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1、1专题专题 3 3 胚胎工程胚胎工程总结提升总结提升知识建网要语必背1防止多精入卵有两道屏障：一是透明带反应，二是卵细胞膜反应。2判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜与透明带的间隙能观察到两个极体，受精作用完成的标志是雌、雄原核融合形成合子。3试管动物技术运用的技术手段主要有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。4哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤。5从卵巢采集的卵母细胞需在体外培养到 M中期才能与获能的精子受精。精子体外获能的方法有培养法和化学诱导法两种。6动物胚胎一般在桑椹胚或囊胚阶段进行移植。胚胎移植前一般用激素对供、受体进行同期发情处理。7胚胎分割的对象
2、是桑椹胚或囊胚，在对囊胚分割时，应注意将内细胞团均等分割。8胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，简称 ES 或 EK 细胞。一、克隆动物、试管动物、转基因动物的异同(以羊为例)2不同点名称产生过程生物技术遗传物质遗传性状生殖方式相同点克隆羊核移植技术A 羊核基因，B 羊质基因几乎全部表现A 羊性状无性生殖试管羊体外受精A、B 羊核基因，B 羊质基因双亲性状有性生殖转基因羊DNA 重组技术目的基因、双亲基因目的基因性状、双亲性状有性生殖胚胎移植技术、动物细胞培养技术例 1 请回答胚胎工程和基因工程方面的问题：(1)应用胚胎工程技术可以培育出“试管牛” 。试管牛的培育需经过体外受
3、精、_、_以及在母体中发育和产出等过程。(2)在“试管牛”的培育过程中，要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行处理，使其_。另外，培养的卵母细胞需要发育至减数第二次分裂的中期，该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和_。(3)通常奶牛每次排出一枚卵母细胞，采用激素处理可使其一次排出多枚卵母细胞，常使用的激素是_。(4)利用基因工程可以获得转基因牛，从而改良奶牛的某些性状。基因工程的四个基本操作步骤是_、基因表达载体的构建、_和_。将该基因表达载体导入受体细胞所采用的方法是_(填“显微注射法”或“农杆菌转化法”)，为获得能大量产生人干扰素的转基因牛，该基因表达载体应导入的受体细胞是_(填
4、“受精卵”或“乳腺细胞”)。答案 (1)早期胚胎培养 胚胎移植 (2)获能 第一极体 (3)促性腺激素 (4)目的基因的获取 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 显微注射法 受精卵解析 (1)“试管牛”是通过在试管中进行体外受精，然后将受精卵进行早期胚胎培养，将获得的胚胎再利用胚胎移植技术植入母体内，在母体内发育和产出牛的过程。(2)为使精卵成功结合需要对精子进行获能处理；处于卵母细胞减数第二次分裂中期的细胞为次级卵母细胞和第一极体。(3)促性腺激素能够作用于卵巢细胞使其产生更多的性激素从而促进卵母细3胞的生成。(4)基因工程的操作步骤为：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基
5、因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的一种方法，目的基因导入动物细胞通常需采用显微注射法；如果将该基因表达载体导入受精卵中，受精卵能够分裂、分化获得产生人干扰素的转基因牛。例 2 人的血清白蛋白在临床上需求量很大，通常从血液中提取。由于艾滋病等人类感染性疾病造成的威胁与日俱增，使人们对血液制品心存疑虑。生物技术的发展和应用使利用动物生产人的血清白蛋白成为可能，下图是上海某研究所培育生产出血清白蛋白奶牛的流程。请据图回答下列问题：(1)雌性奶牛胚胎细胞是( )A雌性奶牛产生的卵细胞B雌性奶牛体内的受精卵C能发育成雌性奶牛的受精卵D从奶牛胚胎上取出的细胞，这个
6、奶牛胚胎将发育成雌性奶牛(2)此操作流程涉及的现代生物技术有动物细胞培养、_、_、胚胎分割和胚胎移植。(3)将人的血清白蛋白基因导入奶牛胚胎受体细胞时，常用的方法是_；选择早期胚胎细胞作为外源基因受体的原因是_。(4)重组细胞 1 的特点是_。(5)重组细胞 2 的特点是_。(6)早期胚胎培养在发育培养液中，培养液的成分比较复杂，除了一些无机盐和有机盐类外，还需添加_等物质。(7)小牛 1、2、3 的性别是_性，性状_(填“相同”或“不同”)。4(8)以上实例说明转基因克隆动物可以作为动物乳腺生物反应器，生产医药蛋白。在医药卫生领域，你认为除此之外，转基因克隆动物在治疗人类疾病时还有哪些用途？
7、_。答案 (1)D (2)基因工程 核移植 (3)显微注射法 早期胚胎细胞具有全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达 (4)细胞核内的 DNA 分子中含有人体血清白蛋白基因 (5)细胞核与去核卵母细胞重组，具备发育成胚胎的可能 (6)维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清(7)雌 相同 (8)转基因克隆动物的细胞、组织和器官可以作为异体移植的供体；人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可用于组织器官的移植二、胚胎工程与细胞工程的比较1胚胎工程胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的
8、胚胎，还需移植到雌性动物体内产生后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程操作的主要对象是生殖细胞、受精卵和早期胚胎细胞。胚胎发育学是胚胎工程的理论基础。2细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。例 3 毛角蛋白型中间丝(KIF)基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转 KIF基因的高绒质绒山羊的简单流程如下图，请回答问题：(1)过程中最常用的运载工具是_，所需要的酶是限制酶和_。(2)在过程中，用_处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于 5%CO2的
9、气体环境中，CO2的作用是_。(3)在过程中，用_处理以获取更多的卵(母)细胞。成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行_处理。(4)从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是_。在胚胎移植前，通过_技术可获得较多胚胎。答案 (1)质粒 DNA 连接酶 (2)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 维持培养基(液)的 pH (3)促性腺激素 去核5(4)(早期)胚胎培养 胚胎分割解析 (1)构建基因表达载体时，一般需用同一种限制酶切割目的基因和载体，以产生相同的黏性末端，并用 DNA 连接酶连接成重组表达载体；常用的载体是质粒。(2)利用胰蛋白酶或胶原蛋白酶可将动物组织分散成单个细胞。动物细胞培养时，需将细胞
10、置于 5%CO2的气体环境中，CO2的作用是维持培养液的 pH。(3)运用超数排卵法可获得更多的卵母细胞，常用的激素是促性腺激素。成熟卵母细胞在核移植前要进行去核处理。(4)核移植时获得的重组细胞经过早期胚胎培养，可以获得早期胚胎。为获得更多胚胎，可以使用胚胎分割技术。例 4 (2017湖南八校联考)随着生物科学技术的发展，动物的生殖方式变得越来越多样化。如图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况，供体 1 是良种荷斯坦高产奶牛，供体 2 是健康的黄牛，请据图回答下列问题：(1)应用 1 中获得的良种小牛，遗传物质来源于_个体，性别为_。(2)在应用 2、3、4 中，若要使精子和卵母细胞在体外成功
11、结合，需要对精子进行处理，使其_。(3)应用 3 可解决良种动物快速大量繁殖的问题；对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将_均等分割，否则将影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，如需做性别鉴定，还需从_细胞取样做 DNA 分析。(4)应用 4 中细胞进行定向诱导，可分化形成各种组织和器官。在胚胎干细胞培养过程中除需要适宜的温度、无菌、无毒等环境条件以外，营养液通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、核苷酸，还要加入_；向培养液中通入 95%空气和 5%二氧化碳，空气中的氧气参与细胞的代谢，二氧化碳可以维持培养液的_。答案 (1)供体 1 和供体 2 雌性 (2)获能 (3)内细胞团 滋养层 (4)动
12、物血清(或血浆) pH解析 (1)应用 1 属于核移植技术，其中重组细胞的细胞核来自供体 1、细胞质来自供体 2，所以良种小牛的遗传物质来自供体 1 和供体 2，其中控制性别的基因位于细胞核中，所以良种小牛的性别与供体 1(母牛)相同。(2)只有获能的精子才能与成熟的卵母细胞完成受精作用。(3)胚胎分割时，囊胚期的内细胞团应均等分割，这样有利于胚胎的恢复和进一步发育。6从滋养层细胞取样做 DNA 分析可鉴定性别。(4)培养动物细胞时，培养液中还应加入血清或血浆。向培养液中通入 CO2可维持培养液 pH 的稳定。1下图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是(
13、 )A图中 X 指卵细胞膜反应，Y 指卵子的减数第二次分裂B经图中 Y 过程只形成了雌原核C精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合D精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶答案 B解析 透明带反应形成第一道屏障，卵细胞膜反应是第二道屏障，在受精过程中卵子完成减数第二次分裂，A 正确；精子入卵后被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后形成雌原核，B 错误；精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合，C 正确；精子入卵后其尾部留在外面并在溶酶体的作用下自溶，D 正确。2下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
14、过程通过有丝分裂增殖Ca 时期可分离得到胚胎干细胞D过程，细胞分化程度逐渐增大答案 A解析 精子和卵子的结合过程，不存在同源染色体的分离，A 错误；过程属于受精卵的分裂，通过有丝分裂增殖，B 正确；a 时期为囊胚期，其中的内细胞团可分离得到胚胎干细胞，C 正确；过程是胚胎发育过程，细胞分化程度逐渐增大，D 正确。3下列关于现代生物工程的叙述，正确的是( )A体外受精是获能的精子和成熟的卵子在动物的血清中受精7B克隆产蛋率高的鸡时需要对鸡进行同期发情处理，保证移植的克隆胚胎顺利成活C利用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞时，主要借助了 TDNA 的功能D动物细胞培养和植物组织培养所用培养基物理状
15、态相同答案 C解析 体外受精是指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受精的过程，A 错误；克隆产蛋率高的鸡不需要胚胎移植，B 错误；农杆菌中的 Ti 质粒上的 TDNA 可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的 DNA 上，C 正确；动物细胞培养用的是液体培养基，而植物组织培养用的是固体培养基，D 错误。4下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述，正确的是( )A乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养B细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行C采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的D培养早期胚胎的培养液中含维生素、激素等多种能源物质答案 C解析 乳腺癌细胞的分裂能力比
16、乳腺细胞强，所以乳腺癌细胞比乳腺细胞更容易进行离体培养，A 项错误；细胞核移植发生在同种或异种生物的细胞之间，B 项错误；采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的，胚胎分割的份数越多，操作的难度越大，移植的成功率也越低，C 项正确；培养早期胚胎的培养液中维生素、激素起调节作用，不是能源物质，D 项错误。5动物细胞培养是动物细胞工程的基础，如图所示。a、b、c 表示现代工程技术；、分别表示其结果。请根据图回答，下列说法正确的是( )A若 a 是核移植技术，反映了动物细胞也具有全能性B若 c 是胚胎分割技术，中个体的基因型和表现型一定相同C中作为受体的动物品种是珍稀的雌性动物D若 b 是体外受精
17、技术，则为良种家畜快速大量繁殖提供了可能答案 D解析 若 a 是核移植技术，表示克隆动物，反映了动物细胞细胞核的全能性，A 错误；若c 为胚胎分割技术，理论上中个体的基因型和表现型相同，但应考虑突变及环境影响，B8错误；作为胚胎移植过程中的受体应是健康的、有正常繁殖能力的同种普通雌性个体，C 错误。6下列有关胚胎干细胞的说法不正确的是( )A利用干细胞治疗某些顽疾，因为干细胞具有再生各种组织、器官的潜能B在功能上，胚胎干细胞具有发育的全能性C用骨髓移植法治疗白血病的优点之一是不发生排斥反应D异体骨髓移植成功后，康复者的血型有可能发生改变答案 C解析 胚胎干细胞体外培养，可以被诱导分化成人造组织
18、器官用于器官移植，也可移植胚胎干细胞修复坏死、退化的组织细胞。骨髓移植必须进行配型实验，即使是配型合适的骨髓，移植造血干细胞后也会有排斥反应，只是排斥反应较小而已。异体骨髓移植，受体的血细胞来自异体骨髓造血干细胞的增殖，故血型有可能发生改变。7良种试管牛的繁殖过程是：用激素促进甲牛多排卵，然后把卵子在体外与人工采集的乙牛的精子进行受精，在特定培养基中培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理的丙牛的子宫内，孕育成试管牛。下列相关叙述错误的是( )A精、卵结合前都需进行培养B “促进甲牛多排卵”的激素是孕激素C甲牛、乙牛对试管牛核遗传物质的贡献相同D该技术可应用于加快优良种畜的繁殖答案 B解析 从大型
19、动物采集的卵母细胞，需经体外人工培养成熟后才具备受精能力，精子也需要进行培养使其获能；促进动物多排卵的激素是促性腺激素；试管牛的核遗传物质一半来自甲牛的卵子，一半来自乙牛的精子；该技术可充分发挥母畜的优良特性，可用于加快优良种畜的繁殖。82015 年 2 月 3 日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”，三亲婴儿的培育过程可选用如下图所示技术路线。据图回答下列问题：(1)由于女性自然周期产生的卵子太少，捐献者在取卵前通常需要注射_激素，促使一次有更多的卵泡发育。9(2)重组细胞需培养到_期，重组细胞体外培养所需的气体主要是 O2和 CO2，CO2的主要作用是_。(3)
20、从受精卵到三亲婴儿的培育还需要_和_等技术。(4)三亲婴儿的培育技术_(填“能”或“不能”)避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代，而_(填“能”或“不能”)避免母亲的红绿色盲基因传递给后代。三亲婴儿的染色体_(填比例)来自母亲提供的细胞核。答案 (1)促性腺 (2)M中 维持培养液的 pH(3)早期胚胎培养 胚胎移植 (4)能 不能 1/2(或 50%)解析 (1)要进行超数排卵需要注射促性腺激素。(2)重组细胞需培养到减数第二次分裂中期(M中期)，培养液中的二氧化碳的主要作用是维持培养液的 pH。(3)从受精卵到三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术，才能进行正常发育。(4)三亲婴
21、儿的培育技术能避免母亲的线粒体遗传病，因为其只需要母亲提供细胞核，而线粒体是细胞质基因。但不能避免红绿色盲基因传递给后代，因为红绿色盲基因属于细胞核基因。三亲婴儿的染色体有 1/2 是来自母亲提供的细胞核，1/2 来自父亲提供的细胞核。9下面是以小鼠为对象进行的研究工作，请分析回答下列问题：(1)进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下(光照 14 h，黑暗 10 h)饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是_。然后从雌鼠输卵管中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是使_。再在 37 、5%CO2条件下，精卵共同作用 4 h，冲洗后继续培养。定时
22、在显微镜下观察胚胎的变化，第 5 天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部出现裂隙，这是胚胎_期开始的标志。(2)如果体外受精后，在精核与卵核融合之前，用微型吸管吸除精核，再用细胞松弛素 B 处理(作用类似于用秋水仙素处理植物细胞)，处理后的受精卵可发育成小鼠。这种方法在动物新品种选育中的显著优点是_。(3)如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于_。答案 (1)促进超数排卵 精子获能 囊胚 (2)后代都是纯合子，可明显缩短育种年限 (3)甲的体细胞核和乙的细胞质中的线粒体解析 (1)体外受精需要获得卵母细胞，可用促性腺激素促进雌性动物超数排卵。获得的精 子必须经获能处理才具备受精能力。一般早期胚胎发育至桑椹胚或囊胚阶段进行胚胎移植。 (2)细胞松弛素 B 处理使未受精的卵细胞染色体加倍，由形成的细胞发育成的个体类似于植 物单倍体育种技术，因此优点是后代都是纯合子，可明显缩短育种年限。(3)小鼠丙的基因10大部分来自甲的细胞核，少部分来自乙的线粒体。