選修三知識(shí)點(diǎn)胚胎工程教師.doc

專(zhuān)題3 胚胎工程（一）體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育1、胚胎工程的概念：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)等技術(shù)。經(jīng)過(guò)處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動(dòng)物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類(lèi)的各種需求。2、精子和卵子的發(fā)生（1）哺乳動(dòng)物卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲(chǔ)備，是在出生前(即胎兒時(shí)期)完成的，這是精子和卵子在發(fā)生上的重要區(qū)別，但不是唯一的區(qū)別，如發(fā)生場(chǎng)所、過(guò)程及結(jié)果也不相同。（2）精子的發(fā)生中兩次減數(shù)分裂是連續(xù)的，是在睪丸的曲細(xì)精管內(nèi)進(jìn)行的。卵子的發(fā)生中兩次減數(shù)分裂是不連續(xù)的，減數(shù)第一次分裂在卵巢內(nèi)完成，產(chǎn)生一個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞和第一極體，進(jìn)入輸卵管，在與精子的結(jié)合過(guò)程中完成減數(shù)第二次分裂，產(chǎn)生一個(gè)成熟的卵子和第二極體。當(dāng)雌雄原核融合時(shí)，第一極體完成分裂，形成2個(gè)第二極體。有的哺乳動(dòng)物的第一極體不再分裂。（3）不同種動(dòng)物精子的形態(tài)相似，大小略有不同，但與動(dòng)物的體型大小無(wú)關(guān)。（4）哺乳動(dòng)物卵巢、卵泡和卵子的關(guān)系卵巢是卵子形成、卵泡存在的場(chǎng)所，內(nèi)部包含許許多多不同發(fā)育階段的卵泡，而成熟的卵泡中可釋放出卵子，其中卵子的外面有輔助結(jié)構(gòu)透明帶，由卵丘細(xì)胞(卵泡細(xì)胞)形成放射冠，而卵子外面的胞膜即卵細(xì)胞膜。排卵指卵子從卵泡中排出，而非卵泡從卵巢中排出。（5）受精的標(biāo)志是在透明帶和卵細(xì)胞膜之間觀察到兩個(gè)極體；而受精完成的標(biāo)志為雌雄原核的融合。2、動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過(guò)程（1）受精場(chǎng)所是母體的輸卵管。（2）卵裂期：特點(diǎn)：細(xì)胞有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。 （3）桑椹胚：特點(diǎn)：胚胎細(xì)胞數(shù)目達(dá)到32個(gè)左右時(shí)，胚胎形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑椹。是全能細(xì)胞。（4）囊 胚：特點(diǎn)：細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)分化（該時(shí)期細(xì)胞的全能性仍比較高）。聚集在胚胎一端個(gè)體較大的細(xì)胞稱(chēng)為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，將來(lái)發(fā)育成胎兒的各種組織。而沿透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列，個(gè)體比較小的細(xì)胞，稱(chēng)為滋養(yǎng)層細(xì)胞，將來(lái)發(fā)育成胎膜和胎盤(pán)。中間的空腔稱(chēng)為囊胚腔。（5）原腸胚：特點(diǎn)：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。（二）體外受精和早期胚胎培養(yǎng)1、體外受精(1)卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)：主要方法：用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子（超數(shù)排卵），然后，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細(xì)胞；第三種方法：借助超聲波探測(cè)儀、腹腔鏡等直接從活體動(dòng)物的卵巢中吸取卵母細(xì)胞。采集的卵母細(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)精子的采集和獲能收集精子的方法：主要有假陰道法、手握法和電刺激法等。精子體外獲能的方法：主要有培養(yǎng)法(嚙齒動(dòng)物、家兔、豬等)和化學(xué)誘導(dǎo)法(牛、羊等家畜的精子常采用化學(xué)法，即將精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液中，用化學(xué)藥物誘導(dǎo)精子獲能)。(3) 體外受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵細(xì)胞在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫^(guò)程。哺乳動(dòng)物體外受精過(guò)程示意圖2、胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應(yīng)將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。培養(yǎng)液成分較復(fù)雜，除一些無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營(yíng)養(yǎng)成分，以及血清等物質(zhì)。當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時(shí)，可將其取出向受體移植或冷凍保存。不同動(dòng)物胚胎移植的時(shí)間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進(jìn)行移植，小鼠、家兔等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在816個(gè)細(xì)胞階段移植。)（三）胚胎工程的應(yīng)用及前景1.胚胎移植(1)胚胎移植是指將雌性動(dòng)物的早期胚胎，或者通過(guò)體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其它雌性動(dòng)物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。其中提供胚胎的個(gè)體稱(chēng)為“供體”，接受胚胎的個(gè)體稱(chēng)為“受體”。（供體為優(yōu)良品種，作為受體的雌性動(dòng)物應(yīng)為常見(jiàn)或存量大的品種。）地位：如轉(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(guò)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”。(2) 胚胎移植的意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發(fā)揮雌性?xún)?yōu)良個(gè)體的繁殖能力。(3) 生理學(xué)基礎(chǔ)：動(dòng)物發(fā)情排卵后，同種動(dòng)物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的。這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境。早期胚胎在一定時(shí)間內(nèi)處于游離狀態(tài)。這就為胚胎的收集提供了可能。受體對(duì)移入子宮的外來(lái)胚胎不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。這為胚胎在受體的存活提供了可能。供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過(guò)程中不受影響。(4) 基本程序主要包括：對(duì)供、受體的選擇和處理：選擇遺傳特性和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的供體，有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理，用促性腺激素對(duì)供體母牛做超數(shù)排卵處理。配種或人工授精。對(duì)胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存：配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來(lái)(也叫沖卵)。對(duì)胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查，此時(shí)的胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹或胚囊胚階段。直接向受體移植或放入196的液氮中保存。對(duì)胚胎進(jìn)行移植：包括手術(shù)法和非手術(shù)法。移植后的檢查。對(duì)受體母牛進(jìn)行是否妊娠的檢查。完成胚胎移植基本程序(以牛胚胎移植為例)2.胚胎分割(1)概念：是指采用機(jī)械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。(2)意義：來(lái)自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，屬于無(wú)性繁殖。(3)主要儀器：實(shí)體顯微鏡和顯微操作儀 (4)操作過(guò)程：選擇發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。將其移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中，然后用分割針或分割刀進(jìn)行分割。對(duì)囊胚階段的胚胎分割時(shí)，要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割，否則會(huì)影響分割后胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育。3、胚胎干細(xì)胞（1）哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞簡(jiǎn)稱(chēng)ES或EK細(xì)胞，是由早期胚胎或從原始性腺中分離出來(lái)。（2）具有胚胎細(xì)胞的特性，在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小，細(xì)胞核大，核仁明顯；在功能上，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。另外，在體外培養(yǎng)的條件下，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。（3）胚胎干細(xì)胞的主要用途是：可用于研究哺乳動(dòng)物個(gè)體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律；是在體外條件下研究細(xì)胞分化的理想材料，在培養(yǎng)液中加入分化誘導(dǎo)因子，如牛黃酸等化學(xué)物質(zhì)時(shí)，就可以誘導(dǎo)ES細(xì)胞向不同類(lèi)型的組織細(xì)胞分化，這為揭示細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡的機(jī)理提供了有效的手段；可以用于治療人類(lèi)的某些頑疾，如帕金森綜合癥、少年糖尿病等；利用可以被誘導(dǎo)分化形成新的組織細(xì)胞的特性，移植ES細(xì)胞可使壞死或退化的部位得以修復(fù)并恢復(fù)正常功能；隨著組織工程技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)ES細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化，定向培育出人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問(wèn)題。練習(xí)1下圖是利用奶牛乳汁生產(chǎn)人類(lèi)血清白蛋白的圖解，根據(jù)下圖回答：(1)在此工程過(guò)程中涉及到的現(xiàn)代生物技術(shù)主要有_。(2)在基因工程中，我們稱(chēng)為，在進(jìn)入之前要用等工具來(lái)構(gòu)建基因表達(dá)載體，能實(shí)現(xiàn)進(jìn)入的常用方法是 。(3)圖中一般經(jīng) 處理可以得到，從到的過(guò)程中一般利用未受精的去核卵細(xì)胞為受體，而不用普通的體細(xì)胞，原因是_。(4)從AD中選出到的過(guò)程中正確的操作方法 ，把送入的最佳時(shí)期是 。(5)是生出的后代，那么的遺傳性狀和 最相似，為什么？_，如果的數(shù)量太少，常用 來(lái)擴(kuò)增。要實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)血清白蛋白，則要求的性染色體是 ，利用該方法得到的動(dòng)物叫做 。(6)用這種方法生產(chǎn)藥物與工廠化生產(chǎn)藥物相比，優(yōu)越性在于 。和某些轉(zhuǎn)基因羊可通過(guò)分泌乳汁來(lái)生產(chǎn)人類(lèi)所需藥物，這樣的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物被稱(chēng)為 。答案：(1)核移植技術(shù)、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、基因工程、早期胚胎培養(yǎng)(2)目的基因限制酶、DNA連接酶和載體顯微注射法(3)胰蛋白酶卵細(xì)胞大，易操作，體細(xì)胞的細(xì)胞核在卵細(xì)胞質(zhì)中才能表現(xiàn)出全能性 (4)C桑椹胚和囊胚(5)荷斯坦奶牛因?yàn)閭€(gè)體的核遺傳物質(zhì)大部分來(lái)自荷斯坦奶牛，只是為胚胎發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)和場(chǎng)所，并沒(méi)有獲得的遺傳信息PCR技術(shù)XX轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物(6)節(jié)約資源、降低成本等乳腺生物反應(yīng)器2長(zhǎng)期以來(lái)，優(yōu)良種畜的繁殖速度始終是限制畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的細(xì)胞工程和胚胎工程技術(shù)為優(yōu)良種畜的快速繁殖帶來(lái)了無(wú)限生機(jī)，請(qǐng)據(jù)圖完成下列問(wèn)題：(1)在試管牛和克隆羊的培育過(guò)程中都必須用到的生物技術(shù)有_、_(至少寫(xiě)出兩項(xiàng))。(2)和受精有關(guān)的過(guò)程有：第一次卵裂開(kāi)始；釋放第二極體；頂體反應(yīng)；穿越透明帶；雌、雄原核的形成；核膜消失，雌、雄原核融合。其正確的順序?yàn)開(kāi)(填序號(hào))。(3)從A到E中，適宜于牛的胚胎移植時(shí)期的有_；圖中標(biāo)號(hào)3為_(kāi)，它將來(lái)可發(fā)育為胎膜和胚盤(pán)。(4)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。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_。(5)試管牛E的性別為_(kāi)，克隆羊多利的性狀和_最接近，原因是_。答案：(1)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、胚胎移植、卵母細(xì)胞的采集技術(shù)(2)(3)D、E滋養(yǎng)層細(xì)胞(4)生理狀態(tài)對(duì)物質(zhì)的吸收具有選擇透過(guò)性(5)雌性或雄性(不能確定)白面綿羊因?yàn)榭寺⊙蚨嗬募?xì)胞核來(lái)自于白面綿羊，生物體的性狀主要是由細(xì)胞核基因控制的3下圖為經(jīng)過(guò)體外受精和胚胎分割移植培育優(yōu)質(zhì)奶牛的過(guò)程。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)在進(jìn)行體外受精前要對(duì)精子進(jìn)行_處理。(2)進(jìn)行胚胎分割時(shí)，應(yīng)選擇發(fā)育到_時(shí)期的胚進(jìn)行操作。通過(guò)胚胎分割產(chǎn)生的兩個(gè)或多個(gè)個(gè)體共有的根本特點(diǎn)是_。(3)指的是_。(4)受體母牛必須和供體牛屬于_。答案：(1)獲能(2)桑椹胚或囊胚具有相同的遺傳物質(zhì)(3)囊胚腔(4)同一物種4請(qǐng)回答胚胎工程和基因工程方面的問(wèn)題：(1)應(yīng)用胚胎工程技術(shù)可以培育出“試管牛”。試管牛的培育需經(jīng)過(guò)體外受精、_、_以及在母體中發(fā)育和產(chǎn)出等過(guò)程。(2)在“試管?！钡呐嘤^(guò)程中，要使精子和卵母細(xì)胞在體外成功結(jié)合，需要對(duì)精子進(jìn)行處理，使其_。另外，培養(yǎng)的卵母細(xì)胞需要發(fā)育至減數(shù)第二次分裂的中期，該時(shí)期在顯微鏡下可觀察到次級(jí)卵母細(xì)胞和_。(3)通常奶牛每次排出一枚卵母細(xì)胞，采用激素處理可使其一次排出多枚卵母細(xì)胞，常使用的激素是_。(4)利用基因工程可以獲得轉(zhuǎn)基因牛，從而改良奶牛的某些性狀。基因工程的四個(gè)基本操作步驟是_、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、_和_。若要使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中含有人干擾素，則所構(gòu)建的基因表達(dá)載體必須包括：某種牛乳腺分泌蛋白基因及其啟動(dòng)子、_、_、_和復(fù)制原點(diǎn)等。將該基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞所采用的方法是_(顯微注射法、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法)，為獲得能大量產(chǎn)生人干擾素的轉(zhuǎn)基因牛，該基因表達(dá)載體應(yīng)導(dǎo)入的受體細(xì)胞是_(受精卵、乳腺細(xì)胞)。答案：(1)早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植(2)獲能第一極體(3)促性腺激素(4)目的基因的獲取將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定人干擾素基因(或目的基因)終止子 標(biāo)記基因 顯微注射法 受精卵5克隆羊的成功轟動(dòng)世界，它不僅奠定了克隆性治療疾病的基礎(chǔ)，而且解決了器官移植中供體不足的問(wèn)題，但同時(shí)也給人類(lèi)帶來(lái)了一些過(guò)去尚未遇到的問(wèn)題。下圖為人類(lèi)對(duì)克隆羊技術(shù)的拓展和應(yīng)用，請(qǐng)據(jù)圖回答：(1)圖中所涉及的現(xiàn)代生物技術(shù)有_和_等。(2)下列有關(guān)胚胎移植的敘述，正確的有_。A沖卵指的是從子宮中沖出胚胎，而非沖出卵子B只有供、受體的生理環(huán)境高度一致，移入受體的胚胎才能被接受C供體和受體要進(jìn)行免疫檢查，防止發(fā)生免疫排斥反應(yīng)D不同動(dòng)物胚胎移植的時(shí)間不同，人