2021版高考生物（苏教版）一轮复习学案：选修3第3讲　胚胎工程

第3讲　胚胎工程

受精和胚胎发育

1．精子与卵子的发生

(1)二者的比较

(2)二者的联系

①原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂。

②原始生殖细胞产生成熟生殖细胞为减数分裂；减数分裂过程中染色体行为、数目变化相同，都复制一次，分裂两次，子细胞中染色体数目减半。

2．体内受精

(1)场所：雌性动物的输卵管内。

(2)过程

①受精前的准备阶段。

a．精子获能：正常情况下在雌性动物的生殖道内完成。

b．卵子的准备：发育到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。

②受精过程

③是否受精的标志：在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体。

④受精过程完成的标志：雌、雄原核的融合。

3．早期胚胎发育

　↓

　↓

　↓

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，而一直呼吸消耗，有机物总量减少。

(2)细胞体积：胚胎总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小。

(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。

1．精子的形成过程完全是在精巢中完成的，卵子的形成是否也完全在卵巢中进行？

[提示]　不是。卵子的形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的，其实减数第二次分裂是在受精过程中进行的，场所是输卵管。

2．请在如图中绘出卵裂过程中每个细胞的体积、核内DNA含量与时间的关系。

[提示]　如图：

考查体内受精和早期胚胎发育过程分析

如图为早期胚胎发育过程(图甲)，及经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程(图乙)。请回答下列问题：

甲

乙

(1)图乙中②指的是________。进行胚胎分割时，应选择发育到____________时期的胚进行操作。

(2)图甲中标号3为滋养层，它将来可发育为______。

(3)图乙中A细胞是____________，在进行体外受精前要对精子进行________处理。

(4)哺乳动物受精过程有哪些机制阻止多精子入卵受精？(________)

A．顶体反应

B．精子穿越卵子透明带触及卵细胞膜，导致透明带反应

C．精子触发卵细胞膜表面微绒毛的抱合反应

D．精子入卵后，触发卵细胞膜反应

(5)若一次给受体母牛移入多个胚胎，产生的多个后代基因型相同吗？________，为什么？______________________。

[解析]　(1)图乙中②指的是囊胚腔；进行胚胎分割时应该选择形态正常、发育良好的桑椹胚或囊胚进行操作。

(2)图甲中标号3为滋养层，它将来可发育为胎膜和胎盘。

(3)图乙中A是卵母细胞；精子受精前要进行获能处理。

(4)防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应，故选BD。

(5)植入受体母牛体内的多个胚胎可能来自不同的受精卵，因此它们的基因型不一定相同，因此该受体母牛产生的后代基因型不一定相同。

[答案]　(1)囊胚腔　桑椹胚或囊胚　(2)胎膜和胚盘　(3)(次级)卵母细胞　获能　(4)BD　(5)不一定相同　因为这些胚胎细胞可能由不同的受精卵发育而来，它们的基因型可能相同，也可能不同

胚胎工程及其应用

1．胚胎工程的操作对象和理论基础

(1)操作对象：生殖细胞、受精卵和早期胚胎细胞。

(2)理论基础：胚胎发育学。

2．体外受精

(1)概念：哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。

(2)主要步骤

①采集精子

a．主要方法：假阴道法。

b．获得精子后的处理方法

②采集卵母细胞

主要方法：抽吸法、机械破碎法。

③受精

在人为控制的适宜的条件下和专用的受精溶液中，获能的精子和培养成熟的卵子同时培养一段时间，可完成受精过程。

(3)应用

①用于研究哺乳动物生殖细胞的发生、受精和早期胚胎发育机制等。

②在家畜品种改良中，对充分利用优良品质资源、缩短家畜繁殖周期、加快品种改良速度等有重要价值。

③是哺乳动物胚胎移植技术、克隆技术、转基因技术和性别控制技术等不可缺少的组成成分。

3．胚胎移植技术

(1)概念：指将良种母畜配种后，从其生殖道取出的早期胚胎或通过体外受精及其他方式(如转基因、核移植)得到的胚胎，再移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使它们进一步发育为新个体的技术。

(2)过程

(3)实质：胚胎移植是产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。

(4)移植时期

①牛羊一般需要培育到桑椹胚或囊胚阶段。

②人的体外受精胚胎一般培育到8～16个细胞阶段。

(5)意义：提高优良品种家畜的繁殖能力和加速品种改良。

4．胚胎分割技术

(1)概念

①方法：机械方法。

②分割份数：将早期胚胎切割成二分胚、四分胚甚至八分胚等。

③目的：经移植后获得同卵双生或同卵多生后代。

(2)定位：被视为一种胚胎克隆方法。

(3)材料：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

(4)要求：将内细胞团均等分割。

5．动物性别控制技术和胚胎冷冻保存技术

(1)动物性别控制技术是指通过人为干预，使动物按照人的意愿繁衍所需性别的后代的技术。

(2)胚胎冷冻保存技术

①概念：将动物的早期胚胎或分割后的胚胎，采用特殊的保护剂，使其长期保存在超低温环境下。

②作用：

a．建立胚胎库，以加速动物的繁殖进程和保护优良资源。

b．可以使胚胎移植不受时间和地域的限制。

6．胚胎工程的应用

(1)在畜牧业生产上的应用

①大量繁育家畜良种；②控制家畜后代的性别比例。

(2)在医学及科学研究上的应用

①干细胞

a．概念：动物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。

b．分类：专能干细胞、多能干细胞、全能干细胞。

②胚胎干细胞

a．来源：早期胚胎或原始性腺。

b．特点

c．应用

ⅰ.胚胎干细胞的研究，有助于人们理解复杂的人体发育过程，并促进对人胚胎发育细节的研究，从而揭示人与动物的发育机制及影响其发育的因素。

ⅱ.胚胎干细胞为细胞水平上研究新药提供材料。

ⅲ.胚胎干细胞研究为细胞或组织移植提供无免疫原性的材料。

胚胎移植的几个关键环节

(1)胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。

(2)

(3)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。

(4)胚胎移植过程中两次激素使用

第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素处理供体使其超数排卵。

(5)胚胎移植过程中有两次检查

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。

(6)不同动物胚胎移植的时间不同

牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。小鼠、家兔在桑椹胚前。几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。

(7)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖的判断

取决于胚胎的来源。胚胎若是由受精卵形成的，则为有性生殖；若是由核移植技术或胚胎分割形成的，则为无性生殖。

1．列表比较试管动物与克隆动物

2.试管婴儿和设计试管婴儿的比较

(1)不同点

所用技术手段：设计试管婴儿胚胎移植前________(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断，试管婴儿________(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断。

(2)相同点(答出三点即可)

____________________________________________________________。

[提示]　(1)需要　不需要

(2)都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖

3．世界首例抗乳腺癌“设计试管婴儿”的诞生引发了伦理争议，请你说明反对这一技术应用于人类的理由。

[提示]　在“设计试管婴儿”过程中需对胚胎进行筛选，这是对生命的不负责任；含有致癌基因的胚胎在长大成人后，也有不患病的可能；基因筛选会在不久的将来愈演愈烈，最终变成从相貌、智力等方面对人类胚胎事先进行筛选，变成名副其实“设计”出来的婴儿(答对一点即可，其他合理答案也可)。

考查体外受精及早期胚胎培养

1．(2019·湖北沙市高三模拟)“三亲婴儿”是为了避免母亲线粒体遗传病传给下代。如图为培育“三亲婴儿”的过程示意图，回答下列问题：

(1)对捐卵者的健康要求是________。通常给捐献卵母细胞者注射____________使其超数排卵。

(2)重组细胞需要培养到MⅡ中期的原因是该时期后的卵母细胞具备____________。培育“三亲婴儿”的过程属于________(填“有性”或“无性”)生殖。

(3)重组细胞在体外受精后还要在发育培养液中继续培养，目的是__________________________________________。从受精卵到“三亲婴儿”还需用到早期胚胎培养和__________技术。

(4)“三亲婴儿”技术类似于设计试管婴儿，设计试管婴儿相比试管婴儿的主要区别是胚胎在植入子宫前须进行______________。

[解析]　(1)“三亲婴儿”是为了避免母亲线粒体遗传病传给下一代，故对捐卵者的健康要求是不患线粒体病。通常给捐献卵母细胞者注射促性腺激素使其超数排卵。

(2)重组细胞需要培养到MⅡ中期的原因是该时期后的卵母细胞具备受精能力。培育“三亲婴儿”的过程属于有性生殖。

(3)将体外培养成熟的卵母细胞与经化学诱导法获能的精子在体外受精后，移入发育培养液中继续培养，目的是检查受精状况和受精卵的发育能力。从受精卵到“三亲婴儿”还需用到早期胚胎培养和胚胎移植技术。

(4)设计试管婴儿相比试管婴儿的主要区别是胚胎在植入子宫前须进行基因检测。

[答案]　(1)不患线粒体病　促性腺激素　(2)受精能力　有性　(3)检测受精状况和受精卵的发育能力　胚胎移植　(4)基因检测(遗传学诊断)

考查胚胎工程技术及其应用

2．(2019·吉林延边州高三模拟)通过胚胎工程可以挖掘动物的繁殖潜力，为优良牲畜的大量繁殖提供有效的解决办法。某研究机构运用生物工程技术，通过让普通家兔代孕的方法，繁育良种肉用兔，主要技术流程如图所示，据图回答下列相关问题：

(1)诱导超数排卵用到的激素是________，步骤甲为________，收集到的精子要进行________处理。

(2)早期胚胎培养用到的培养液成分中，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、核苷酸等营养成分以及________等物质。

(3)在繁育过程中，出现了一只体型特别大的良种肉用兔，若要快速地大量繁殖出同样大体型的个体，可采用的技术是________。采用这一技术时，需要使用________方法使供体细胞与去核卵母细胞融合，构建重组胚胎，然后将胚胎移入受体家兔体内。该技术与胚胎工程技术都涉及胚胎的移植，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生____________反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。进行胚胎移植的优势是__________________。

[解析]　(1)给母畜注射促性腺激素可促使其超数排卵，步骤甲为体外受精，收集到的精子要进行获能处理。

(2)早期胚胎培养用到的培养液成分中，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、核苷酸等营养成分以及动物血清等物质。

(3)要快速地大量繁殖出同样大体型的个体，可采用核移植技术；采用这一技术时，需要使用电脉冲(或电刺激)方法使供体细胞与去核卵母细胞融合，构建重组胚胎，然后将胚胎移入受体家兔体内；该技术与胚胎工程技术都涉及胚胎的移植，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能；进行胚胎移植的优势是可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

[答案]　(1)促性腺激素　体外受精　获能　(2)动物血清　(3)核移植　电脉冲(或电刺激)　免疫排斥　可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力

3．(2019·贵州遵义航天高级中学高三月考)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义，流程如下。请据图回答问题：

(1)②过程采用的是胚胎工程中的______________________技术，该过程中需要用到______________(填“发育培养液”或“合成培养基”)。

(2)囊胚阶段的细胞分为______________和内细胞团，其中内细胞团将来发育成______________________。

(3)胚胎干细胞可以来自于早期胚胎或______________，在培养液中加入______________，则能诱导胚胎干细胞向不同类型组织细胞分化。

(4)该过程________(填“是”或“否”)体现了动物细胞核具有全能性，原因是_______________________________________。

[解析]　(1)分析图解可知，过程①采用的是细胞工程中的核移植技术。过程②采用的是胚胎工程中的早期胚胎培养技术。动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质，该培养液属于发育培养液。

(2)囊胚阶段的细胞分为滋养层细胞和内细胞团，其中滋养层细胞将来发育为胎膜和胎盘，内细胞团发育成胎儿的各种组织。

(3)胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。在体外培养的条件下，培养胚胎干细胞一般不能获得动物器官，若在培养液中加入分化诱导因子，就可以诱导胚胎干细胞向不同类型的组织细胞分化。

(4)全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整生物体的潜能，因此全能性的体现应该是发育形成个体，最后形成组织器官不属于全能性的表现，因此图示过程没有体现动物细胞核具有全能性。

[答案]　(1)早期胚胎培养技术　发育培养液　(2)滋养层细胞　胎儿的各种组织　(3)原始性腺　分化诱导因子　(4)否　全能性指发育成完整个体，而最后形成的组织器官不属于个体

考查生物技术的伦理问题

4．重症联合免疫缺陷(SCID)是一种罕见的遗传病，该病是由于腺苷脱氨酶ADA缺陷所致，ADA活性下降将使细胞损伤或死亡，致细胞体液免疫缺陷，ADA活性缺陷性疾病为X染色体隐性遗传病，虽然ADA编码基因也发现有缺失突变，但大部分为碱基置换突变。

(1)某研究小组利用一种经过修饰的腺病毒作为__________，将治疗SCID的正常基因导入胚胎干细胞内，胚胎干细胞再经________形成骨髓细胞，然后移植给人体。这种对SCID患者进行治疗的方法称为____________。

(2)有一对正常的夫妇生了一个患SCID的儿子，他们希望通过设计试管婴儿再生一个健康的孩子。设计试管婴儿的基本程序：首先为女性注射____________，实现超数排卵，然后从卵巢中吸取卵母细胞，培养到MⅡ中期；再将成熟的卵子与获能的精子经________形成受精卵，然后将受精卵移入________中继续培养获得早期胚胎；从早期胚胎中取出一个细胞进行________，选择无致病基因的胚胎进行移植。

(3)这对夫妇用该试管婴儿的脐带血救治患病孩子。大多数人认为，用设计试管婴儿的办法救治自己的孩子是符合伦理道德的，理由是____________________________。

[解析]　(1)在对SCID患者进行治疗时，首先从病人体内获得治疗SCID的正常基因，进行培养，在体外借助一种经过修饰的腺病毒作为载体进行基因转移，将转入治疗SCID的正常基因的胚胎干细胞定向诱导分化，继而形成骨髓细胞，然后移植给人体，这种治疗方法称为体外基因治疗。

(2)设计试管婴儿所需受精卵是通过体外受精形成的。受精卵形成后需移入发育培养液进行培养获得早期胚胎。在进行胚胎移植前要对形成的早期胚胎进行遗传学诊断。女性超数排卵时注射的激素为促性腺激素。

(3)用设计试管婴儿的办法救治自己的孩子是符合伦理道德的，理由是父母是出于强烈的爱子之心，千方百计地想救治自己的孩子；同时也是救治患者最好、最快捷的办法之一。

[答案]　(1)载体　细胞分化(定向诱导分化)　体外基因治疗　(2)促性腺激素　体外受精　发育培养液　遗传学诊断(基因检测、性别鉴定)　(3)父母是出于强烈的爱子之心，是为了救治孩子(这是救治患者最好、最快捷的办法之一；提供造血干细胞等不会对婴儿造成伤害)

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2019·江苏高考)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题：

(1)对1号猪使用________处理，使其超数排卵，收集并选取处在________时期的卵母细胞用于核移植。

(2)采集2号猪的组织块，用________处理获得分散的成纤维细胞，放置于37 ℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是________。

(3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行________。产出的基因编辑猪的性染色体来自于______号猪。

(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达，可采用的方法有________(填序号)。

①DNA测序　　 ②染色体倍性分析

③体细胞结构分析   ④抗原—抗体杂交

[解析]　(1)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母猪注射促性腺激素，使其超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常处于减数第二次分裂的中期。(2)常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织块，使其分散成单个细胞。动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。(3)若要获得更多基因编辑猪，可采用胚胎分割技术对移植前的胚胎进行分割。子代猪的性别取决于核供体亲本，即2号猪。(4)为了判断目的基因是否被导入受体，可采用DNA分子杂交、DNA测序等技术进行检测；判断目的基因导入受体细胞后是否成功表达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交法从分子水平进行检测。

[答案]　(1)促性腺激素　减数第二次分裂中期

(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)　维持培养液的pH

(3)分割　2

(4)①④

2．(2015·重庆高考)某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。

(1)拟进行如下杂交：

♂A(具高产奶基因的纯种)×♀B(具适宜本地生长基因的纯种)―→C

选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常________。若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是________性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是________，后代中出现这种母牛的概率是________(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。

(2)用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。

精子要具有受精能力，需对其进行________处理；卵子的成熟在过程________中完成。在过程④的培养基中含有葡萄糖，其作用是________。为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的__________。子代母牛的优良性状与过程______的基因重组有关。

(3)为了提高已有胚胎的利用率，可采用________技术。

[解析]　(1)用具有适宜本地生长基因的纯种母牛作母本的原因之一是胚胎能在母体内正常生长发育。设控制产奶量高低的基因分别用T、t表示，控制适应性强弱的基因分别用R、r表示。杂交后代C中的母牛表现为适应性强但产奶量并未提高，说明高产奶、低适应性均为隐性性状，则推导出A的基因型为ttrr，B的基因型为TTRR，C的基因型为TtRr。通过回交，即C牛与A牛杂交(TtRr×ttrr)，获得高产奶量且适应性强的母牛的概率为1/2×1/2×1/2＝1/8。

(2)在体外受精过程中，从供体公牛获得的精子经获能处理后，才具有受精能力。从供体母牛采集的卵子经培养达到MⅡ中期后在与精子受精过程中最终成熟。由于受精作用的随机性，为筛选出具有优良性状的母牛，在胚胎移植前应鉴定胚胎的性别、是否具有高产奶基因和适应本地生长的基因。由于公牛为隐性纯合子，所以子代母牛的优良性状与供体母牛减数分裂产生卵子的过程中的基因重组有关。

(3)提高已有胚胎利用率的最好措施是胚胎分割。

[答案]　(1)生长发育或胚胎发育　隐性　♂A×♀C　1/8　(2)获能或增强活力　③　供能　性别、高产奶和适应生长的基因　②　(3)胚胎分割