，对受体母牛进行是否妊娠检查。 (3)请就移植胚胎的可能来源思考其生殖方式。 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 2.胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同 项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物 相同点 都属于无性生殖或克隆，最终技术是胚胎移植 不 同 点 胚胎的来源 雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎 通过核移植技术获得的重组胚胎 遗传物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多 克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞核提供 起点 经过受精作用或其他方式形成的一个细胞 经过核移植技术形成的一个细胞 3．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。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。 4．胚胎分割是不是分割的份数越多，效率越高？ 分割的次数越多，分割后胚胎成活的概率越小。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$