二 胚胎工程技术及其应用
必备知识·素养奠基
一、胚胎工程技术
1.技术种类:体外受精、胚胎移植和胚胎分割。
2.意义:挖掘动物的繁殖潜力。
二、体外受精
填一填:基于体外受精技术的步骤,完成填写:
(1)过程A为卵母细胞的采集,从卵巢中获取后需要培养到①MⅡ期才能具有受精的能力。
(2)精子的获取过程中,采集的精液先进行②离心处理,然后再进行B精子获能后才具有受精的能力。
(3)获能的精子和成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养,进行过程C体外受精。
(4)意义:
①提高动物繁殖能力的有效措施。
②为胚胎移植提供可用的胚胎。
精子获能和体外受精过程模拟的是雌性动物的哪些部位的环境?
提示:精子获能模拟的场所是雌性生殖道,体外受精模拟的场所是输卵管。
三、胚胎移植
1.概念:
(1)对象:体外受精及其他方式得到的胚胎。
(2)供体:提供胚胎的个体。
(3)受体:同种的、生理状态相同的雌性动物。
2.程序(以牛胚胎移植为例):
3.意义:
(1)胚胎移植的优势可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
①缩短供体的繁殖周期。
②使供体后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。
(2)胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节,还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
四、胚胎分割
1.概念:
对象
早期胚胎
方法
机械方法
目的
获得同卵双胎或多胎
特点
来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质
实质
可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
2.所需的主要仪器:体视显微镜和显微操作仪。
3.操作程序:
4.意义:
(1)可以促进优良动物品种的繁殖,产生的遗传性状相同(填“相同”或“不同”)的后代,是进行遗传学研究的宝贵材料。
(2)在胚胎移植前,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。
胚胎分割产生的多个后代遗传物质是否相同?生殖方式属于有性生殖还是无性生殖?
提示:遗传物质相同,属于无性生殖。
关键能力·素养形成
知识点一 胚胎移植
1.移植胚胎的来源及生殖方式:
(1)核移植无性生殖
(2)体外受精有性生殖
(3)体内受精→冲卵→移植→有性生殖
2.胚胎移植的生理学基础及意义:
生理学基础
意义
哺乳动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的
为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境
哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是处于游离状态
提供胚胎收集的基础
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
提供移入胚胎存活的基础
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响
提供保留遗传特性的基础
3.胚胎移植时两次激素的使用:
(1)第一次用激素:对供、受体进行同期发情处理。
(2)第二次用激素:对供体进行超数排卵处理。
4.胚胎移植过程中的两次检查:
(1)第一次检查:在收集胚胎后,对胚胎进行质量检查。
(2)第二次检查:在胚胎移植后,对受体母牛进行妊娠检查。
【特别提醒】
有关胚胎移植的两点提醒
(1)“移植的胚胎在受体内存活的基础条件”是指受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。
(2)雌性动物发情排卵后,不管是否妊娠,都会产生黄体,并维持一段时间,称为黄体期。在这段时间里,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。
试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题:
(1)①②过程分别表示________、________。?
(2)对供体母牛的要求是________________,通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。?
(3)在体外培养受精卵时,需要满足以下条件:____________、营养、温度和pH以及气体环境。?
(4)生产上常用________期的胚胎进行②过程。?
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】(1)由题图可知①②过程分别表示体外受精、胚胎移植。
(2)培育试管动物首先选择遗传性能和生产性能优良的母牛。
(3)体外培养受精卵时,首先需要无菌无毒的环境,防止被污染,还要有一定的营养物质,及适宜的外界环境条件。
(4)等胚胎发育到桑葚胚或囊胚期时进行胚胎移植。
答案:(1)体外受精 胚胎移植
(2)遗传性能和生产性能优秀
(3)无菌无毒的环境 (4)桑葚胚或囊胚
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——批判性思维
某同学认为通过上题图中过程①获得的受精卵可以直接移入受体动物体内。这种做法是否正确?如果不正确,应该如何操作?
提示:不正确,应该先培养到桑葚胚或囊胚期然后再进行移植。
(2)科学思维——演绎与推理
上题图中过程②有什么意义?
提示:提高优良母畜的繁殖能力。
【素养·迁移】
梅花鹿胚胎移植实验的主要流程如下。下列相关叙述正确的是
( )
①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④________→⑤胚胎移植→子代梅花鹿?
A.①过程需要注射有关激素,目的是获得更多的卵原细胞并完成减数分裂
B.③过程是以哺乳动物早期胚胎与子宫建立了组织上的联系为前提
C.④过程是“对胚胎进行质量检查”,可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚
D.⑤过程成功率的高低主要决定于供、受体生理状况的一致性
【解析】选D。超数排卵处理需要注射促性腺激素,目的是获得更多的卵细胞,而不是卵原细胞,A错误;③过程为胚胎收集,前提是早期胚胎处于游离状态,没有与子宫建立组织上的联系,B错误;④过程为“胚胎质量检查”,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚,C错误;⑤过程为胚胎移植,成功率的高低与供体、受体的生理状况是否相同有关,D正确。
【补偿训练】
下列关于胚胎工程的叙述,正确的是
( )
A.通过胚胎体外培养可直接获得新生儿
B.胚胎移植中的受体应与供体同期发情
C.胚胎移植中的受体与供体必须都为优良品种
D.胚胎移植中的胚胎一定是体外受精而来的
【解析】选B。胚胎体外培养可以得到早期胚胎,早期胚胎需要在母体子宫中完成后期的发育过程,因此还要进行胚胎移植。胚胎移植中的受体可以不具有优良性状,一般选择体质健康和有正常繁殖能力的个体。胚胎移植中的胚胎可以是体外受精、自然配种或核移植而来的。
知识点二 胚胎分割
1.胚胎分割的基础:
2.胚胎分割的实例(哺乳动物胚胎分割和性别鉴定)
【特别提醒】
有关胚胎分割的三点提醒
(1)分割要均等。分割囊胚的内细胞团时,一定要均等,若分割不均,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育。
(2)分割份数不能过多。分割的份数越多,每一份的细胞数会越少,不但难以做到均等分割,而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此,分割的份数越多,技术难度会越大,移植后的恢复和发育的难度越大,移植成功率降低。
(3)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质,该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合,属于无性繁殖或克隆。
如图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是
( )
A.A所表示的细胞不一定是受精卵细胞
B.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段
C.应把③移植到处于发情状态的母牛的输卵管中
D.图示过程应用了细胞培养、胚胎分割、核移植等生物技术
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】选A。图中A所示的细胞不一定是受精卵,还可能是重组细胞或早期还未分化的胚胎细胞,A正确;图中a过程包括卵裂、囊胚阶段,还没有发育到原肠胚阶段,B错误;应把③移植到母牛的子宫中而不是输卵管中,C错误;图示中没有显示核移植的过程,D错误。
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——分析与推理
若题干图中①与②未均分,可能会导致什么样的后果?
提示:若未均分,则可能导致分割后的部分胚胎不能发育成各种组织、器官等。
(2)生命观念——结构与功能观
图示胚胎分割过程与“龙凤胎”在实质上有什么不同?
提示:图示过程是将一个胚胎分割成两份,获得的两部分遗传信息完全相同,而龙凤胎属于异卵双胞胎,是由两个精子与两个卵子分别结合得到的两个胚胎发育成遗传物质不同的两个个体。
【素养·迁移】
如图为胚胎移植过程示意图,请回答以下问题。
(1)胚胎移植对甲、乙、丙牛的要求分别是____________、________和________。丁牛为________。?
(2)过程①②分别是____________和________。?
(3)欲得到更多的后代牛丁,可将收集得到的胚胎进行____________。?
【解析】(1)胚胎移植时所用的供体公牛和母牛均为优良牛,受体牛为普通牛即可。
(2)仔细观察图解,过程①②③分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵。
(3)欲得到更多的后代牛丁,可将收集得到的早期胚胎进行胚胎分割。
答案:(1)优良母牛 普通母牛 优良公牛 有价值的后代(优良牛) (2)同期发情处理 胚胎移植 (3)胚胎分割
【补偿训练】
胚胎分割是一种现代生物技术,关于这一技术的叙述正确的是
( )
A.胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份
B.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎
C.胚胎分割技术属于有性生殖方式,因此不属于克隆
D.胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎
【解析】选B。胚胎分割常选择桑葚胚或囊胚时期的胚胎,早期胚胎不能被任意分割成多份,一般要均分为几等份。胚胎分割可以看作是动物无性繁殖或克隆的方法之一。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.胚胎工程技术可以发挥优良动物个体的繁殖潜力,促进优良动物品种的繁育速度。下列有关胚胎工程技术的描述合理的是__?
①体外受精培养的胚胎并非全部都适合作为移植的材料,需进行筛选。
②采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精。
③胚胎移植可移植到其他任一经同期发情处理过的雌性哺乳动物体内。
④胚胎移植时,供体母畜需要具备优良的遗传性能。
⑤胚胎分割时需将囊胚的滋养层均等分割。
【解析】选①④。体外受精培养的胚胎并非全部都适合作为移植的材料,需进行筛选出发育状态良好的胚胎进行移植,①正确;采集的卵母细胞需在体外培养到MⅡ期,②错误;胚胎移植可移植到同一种生物经同期发情处理过的雌性哺乳动物体内,③错误;胚胎移植的目的是获得优良后代,因此供体母畜需要具备优良的遗传性能,④正确;胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割,⑤错误。
2.第三代试管婴儿技术包括胚胎植入前遗传学诊断。在胚胎移植前,取胚胎细胞的遗传物质进行分析,筛选出健康胚胎进行移植。下列有关说法错误的是
( )
A.获取的精子一般要放在培养液中培养一段时间才能用于受精
B.胚胎植入前遗传学诊断过程需要进行羊膜腔穿刺取羊水细胞
C.胚胎移植的生理学基础之一是母体子宫对植入胚胎基本无免疫排斥反应
D.试管婴儿技术的成熟并不意味着大家可以随意选择和定制孩子
【解析】选B。在体外受精前,要对精子进行获能处理,A正确;胚胎植入前,可直接进行遗传学诊断,不需要从羊水中获取细胞,B错误;胚胎移植的生理学基础之一是母体子宫对植入胚胎基本无免疫排斥反应,这为胚胎在受体的存活提供了可能,C正确;试管婴儿技术的成熟是可以得到健康的胚胎,而不是随意定制,D正确。
3.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述,正确的是
( )
A.卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加
B.胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割
C.胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点
D.胚胎移植是胚胎工程最后一道工序,能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
【解析】选D。卵裂期胚胎中细胞通过有丝分裂增加细胞数目,细胞中的有机物通过呼吸作用被消耗,总量不断减少,A项错误;胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割,B项错误;胚胎干细胞具有细胞核大、核仁明显和蛋白质合成旺盛等特点,C项错误;胚胎移植是胚胎工程最后一道工序,让优良雌性个体只负责提供胚胎,让普通雌性个体承担孕育胚胎的任务,能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,D项正确。
4.印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物,通过胚胎工程技术,可以让家猫代孕而繁育,主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是
( )
A.步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割
B.诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞
C.受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液
D.步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同
【解析】选B。步骤甲、乙分别指受精作用、胚胎移植,A错误;诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素,只能作用于性腺,B正确;受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自受精卵,C错误;受精过程使用的培养液是获能溶液或专用的受精溶液,与早期胚胎培养液有区别,D错误。
5.(2020·山东等级考)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚,通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是
( )
A.用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子
B.体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理
C.胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植
D.遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得
【解析】选C。本题主要考查胚胎工程。为了获得更多卵子,需要用促性腺激素对雌性个体进行超数排卵,A项正确;刚排出的精子不能与卵子受精,必须进行获能处理即发生相应的生理变化后才能获得受精能力,因此在体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理,B项正确;胚胎移植前要检查胚胎质量,一般动物在桑椹胚或囊胚阶段移植,小鼠可在更早的阶段移植,C项错误;可以通过转基因技术对小鼠胚胎干细胞进行遗传改造,D项正确。
【思维·跃迁】
6.回答下列有关问题:
(1)哺乳动物卵子的发生是在雌性动物的卵巢内完成的。减数分裂Ⅰ是在________前后完成的。当观察到卵细胞膜与透明带之间有________时,说明卵子已完成了受精。?
(2)体外受精是对体内受精的模拟操作,首先对实验动物用__________处理,使其排出更多的卵子。?
(3)精卵体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中培养,它的成分比较复杂,除了一些无机盐和有机盐类外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸、________等物质。?
(4)对于“试管动物”的正确理解是________(多选)。?
A.属于无性生殖 B.属于有性生殖 C.体外受精
D.体内受精 E.体外发育 F.体内发育
【解析】(1)初级卵母细胞减数分裂Ⅰ发生在排卵前后。当观察到卵细胞膜与透明带之间有两个极体时,说明卵子已完成了受精。
(2)对雌性动物注射促性腺激素可使其超数排卵。
(3)动物细胞培养需要添加动物血清,以满足细胞生长发育的需要。
(4)“试管动物”经过精卵的体外受精,属于有性生殖过程。精卵体外受精形成受精卵后在体外进行早期胚胎发育,发育到一定阶段后移植到受体子宫中继续发育。
答案:(1)排卵 两个极体 (2)促性腺激素 (3)血清 (4)B、C、E、F
【拓展·探究】
7.以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程,a～g为操作过程,请据图回答有关问题:
(1)图中用到的生物技术有:____________________________(写出两种)等。?
(2)图中用到的激素是________,其目的是获得更多的卵母细胞,经受精后可得到多个早期胚胎。?
(3)c过程名称为________,一般是对发育到__________________(阶段)的早期胚胎进行处理,再植入到受体内。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,应注意将③________均等分割,以免影响胚胎的恢复和进一步发育。?
(4)图中A、B牛的遗传物质与性状应该是
( )
A.不同的遗传物质、不同的性状
B.不同的遗传物质、相同的性状
C.相同的遗传物质、相同的性状
D.相同的遗传物质、不同的性状
【解析】(1)图中应用的生物技术较多,b是早期胚胎培养,c是胚胎分割,d、f为胚胎移植。(2)用促性腺激素处理良种奶牛,可促使其超数排卵,这样可以获得更多的卵母细胞。(3)c过程为胚胎分割,对发育到桑葚胚或囊胚阶段的早期胚胎进行胚胎分割处理,再植入到受体内,可获得遗传物质完全相同的两个新个体。在操作过程中,要注意将内细胞团均等分割,否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。(4)A、B两牛是由同一胚胎分割而来,遗传物质相同,具有相同的性状。
答案:(1)胚胎分割、胚胎移植、胚胎的早期培养(写出两种即可) (2)促性腺激素 (3)胚胎分割 桑葚胚或囊胚 内细胞团 (4)C
十一 胚胎工程技术及其应用
(20分钟·70分)
一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)
1.采集的卵母细胞,都要在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受精,以下原因不正确的是
( )
A.卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程
B.动物排出的卵子成熟程度不同
C.体外人工培养至MⅡ期时,才算成熟
D.冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大
【解析】选D。冲出的卵子还不成熟,只有在体外培养至MⅡ期时,才具有与精子受精的能力,该过程类似精子获能过程,选项A、C正确;动物排出的卵子成熟程度不同,选项B正确;冲出的卵子体外培养的目的是促其成熟,使其具有与精子受精的能力,而其大小变化不大,选项D错误。
2.如图为试管婴儿培育过程的示意图。有关叙述不正确的是
( )
A.过程①中可通过注射促性腺激素增加排卵数量
B.过程②与细胞膜的流动性有关
C.过程③的培养液中应该添加血清
D.过程④要到桑葚胚或囊胚阶段才能进行
【解析】选D。过程①为排卵,可以通过注射促性腺激素增加排卵数量,A正确;过程②涉及细胞膜的融合,与细胞膜的流动性有关,B正确;过程③培养受精卵的培养液中应添加动物血清,C正确;过程④为胚胎移植,不同动物胚胎移植的时间不同,人的体外受精胚胎可在8～16个细胞阶段移植,D错误。
3.如图表示哺乳动物胚胎工程的有关操作流程。下列叙述正确的是
( )
A.①过程运用超数排卵技术可得到多个胚胎
B.③过程可以用胃蛋白酶处理囊胚获得干细胞
C.④过程需要在二氧化碳培养箱中进行
D.⑤过程可以直接获得各种类型的细胞
【解析】选C。经超数排卵技术得到的是多个卵子而非胚胎,A错误。胃蛋白酶的适宜pH为1.5～2,不适于干细胞生存,B错误。胚胎干细胞需培养在二氧化碳培养箱中,C正确。许多细胞的产生需要特定的条件,比如有些免疫细胞需要抗原的刺激,D错误。
4.供、受体母牛选择好后,要用激素进行同期发情处理的原因是
( )
A.防止受体牛不愿意接受胚胎
B.只有受体与供体的生理状态相同,被移植的胚胎才能继续正常发育
C.大量提高供、受体的排卵量
D.同期发情处理后,卵子和精子受精结合能力强
【解析】选B。利用某些激素对供体和受体母牛进行同期发情处理,使其生理条件达到同步或一致,这样才能使供体的胚胎移入受体后,具有相同或相似的生存条件,并且继续完成正常的发育。
5.下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述,错误的是
( )
A.对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理
B.人工授精后的一定时间内,收集供体原肠胚用于胚胎分割
C.利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎
D.一次给受体母羊植入多个胚胎,可增加双胞胎和多胞胎的比例
【解析】选B。在进行胚胎移植时需要对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理,使它们处于相同的生理状态,A正确;胚胎分割应该取形态正常、发育良好的桑葚胚或囊胚进行,B错误;胚胎分割技术属于无性繁殖,可获得两个基因型完全相同的胚胎,C正确;胚胎移植可提高优良种畜的繁殖率,即可增加双胞胎和多胞胎的比例,D正确。
6.我国首例“虎狮兽”在南京红山动物园诞生。它是利用了雄虎的精子和雌狮的卵子进行“体外受精”而产生。下列有关说法正确的是
( )
A.在体外受精前,要对精子进行获能处理
B.用化学物质处理掉卵细胞膜便于精子进入
C.抽取精子、卵子的细胞核进行融合
D.精子入卵后进行人工处理防止多精入卵
【解析】选A。在体外受精过程中,需要对采集的精子进行获能处理,A正确;卵子只需要培养到MⅡ期即可与精子进行受精作用,无须去掉卵细胞膜,B错误;只要在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程,无须进行细胞核融合操作,C错误;在受精作用过程中,卵细胞会产生两道屏障防止多精入卵,无须人工处理,D错误。
7.(2020·江苏高考改编)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞,制备流程如图所示。下列叙述正确的是
( )
A.为获得更多的囊胚,采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子
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
【解析】选D。本题主要考查了细胞工程和胚胎工程的相关知识。为了获得更多的囊胚,可以采用激素注射促进成熟雌性个体超数排卵,然后将卵细胞从母体内取出,在试管内与人工采集的精子进行体外受精,培育成胚胎,A错误;细胞a和细胞b是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的,故核基因相同,B错误;运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞,首先必须用胰蛋白酶处理内细胞团,分解细胞间的胶原蛋白等,使之分散成单个细胞,C错误;动物细胞培养时需要在5%
CO2的培养箱中进行培养,以维持培养液的pH,D正确。
二、非选择题(共2小题,共35分)
8.(17分)如图是克隆羊的培育流程图,根据所学知识回答下列问题:
(1)培育克隆羊时用到的卵母细胞可以从屠宰场收集,并在体外培养到________________期。?
(2)通过__________法吸出卵母细胞中的细胞核,微型吸管除了将细胞核吸出外,往往还会将________________一并吸出。?
(3)去核的卵母细胞与供体细胞通过________________后融合,供体核进入受体卵母细胞,构建成重组胚胎,融合后的重组胚胎,需要用物理或化学的方法进行激活,使其完成细胞分裂和发育进程。?
(4)将发育到一定阶段的重组胚胎,移植到同种的且____________相同的其他雌性动物体内,使之继续发育,最后形成克隆羊。移入的胚胎能够存活,是因为代孕子宫并不会对其发生________________,同时能够与受体子宫建立正常的____________联系。?
(5)欲培养高产奶山羊这一优良品种,对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的__________细胞进行鉴定。?
【解析】(1)培育克隆羊时用到的卵母细胞可以从屠宰场收集,并在体外培养到MⅡ期。
(2)通过显微操作法吸出卵母细胞中的细胞核,微型吸管除了将细胞核吸出外,往往还会将第一极体一并吸出。
(3)去核的卵母细胞与供体细胞通过电激后融合,供体核进入受体卵母细胞,构建成重组胚胎。
(4)将发育到一定阶段的重组胚胎,移植到同种的且生理状态相同的其他雌性动物体内,使之继续发育,最后形成克隆羊。移入的胚胎能够存活,是因为代孕子宫并不会对其发生免疫排斥反应,同时能够与受体子宫建立正常的生理和组织联系。
(5)欲培养高产奶山羊这一优良品种,对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的滋养层细胞进行鉴定。
答案:(1)MⅡ (2)显微操作 第一极体
(3)电激
(4)生理状态 免疫排斥反应 生理和组织
(5)滋养层
9.(18分)科研人员利用基因编辑技术删除小鼠母本基因组的相关印记区域,培育出了由母本单倍体干细胞融合发育而来的孤雌生殖小鼠,为探索生殖奥秘作出了贡献。过程见图:
(1)上图孤雌小鼠的获得,用到动物细胞培养、________、________、胚胎移植等生物技术。?
(2)常用的基因编辑系统是
crispr-Cas9,其过程为:先让一段RNA与特征DNA序列结合,由此引导Cas9酶对特征DNA序列切割。因为“一段RNA”能与特征DNA序列________,才能特异性结合。Cas9酶作用于特征DNA序列的____________
____________________________________(填DNA分子的相关结构)。?
(3)上图中的“卵母细胞”应处于________________(时期)。用卵母细胞培育孤雌小鼠容易成功,其原因是________________________。并且由上述卵母细胞发育而来的胚胎能在代孕母鼠体内存活的原因是____________________________
________________________________________。?
【解析】(1)识图分析可知,科研人员用动物细胞培养成多个细胞或组织,利用核移植技术使卵母细胞与新核融合,体外培养胚胎至桑葚胚或囊胚后移植胚胎进入代孕母鼠体内。(2)让一段RNA与目标特征DNA序列的碱基互补配对后两者才能结合。Cas9酶与DNA的基因靶点结合时发生了构象变化,酶功能区对靶标DNA进行定位切割DNA分子的磷酸二酯键,删除基因。(3)传统的细胞核移植技术中,受体卵母细胞处于MⅡ中期。因为卵母细胞体积大,易操作,含促使细胞核表达全能性的物质,卵母细胞所含营养物质丰富,所以用卵母细胞培育孤雌小鼠容易成功。代孕母鼠子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,是胚胎能在代孕母鼠体内存活的生理基础。
答案:(1)动物细胞核移植 早期胚胎培养
(2)碱基互补配对 磷酸二酯键 (3)MⅡ中期(减数第二次分裂中期)
卵母细胞体积大,易操作;含促使细胞核表达全能性的物质;卵母细胞所含营养物质丰富 代孕母鼠子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
(10分钟·30分)
1.(6分)据《细胞报告》最近报道,我国科学家成功将小鼠的颗粒细胞(卵泡中卵母细胞周围的细胞)转化为GV卵母细胞,进而恢复减数分裂并顺利培育出健康后代(如图)。有关叙述错误的是
( )
A.过程①的实质是基因选择性表达
B.X细胞应处于减数分裂Ⅱ中期
C.过程③中受精的实质是雌雄原核融合
D.过程③选择原肠胚进行胚胎移植
【解析】选D。过程①是将小鼠的颗粒细胞经诱导成为多能干细胞的过程,其实质是定向诱导分化使基因进行选择性表达,A正确;体外受精时卵母细胞X应培养到减数分裂Ⅱ中期,B正确;过程③体外受精的实质是雌雄原核融合,C正确;进行胚胎移植的时期一般是桑葚胚或囊胚,也可以是更早的时期,D错误。
2.(6分)(不定项)“三亲婴儿”技术是指取出患病母亲卵母细胞的核,导入女性捐赠者的去核卵细胞中,再将重构卵母细胞和父亲的精子结合。下列有关“三亲婴儿”的叙述,正确的是
( )
A.该技术可以有效降低生下线粒体遗传疾病婴儿的概率
B.女性捐赠者提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律
C.“三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”相比,核DNA增加
D.该技术的遗传物质来自多个亲本,涉及伦理争议
【解析】选A、B、D。由题图可知,重组卵母细胞的细胞质主要来自捐献者,可避免母亲的线粒体遗传基因传递给后代,A正确;捐献者只是提供了卵母细胞的细胞质,所以其提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律,B正确;“三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”的核DNA一样多,均是来自母亲和父亲提供的细胞核,C错误;“三亲婴儿”的遗传物质来自一个父亲、两个母亲,存在伦理争议,D正确。
【实验·探究】
3.(18分)实验嵌合体是了解哺乳动物发育机制的关键点,也能为不同多潜能干细胞状态的潜能提供咨询的来源。将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠的囊胚里,再将囊胚移入代孕鼠体内发育形成猴鼠嵌合体——猴鼠,可用于器官的移植研究。请回答下列问题:
(1)判断哺乳动物的受精过程完成的重要标志是________________________
__________________________。?
(2)胚胎干细胞的培养和诱导等操作均需在严格的无菌、无毒环境条件下操作,可以采取的措施有__________________________。胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤干细胞,其原因是__________。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时,利用胚胎干细胞的治疗思路是____________________________。?
(3)将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的__________部位能获取所需组织,再将囊胚移入代孕鼠体内,此技术对代孕受体的要求是______________________。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是____________________________,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用________技术。?
【解析】(1)判断哺乳动物的受精过程是否完成的重要标志是雌、雄原核融合成合子。
(2)胚胎干细胞的培养和诱导等操作均需在严格的无菌、无毒环境条件下操作,可以采取的措施有添加抗生素和定期更换培养液。胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤干细胞,其原因是胚胎干细胞具有发育的全能性。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时,可以通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补。
(3)将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的内细胞团部位能获取所需组织,再将囊胚移入代孕鼠体内,此技术对代孕受体的要求是同种、生理状态相同、有正常孕育能力的其他雌性动物。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用胚胎分割技术。
答案:(1)雌、雄原核融合
(2)添加抗生素和定期更换培养液 胚胎干细胞具有发育的全能性 通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补
(3)内细胞团 同种、生理状态相同、有正常孕育能力的其他雌性动物 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 胚胎分割(共96张PPT)
二 胚胎工程技术及其应用
必备知识·素养奠基
一、胚胎工程技术
1.技术种类:体外受精、胚胎移植和_________。
2.意义:挖掘动物的_________。
胚胎分割
繁殖潜力
二、体外受精
填一填:基于体外受精技术的步骤,完成填写:
(1)过程A为_______________,从卵巢中获取后需要培养到①____期才能具有受
精的能力。
(2)精子的获取过程中,采集的精液先进行②_____处理,然后再进行B_________
后才具有受精的能力。
(3)获能的精子和成熟的卵子置于适当的_______中共同培养,进行过程C
_________。
(4)意义:
①提高动物_________的有效措施。
②为胚胎移植提供可用的_____。
卵母细胞的采集
MⅡ
离心
精子获能
培养液
体外受精
繁殖能力
胚胎
【激疑】精子获能和体外受精过程模拟的是雌性动物的哪些部位的环境?
提示:精子获能模拟的场所是雌性生殖道,体外受精模拟的场所是输卵管。
三、胚胎移植
1.概念:
(1)对象:_________及其他方式得到的胚胎。
(2)供体:提供_____的个体。
(3)受体:同种的、生理状态_____的雌性动物。
体外受精
胚胎
相同
2.程序(以牛胚胎移植为例):
3.意义:
(1)胚胎移植的优势可以充分发挥_____________的繁殖潜力。
①缩短_____的繁殖周期。
②使供体后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。
(2)胚胎移植作为胚胎工程的_____技术环节,还将推动胚胎工程其他技术的研
究和应用。
雌性优良个体
供体
最终
四、胚胎分割
1.概念:
对象
早期胚胎
方法
机械方法
目的
获得_________或多胎
特点
来自同一胚胎的后代具有_______________
实质
可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
同卵双胎
相同的遗传物质
2.所需的主要仪器:体视显微镜和显微操作仪。
3.操作程序:
4.意义:
(1)可以促进优良动物品种的繁殖,产生的遗传性状_____(填“相同”或“不
同”)的后代,是进行遗传学研究的宝贵材料。
(2)在胚胎移植前,进行_____________________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。
相同
性别鉴定、遗传病筛查
【激疑】胚胎分割产生的多个后代遗传物质是否相同?生殖方式属于有性生殖还是无性生殖?
提示:遗传物质相同,属于无性生殖。
关键能力·素养形成
知识点一 胚胎移植
1.移植胚胎的来源及生殖方式:
(3)体内受精→冲卵→移植→有性生殖
2.胚胎移植的生理学基础及意义:
生理学基础
意义
哺乳动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的
为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境
哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是处于游离状态
提供胚胎收集的基础
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
提供移入胚胎存活的基础
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响
提供保留遗传特性的基础
3.胚胎移植时两次激素的使用:
(1)第一次用激素:对供、受体进行同期发情处理。
(2)第二次用激素:对供体进行超数排卵处理。
4.胚胎移植过程中的两次检查:
(1)第一次检查:在收集胚胎后,对胚胎进行质量检查。
(2)第二次检查:在胚胎移植后,对受体母牛进行妊娠检查。
【特别提醒】
有关胚胎移植的两点提醒
(1)“移植的胚胎在受体内存活的基础条件”是指受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。
(2)雌性动物发情排卵后,不管是否妊娠,都会产生黄体,并维持一段时间,称为黄体期。在这段时间里,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。
【素养案例】
试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题:
(1)①②过程分别表示________、________。?
(2)对供体母牛的要求是________________,通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。?
(3)在体外培养受精卵时,需要满足以下条件:____________、营养、温度和pH以及气体环境。?
(4)生产上常用________期的胚胎进行②过程。?
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】(1)由题图可知①②过程分别表示体外受精、胚胎移植。
(2)培育试管动物首先选择遗传性能和生产性能优良的母牛。
(3)体外培养受精卵时,首先需要无菌无毒的环境,防止被污染,还要有一定的营养物质,及适宜的外界环境条件。
(4)等胚胎发育到桑葚胚或囊胚期时进行胚胎移植。
答案:(1)体外受精 胚胎移植
(2)遗传性能和生产性能优秀
(3)无菌无毒的环境 (4)桑葚胚或囊胚
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——批判性思维
某同学认为通过上题图中过程①获得的受精卵可以直接移入受体动物体内。这种做法是否正确?如果不正确,应该如何操作?
提示:不正确,应该先培养到桑葚胚或囊胚期然后再进行移植。
(2)科学思维——演绎与推理
上题图中过程②有什么意义?
提示:提高优良母畜的繁殖能力。
【素养·迁移】
梅花鹿胚胎移植实验的主要流程如下。下列相关叙述正确的是
( )
①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④________→⑤胚胎移植→子代梅花鹿?
A.①过程需要注射有关激素,目的是获得更多的卵原细胞并完成减数分裂
B.③过程是以哺乳动物早期胚胎与子宫建立了组织上的联系为前提
C.④过程是“对胚胎进行质量检查”,可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚
D.⑤过程成功率的高低主要决定于供、受体生理状况的一致性
【解析】选D。超数排卵处理需要注射促性腺激素,目的是获得更多的卵细胞,而不是卵原细胞,A错误;③过程为胚胎收集,前提是早期胚胎处于游离状态,没有与子宫建立组织上的联系,B错误;④过程为“胚胎质量检查”,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚,C错误;⑤过程为胚胎移植,成功率的高低与供体、受体的生理状况是否相同有关,D正确。
【补偿训练】
下列关于胚胎工程的叙述,正确的是
( )
A.通过胚胎体外培养可直接获得新生儿
B.胚胎移植中的受体应与供体同期发情
C.胚胎移植中的受体与供体必须都为优良品种
D.胚胎移植中的胚胎一定是体外受精而来的
【解析】选B。胚胎体外培养可以得到早期胚胎,早期胚胎需要在母体子宫中完成后期的发育过程,因此还要进行胚胎移植。胚胎移植中的受体可以不具有优良性状,一般选择体质健康和有正常繁殖能力的个体。胚胎移植中的胚胎可以是体外受精、自然配种或核移植而来的。
知识点二 胚胎分割
1.胚胎分割的基础:
2.胚胎分割的实例(哺乳动物胚胎分割和性别鉴定)
【特别提醒】
有关胚胎分割的三点提醒
(1)分割要均等。分割囊胚的内细胞团时,一定要均等,若分割不均,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育。
(2)分割份数不能过多。分割的份数越多,每一份的细胞数会越少,不但难以做到均等分割,而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此,分割的份数越多,技术难度会越大,移植后的恢复和发育的难度越大,移植成功率降低。
(3)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质,该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合,属于无性繁殖或克隆。
【素养案例】
如图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是
( )
A.A所表示的细胞不一定是受精卵细胞
B.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段
C.应把③移植到处于发情状态的母牛的输卵管中
D.图示过程应用了细胞培养、胚胎分割、核移植等生物技术
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】选A。图中A所示的细胞不一定是受精卵,还可能是重组细胞或早期还未分化的胚胎细胞,A正确;图中a过程包括卵裂、囊胚阶段,还没有发育到原肠胚阶段,B错误;应把③移植到母牛的子宫中而不是输卵管中,C错误;图示中没有显示核移植的过程,D错误。
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——分析与推理
若题干图中①与②未均分,可能会导致什么样的后果?
提示:若未均分,则可能导致分割后的部分胚胎不能发育成各种组织、器官等。
(2)生命观念——结构与功能观
图示胚胎分割过程与“龙凤胎”在实质上有什么不同?
提示:图示过程是将一个胚胎分割成两份,获得的两部分遗传信息完全相同,而龙凤胎属于异卵双胞胎,是由两个精子与两个卵子分别结合得到的两个胚胎发育成遗传物质不同的两个个体。
【素养·迁移】
如图为胚胎移植过程示意图,请回答以下问题。
(1)胚胎移植对甲、乙、丙牛的要求分别是____________、________和________。丁牛为________。?
(2)过程①②分别是____________和________。?
(3)欲得到更多的后代牛丁,可将收集得到的胚胎进行____________。?
【解析】(1)胚胎移植时所用的供体公牛和母牛均为优良牛,受体牛为普通牛即可。
(2)仔细观察图解,过程①②③分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵。
(3)欲得到更多的后代牛丁,可将收集得到的早期胚胎进行胚胎分割。
答案:(1)优良母牛 普通母牛 优良公牛 有价值的后代(优良牛) (2)同期发情处理 胚胎移植 (3)胚胎分割
【补偿训练】
胚胎分割是一种现代生物技术,关于这一技术的叙述正确的是
( )
A.胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份
B.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎
C.胚胎分割技术属于有性生殖方式,因此不属于克隆
D.胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎
【解析】选B。胚胎分割常选择桑葚胚或囊胚时期的胚胎,早期胚胎不能被任意分割成多份,一般要均分为几等份。胚胎分割可以看作是动物无性繁殖或克隆的方法之一。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.胚胎工程技术可以发挥优良动物个体的繁殖潜力,促进优良动物品种的繁育速度。下列有关胚胎工程技术的描述合理的是____
①体外受精培养的胚胎并非全部都适合作为移植的材料,需进行筛选。
②采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精。
③胚胎移植可移植到其他任一经同期发情处理过的雌性哺乳动物体内。
④胚胎移植时,供体母畜需要具备优良的遗传性能。
⑤胚胎分割时需将囊胚的滋养层均等分割。
【解析】选①④。体外受精培养的胚胎并非全部都适合作为移植的材料,需进行筛选出发育状态良好的胚胎进行移植,①正确;采集的卵母细胞需在体外培养到MⅡ期,②错误;胚胎移植可移植到同一种生物经同期发情处理过的雌性哺乳动物体内,③错误;胚胎移植的目的是获得优良后代,因此供体母畜需要具备优良的遗传性能,④正确;胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割,⑤错误。
2.第三代试管婴儿技术包括胚胎植入前遗传学诊断。在胚胎移植前,取胚胎细胞的遗传物质进行分析,筛选出健康胚胎进行移植。下列有关说法错误的是( )
A.获取的精子一般要放在培养液中培养一段时间才能用于受精
B.胚胎植入前遗传学诊断过程需要进行羊膜腔穿刺取羊水细胞
C.胚胎移植的生理学基础之一是母体子宫对植入胚胎基本无免疫排斥反应
D.试管婴儿技术的成熟并不意味着大家可以随意选择和定制孩子
【解析】选B。在体外受精前,要对精子进行获能处理,A正确;胚胎植入前,可直接进行遗传学诊断,不需要从羊水中获取细胞,B错误;胚胎移植的生理学基础之一是母体子宫对植入胚胎基本无免疫排斥反应,这为胚胎在受体的存活提供了可能,C正确;试管婴儿技术的成熟是可以得到健康的胚胎,而不是随意定制,D正确。
3.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述,正确的是
( )
A.卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加
B.胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割
C.胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点
D.胚胎移植是胚胎工程最后一道工序,能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
【解析】选D。卵裂期胚胎中细胞通过有丝分裂增加细胞数目,细胞中的有机物通过呼吸作用被消耗,总量不断减少,A项错误;胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割,B项错误;胚胎干细胞具有细胞核大、核仁明显和蛋白质合成旺盛等特点,C项错误;胚胎移植是胚胎工程最后一道工序,让优良雌性个体只负责提供胚胎,让普通雌性个体承担孕育胚胎的任务,能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,D项正确。
4.印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物,通过胚胎工程技术,可以让家猫代孕而繁育,主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是
( )
A.步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割
B.诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞
C.受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液
D.步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同
【解析】选B。步骤甲、乙分别指受精作用、胚胎移植,A错误;诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素,只能作用于性腺,B正确;受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自受精卵,C错误;受精过程使用的培养液是获能溶液或专用的受精溶液,与早期胚胎培养液有区别,D错误。
5.(2020·山东等级考)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚,通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是( )
A.用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子
B.体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理
C.胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植
D.遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得
【解析】选C。本题主要考查胚胎工程。为了获得更多卵子,需要用促性腺激素对雌性个体进行超数排卵,A项正确;刚排出的精子不能与卵子受精,必须进行获能处理即发生相应的生理变化后才能获得受精能力,因此在体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理,B项正确;胚胎移植前要检查胚胎质量,一般动物在桑椹胚或囊胚阶段移植,小鼠可在更早的阶段移植,C项错误;可以通过转基因技术对小鼠胚胎干细胞进行遗传改造,D项正确。
【思维·跃迁】
6.回答下列有关问题:
(1)哺乳动物卵子的发生是在雌性动物的卵巢内完成的。减数分裂Ⅰ是在________前后完成的。当观察到卵细胞膜与透明带之间有________时,说明卵子已完成了受精。?
(2)体外受精是对体内受精的模拟操作,首先对实验动物用__________处理,使其排出更多的卵子。?
(3)精卵体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中培养,它的成分比较复杂,除了一些无机盐和有机盐类外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸、________等物质。?
(4)对于“试管动物”的正确理解是________(多选)。?
A.属于无性生殖 B.属于有性生殖 C.体外受精
D.体内受精 E.体外发育 F.体内发育
【解析】(1)初级卵母细胞减数分裂Ⅰ发生在排卵前后。当观察到卵细胞膜与透明带之间有两个极体时,说明卵子已完成了受精。
(2)对雌性动物注射促性腺激素可使其超数排卵。
(3)动物细胞培养需要添加动物血清,以满足细胞生长发育的需要。
(4)“试管动物”经过精卵的体外受精,属于有性生殖过程。精卵体外受精形成受精卵后在体外进行早期胚胎发育,发育到一定阶段后移植到受体子宫中继续发育。
答案:(1)排卵 两个极体 (2)促性腺激素 (3)血清 (4)B、C、E、F
【拓展·探究】
7.以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程,a～g为操作过程,请据图回答有关问题:
(1)图中用到的生物技术有:____________________________(写出两种)等。?
(2)图中用到的激素是________,其目的是获得更多的卵母细胞,经受精后可得到多个早期胚胎。?
(3)c过程名称为________,一般是对发育到__________________(阶段)的早期胚胎进行处理,再植入到受体内。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,应注意将③________均等分割,以免影响胚胎的恢复和进一步发育。?
(4)图中A、B牛的遗传物质与性状应该是
( )
A.不同的遗传物质、不同的性状
B.不同的遗传物质、相同的性状
C.相同的遗传物质、相同的性状
D.相同的遗传物质、不同的性状
【解析】(1)图中应用的生物技术较多,b是早期胚胎培养,c是胚胎分割,d、f为胚胎移植。(2)用促性腺激素处理良种奶牛,可促使其超数排卵,这样可以获得更多的卵母细胞。(3)c过程为胚胎分割,对发育到桑葚胚或囊胚阶段的早期胚胎进行胚胎分割处理,再植入到受体内,可获得遗传物质完全相同的两个新个体。在操作过程中,要注意将内细胞团均等分割,否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。(4)A、B两牛是由同一胚胎分割而来,遗传物质相同,具有相同的性状。
答案:(1)胚胎分割、胚胎移植、胚胎的早期培养(写出两种即可) (2)促性腺激素 (3)胚胎分割 桑葚胚或囊胚 内细胞团 (4)C
课时素养评价
十一 胚胎工程技术及其应用
【基础达标】
(20分钟·70分)
一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)
1.采集的卵母细胞,都要在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受精,以下原因不正确的是
( )
A.卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程
B.动物排出的卵子成熟程度不同
C.体外人工培养至MⅡ期时,才算成熟
D.冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大
【解析】选D。冲出的卵子还不成熟,只有在体外培养至MⅡ期时,才具有与精子受精的能力,该过程类似精子获能过程,选项A、C正确;动物排出的卵子成熟程度不同,选项B正确;冲出的卵子体外培养的目的是促其成熟,使其具有与精子受精的能力,而其大小变化不大,选项D错误。
2.如图为试管婴儿培育过程的示意图。有关叙述不正确的是
( )
A.过程①中可通过注射促性腺激素增加排卵数量
B.过程②与细胞膜的流动性有关
C.过程③的培养液中应该添加血清
D.过程④要到桑葚胚或囊胚阶段才能进行
【解析】选D。过程①为排卵,可以通过注射促性腺激素增加排卵数量,A正确;过程②涉及细胞膜的融合,与细胞膜的流动性有关,B正确;过程③培养受精卵的培养液中应添加动物血清,C正确;过程④为胚胎移植,不同动物胚胎移植的时间不同,人的体外受精胚胎可在8～16个细胞阶段移植,D错误。
3.如图表示哺乳动物胚胎工程的有关操作流程。下列叙述正确的是( )
A.①过程运用超数排卵技术可得到多个胚胎
B.③过程可以用胃蛋白酶处理囊胚获得干细胞
C.④过程需要在二氧化碳培养箱中进行
D.⑤过程可以直接获得各种类型的细胞
【解析】选C。经超数排卵技术得到的是多个卵子而非胚胎,A错误。胃蛋白酶的适宜pH为1.5～2,不适于干细胞生存,B错误。胚胎干细胞需培养在二氧化碳培养箱中,C正确。许多细胞的产生需要特定的条件,比如有些免疫细胞需要抗原的刺激,D错误。
4.供、受体母牛选择好后,要用激素进行同期发情处理的原因是
( )
A.防止受体牛不愿意接受胚胎
B.只有受体与供体的生理状态相同,被移植的胚胎才能继续正常发育
C.大量提高供、受体的排卵量
D.同期发情处理后,卵子和精子受精结合能力强
【解析】选B。利用某些激素对供体和受体母牛进行同期发情处理,使其生理条件达到同步或一致,这样才能使供体的胚胎移入受体后,具有相同或相似的生存条件,并且继续完成正常的发育。
5.下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述,错误的是
( )
A.对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理
B.人工授精后的一定时间内,收集供体原肠胚用于胚胎分割
C.利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎
D.一次给受体母羊植入多个胚胎,可增加双胞胎和多胞胎的比例
【解析】选B。在进行胚胎移植时需要对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理,使它们处于相同的生理状态,A正确;胚胎分割应该取形态正常、发育良好的桑葚胚或囊胚进行,B错误;胚胎分割技术属于无性繁殖,可获得两个基因型完全相同的胚胎,C正确;胚胎移植可提高优良种畜的繁殖率,即可增加双胞胎和多胞胎的比例,D正确。
6.我国首例“虎狮兽”在南京红山动物园诞生。它是利用了雄虎的精子和雌狮的卵子进行“体外受精”而产生。下列有关说法正确的是
( )
A.在体外受精前,要对精子进行获能处理
B.用化学物质处理掉卵细胞膜便于精子进入
C.抽取精子、卵子的细胞核进行融合
D.精子入卵后进行人工处理防止多精入卵
【解析】选A。在体外受精过程中,需要对采集的精子进行获能处理,A正确;卵子只需要培养到MⅡ期即可与精子进行受精作用,无须去掉卵细胞膜,B错误;只要在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程,无须进行细胞核融合操作,C错误;在受精作用过程中,卵细胞会产生两道屏障防止多精入卵,无须人工处理,D错误。
7.(2020·江苏高考改编)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞,制备流程如图所示。下列叙述正确的是
( )
A.为获得更多的囊胚,采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子
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
【解析】选D。本题主要考查了细胞工程和胚胎工程的相关知识。为了获得更多的囊胚,可以采用激素注射促进成熟雌性个体超数排卵,然后将卵细胞从母体内取出,在试管内与人工采集的精子进行体外受精,培育成胚胎,A错误;细胞a和细胞b是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的,故核基因相同,B错误;运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞,首先必须用胰蛋白酶处理内细胞团,分解细胞间的胶原蛋白等,使之分散成单个细胞,C错误;动物细胞培养时需要在5%
CO2的培养箱中进行培养,以维持培养液的pH,D正确。
二、非选择题(共2小题,共35分)
8.(17分)如图是克隆羊的培育流程图,根据所学知识回答下列问题:
(1)培育克隆羊时用到的卵母细胞可以从屠宰场收集,并在体外培养到________________期。?
(2)通过__________法吸出卵母细胞中的细胞核,微型吸管除了将细胞核吸出外,往往还会将________________一并吸出。?
(3)去核的卵母细胞与供体细胞通过________________后融合,供体核进入受体卵母细胞,构建成重组胚胎,融合后的重组胚胎,需要用物理或化学的方法进行激活,使其完成细胞分裂和发育进程。?
(4)将发育到一定阶段的重组胚胎,移植到同种的且____________相同的其他雌性动物体内,使之继续发育,最后形成克隆羊。移入的胚胎能够存活,是因为代孕子宫并不会对其发生________________,同时能够与受体子宫建立正常的____________联系。?
(5)欲培养高产奶山羊这一优良品种,对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的__________细胞进行鉴定。?
【解析】(1)培育克隆羊时用到的卵母细胞可以从屠宰场收集,并在体外培养到MⅡ期。
(2)通过显微操作法吸出卵母细胞中的细胞核,微型吸管除了将细胞核吸出外,往往还会将第一极体一并吸出。
(3)去核的卵母细胞与供体细胞通过电激后融合,供体核进入受体卵母细胞,构建成重组胚胎。
(4)将发育到一定阶段的重组胚胎,移植到同种的且生理状态相同的其他雌性动物体内,使之继续发育,最后形成克隆羊。移入的胚胎能够存活,是因为代孕子宫并不会对其发生免疫排斥反应,同时能够与受体子宫建立正常的生理和组织联系。
(5)欲培养高产奶山羊这一优良品种,对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的滋养层细胞进行鉴定。
答案:(1)MⅡ (2)显微操作 第一极体
(3)电激
(4)生理状态 免疫排斥反应 生理和组织
(5)滋养层
9.(18分)科研人员利用基因编辑技术删除小鼠母本基因组的相关印记区域,培育出了由母本单倍体干细胞融合发育而来的孤雌生殖小鼠,为探索生殖奥秘作出了贡献。过程见图:
(1)上图孤雌小鼠的获得,用到动物细胞培养、________、________、胚胎移植等生物技术。?
(2)常用的基因编辑系统是
crispr-Cas9,其过程为:先让一段RNA与特征DNA序列结合,由此引导Cas9酶对特征DNA序列切割。因为“一段RNA”能与特征DNA序列________,才能特异性结合。Cas9酶作用于特征DNA序列的_______________
________________________________(填DNA分子的相关结构)。?
(3)上图中的“卵母细胞”应处于________________(时期)。用卵母细胞培育孤雌小鼠容易成功,其原因是________________________。并且由上述卵母细胞发育而来的胚胎能在代孕母鼠体内存活的原因是____________________
________________________________________。?
【解析】(1)识图分析可知,科研人员用动物细胞培养成多个细胞或组织,利用核移植技术使卵母细胞与新核融合,体外培养胚胎至桑葚胚或囊胚后移植胚胎进入代孕母鼠体内。(2)让一段RNA与目标特征DNA序列的碱基互补配对后两者才能结合。Cas9酶与DNA的基因靶点结合时发生了构象变化,酶功能区对靶标DNA进行定位切割DNA分子的磷酸二酯键,删除基因。(3)传统的细胞核移植技术中,受体卵母细胞处于MⅡ中期。因为卵母细胞体积大,易操作,含促使细胞核表达全能性的物质,卵母细胞所含营养物质丰富,所以用卵母细胞培育孤雌小鼠容易成功。代孕母鼠子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,是胚胎能在代孕母鼠体内存活的生理基础。
答案:(1)动物细胞核移植 早期胚胎培养
(2)碱基互补配对 磷酸二酯键 (3)MⅡ中期(减数第二次分裂中期)
卵母细胞体积大,易操作;含促使细胞核表达全能性的物质;卵母细胞所含营养物质丰富 代孕母鼠子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
【能力提升】(10分钟·30分)
1.(6分)据《细胞报告》最近报道,我国科学家成功将小鼠的颗粒细胞(卵泡中卵母细胞周围的细胞)转化为GV卵母细胞,进而恢复减数分裂并顺利培育出健康后代(如图)。有关叙述错误的是
( )
A.过程①的实质是基因选择性表达
B.X细胞应处于减数分裂Ⅱ中期
C.过程③中受精的实质是雌雄原核融合
D.过程③选择原肠胚进行胚胎移植
【解析】选D。过程①是将小鼠的颗粒细胞经诱导成为多能干细胞的过程,其实质是定向诱导分化使基因进行选择性表达,A正确;体外受精时卵母细胞X应培养到减数分裂Ⅱ中期,B正确;过程③体外受精的实质是雌雄原核融合,C正确;进行胚胎移植的时期一般是桑葚胚或囊胚,也可以是更早的时期,D错误。
2.(6分)(不定项)“三亲婴儿”技术是指取出患病母亲卵母细胞的核,导入女性捐赠者的去核卵细胞中,再将重构卵母细胞和父亲的精子结合。下列有关“三亲婴儿”的叙述,正确的是
( )
A.该技术可以有效降低生下线粒体遗传疾病婴儿的概率
B.女性捐赠者提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律
C.“三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”相比,核DNA增加
D.该技术的遗传物质来自多个亲本,涉及伦理争议
【解析】选A、B、D。由题图可知,重组卵母细胞的细胞质主要来自捐献者,可避免母亲的线粒体遗传基因传递给后代,A正确;捐献者只是提供了卵母细胞的细胞质,所以其提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律,B正确;“三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”的核DNA一样多,均是来自母亲和父亲提供的细胞核,C错误;“三亲婴儿”的遗传物质来自一个父亲、两个母亲,存在伦理争议,D正确。
【实验·探究】
3.(18分)实验嵌合体是了解哺乳动物发育机制的关键点,也能为不同多潜能干细胞状态的潜能提供咨询的来源。将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠的囊胚里,再将囊胚移入代孕鼠体内发育形成猴鼠嵌合体——猴鼠,可用于器官的移植研究。请回答下列问题:
(1)判断哺乳动物的受精过程完成的重要标志是________________________
__________________________。?
(2)胚胎干细胞的培养和诱导等操作均需在严格的无菌、无毒环境条件下操作,可以采取的措施有__________________________。胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤干细胞,其原因是__________。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时,利用胚胎干细胞的治疗思路是____________________________。?
(3)将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的__________部位能获取所需组织,再将囊胚移入代孕鼠体内,此技术对代孕受体的要求是__________________。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是____________________________,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用________技术。?
【解析】(1)判断哺乳动物的受精过程是否完成的重要标志是雌、雄原核融合成合子。
(2)胚胎干细胞的培养和诱导等操作均需在严格的无菌、无毒环境条件下操作,可以采取的措施有添加抗生素和定期更换培养液。胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤干细胞,其原因是胚胎干细胞具有发育的全能性。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时,可以通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补。
(3)将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的内细胞团部位能获取所需组织,再将囊胚移入代孕鼠体内,此技术对代孕受体的要求是同种、生理状态相同、有正常孕育能力的其他雌性动物。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用胚胎分割技术。
答案:(1)雌、雄原核融合
(2)添加抗生素和定期更换培养液 胚胎干细胞具有发育的全能性 通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补
(3)内细胞团 同种、生理状态相同、有正常孕育能力的其他雌性动物 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 胚胎分割
