1、第36讲 胚胎工程,知识1 受精作用和胚胎发育的基本过程,知识2 胚胎工程及其应用,知识梳理,考点一 胚胎发育的过程,考点二 胚胎工程的基本流程,考点突破,知识1 受精作用和胚胎发育的基本过程 一、受精作用和胚胎发育,教材研读,1.精子+卵细胞 受精卵 卵裂 囊胚 原肠胚组织 器官分化幼体,2.受精作用 成熟的精卵融合成为受精卵的过程。受精大体包括 精卵识别 、 精子附着于卵膜、 精卵质膜融合 等几个过程。精卵需要通过细 胞表面的识别蛋白相互识别。,二、动物胚胎发育的基本过程 1.哺乳动物的胚胎发育早期是在输卵管中进行的,一般到桑椹胚期进入 子宫,囊胚期着床。 2.卵裂期:细胞分裂方式为 有丝
2、分裂 ;随着卵裂球细胞数目的增 加,细胞体积逐渐变 小 ;28个细胞时的每一个细胞均可发育成一 个完整个体。,3.桑椹胚期:当胚胎细胞数目达到32个左右时,胚胎形成致密的细胞团, 形似桑椹,叫作桑椹胚。 4.囊胚期:内细胞团的细胞是一种未分化的细胞,具有 发育全能性 ,能分化出成体动物的所有组织和器官。 5.原肠胚期:出现了 外胚层、中胚层、内胚层 三个胚层和原肠 腔。,知识2 胚胎工程及其应用 一、胚胎工程,1.含义:通常指在 胚胎发育 过程中进行的胚胎操作技术。 2.研究的重点内容:主要包括体外受精、 胚胎体外培养 、胚胎移 植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。 3.研究对象:主要限定于高等脊
3、椎动物,特别是 哺乳动物 。,二、体外受精与胚胎的体外培养 1.体外受精过程 (1)从附睾中取出成熟精子,在培养液中培养,使精子 获能 ; (2)给母体注射 促性腺激素 取出 未成熟卵母细胞 人工 培养促进卵母细胞成熟; (3)试管中完成 受精 。,2.胚胎体外培养 (1)早期胚胎在 人工创造的环境 中的发育; (2)胚胎不同发育时期需要 不同培养液 ; (3)尚无从受精卵到新生儿的全体外培养技术。,三、胚胎移植与胚胎分割 1.胚胎移植 (1)原因:无法进行全体外胚胎培养; (2)移植的胚胎可以来自试管,也可以取自 输卵管或子宫角 ; (3)通常移植时期是发育到8细胞以上的胚胎,如早期囊胚。,
4、2.胚胎分割 (1)在显微镜下用 切割针或切割刀 把胚胎切成多份;或用 酶 处理 卵裂球使卵裂球中的细胞分散开; (2)将分割的胚胎或细胞直接移植给受体,或在体外培养到 囊胚阶 段 再移植到受体内,着床发育产仔。,四、胚胎干细胞 1.来源: 囊胚内细胞团 。 2.培养:一般用 胚胎成纤维细胞 做饲养层培养胚胎干细胞,这样可 以促进干细胞生长,同时抑制干细胞的 分化 。 3.获取:把 囊胚 放到有饲养层的培养液中继续培养,直到内细胞团 突出饲养层外,然后用酶消化或机械剥离内细胞团,再把它用酶消化成 单个细胞,置于新鲜培养液中培养。,4.应用 (1)胚胎干细胞核移植:将 胚胎干细胞核 移植到 去核
5、卵细胞 中,经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的 技术。 (2)用干细胞克隆器官,为 器官移植 提供器官。,1.如图表示通过体外受精培育牛的过程,下列叙述错误的是( B )A.获取的精子经获能后才能进行体外受精 B.过程只与细胞膜的流动性有关 C.过程的细胞增殖方式是有丝分裂 D.过程属于胚胎移植过程,解析 在进行体外受精时,获取的精子需获能后才能进行体外受精; 图中的过程是受精作用,该过程涉及精卵细胞的识别、精子附着于卵 膜、精卵质膜融合等;过程是卵裂过程,该过程的细胞增殖方式是有 丝分裂;过程是将多细胞胚胎移入受体子宫的过程,属于胚胎移植过 程。,2.培育“试管山羊”的
6、基本过程如图所示。若要培育成功,下列叙述正 确的是 ( A )受精卵 早期胚胎 代孕母羊试管山羊 A.甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵 B.乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟 C.丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液 D.丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内,解析 分析图示可知,甲过程为卵母细胞的采集,一般用促性腺激素 处理良种母山羊,使其超数排卵。乙过程为精子获能以及受精,获能的 精子和成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精。丙过程 为早期胚胎培养,在发育培养液中进行。丁过程是胚胎移植,是指将早 期胚胎移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物
7、子宫内使之继续 发育。故A项正确。,3.下列有关胚胎工程的叙述,正确的是 ( C ) A.对某一胚胎的干细胞核移植,产生的动物中雄性和雌性的概率各占 1/2 B.胚胎分割的对象可选择受精卵到原肠胚阶段的胚胎 C.胚胎干细胞培养时,为了抑制其分化,常需接种在胚胎成纤维细胞上 D.从附睾取出的成熟精子即可直接与成熟的卵细胞受精,解析 对某一胚胎的干细胞核移植产生的动物的性别与干细胞来 源有关,如果干细胞来自雄性动物,则培养的动物个体都是雄性,如果干 细胞来自雌性动物,则培养的动物个体都是雌性;胚胎分割应选择在胚 胎尚未进行细胞分化时进行;胚胎成纤维细胞是已经分化的细胞,会抑 制胚胎干细胞分化;精子
8、需要获能后才能与成熟的卵细胞受精。,4.下列有关胚胎工程的叙述,正确的是 ( B ) A.胚胎移植时,通常需用激素处理受体,使之超数排卵 B.胚胎干细胞培养时需要制备饲养层来抑制其分化同时促进其生长 C.胚胎分割时,可采用酶处理原肠胚,从而将原肠胚细胞分散开 D.培养不同时期胚胎的培养液所含的成分相同,解析 胚胎移植时要用激素处理受体,使其子宫具备胚胎发育的条 件,A错误;胚胎干细胞培养时为防止其分化,需要制备饲养层来培养,B 正确;胚胎分割时,可采用酶处理方式将卵裂球中的细胞分散开,C错误; 不同时期的胚胎需要的营养成分不同,所以培养液所含的成分不同,D错 误。,5.下面是牛胚胎分割示意图。
9、请据图回答问题:(1)进行胚胎分割时,应选择发育到 时期的胚胎进行操作。 (2)指的是 。 (3)通过胚胎分割产生的两个或多个个体共有的特点是 。 (4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,应注意 。,答案 (1)桑椹胚或囊胚 (2)囊胚腔 (3)具有相同的遗传物质 (4)将 内细胞团均等分割,以免影响胚胎的恢复和进一步发育,解析 (1)进行胚胎分割时,所选的胚胎所处时期为桑椹胚期或囊胚 期。(3)由于经胚胎分割产生的个体来源于同一个细胞,其遗传物质相 同,遗传性状也相同。(4)胚胎分割时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。,考点一 胚胎发育的过程,考点突破,1.图示,一、胚胎发
10、育过程,2.胚胎发育的过程,知能拓展 (1)受精卵及卵裂球细胞都具有全能性。 (2)囊胚内细胞团细胞是胚胎干细胞,具有发育全能性。 (3)原肠胚细胞已发生分化,细胞全能性降低。,二、胚胎干细胞(ES细胞)培养 1.概念:ES细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。 2.特点: (1)形态:体积小、细胞核大、核仁明显。 (2)功能:具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细 胞。 (3)体外培养条件下,ES细胞可以增殖而不分化。对它可以进行冷冻保 存,也可以进行遗传改造。,3.种类:,4.培养关键:需要一种能促进胚胎干细胞生长,但抑制其分化的培养体 系,这种体系中用于饲养层的细
11、胞一般是胚胎成纤维细胞。,5.培养过程:,知能拓展 (1)胚胎干细胞是在体外条件下研究细胞分化的理想材 料。在培养液中加入分化诱导因子,如牛磺酸等化学物质时,就可以诱 导ES细胞向不同类型的组织细胞分化,这为揭示细胞分化和细胞凋亡 的机理提供了有效的手段。 (2)利用胚胎干细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性,移植胚 胎干细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。,典例1 如图为受精作用及胚胎发育示意图,a、b代表两个发育时期,下 列叙述不正确的是 ( )A.过程发生同源染色体分离 B.过程通过有丝分裂增殖 C.a时期可分离得到胚胎干细胞 D.细胞分化程度逐渐增大,解题关键 解答本题
12、的关键在于掌握胚胎发育的过程、发育各个时 期的特点。,答案 A,解析 分析题干可知,过程是受精作用,需要精子和卵细胞的识别,该 过程中不会发生同源染色体分离,只有减数分裂过程中会发生同源染色 体的分离,A错误;过程为卵裂,是通过有丝分裂增殖的,B正确;a时期为 囊胚,其中的内细胞团细胞具有全能性,因此可分离到胚胎干细胞,C正 确;细胞分化程度逐渐增大,D正确。,1-1 如图所示的过程中,哪一事件在29阶段没有发生 ( B )A.细胞体积减小 B.细胞会逐渐衰老 C.细胞有丝分裂 D.细胞分化,解析 图中29阶段表示的是胚胎发育过程,胚胎发育过程是细胞有丝 分裂和细胞分化的结果,从受精卵发育到囊
13、胚过程中,随着细胞数目的 增多,细胞体积减小。该过程中不会发生的是细胞的衰老。,1-2 下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述,正确的是 ( C ) A.绝大多数精卵细胞的识别没有物种特异性 B.卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大 C.囊胚的内细胞团具有发育全能性 D.原肠胚发育分化形成内外两个胚层,解析 为保证物种在遗传上的稳定性,同一物种的精卵细胞在结合时, 需要先通过细胞的识别,此过程由细胞膜上的糖蛋白完成,因糖蛋白具 有物种特异性,其细胞识别也具有物种特异性,A项错误;受精卵卵裂时 产生的细胞团称为卵裂球,随卵裂球细胞数目的增加,细胞逐渐变小,总 体积基本不变,B项错误;囊胚的
14、内细胞团细胞是干细胞,具有发育全能 性,C项正确;原肠胚发育分化形成外、中、内三个胚层,D项错误。,考点二 胚胎工程的基本流程,1.基本操作过程,2.胚胎移植与胚胎分割技术 (1)“供体”与“受体”的确定:提供胚胎的个体称为“供体”,接受胚 胎的个体称为“受体”;供体为优良品种,作为受体的雌性动物应为常 见或存量大的品种。 (2)实质: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 的转换,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变。 (3)优势:可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,缩短供体本身的繁殖 周期。,知能拓展 胚胎移植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
15、用促性腺激素对供体进行处理使其超数 排卵。 胚胎移植过程产下的牛犊性状取决于所用公牛和供体母牛,性别取决 于公牛提供何种类型的精子,与受体牛没有关系。,1.试管动物与克隆动物的比较,2.胚胎发育与胚胎工程易错易混点分析 (1)关于精子和卵子的发生和受精作用 成熟的精子并不具有受精能力,获能后才具备受精能力。 受精卵的遗传物质中,核物质(染色体上DNA)一半来自父方(精子),一 半来自母方(卵细胞),细胞质中的遗传物质几乎全来自卵细胞。 (2)有关胚胎发育 起点是受精卵分裂,在输卵管内完成受精作用时即已开始,直至发育 成为成熟的胎儿。,卵裂期的特点:细胞有丝分裂使细胞数目增加,但胚胎总体积并不增
16、 加或略有缩小,因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小,但核内 遗传物质并未减少。 桑椹胚以前的细胞均未分化,细胞全能性最高,是胚胎分割的最佳时 期。 桑椹胚至囊胚的发育过程中,细胞开始分化,但其全能性仍很高,也可 用于胚胎分割。 原肠胚的特点:个体发育中分化能力最强的阶段,细胞已分化形成,外、中、内三个胚层。 个体发育过程中从囊胚阶段开始初步分化,分化出内细胞团和滋养层 细胞,囊胚之前细胞未分化,为全能细胞,囊胚之后的原肠胚阶段细胞已 分化,但仍有全能细胞。 (3)有关胚胎的早期体外培养 早期胚胎一般指可用于移植的胚胎,在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚 至更早的阶段。 胚胎早期培养液成分与动物
17、细胞培养液成分基本相同,除无机盐、有 机盐类和调节物质外,还需要血清,两者都是液体培养基。,典例2 (2016江苏单科,11,2分)印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物,通过 胚胎工程技术,可以让家猫代孕而繁育,主要步骤如图所示。下列相关 叙述正确的是 ( ),A.步骤甲、乙分别是指精子获能、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培养液 D.步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同 答案 B,解析 步骤甲、乙分别是体外受精和胚胎移植,A项错误;诱导超数排卵 所注射的激素是促性腺激素,该激素只作用于性腺细胞,B项正确;受精 卵发育成早期
18、胚胎所需的营养主要来源于卵细胞,C项错误;步骤甲使用 的培养液(获能溶液或专用的受精溶液)与早期胚胎培养液成分不同,D 项错误。,2-1 杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点,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,相关 叙述正确的是 ( D ),A.为了获得更多的卵母细胞,需用雌激素对雌性杜泊羊进行处理 B.从卵巢中采集的卵母细胞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,解析 为了获得更多的卵母细胞,需用促性腺激素对雌羊进行处理,A错 误;从卵巢
19、中采集的卵母细胞,都需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;代孕绵羊与供体绵羊为同种动物,所以代孕绵 羊对移入子宫的同种外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,C错误;胚胎 分割技术可提高胚胎的利用率,扩大繁殖规模,D正确。,2-2 世界首个细胞核移植“三亲”婴儿已于2016年4月诞生,引起全球 广泛关注。医生首先从母亲的卵细胞取出细胞核,并将其注入已去掉细 胞核的捐赠者的卵细胞内,重组细胞就拥有了母亲的核DNA以及捐赠 者的线粒体DNA,最后再利用精子进行体外受精。 请回答: (1)医生用这一方法同时培育了5个胚胎,因此母亲的卵巢事先需经 处理以获得更多的卵细胞;体外受精前,精子
20、需经培养达到 状态。,(2)下列关于体外受精及胚胎工程的叙述,错误的是( ) A.精子和卵细胞表面有特异性相互识别的蛋白 B.2-8细胞期的卵裂球每一个细胞都具有全能性 C.中胚层是由外胚层的细胞增殖分裂形成的 D.体外受精使用的培养液和早期胚胎培养液成分相同 (3)受精卵需经早期发育培养,才能完成植入或着床,通常移植的最适宜 时期是 。胚胎发育到一定阶段,会形成滋养层细胞,这部分细 胞将发育成 。,(4)在英国获得批准的“三亲”技术则不同,是捐献者的卵细胞与父亲 的精子经体外受精形成的受精卵去核后,注入父、母亲所形成受精卵的 核,以剔除母亲线粒体中有缺陷的基因信息。该过程涉及的生物技术有 体
21、外受精、 、 和胚胎移植。,答案 (1)超数排卵(促性腺激素也可) 获能 (2)D (3)发育到8细胞 以上的胚胎(早期囊胚、早期胚胎、桑椹胚也可) 胚胎的附属结构(胚 外结构、胚盘等合理答案也可) (4)核移植 胚胎体外培养(本小题答 案顺序可互换),解析 (1)为获得多个胚胎,需要对母亲进行超数排卵处理获得多个卵 细胞,体外受精前,精子需进行获能培养,达到受精要求。(2)在体外受精 时,成熟卵细胞和获能精子共同培养,通过精子和卵细胞表面的特异性 识别蛋白相互识别,完成细胞融合(即受精),A正确;受精卵有全能性,受 精卵卵裂形成的2-8细胞期的卵裂球每一个细胞也都具有全能性,B正 确;在胚胎发育的原肠胚期,外胚层细胞在胚盘中线处形成增殖区,该区 细胞形成中胚层,C正确;体外受精使用的培养液和早期胚胎培养液成分 是不相同的,D错误。(3)为顺利完成植入或着床,移植的胚胎一般选择,发育到8细胞以上的胚胎进行,最晚也不能晚于囊胚。囊胚的滋养层细 胞将发育成胚胎的附属结构或胚外结构。(4)“三亲”孩子的培育过程 涉及了多项技术,包括体外受精、核移植、胚胎体外培养、细胞培养、 胚胎移植等。,
