选择性必修三第2章
第3节 胚胎工程的理论基础(一)
一、单选题
1.下列关于体内受精过程的排序,正确的是( )
①受精卵卵裂开始 ②雄原核的形成 ③获能后的精子与卵子相遇并释放多种酶 ④精子穿越卵细胞膜外的结构 ⑤释放第二极体,雌原核的形成 ⑥两个原核靠近,核膜消失
A.③④②⑤⑥① B.③②④⑤⑥① C.④⑤②③⑥① D.④⑤①②③⑥
2.下列关于受精过程的叙述,正确的是( )
A.受精卵中的遗传物质,一半来自精子,一半来自卵细胞
B.自然条件下,哺乳动物的受精在子宫中完成
C.人工配制的获能液通常含有肝素、Ca2+载体等,用来培养精子可以使其获能
D.卵子在输卵管内发育到MI期时,才具备受精的能力
3.下图为受精作用及早期胚胎发育示意图,下列叙述不正确的是( )
A.①过程需要依赖细胞表面糖蛋白识别
B.②过程通过有丝分裂方式增殖
C.③过程细胞的“细胞核/细胞质”比值逐渐变小
D.②阶段和③的部分阶段是在透明带内进行分裂,称为卵裂
4.如图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中,DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是( )
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
5.图I为受精作用的过程以及早期胚胎发育示意图,图Ⅱ表示早期胚胎发育的某个时期。下列叙述错误的是( )
A.图I中过程②细胞的数量增加,但胚胎的总体积并不增加
B.图Ⅱ结构扩大,透明袋破裂,胚胎从中伸展出来,这一过程叫孵化
C.图Ⅱ处于图I中的a时期,细胞⑥将会发育成胎膜和胎盘
D.图I中b时期胚胎发生细胞分化,随后发育形成三个胚层
6.单倍体胚胎干细胞是指只含有一套染色体,但拥有类似于正常干细胞分裂分化能力的细胞群。研究人员利用小鼠建立单倍体胚胎干细胞的操作如图所示。下列叙述错误的是( )
A.过程①常以观察到两个极体或雌、雄原核作为受精的标志
B.在雌雄原核融合前需通过显微操作移除雄原核
C.过程②中胚胎总体积不变,有机物种类不断增加
D.孤雌单倍体胚胎干细胞中只含一条性染色体X或Y
7.小鼠胚胎干细胞经定向诱导获得多种功能细胞,制备流程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.胚胎干细胞分化成的细胞形态结构不同是因为基因突变
B.细胞a和细胞b内含有的核基因不同,所以全能性高低不同
C.用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞
D.胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养
8.研究者在哺乳动物胚胎的2细胞阶段对细胞进行标记,追踪到囊胚阶段,发现大多数内细胞团细胞主要来源于2细胞阶段中的一个细胞,即在胚胎发育的早期阶段,细胞的命运已经开始表现出显著的不均衡性。相关叙述错误的是( )
A.基因表达的差异可能影响2个细胞的命运
B.内细胞团发育为胚胎的大部分和胎盘的一部分
C.滋养层的细胞来源也表现出显著不均衡性
D.此研究有助于为辅助生殖技术提供理论基础
9.下图为人类卵细胞及早期胚胎的形成过程示意图(n表示染色体数)。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.细胞Ⅳ形成过程中会出现2个极体和2个原核
B.细胞Ⅲ在卵巢中发育到MⅡ期才具备受精能力
C.细胞Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的分裂后期的染色体数目不相同
D.次级卵母细胞在精子的作用下形成成熟卵细胞
10.目前发现的双胞胎有同卵双胞胎、异卵双胞胎和“半同卵双胞胎”。1对“半同卵小姐弟双胞胎”形成过程如图所示,染色体全部来自父系的“合子”致死。下列相关叙述错误的是( )
A.“半同卵双胞胎”的产生与透明带反应和卵细胞膜反应异常有关
B.细胞a的染色体组成为MP1,则细胞c的染色体组成为P1P1或MM
C.排卵是卵子从卵泡中排出的过程,图中卵子发育到减数分裂Ⅱ
D.这对小姐弟来源于母亲的染色体相同,来源于父亲的常染色体可能不同
二、多选题
11.某实验室通过提高小鼠胚胎干细胞pSTAT3基因的表达水平,体外制备出桑葚胚样全潜能细胞。该细胞在分子水平及发育潜能上均具有自然胚胎桑葚期细胞特性,并在体外成功模拟了小鼠胚胎发育至原肠胚阶段。根据该研究,下列叙述正确的是( )
注:pSTAT3是调控胚胎发育的关键基因
A.桑葚胚样细胞不可诱导发育至囊胚期
B.诱导桑葚胚样细胞时,基因的碱基序列和表达的情况都发生改变
C.囊胚期细胞重置至桑葚样细胞的过程类似于脱分化
D.据图推测,桑葚胚发育成囊胚的过程中,pSTAT3的表达下降
12.在精子入卵后,被激活的雌性小鼠卵子会完成减数分裂Ⅱ排出第二极体(如图所示),第二极体仅与受精卵分裂形成的2个子细胞之一接触。在甲时期去除第二极体会导致胚胎明显缩小,不能正常存活,这一异常可通过向细胞1中注射第二极体的细胞抽提液加以改善。在乙时期后去除第二极体对胚胎发育无显著影响。以下说法正确的是( )
A.刚刚排出的精子需要获能后才能与成熟的卵子完成受精
B.常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志
C.胚胎细胞与第二极体发生融合有利于早期胚胎发育
D.受精卵发育成原肠胚的过程中发生了细胞增殖和细胞分化
三、非选择题
13.图1为某哺乳动物精子和卵细胞发生和成熟的过程示意图,图2表示的是精子和卵子相遇,回答下列问题:
(1)图1中②代表的过程是 。
(2)图1中④过程完成的条件是精子必须经过 处理,卵子必须达到 期。
(3)受精是 的过程。自然条件下,哺乳动物的受精在 内完成。
(4)图2中,精子与卵子相遇,多种酶释放出来,可直接溶解 ,同时借助自身的运动接触卵细胞膜。当精子触及卵细胞膜的瞬间,卵细胞膜外的 会迅速发生反应,阻止后来的精子进入,然后精子入卵。精子入卵后, 也会立即发生生理反应,拒绝其他精子再入卵。
14.下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段,请据图回答问题:
(1)写出各个阶段的名称。A: ,B: ,C: 。
(2)写出图中各标号的名称:② ,④ ,⑤ ,⑦ ,⑧ 。
(3)A时期的细胞具有发育上的 性,B时期开始出现 ,C时期开始出现 。
(4)②将来发育成 。
下图为哺乳动物精细胞变形成为精子的过程图解,请据图回答下面的问题。
(1)写出各部分的名称:
① ,② ,③ ,④ ,⑥ ,⑦ 。
(2)精细胞变形成精子的过程中,细胞中的很多结构会消失,而细胞核和线粒体都保留下来,为什么?
。
(3)为什么精子中的线粒体集中在尾部? 。
(4)请回答下列与哺乳动物精子和卵子发生有关的问题:
①精细胞经变形后,高尔基体发育形成精子的顶体,顶体内含有的酶能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。
②某动物排卵时,减数第一次分裂尚未完成,此时卵子处于 卵母细胞阶段,当该细胞发育至减数第二次分裂 期时,才具备受精能力。若在卵黄膜和透明带之间看到两个极体,则表明卵子已完成了受精。
一、单选题
1.【答案】A 【解析】受精过程为:获能后的精子与卵子相遇并释放多种酶 →精子穿越卵细胞膜外的结构相继发生顶体反应→穿越放射冠→穿越透明带(透明带反应)→卵细胞膜反应(卵黄膜封闭作用)→卵子完成减数第二次分裂并释放第二极体→雌雄原核的形成、核膜消失,雌、雄原核融合形成合子→受精卵第一次分裂开始。故过程为③④②⑤⑥①,A正确,BCD错误。
2.【答案】C 【解析】A、受精卵中的遗传物质包含细胞核中染色体中的DNA,也包含细胞质中的DNA,其中染色体DNA一半来自雄原核,一半来自雌原核,而细胞质中的DNA几乎全部来自次级卵母细胞,A错误;B、自然条件下,受精在输卵管中完成,B错误;C、使精子获能的方法有直接利用雌性动物的生殖道使精子获能,将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等,获能液的成分因动物种类不同而有所差异,常见的有效成分是肝素、Ca2+载体等,C正确;D、排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟,到MII期时,才具备与精子受精的能力,D错误。
3.【答案】C 【解析】A、①为受精过程,该过程需要依赖细胞表面糖蛋白识别,A正确;
B、②为卵裂过程,该过程通过有丝分裂方式增殖,B正确;
C、细胞卵裂过程中,单个细胞体积减小,因此核质比例增大,C错误;
D、囊胚的扩大会才会导致透明带的破裂,胚胎伸展出来,因此②阶段和③的部分阶段是在透明带内进行分裂,称为卵裂,D正确。
4.【答案】A 【解析】①受精卵发育至囊胚过程中,由于卵裂(方式是有丝分裂),每个分裂形成的细胞都有一份DNA,①正确;②在卵裂过程中,随细胞数目的增加,每个细胞的体积在逐渐变小,②正确;③在卵裂过程中,随细胞数目的增加,每个细胞的体积在逐渐变小,囊胚的总体积与受精卵的大小相似,且囊胚中出现了囊胚腔,因此所有细胞体积之和应该略有减小,③错误;④蛙的胚胎发育所需的营养物质来自受精卵中的卵黄,在卵裂过程中,细胞不断分裂需要消耗大量能量。能量通过细胞氧化分解有机物提供,在此过程中,胚胎不能从外界摄入有机物,故有机物含量逐渐减少,④错误。
5.【答案】C 【解析】A、图 I 中过程②为早期胚胎发育过程,受精卵发育到桑椹胚阶段细胞数量增加,但胚胎的总体积几乎不变,A正确;B、图Ⅱ为囊胚,囊胚进一步扩大,透明袋破裂,胚胎从中伸展出来,这一过程叫孵化,B正确;C、图Ⅱ为囊胚,其处于图甲中的 a 时期,细胞⑦为滋养层细胞,将来发育成胎儿的胎膜和胎盘,细胞⑥为内细胞团细胞,将来发育成胚胎的各种组织和器官,C错误;D、b时期胚胎为原肠胚,该时期发生了细胞的分化,随后发育成外、中、内三个胚层,D正确。
6.【答案】D 【解析】A、受精的标志是观察到两个极体或雌、雄原核,A正确;B、由图可知,要获得孤雌单倍体胚胎干细胞,在雌雄原核融合前需通过显微操作移除雄原核,B正确;C、在胚胎早期发育过程中,胚胎总体积不变,有机物种类不断增加,C正确;D、精子中含有的性染色体为X染色体或Y染色体,卵细胞中含有的性染色体为X染色体,由图可知,在建立单倍体胚胎干细胞过程中,是去除雄原核,所以获得的单倍体干细胞中含有的性染色体是X染色体,而不含Y染色体,D错误。
7.【答案】D 【解析】A、胚胎干细胞分化成的细胞形态结构不同这属于细胞分化,是因为基因选择性表达的结果,不是基因突变,A错误;B、细胞a为内细胞团细胞,细胞b为滋养层细胞,它们是同一个受精卵分裂和分化形成的,所含的核基因相同,B错误;C、用胰蛋白酶处理的目的是分解细胞间的蛋白质,而不是细胞上的膜蛋白,C错误;D、胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养,以维持培养液的酸碱平衡,D正确。
8.【答案】B 【解析】A、分析题意,大多数内细胞团细胞主要来源于2细胞阶段中的一个细胞,由此可知,基因表达的差异可能影响2个细胞的命运,A正确;B、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,B错误;C、囊胚阶段,大多数内细胞团细胞主要来源于2细胞阶段中的一个细胞,即在胚胎发育的早期阶段,细胞的命运已经开始表现出显著的不均衡性,由此推测,滋养层的细胞来源也表现出显著不均衡性,C正确;D、该项研究可以了解到在胚胎发育的早期阶段,细胞的命运已经开始表现出显著的不均衡性,可以为辅助生殖技术提供理论基础,D正确。
9.【答案】B 【解析】A、细胞Ⅳ为受精卵,受精过程结束的标志是雌、雄原核融合,卵子完成受精的标志是在卵黄膜和透明带间隙可观察到2个极体,即受精卵形成过程会出现2个极体和2个原核,A正确;
B、细胞Ⅲ为次级卵母细胞,需要在输卵管内进一步成熟到MⅡ期才具备受精能力,B错误;
C、细胞Ⅱ(初级卵母细胞)、Ⅲ(次级卵母细胞)和Ⅳ(受精卵)的分裂后期的染色体数目不相同,依次为2n、2n、4n,C正确;
D、卵细胞形成的减数第二次分裂是在受精过程中完成的,因此细胞次级卵母细胞在精子的作用下才能完成减数第二次分裂,形成成熟卵细胞,D正确。
10.【答案】B 【解析】A、“半同卵双胞胎”的产生是由于两个精子与一个卵细胞受精引起的,与透明带反应和卵细胞膜反应异常有关,A正确;
BD、来自母系的染色体为M,来自父系的染色体为P1、P2,经过复制后,染色体进行组合,若细胞a的染色体组成为MP1,细胞c的染色体均来自父亲,其染色体组成为P1P2,细胞b的染色体组成为MP2,故这对小姐弟来源于母亲的染色体相同,来源于父亲的常染色体可能不同,B错误,D正确;
C、排卵是指卵子从卵泡中排出,此时的卵子通常是处于减数第二次分裂时期的次级卵母细胞。卵子发育到减数第二次分裂中期才具备受精的能力,故图中卵子发育到减数分裂Ⅱ的中期,C正确。
二、多选题
11.【答案】CD 【解析】A、胚胎发育的过程为受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→幼体,因此桑葚胚样细胞可诱导发育至囊胚期,A错误;
B、诱导桑葚胚样细胞时,其本质是细胞分化,基因的碱基序列并未发生改变,B错误;
C、胚胎发育至囊胚期即开始了细胞分化,因此囊胚期细胞重置至桑葚样细胞的过程类似于脱分化,C正确;
D、具体分析通过提高小鼠胚胎干细胞pSTAT3基因的表达水平,体外制备出桑葚胚样全潜能细胞,因此推断桑葚胚发育成囊胚的过程中,pSTAT3的表达下降,D正确。
12.【答案】ABD 【解析】A、刚刚排出的精子需要在雌性生殖道内获能后才能与成熟的卵子完成受精,A正确;
B、受精的标志观察到两个极体或者雌、雄原核,B正确;
C、据题意分析,胚胎细胞与第二极体没有发生融合,C错误;
D、受精卵发育成原肠胚的过程需要进行细胞增殖和细胞分化,D正确。
三、非选择题
13.【答案】(1)减数分裂
(2)获能 MⅡ
(3)精子与卵细胞结合形成合子 输卵管
(4)卵细胞膜外的一些结构 透明带 卵细胞膜
【解析】(1)②过程是初级精母细胞形成精子细胞的减数分裂过程,初级卵母细胞的第二次减数分裂发生在受精后,因此初级卵母细胞到合子的②过程也可表示减数分裂。
(2)④是受精作用,受精作用完成的条件是精子必须经过获能处理,卵子必须达到MⅡ期,才能具备受精的能力。
(3)精子与卵细胞结合形成合子的过程为受精过程,自然条件下,哺乳动物的受精在输卵管内完成。
(4)图2中,精子与卵子相遇,多种酶释放出来,可直接溶解卵细胞膜外的一些结构,同时借助自身的运动接触卵细胞膜。当精子触及卵细胞膜的瞬间,卵细胞膜外的透明带会迅速发生反应,阻止后来的精子进入(这是防止多精入卵的第一道屏障),然后精子入卵。精子入卵后,卵细胞膜也会立即发生生理反应,拒绝其他精子再入卵(这是防止多精入卵的第二道屏障)。
14.【答案】(1)桑椹胚 囊胚 原肠胚 (2) 内细胞团 囊胚腔 外胚层 原肠腔 内胚层 (3) 全能 细胞分化 胚层分化 (4) 胎儿的各种组织
【解析】(1)由以上分析可知,图A为桑椹胚阶段,图B为囊胚阶段,图C为原肠胚阶段。
(2)图B中①是滋养层,②是内细胞团,④是囊胚腔;图C中⑤是外胚层,⑦是原肠腔,⑧是内胚层。
(3)桑椹胚时期的细胞具有发育的全能性;囊胚阶段开始出现细胞分化,分化为滋养层细胞和内细胞团;原肠胚已有胚层分化,分化为外胚层、内胚层和中胚层。
(4)②内细胞团将发育为胎儿的各种组织。
15.【答案】(1)高尔基体 线粒体 细胞核 中心体 顶体 精子头 线粒体鞘
(2)细胞核储存遗传物质,线粒体给精子运动提供能量,所以二者都要保留,其他很多细胞结构会消失
(3)便于为精子的运动提供能量
(4)初级 中
【解析】(1)图中①是高尔基体,将形成精子的顶体⑤;②是线粒体,将形成图B中的⑦线粒体鞘;④是中心体,将发育成精子的尾⑧;故图示①~⑦名称依次为高尔基体、线粒体、细胞核、中心体、顶体、精子头、线粒体鞘。
(2)细胞核储存遗传物质,精子保留细胞核可保留遗传物质;线粒体给精子运动提供能量,保留线粒体可为精子运动供能;所以二者都要保留,其他很多细胞结构会消失。
(3)线粒体集中于精子尾部有利于为精子尾部摆动提供能量,从而为精子运动提供能量保障。
(4)①精子的顶体是由高尔基体发育形成,精卵接触时顶体内含有的顶体酶释放出来,溶解卵丘细胞之间的物质和透明带,能协助精子进入卵细胞;②若动物排卵时,减数第一次分裂尚未完成,则此时卵子处于初级卵母细胞阶段,当该细胞发育至减数第二次分裂中期时,才具备受精能力。若在卵黄膜和透明带之间看到两个极体,则表明卵子已完成了受精。