【高考突破方案】选择性必修三 专题10 第5讲　胚胎工程 -讲义（教师版） 高考生物一轮复习

第5讲　胚胎工程
1.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程 2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术 科学思维 建立胚胎移植和试管动物的基本操作流程模型，培养学生解决问题的能力
科学探究 分析体外受精的主要步骤以及胚胎移植的生理学基础和基本程序，探讨胚胎工程的应用
社会责任 关注胚胎工程的科技进展，关注试管婴儿等辅助生殖技术引发的社会问题
一、胚胎工程的理论基础
1.受精
(1)胚胎工程的概念
(2)受精过程
①概念：精子和卵子结合形成__合子__(即受精卵)的过程。
②场所：雌性动物的__输卵管__内。
③过程
2.胚胎早期发育
【易错易混自纠】
(1)判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体。( √ )
(2)动物排卵是指排出成熟的卵细胞。( × )
提示：动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞；有的可能是次级卵母细胞。它们都要在输卵管内进一步成熟到MⅡ期才具备受精的能力。
(3)卵裂阶段的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂。( × )
提示：卵裂阶段的细胞分裂是有丝分裂。
(4)卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量增多，细胞体积增大。( × )
提示：卵裂阶段细胞中有机物含量减少、有机物种类增多，每个细胞的DNA的含量不变，细胞体积减小。
二、胚胎工程技术及其应用
1.体外受精
(1)过程
(2)意义：体外受精技术是提高动物__繁殖能力__的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
2.胚胎移植
(1)概念
(2)基本程序
(3)生理学基础
移入 动物发情__排卵__后，在一段时间内同种动物的供受体生殖器官的__生理变化__是相同的
收集 早期胚胎处于__游离__状态
存活 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生__免疫排斥__
遗传特征 供体胚胎的__遗传特性__在孕育过程中不受影响
(4)意义：__充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力__。
3.胚胎分割
(1)材料：发育良好、形态正常的__桑葚胚或囊胚__。
(2)实质：胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是__无性繁殖__，即克隆。
(3)分割要求：在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将__内细胞团__均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
(4)意义：促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状__相同__的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；胚胎移植前进行__性别鉴定__、__遗传病筛查__等，对于人工控制__动物性别__、动物繁育健康后代具有重要意义。
【易错易混自纠】
(1)可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植。( × )
提示：可选用桑葚胚或囊胚期的胚胎进行移植。
(2)胚胎移植技术中对供体和受体母牛都要进行相同激素处理。( × )
提示：胚胎移植技术中对供体和受体母牛都要用相同激素进行同期发情处理，对供体母牛还要用促性腺激素进行超数排卵处理。
(3)胚胎分割移植应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚。( × )
提示：胚胎分割移植应选取发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。
(4)对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割。( × )
提示：对囊胚进行分割时，要将内细胞团细胞均等分割。
1.(选择性必修3 P61图2－23)供体母牛和受体母牛的选择标准为__供体是遗传性状优良、生产能力强的个体，受体是有健康的体质和正常繁殖能力的个体，且二者必须是同一物种__。
2.(选择性必修3 P62)胚胎移植的实质是__早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移__。
3.(选择性必修3 P62思考讨论)胚胎移植的生理学基础是__发情后，同种动物供、受体生殖器官的生理变化是相同的；早期胚胎形成后，在一定时间内不会与子宫建立联系，处于游离状态；受体对来自供体的胚胎不会发生免疫排斥反应__。
教材拾遗
1.(选择性必修3 P56相关信息)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，常见的有效成分有__肝素、Ca2+载体__等。
2.(选择性必修3 P58相关信息)判断卵子受精的标志是__观察到两个极体或者雌、雄原核__。
3.(选择性必修3 P62相关信息)超数排卵是指应用__外源促性腺激素__，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
考点1　胚胎工程的理论基础
1.受精过程中的反应和防止多精入卵生理反应
(1)精子获能：雌性动物生殖道分泌一些物质使精子表面发生变化，暴露出精子表面识别卵细胞的受体。
(2)透明带反应：精子的细胞膜与卵细胞膜融合后，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应。
(3)卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜拒绝其他精子再进入卵内也会立即发生生理反应。
2.明辨体内受精应注意的几个问题
(1)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量；排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。
(2)动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。
(3)受精的标志≠受精完成的标志：受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体或雌、雄原核；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。
(4)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
3.卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律
(1)有机物：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而胚胎一直呼吸消耗，有机物总量减少。
(2)细胞数目和体积：胚胎总体积并不增加，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
(3)细胞中DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。
围绕受精作用，考查生命观念
1.体外受精技术实际上是在体外条件下，对自然受精条件进行的模拟操作。如图表示人体内一个精子受精的部分过程，有关分析错误的是(　　)
A.排出的精子经“精子获能”过程才可与发育至减数分裂Ⅱ的卵子完成受精
B.①②过程卵子会通过透明带生理反应和卵细胞膜生理反应拒绝其他精子再进入卵内
C.精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核
D.受精卵形成后即进行有丝分裂，在输卵管内完成胚胎发育的过程
【解析】D　受精作用、受精卵发育的最早期是在输卵管中完成的，然后进入子宫，在子宫内完成后续的胚胎发育过程。
围绕胚胎早期发育，考查科学思维
2.(2024·江苏模拟)为探讨 K＋对小鼠体外胚胎发育的影响，将经体外受精获得的小鼠受精卵分别置于含0、2.5、12.5和50.0 mmol·L-1 KCl的培养液中培养，观察各组胚胎的发育进程并统计数据，结果如下表。相关叙述错误的是(　　)
KCl浓度/ (mmol·L-1) 受精卵 总数 2细胞 胚/% 4细胞 胚/% 桑葚 胚/% 囊胚/%
0 40 11 (27.5) 0(0) 0(0) 0(0)
2.5 115 105 (91.3) 101 (87.8) 102 (88.7) 88 (76.5)
12.5 120 87 (72.5) 79 (65.8) 62 (51.7) 50 (41.7)
50.0 50 43(86) 10(20) 0(0) 0(0)
A.早期胚胎的体外培养过程需要控制好温度、气体环境和营养条件
B.当KCl浓度为0和50.0 mmol·L-1时， 小鼠胚胎的发育出现明显阻滞
C.由上表数据可知，早期胚胎发育的不同阶段对K＋的需求一致
D.K＋可能通过引起细胞膜电位的改变来调节细胞分裂和早期胚胎发育
【解析】C　由上表数据可知，早期胚胎发育的不同阶段对K＋的需求不同，当KCl浓度为0时，受精卵的细胞数为40，2细胞胚的细胞数为11，4细胞胚、桑葚胚、囊胚的细胞数均为0，这说明4细胞胚、桑葚胚、囊胚比受精卵、2细胞胚更需要K＋，C错误。
考点2　胚胎工程技术及其应用
1.人工授精和体外受精的比较
类型 人工授精 体外受精
过程 人工采精→检查与储存精液→人工授精(用人工的方法将精液注入正在发情的母畜生殖道中)
胚胎发 育场所 受精卵的形成和胚胎发育场所在母畜体内 受精卵的形成和早期胚胎发育在体外，胚胎移植后的胚胎发育在母畜体内
2.胚胎移植中的注意点
两次激 素使用 第一次：用激素对供、受体进行同期发情处理。 第二次：用促性腺激素处理，使供体超数排卵
两次检查 第一次：对收集的胚胎进行检查。 第二次：对受体母畜是否妊娠进行检查
繁殖方式 胚胎由受精卵形成，属于有性生殖； 胚胎由核移植或胚胎分割形成，属于无性生殖
3.“克隆羊”“试管羊”“转基因羊”的产生过程及分析比较
名称 产生过程 不同点 相同点
主要生物 技术 遗传物质 遗传性状 生殖方式
克隆羊 动物体细胞核移植技术 A羊核基因，B羊质基因 几乎全部表现A羊性状 无性生殖 都用到胚胎移植技术、动物细胞培养技术
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
结合体外受精，考查科学思维
1.(2024·湖北三模)将未受精的青蛙卵母细胞浸泡在中性等渗溶液中，以防止由于渗透作用引起体积的变化。在中性等渗溶液中补充放射性标记的氨基酸，每30 min采集一次卵母细胞样本并测定其放射性，在时刻1卵母细胞受精，受精后每隔5 min采集一次样本并测定其放射性，结果如图所示。该实验的对照组应设置为(　　)
A.在受精前将卵母细胞浸入非放射性标记的中性等渗溶液
B.受精后每隔30 min对卵母细胞进行采样
C.将卵母细胞分成两组，一组浸入非放射性标记的中性等渗溶液中，一组浸入放射性标记的中性等渗溶液中
D.将卵母细胞分成两组，一组受精，另一组模拟受精，但不让精子进入卵细胞
【解析】D　根据题意可知，在中性等渗溶液中补充放射性标记的氨基酸，每30 min采集一次卵母细胞样本并测定其放射性，受精后每隔5 min采集一次样本；并测定其放射性，因此该实验的目的是测试受精对蛋白质合成的影响。根据对照原则，除了被测试的项目，对照组要和实验组保持一致。因此，对照组应和实验组除实际受精外的一切条件保持一致。因此实验对照组应将卵母细胞分成两组，一组受精，另一组模拟受精，但不让精子进入卵细胞，D正确。
2.(2024·长沙3月调研)(不定项)第三代试管婴儿技术(PGD/PGS)是对早期胚胎细胞进行基因诊断和染色体检测后再进行胚胎移植，流程如图所示。图中检测包括PGD、PGS(PGD是指胚胎植入前的基因诊断，PGS是指胚胎植入前的染色体数目和结构检测)。下列叙述错误的是(　　)
A.采集的卵子需培养至MⅡ期才能与获能的精子进行受精
B.PGD和PGS技术可分别用于筛选红绿色盲和唐氏综合征
C.将成熟的精子放入ATP溶液中进行获能处理
D.“理想胚胎”需培养至桑葚胚或原肠胚才能植入子宫
【解析】CD　将成熟的精子放在一定浓度的肝素或Ca2+溶液中，用化学药物诱导精子获能，C错误；“理想胚胎”需培养至桑葚胚或囊胚才能植入子宫，D错误。
结合胚胎移植和胚胎分割，考查科学思维
3.(2024·湖南“一起考”一模)为获得导入 R 基因的转基因小鼠，科研人员进行了如下图所示的操作过程。相关叙述错误的是(　　)
A.过程①需用促性腺激素处理以获得更多的卵母细胞
B.过程②操作中通常需多个表达载体和多个受精卵
C.过程③需使用药物抑制雌鼠b对植入胚胎的免疫排斥
D.过程④处理的目的是使多只雌鼠b处于受孕准备状态
【解析】C　为了胚胎移植成功往往需要更多的卵母细胞，所以过程①用促性腺激素对供体进行超数排卵处理，A正确；将目的基因导入受体细胞用多个表达载体和多个受精卵可以提高成功率，所以过程②操作中通常需多个表达载体和多个受精卵，B正确；受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应，故过程③不需要抑制雌鼠b对植入胚胎的免疫排斥，C错误；胚胎移植成功需要受体和供体达到相同的生理状态，所以过程④处理的目的是使多只雌鼠b处于受孕准备状态，D正确。
4.(2024·湖南考前仿真三)(不定项)如图为经过体外受精和胚胎分割、移植培育优质奶牛的过程。下列叙述错误的是(　　)
A.精子需要获能处理后才能参与体外受精，而卵母细胞可直接参与受精
B.②是内细胞团，用分割针将其均等分割成2、3或8等份
C.胚胎移植的实质是早期胚胎在相同环境条件下空间位置的转移
D.胚胎移植前需要对受体进行免疫抑制处理以避免发生免疫排斥反应
【解析】ABD　体外受精时获取的精子一般需要经过获能处理才能参与受精，获取的卵母细胞也需要在体外进行成熟培养，A错误；①是囊胚的内细胞团，胚胎分割时需要用分割针将其均等分割成2、4或8等份，而不能分割成3等份，B错误；根据胚胎移植的操作流程可知，胚胎移植的实质是早期胚胎在相同环境条件下空间位置的转移，C正确；胚胎移植的理论基础之一是受体不会对外来的早期胚胎发生免疫排斥反应，所以无需对受体进行免疫抑制处理，D错误。
1.(2024·北京卷)我国科学家体外诱导食蟹猴胚胎干细胞，形成了类似囊胚的结构(类囊胚)，为研究灵长类胚胎发育机制提供了实验体系(如图)。相关叙述错误的是(　　)
A.实验证实食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能
B.实验过程中使用的培养基含有糖类
C.类囊胚的获得利用了核移植技术
D.可借助胚胎移植技术研究类囊胚的后续发育
【解析】C　体外诱导食蟹猴胚胎干细胞， 形成了类似囊胚的结构(类囊胚)，证实了食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能，A正确；实验过程中使用的培养基需含有糖类，糖类可为细胞培养提供能源物质，B正确；类囊胚的获得利用了动物细胞培养技术，并没有进行核移植，C错误；可借助胚胎移植技术将类囊胚移植到相应的雌性受体中继续胚胎发育，从而可以用来研究类囊胚的后续发育，D正确。
2.(2024·甘肃卷)甘加藏羊是甘肃高寒牧区的优良品种，是季节性发情动物，每年产羔一次，每胎一羔，繁殖率较低。为促进畜牧业发展，研究人员通过体外受精、胚胎移植等胚胎工程技术提高藏羊的繁殖率，流程如下图。下列叙述错误的是(　　)
A.藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵
B.藏羊乙的获能精子能与刚采集到的藏羊甲的卵母细胞受精
C.受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理
D.后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙
【解析】B　促性腺激素能作用于卵巢，藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵，A正确；从卵巢中刚采集的卵母细胞需培养至MⅡ期后才可与获能的精子进行体外受精，B错误；在胚胎移植前要对接受胚胎的受体和供体进行同期发情处理，使受体的生理状况相同，因此受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理，C正确；后代丁是由藏羊甲的卵细胞和藏羊乙的精子结合形成的受精卵发育而来的，因此后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙，D正确。
3.(2022·全国甲卷改编)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题：
(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是冷冻保存。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__________时才具备与精子受精的能力。
(2)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】(1)刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能获得受精能力　MⅡ期　(2)对受体母羊进行发情处理，在合适的时间，将保存的囊胚移植入受体母羊的子宫
(2024·河南模拟)ω－3多不饱和脂肪酸在预防和治疗心脑血管疾病、癌症等多种疾病方面有着重要作用，然而人和哺乳动物因为自身缺少ω－3脂肪酸去饱和酶基因，故必须从食物中获得ω－3多不饱和脂肪酸。研究发现，ω－3脂肪酸去饱和酶可在普通猪体内将其富含的ω－6饱和脂肪酸转变成ω－3多不饱和脂肪酸，ω－3脂肪酸去饱和酶由ω－3脂肪酸去饱和酶基因(sFat－1基因)表达产生，科学家据此利用基因工程和胚胎工程技术培育了一种富含ω－3多不饱和脂肪酸的克隆猪，其培育过程如图所示。请回答下列问题：
(1)选择2号猪的胎儿期而非成年期的成纤维细胞进行培养，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)收集并选取1号猪处在________(填时期)的卵母细胞用于核移植，还需通过____________去核。对3号猪进行____________处理，以便后期胚胎移植成功。
(3)将体细胞注入去核卵母细胞比早期核移植中将核注入去核卵母细胞更有进步意义，原因是__________________________________________。融合形成的重构胚还需用________________(答出1种)激活，使其完成细胞分裂和发育进程。
(4)为获得更多的转sFat－1基因猪，可在胚胎移植前进行________________。
(5)结合题干信息和所学知识分析，大规模培育转sFat－1基因克隆猪的意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出2点)。
【答案】(1)胎儿期细胞分裂能力强，更易于培养　(2)MⅡ期　显微操作　同期发情　(3)简化了操作流程，对卵母细胞损伤小　物理或化学方法　(4)胚胎分割　(5)大规模培育转sFat－1基因克隆猪可提高猪肉品质，有利于提高人们的生活水平；可用于预防和治疗心脑血管疾病、癌症等；可利用该克隆猪构建模型动物对相关疾病进行进一步研究