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2019-2020年高三生物總復習 第50講 胚胎工程教案 【考綱要求】 微生物的利用 考綱要求 具 體 內 容 (1)動物胚胎發(fā)育的基本過程 (2)胚胎工程的理論基礎 (3)胚胎移植的生理學基礎、基本程序和應用 (4)胚胎分割的應用與意義 (5)胚胎干細胞的概念、分離途徑和研究的意義 I I Ⅱ Ⅱ I 【考點分析】 考點 試卷類型 題型 胚胎工程的理論基礎及過程 xx寧夏理綜 非選擇題 xx江蘇生物 非選擇題 xx江蘇生物 選擇題 xx廣東生物 非選擇題 xx遼寧、寧夏生物 非選擇題 xx海南生物 非選擇題 【考點預測】 從近幾年的高考尸體的情況分析，體內受精、早期胚胎的培養(yǎng)、胚胎工程的應用等內容是命題的素材。早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植、胚胎分割是本專題的重點內容，今年高考命題可能會從下面三個方面展開： 1．胚胎移植的生理學基礎、實質和優(yōu)點。 2．胚胎分割的選材和注意事項。 3．胚胎發(fā)育和早期胚胎的培養(yǎng)。 4．卵子的產生和體內受精。 【知識梳理】 1. 配子的 形成過程 2. 受精作用 3. 體外受精和早期胚胎的培養(yǎng) 4. 胚胎工程的應用前景 【重點解析】 考點一 體內受精和早期胚胎發(fā)育 1．精子、卵子的發(fā)生與受精作用 (1)精子、卵子的發(fā)生比較 項目 精子發(fā)生 卵子發(fā)生 場所 睪丸的曲細精管(場所惟一) 卵巢(M工)、輸卵管(MⅡ)(場所不惟一) 區(qū) 別 時期 初情期后 性別分化后開始，卵泡的形成和在卵巢內的儲備，是在出生前(胎兒時期)完成的，減數(shù)第二次分裂是在精子和卵子的結合過程中(即受精過程中)完成的 過程特點 ①Ml和Ⅷ是連續(xù)的，需變形 ②細胞質均等分配 ①Ml和MⅡ是不連續(xù)的，不需要變形 ②細胞質不均等分配 結果 形成4個精子細胞 形成l個卵細胞和3個極體 相同點 (1)原始生殖細胞的增殖為有絲分裂 (2)生殖細胞的成熟為減數(shù)分裂 (3)成熟過程均經一次復制和兩次分裂，子細胞中染色體數(shù)目減半 (4)染色體的行為和數(shù)目變化的過程是一樣的，表現(xiàn)在： ①染色體均在減數(shù)第一次分裂的間期進行復制； ②減數(shù)第一次分裂時期都有同源染色體聯(lián)會、均分； ③減數(shù)第二次分裂時期都有著絲點分裂，姐妹染色單體分開； (5)產生的子細胞數(shù)目都是四個 (2)受精作用 ①精子獲能——成熟的精子并不代表具有受精能力，須在雌性生殖道內獲能后才具備受精能力。 ②卵子的準備——動物排出的卵子并未成熟且成熟程度因動物種類不同而異，但只有達到減數(shù)第二次分裂中期時，才具備與精子受精的能力。 ③卵子完成受精的標志是卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體。 ④受精過程的三大反應與防止多精入卵的兩道屏障： a．頂體反應——頂體反應可使頂體內的酶釋放出來，以溶解放射冠卵丘細胞之間的物質，形成精子穿越放射冠的通路。 b．透明帶反應(第一道屏障)——透明帶反應是精子借頂體酶作用穿越透明帶后與卵黃膜接觸瞬間產生的，阻止后來精子進入透明帶的生理反應，為防止多精子進入卵受精的第一道屏障。 C．卵黃膜封閉作用(第二道屏障)——卵黃膜封閉作用則是精子入卵后卵黃膜發(fā)生的拒絕其他精子入卵的生理反應，此為防止多精子入卵的第二道屏障。 ⑤精子入卵后變化：a．精子尾部脫離，原核膜解體形成比原細胞核大的雄原核；b．次級卵母細胞完成減數(shù)第二次分裂形成雌原核；C．最后兩核經充分發(fā)育相互融合，形成合子。 2．早期胚胎發(fā)育 (1)過程：受精卵一卵裂期一桑椹胚一囊胚一原腸胚 (2)圖示l 例1如圖表示哺乳動物胚胎發(fā)育過程的幾個階段，請據圖回答問題： (1)寫出各個階段的名稱： A： ， 8： ，C： 。 (2)寫出圖中各標號的名稱： [2] ，[4] ，[5] ，[7] ，[8] 。 (3)A時期的細胞具有發(fā)育上的 性，B時期開始出現(xiàn) ，C時期開始出現(xiàn) 。 (4) [2]將來發(fā)育成 。 (5)動物胚胎是由合子經有絲分裂形成的，合子由一個精子和卵子結合的生理基礎是 、 。 解析：(1)圖中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原腸胚。 (2)圖B中1是滋養(yǎng)層細胞，2是內細胞團，3是透明帶，4是囊胚腔；圖B中5是外胚層，6是滋養(yǎng)層，7是原腸腔，8是內胚層。 (3)桑椹胚細胞具全能性；囊胚開始出現(xiàn)細胞分化，已分化為滋養(yǎng)層細胞和內細胞團細胞；原腸胚已有胚層分化，分化為外胚層、內胚層。 (4)內細胞團細胞將發(fā)育為胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細胞將發(fā)育為胎膜和胎盤。 (5)受精時的透明帶反應和卵黃膜封閉作用是防止多精子入卵的第二道屏障。 答案：(1)桑椹胚囊胚原腸胚 (2)內細胞團囊胚腔外胚層原腸腔 內胚層 (3)全能細胞分化胚層分化 (4)胎兒的各種組織 (5)透明帶反應 卵黃膜封閉作用 考點二 體外受精與早期胚胎培養(yǎng)及胚胎工程的應用 1．體外受精 (1)卵母細胞的采集和培養(yǎng) 動物種類 卵母細胞的采集方法 采集后的培養(yǎng) 實驗動物，如小鼠；家畜，如豬、 羊等 超數(shù)排卵 用促性腺激素處理雌性動物，使其排出更多的卵子，從輸卵管中沖取卵子 直接與獲能的精子在體 外受精 大家畜 或大型 動物，如 牛、馬等 從屠宰后母畜 卵巢中采集卵母細胞 從剛屠宰的母畜體內摘出卵巢，經洗滌、保溫后，在無菌條件下用注射器或真空泵抽吸卵巢表面一定直徑卵泡中的卵母細胞。也可對卵巢進行切片，收集卵母細胞 在體外經人工培養(yǎng)成熟 后才能與獲能的精子受精 從活體卵巢中采集卵母細胞 借助超聲波探測儀、內窺鏡或腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細胞 (2)精子的采集和獲能 ①收集精子的方法：主要有假陰道法、手握法和電刺激法等； ②精子體外獲能的方法：主要有培養(yǎng)法(嚙齒動物、家兔、豬等)和化學誘導法(牛、羊等家畜的精子常采用化學法，即將精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液中，用化學藥物誘導精子獲能)。 (3)體外受精 獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子可以在獲能液或專用的受精溶液中完成受精過程。 2．胚胎的早期培養(yǎng) 培養(yǎng)液的成分：兩鹽：無機鹽、有機鹽；兩素：維生素、激素；兩酸：氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分和血清等物質。 當胚胎發(fā)育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。 3．胚胎工程的應用及前景 (1)胚胎移植 胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎。或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。 ①胚胎移植的四大生理基礎： a．哺乳動物排卵后，同種供受體生殖器官的生理變化是相同的——這是胚胎能夠移入受體的生理基礎。 b．早期胚胎形成后，未與母體子宮建立聯(lián)系，而是處于游離狀態(tài)——這是胚胎收集的生理基礎。 C．受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應——這是胚胎在受體內能夠存活的生理基礎。 d．供體胚胎可與受體子宮建立聯(lián)系，且不影響供體胚胎的遺傳特性——這是供體胚胎正常發(fā)育的生理基礎。 ②胚胎移植的基本程序 ③胚胎移植的意義 a．加速育種工作和品種改良。 b．大量節(jié)省購買種畜的費用。 C．一胎多產。 d．保存品種資源和瀕危物種。 e．充分發(fā)揮優(yōu)良個體的繁殖潛能。 (2)胚胎分割 ①概念：胚胎分割是指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。 ②所需儀器設備：實體顯微鏡和顯微操作儀。 ③基本程序：選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中，然后，用分割針或分割刀進行分割。 (3)胚胎干細胞 ①來源：由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞。 ②特點：a．形態(tài)方面：體積小、細胞核大、核仁明顯。 b．功能方面：具有全能性。 C．體外培養(yǎng)：可以冷凍保存，也可以進行遺傳改造。 ③應用前景：ES細胞的分離和培養(yǎng)成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基礎生物學、畜牧學和醫(yī)學上都具有十分重要的應用價值。 a．ES細胞可用于治療人類的某些頑癥。利用ES細胞可以被誘導分化形成新的組織細胞的特性，移植ES細胞可以使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。 b．培育成人造組織器官，用于器官移植。 C．對ES細胞的培養(yǎng)和誘導，為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效手段。 d．ES細胞可用于對哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律的研究。 例2如圖為胚胎移植的基本程序及早期胚胎發(fā)育過程，請據圖回答： (1)超數(shù)排卵技術就是對供體母牛注射 (2)沖卵實質上是用特定裝置，將供體母牛子宮內的 沖洗出來。 (3)從A到E中，適宜于牛的胚胎移植時期有 。 (4)圖中標號3為 ，它將來可發(fā)育為胎膜和胎盤。 (5)若一次給受體移人多個胚胎，產生多個后代，其基因型 都相同嗎?(要求說明理由 解析：(1)超數(shù)排卵技術即對供體母牛注射促性腺激素。 (2)沖卵實質是將供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來。 (3)桑椹胚和囊胚期的胚胎適于進行胚胎移植。 (4)圖中標號3為滋養(yǎng)層，1為內細胞團，2為囊胚腔。 (5)若一次給受體移入多個胚胎，則由于這些胚胎可能來自多個受精卵，故基因型可能相同也可能不同。 答案：(1)促性腺激素 (2)胚胎 (3)DE (4)滋養(yǎng)層 (5)不一定相同，因為這些胚胎可能由不同的受精卵發(fā)育而來，它們的基因型可能相同，也可能不同稠，髓視角1 7奪農受蟪托早期胚胎發(fā)育 【實戰(zhàn)訓練】 （09江蘇卷）1．下列關于哺乳動物胚胎發(fā)育和胚胎工程的敘述，正確的是 A．卵裂期胚胎中細胞數(shù)目和有機物總量在不斷增加 B．胚胎分割時需將原腸胚的內細胞團均等分割 C．胚胎干細胞具有細胞核大、核仁小和蛋白質合成旺盛等特點 D．胚胎干細胞是一類未分化細胞，可從早期胚胎中分離獲取 答案：D 解析：本題考查胚胎干細胞的知識。A選項卵裂期細胞不斷分裂但胚胎體積不變，故細胞數(shù)目增多但有機物逐漸消耗而減少;B選項中內細胞團是囊胚時期的，不是原腸胚時期的;C選項胚胎干細胞具有細胞核大、核仁比較大而明顯的特點。D選項，胚胎干細胞是全能干細胞，是未分化細胞。 （09廣東卷）2（10分）現(xiàn)代生物科技專題 （1）飼料加工過程溫度較高，要求植酸酶具有較好的高溫穩(wěn)定性。利用蛋白質工程技術對其進行改造時，首先必須了解植酸酶的 ，然后改變植酸酶的 ，從而得到新的植酸酶。 （2）培育轉植酸梅基因的大豆，可提高其作為飼料原料磷的利用率。將植酸酶基因導入大豆細胞常用的方法是 。請簡述獲得轉基因植株的完整過程。 （3）為了提高豬對飼料中磷的利用率，科學家將帶有植酸酶基因的重組質粒通過 轉入豬的受精卵中。該受精卵培養(yǎng)至一定時期可通過 方法，從而一次得到多個轉基因豬個體。 （4）若這些轉基因因動、植物進入生態(tài)環(huán)境中，對生態(tài)環(huán)境有何影響？ 答案： （1）空間結構 氨基酸序列 （2）農桿菌介導的轉化法 外源植酸酶基因→農桿菌→大豆細胞→大豆植株再生→鑒定 （3）顯微注射法 胚胎分割移植 （4）減少環(huán)境中磷的污染，但該基因可能擴散到環(huán)境中。 解析：本題考查了基因工程，蛋白質工程，胚胎工程，生態(tài)工程的基本技術，并且深入考察基礎知識，對蛋白質改造時，首先要知道蛋白質的結構，有氨基酸序列構成的一級結構和折疊組裝成的空間結構。轉基因技術有四個基本步驟，經常采用農桿菌介導法，因為農桿菌容易侵染植物細胞，重組質粒被導入受體細胞時，經常用到顯微注射法，而胚胎分割移植能快速繁育優(yōu)良種畜，基因工程能夠使個體表現(xiàn)出人們所需要的性狀，減少環(huán)境中磷的污染，但可能會隨個體的雜交。擴散到環(huán)境中去，造成基因污染。 （09遼寧、寧夏卷）3【生物——選修3現(xiàn)代生科技專題】（15分） 右圖為哺乳動物的胚胎干細胞及其分化的示意圖。請回答： （1）胚胎干細胞是從動物胚胎發(fā)育至 _________期的內細胞團或胎兒的_____中分離得到的一類細胞。 （2）圖中分化程度最低的干細胞是______。在體外培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)液中加入___因子，可誘導該種干細胞向不同類型的組織細胞分化。 （3) 在機體內，皮膚干細胞分化成皮膚細胞是機體細胞中基因___________的結果。 （4）某患者不能產生正常的白細胞，通過骨髓移植可以達到治療的目的，骨髓的治療的實質是將上圖的______________細胞移植到患者體內。 （5）若要克隆某種哺乳動物，從理論上分析，上述紅細胞、白細胞神經細胞中不能選用作為供體的細胞是成熟的___________，其原因是___________。 （6）若某藥物可抑制肝腫瘤細胞NDA的復制，使用該藥物可使肝腫瘤細胞停留在細胞周期的______________期。 （7）在制備單克隆抗體過程中的細胞融合階段，用__________細胞與骨髓細胞融合，經多交篩選最終得到能分泌__________________的雜交瘤細胞。 答案： （1）囊胚 原始性腺細胞 （2）胚胎干細胞 分化誘導 （3) 選擇性表達 （4) 造血干 （5）紅細胞 細胞中無細胞核 （6）間 （7）B淋巴 特異性抗體 解析： （1）胚胎干細胞是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞，囊胚階段細胞開始分化分為內細胞團和滋養(yǎng)層細胞。 （2）圖中分化程度最低的干細胞是胚胎干細胞，全能性最高， 在體外培養(yǎng)條件下，該種干細胞可誘導分化形成不同類型的組織細胞，培養(yǎng)液中加入分化誘導因子。 （3)細胞分化是細胞中基因選擇性表達的結果。 （4 ) 骨髓是人體的造血組織，存在造血功能干細胞， 骨髓的治療的實質是將上圖的造血干細胞移植到患者體內。 （5）克隆某種哺乳動物需要供體提供細胞核，而成熟的紅細胞沒有細胞核，所以不能作為供體。 （6）細胞周期包括分裂間期和分裂期，分裂間期完成DNA分子的復制和有關蛋白質的合成。 （7）單克隆抗體過程中的細胞融合階段，用B淋巴細胞與骨髓細胞融合， 交篩選最終得到能分泌一種特異性抗體的雜交瘤細胞。 （09海南卷）4.（18分）（選修模塊3：現(xiàn)代生物科技專題） 請回答下列與哺乳動物精子和卵子發(fā)生有關的問題： （1）精細胞經變形后，高爾基體發(fā)育形成精子的頂體，頂體內含有的 能協(xié)助精子穿過卵母細胞的放射冠和透明帶。 （2）某動物排卵時，減數(shù)第一次分裂尚未完成，此時卵子處于 卵母細胞階段，當該細胞發(fā)育至減數(shù)第二次分裂 期時，才具備受精能力。若在卵黃膜和透明帶之間看到兩個極體，則表明 過程已完成。 （3）動物的早期胚胎移植到同種且 與供體相同的動物體內，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術叫做胚胎移植。為了獲得更多的早期胚胎，常用 激素對供體進行處理，其目的是獲得更多的 ，經人工受精后可得到早期胚胎。用某染料鑒定胚胎細胞是否為活細胞時，發(fā)現(xiàn)活胚胎細胞不能被染色，其原因是活細胞膜 。 （4）若要通過胚胎移植獲得遺傳物質完全相同的兩個新個體，可對發(fā)育到桑葚期或囊胚期階段的早期胚胎進行 處理，再植入到受體內。若要對早期胚胎進行長期保存，應將其置于 條件下。 答案： （1）頂體酶（2分，其他合理答案也給分） （2）初級 中 受精（每空1分，共3分） （3）生理狀態(tài)（2分） 促性腺（2分，其他合理答案也給分） 卵母細胞（2分） 對物質的吸收具有選擇透過性（2分） （4）胚胎分割（2分） 冷凍（或液氮）（3分，其他合理答案也給分） 【名師點撥】 1．受精過程中的三大反應和兩道屏障 受精過程的三大反應是頂體反應、透明帶反應、卵黃膜的封閉作用。兩道屏障是透明帶反應和卵黃膜的封閉作用。 三大反應的作用不同：頂體反應可使頂體內酶釋放出來，以溶解卵丘細胞之間的物質，形成精子穿越放射冠的通路；透明帶反應是精子借頂體酶作用穿越透明帶后與卵黃膜接觸瞬間產生的阻止后來精子進入透明帶的生理反應，為防止多精子進入受精卵的第一道屏障；卵黃膜封閉作用則是精子入卵后卵黃膜發(fā)生的拒絕其他精子入卵的生理反應，此為防止多精子入卵的第二道屏障。 2．哺乳動物桑椹胚和囊胚的主要特點 桑椹胚的細胞數(shù)在32個左右，細胞排列致密，形似桑椹，由具有發(fā)育全能性的細胞構成。囊胚則出現(xiàn)了細胞分化，聚集于一端個體較大的細胞為內細胞團(ICM)，將發(fā)育為胎兒本身；沿透明帶內壁擴展和排列的個體小的細胞為滋養(yǎng)層細胞，將發(fā)育為胎膜和胎盤，為胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。