從受精卵談起胚胎工程

1.(2010·江蘇16)下列關(guān)于利用胚胎工程技術(shù)繁殖優(yōu)質(zhì)奶羊的敘述，錯(cuò)誤的是()A．對(duì)受體母羊與供體母羊進(jìn)行同期發(fā)情處理B．人工授精后的一定時(shí)間內(nèi)，收集供體原腸胚用于胚胎分割C．利用胚胎分割技術(shù)可以獲得兩個(gè)基因型完全相同的胚胎D．一次給受體母羊植入多個(gè)胚胎，可增加雙胞胎和多胞胎的比例B【解析】本題考查了胚胎工程及考生理解問題的能力。進(jìn)行胚胎分割要用囊胚或桑椹胚期的胚胎，故B項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(2009·江蘇8)下列關(guān)于哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育和胚胎工程的敘述，正確的是()A．卵裂期胚胎中細(xì)胞數(shù)目和有機(jī)物總量在不斷增加B．胚胎分割時(shí)需將原腸胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割C．胚胎干細(xì)胞具有細(xì)胞核大、核仁小和蛋白質(zhì)合成旺盛等特點(diǎn)D．胚胎干細(xì)胞是一類未分化細(xì)胞，可從早期胚胎中分離獲取D【解析】本題考查胚胎干細(xì)胞的知識(shí)。A選項(xiàng)卵裂期細(xì)胞不斷分裂但胚胎體積不變，故細(xì)胞數(shù)目增多但有機(jī)物逐漸消耗而減少；

B選項(xiàng)中內(nèi)細(xì)胞團(tuán)是囊胚時(shí)期的，不是原腸胚時(shí)期的；

C選項(xiàng)胚胎干細(xì)胞是具有旺盛分裂能力的細(xì)胞，即應(yīng)該有分生細(xì)胞的特點(diǎn)——細(xì)胞核大、核仁比較大而明顯的特點(diǎn)。

D選項(xiàng)，胚胎干細(xì)胞是全能干細(xì)胞，是未分化細(xì)胞。3.(2009·全國(guó)Ⅱ3)下列有關(guān)哺乳動(dòng)物個(gè)體發(fā)育的敘述，錯(cuò)誤的是()A．胚胎發(fā)育過程中也會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞衰老B．幼鹿經(jīng)過變態(tài)發(fā)育過程長(zhǎng)出發(fā)達(dá)的鹿角C．胚后發(fā)育過程中伴有細(xì)胞分化D．來自原腸胚同一胚層的細(xì)胞經(jīng)分化發(fā)育成不同的組織B【解析】多細(xì)胞生物體內(nèi)的細(xì)胞總是在不斷地更新著，總有一部分細(xì)胞處于衰老或走向死亡的狀態(tài)，因此胚胎發(fā)育過程中也會(huì)有細(xì)胞衰老。變態(tài)發(fā)育指成體與幼體在形態(tài)上的差別比較大，而這種形態(tài)的改變又是集中在短期內(nèi)完成的，因此B不正確。細(xì)胞分化發(fā)生在整個(gè)生命進(jìn)程中，在胚胎時(shí)期達(dá)到最大限度。原腸胚外胚層的細(xì)胞可以發(fā)育為皮膚的表皮、感覺器官、神經(jīng)系統(tǒng)，內(nèi)胚層發(fā)育為呼吸道的上皮、消化道上皮、肝臟及胰腺，其他的基本都是由中胚層發(fā)育而來。

4.(2009·海南26)請(qǐng)回答下列與哺乳動(dòng)物精子和卵子發(fā)生有關(guān)的問題：

(1)精細(xì)胞經(jīng)變形后，高爾基體發(fā)育形成精子的頂體，頂體內(nèi)含有的

______

能協(xié)助精子穿過卵母細(xì)胞的放射冠和透明帶。

(2)某動(dòng)物排卵時(shí)，減數(shù)第一次分裂尚未完成，此時(shí)卵子處于

______

卵母細(xì)胞階段，當(dāng)該細(xì)胞發(fā)育至減數(shù)第二次分裂

_____

期時(shí)，才具備受精能力。若在卵黃膜和透明帶之間看到兩個(gè)極體，則表明

________

過程已完成。(3)動(dòng)物的早期胚胎移植到同種且_______與供體相同的動(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)叫做胚胎移植。為了獲得更多的早期胚胎，常用_______激素對(duì)供體進(jìn)行處理，其目的是獲得更多的_______，經(jīng)人工授精后可得到早期胚胎。用某染料鑒定胚胎細(xì)胞是否為活細(xì)胞時(shí)，發(fā)現(xiàn)活胚胎細(xì)胞不能被染色，其原因是活細(xì)胞膜_____________________。(4)若要通過胚胎移植獲得遺傳物質(zhì)完全相同的兩個(gè)新個(gè)體，可對(duì)發(fā)育到桑椹胚期或囊胚期階段的早期胚胎進(jìn)行_________處理，再植入受體內(nèi)。若要對(duì)早期胚胎進(jìn)行長(zhǎng)期保存，應(yīng)將其置于____________條件下。【答案】

(1)頂體酶

(2)初級(jí)中受精

(3)生理狀態(tài)促性腺卵母細(xì)胞對(duì)物質(zhì)的吸收具有選擇透性

(4)胚胎分割冷凍(或液氮)

【解析】本題考查受精作用過程。

(1)頂體內(nèi)含有的頂體酶能協(xié)助精子穿過卵母細(xì)胞的放射冠和透明帶。

(2)動(dòng)物排卵時(shí)處于減數(shù)第一次分裂時(shí)期的細(xì)胞稱為初級(jí)卵母細(xì)胞，減數(shù)第二次分裂中期的細(xì)胞才具備受精能力，受精作用完成的標(biāo)志是在卵黃膜和透明帶之間看到兩個(gè)極體。

(3)胚胎移植時(shí)受體的生理狀態(tài)要和供體一致，才能保證胚胎成活。為了獲得更多的早期胚胎，常用促性腺激素對(duì)供體進(jìn)行處理，其目的是獲得更多的卵母細(xì)胞。細(xì)胞膜具有選擇透性，活胚胎細(xì)胞不能被染色，原因是細(xì)胞膜對(duì)染料的吸收具有選擇性。死細(xì)胞會(huì)被染色，因?yàn)榧?xì)胞膜失去選擇透性。

(4)若要通過胚胎移植獲得遺傳物質(zhì)完全相同的兩個(gè)新個(gè)體常用的方法是胚胎分割，要注意胚胎一定要分割均勻。生物學(xué)中常采用液氮冷凍的方法保存早期胚胎和生殖細(xì)胞。第1、2節(jié)從受精卵談起、胚胎工程一、胚胎工程胚胎工程是指對(duì)動(dòng)物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)、胚胎培養(yǎng)等技術(shù)。二、從受精卵談起

1．受精作用

(1)含義：成熟的精卵融合成為受精卵的過程。(2)過程：精卵識(shí)別、精子附著于卵膜、精卵質(zhì)膜融合等。

(3)同種動(dòng)物精卵才能結(jié)合的原因之一：同種動(dòng)物精子、卵細(xì)胞表面有特異性相互識(shí)別的蛋白。

2．胚胎發(fā)育的過程

(1)卵裂期：細(xì)胞有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，但胚胎總體體積并不增加，或略有減小。

(2)桑椹胚：胚胎細(xì)胞數(shù)目達(dá)32個(gè)左右時(shí)，胚胎形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑椹。這一階段前的每一個(gè)細(xì)胞都是全能細(xì)胞。(3)囊胚：細(xì)胞開始出現(xiàn)分化(該時(shí)期細(xì)胞的全能性仍比較高)。囊胚外包一層滋養(yǎng)層細(xì)胞；集中在胚胎內(nèi)側(cè)一端，個(gè)體較大的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，為胚胎干細(xì)胞。中間的空腔稱為囊胚腔。

(4)原腸胚：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。

3．干細(xì)胞一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。其中常見的成體干細(xì)胞有上皮干細(xì)胞、造血干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞。4．胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)

來源于囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動(dòng)物體內(nèi)任何一種組織細(xì)胞。是一種未分化細(xì)胞，具有發(fā)育全能性和二倍體核型。在體外培養(yǎng)的控制條件下，可以增殖而不發(fā)生分化，可進(jìn)行冷凍保存，也可進(jìn)行遺傳改造。三、胚胎工程

1．體外受精和胚胎的早期培養(yǎng)

(1)卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)：從剛屠宰母畜的卵巢中采集或是借助超聲波探測(cè)儀、穿刺針等直接從活體動(dòng)物的卵巢中采集到的是未成熟的卵母細(xì)胞，都要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。

(2)精子的采集和獲能：從附睪中取出成熟的精子，培養(yǎng)精子達(dá)到態(tài)能狀態(tài)。

(3)受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵細(xì)胞在合適的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時(shí)間后就可完成受精。

(4)胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應(yīng)將受精卵先發(fā)育培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段(一般8細(xì)胞以上)時(shí)，可將其取出向受體移植或冷凍保存。

2．胚胎移植是指將雌性動(dòng)物(供體)的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動(dòng)物(受體)的輸卵管或子宮角，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。轉(zhuǎn)基因、核移植，或體外受精等任何一項(xiàng)生物工程技術(shù)所生產(chǎn)的胚胎，都必須經(jīng)過胚胎移植技術(shù)才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。3．胚胎分割是指借助顯微操作技術(shù)將早期胚胎(

桑椹胚或囊胚

)切割成幾等份，或用酶處理法將卵裂球中的細(xì)胞分散開，經(jīng)移植獲得同卵多胎的技術(shù)，屬于無性繁殖。

4．胚胎干細(xì)胞核移植是指把胚胎干細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞中，經(jīng)過胚激活、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植后直接由受體完成克隆動(dòng)物的技術(shù)?？键c(diǎn)1胎工程的基本操作及應(yīng)用1．體外受精和胚胎體外培養(yǎng)體外受精指采取雌性動(dòng)物的卵細(xì)胞和雄性動(dòng)物的精子，使其在試管中受精。胚胎體外培養(yǎng)是應(yīng)用人工創(chuàng)造的環(huán)境，對(duì)獲取的早期胚胎進(jìn)行體外培養(yǎng)。由于胚胎不同發(fā)育時(shí)期生理代謝的需求不同，進(jìn)行胚胎體外培養(yǎng)時(shí)，必須配制一系列含有不同成分的培養(yǎng)液，用以培養(yǎng)不同發(fā)育時(shí)期的胚胎。2．胚胎移植和胚胎分割胚胎移植是指將經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高、遺傳性狀優(yōu)秀的母畜，經(jīng)激素處理，使其超數(shù)排卵后受精、然后將發(fā)育的早期胚胎分別移植到同期發(fā)情的代孕母的子宮內(nèi)，通過代孕母妊娠產(chǎn)仔的技術(shù)，即“借腹懷胎”。胚胎分割是指借助顯微操作技術(shù)將早期胚胎切割成幾等份，再移植到代孕母子宮中發(fā)育，產(chǎn)生同卵多仔后代的技術(shù)。胚胎移植技術(shù)是實(shí)現(xiàn)胚胎分割的前提和保證。

胚胎移植成功率的高低與供、受體生理環(huán)境條件的一致性相關(guān)。只有供、受體生理環(huán)境高度一致，移植入受體的胚胎才能被接受并繼續(xù)發(fā)育，胚胎移植的實(shí)質(zhì)為早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。【例1】下列關(guān)于動(dòng)物胚胎移植的敘述中，錯(cuò)誤的是(

)A．受孕母畜體內(nèi)的受精卵或胚胎均能移植B．受體母畜必須處于與供體母畜同步發(fā)情的狀態(tài)C．超數(shù)排卵技術(shù)要使用一定的激素D．試管嬰兒只是受精及早期卵裂過程在試管中進(jìn)行【解析】胚胎移植操作的對(duì)象是早期胚胎而不是受精卵；其生理基礎(chǔ)是供、受體排卵后產(chǎn)生相同的生理變化，為移植提供相同的生理環(huán)境；超數(shù)排卵要對(duì)供體用促性腺激素進(jìn)行處理；試管嬰兒實(shí)質(zhì)是體外受精和胚胎移植的共同產(chǎn)物。答案：A【變式訓(xùn)練1】表現(xiàn)型不同的10頭母牛生育出基因型完全相同的小牛，產(chǎn)生這一結(jié)果的最可能的技術(shù)是()A．試管動(dòng)物培養(yǎng)B．胚胎移植C．胚胎分割移植D．受精卵移植C【解析】本題考查動(dòng)物細(xì)胞工程和胚胎分割的內(nèi)容。表現(xiàn)型不同的母牛，其基因型一定不同，生育出基因型完全相同的小牛，根據(jù)題目給出的選項(xiàng)，很可能是將胚胎分割移植。因?yàn)橛赏粋€(gè)胚胎分割開的細(xì)胞團(tuán)的基因型完全相同?？键c(diǎn)2胚胎發(fā)育過程1、受精作用受精：成熟的精卵融合成為受精卵的過程。包括精卵識(shí)別、精子附著于卵膜、精卵質(zhì)膜融合等幾個(gè)過程。同種生物精卵結(jié)合的保障：同種動(dòng)物精子、卵細(xì)胞表面有特異性相互識(shí)別的蛋白。2．胚胎發(fā)育的過程

(1)起點(diǎn)：受精卵。(2)早期胚胎發(fā)育過程：受精卵→卵裂球→囊胚→原腸胚。

(3)幾個(gè)重要時(shí)期的特點(diǎn)卵裂球：①受精卵不斷分裂產(chǎn)生的細(xì)胞團(tuán)。②隨著卵裂球細(xì)胞數(shù)目的增加，細(xì)胞逐漸變小，有機(jī)物含量減少等。③卵裂球含2～8個(gè)細(xì)胞時(shí)，其中的每一個(gè)細(xì)胞都具有全能性。

囊胚：

①細(xì)胞出現(xiàn)分化，一是分化成滋養(yǎng)層，由滋養(yǎng)層發(fā)育形成胚胎的附屬結(jié)構(gòu)或胚外結(jié)構(gòu)，如胚盤；二是胚胎干細(xì)胞即內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，由內(nèi)細(xì)胞團(tuán)發(fā)育分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官。②出現(xiàn)了囊胚腔。③出現(xiàn)了中空的細(xì)胞團(tuán)稱為囊胚或胚泡。

原腸胚：①形成了內(nèi)、中、外三個(gè)胚層。②出現(xiàn)了與外界相通的原腸腔。③這三個(gè)胚層逐漸分化形成各種器官原基?！纠?】下列關(guān)于動(dòng)物胚胎發(fā)育過程的敘述中，錯(cuò)誤的是(

)A．胚胎發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵B．胚胎發(fā)育過程包括細(xì)胞的分裂和分化C．受精卵首先通過卵裂發(fā)育成囊胚D．原腸胚只有內(nèi)、外兩個(gè)胚層【解析】動(dòng)物個(gè)體胚胎發(fā)育過程中的原腸胚時(shí)期除了有內(nèi)、外兩個(gè)胚層，還有中胚層的分化，胚胎發(fā)育起點(diǎn)是受精卵，胚胎發(fā)育過程包括細(xì)胞的有絲分裂和分化，受精卵首先通過卵裂發(fā)育成囊胚。D

【變式訓(xùn)練2】下圖是表示蛙的受精卵發(fā)育至囊胚過程中，DNA總量、每個(gè)細(xì)胞體積、所有細(xì)胞體積之和、有機(jī)物總量的變化趨勢(shì)(橫坐標(biāo)為發(fā)育時(shí)間)。其中正確的是()A．①②B．①③C．②④D．③④A【解析】受精卵發(fā)育至囊胚的過程，主要通過有絲分裂完成，每分裂一次，DNA分子都要復(fù)制一次，故DNA總量呈指數(shù)式增長(zhǎng)；隨著細(xì)胞數(shù)目的增加，每個(gè)細(xì)胞的體積逐步減小，而整個(gè)囊胚總體積幾乎不變甚至略有減??；在細(xì)胞分裂過程中，細(xì)胞要不斷消耗大量的能量供細(xì)胞分裂所需，因此有機(jī)物總量在逐步減少?？键c(diǎn)3胚胎干細(xì)胞1．胚胎干細(xì)胞指早期胚胎(囊胚)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的細(xì)胞，是一種未分化細(xì)胞，具有發(fā)育全能性和二倍體核型。培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞需要一種培養(yǎng)體系，既能促進(jìn)胚胎干細(xì)胞的生長(zhǎng)，同時(shí)還要抑制胚胎干細(xì)胞的分化。2．胚胎干細(xì)胞核移植胚胎干細(xì)胞核移植是指把胚胎干細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞中，經(jīng)過胚激活、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植后直接由受體完成克隆動(dòng)物的技術(shù)。3．胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用前景

(1)培育成組織器官，用于器官移