第12课时　胚胎工程的主要技术与应用

目标导航　1.了解胚胎工程的原理。2.理解体外受精、胚胎分割、胚胎冷冻保存、动物性别控制等主要技术手段的方法与过程。3.掌握胚胎移植的生理学基础、基本程序和意义。4.举例说出胚胎工程的应用。

基础落实

1．下列有关动物胚胎移植的叙述中，不正确的是(　　)

A．从受孕母畜体内取出的受精卵或胚胎均能移植

B．供体母畜的职能是产生具有优良遗传特性的胚胎

C．超数排卵技术要使用一定的激素

D．受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥，是胚胎移植能够成功的原因之一

2．下列说法符合胚胎移植生理学基础的是(　　)

A．供、受体的发情时间要一致，才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致

B．供体胚胎移入受体子宫的位置，应与在供体内的位置相同或相似

C．受体子宫与外来胚胎发生排斥反应，是胚胎移植过程需要重点克服的难题

D．胚胎移植产下的个体在质基因控制的性状上与受体母亲相似

3．表现型不同的母牛生育出基因型****相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是(　　)

A．试管动物的培育   B．胚胎的移植

C．胚胎的分割移植   D．受精卵的移植

4．关于胚胎分割技术的叙述，错误的是(　　)

A．胚胎分割操作在动物的子宫内进行

B．用分割针或分割刀片对早期胚胎进行分割

C．分割后必须移植到受体子宫内进一步完成胚胎发育

D．对囊胚进行分割时要注意将内细胞团均等分割

5．下列不属于胚胎工程技术的是(　　)

A．体外受精技术   B．性别控制技术

C．胚胎冷冻保存技术   D．转基因鲤鱼的培育

6．胚胎分割技术是一种现代生物技术，关于这一技术的叙述正确的是(　　)

A．胚胎分割是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，因此不属于克隆

D．胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎

7．下列关于体外受精技术的说法中，错误的是(　　)

A．体外受精技术需要的温度大约为37℃

B．体外受精是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的

C．体外受精技术已成为一项常规的动物繁殖技术

D．体外受精技术可用于研究动物生殖细胞的发生机制

能力提升

8．将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内。以下说法不正确的是(　　)

A．这里说的同“种”是指同一“物种”

B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，可以移植成功

C．同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功

D．不管是否妊娠，同种动物生殖器官的生理变化都是一样的

9．下列关于胚胎移植生理学基础的叙述，不正确的是(　　)

A．在发情后的最初一段时期，母牛即使没有受精，其生殖系统也处于受精后的生理状态

B．早期胚胎在相当一段时间是独立存在的，未与子宫建立实质性联系

C．一般来说，同一物种的受体母畜对于具有外来抗原性质的胚胎并没有免疫排斥现象

D．移植的胚胎，依造自身储存的营养物质继续完成胚胎发育

10．动物细胞培养是动物细胞工程的基础，如图所示，a、b、c表示现代工程技术，①②③表示其结果，请根据图回答，下列说法正确的是(　　)

A．若a是移植技术，①反应了动物也具有全能性

B．若c是胚胎分割技术，③中个体的基因型和表现型一定相同

C．①②③中作为受体的动物品种是珍稀的或者存量少的雌性动物

D．若b是体外受精技术，则②为良种家畜快速大量繁殖提供了可能

11.人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如下图所示。

(1)卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可从已处死的雌鼠__________中获取。

(2)图中的高血压相关基因作为________，质粒作为______，二者需用__________________切割后连接成重组载体，该过程与质粒上含有______________有关。

(3)子代大鼠如果______________和____________，即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达，然后可用其建立高血压转基因动物模型。

(4)在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是________、早期胚胎培养和胚胎移植。

12．以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程，a～h为操作过程。请据图回答下列有关问题。

(1)“试管牛”技术的操作流程是______________________________________________

(填图中字母)。

(2)图中数字标号代表的结构名称是：①________，②________，③________。

(3)d代表的操作是________________。

(4)图中用到的激素是________________，过程h常用的方法是________________。

(5)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意_____________________________________

________________________________________________________________________。

综合拓展

13．一对表现型正常的夫妇，生了一个镰刀型细胞贫血症(常染色体隐性遗传病)患儿。在他们欲生育第二胎时，发现妻子的双侧输卵管****堵塞，不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断，过程如下图：

请回答；

(1)过程①是指在体外进行的________处理，从而使精子与卵子结合形成受精卵；过程②称为________。

(2)在对胎儿进行镰刀型细胞贫血症的产前基因诊断时，要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③________________进行PCR扩增，然后用Mst Ⅱ对扩增产物进行切割，产生多个片段的酶切产物。据此判断，Mst Ⅱ是一种______________酶。

(3)不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同，形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀型细胞贫血症基因分析的电泳带谱如④，据此判断该胎儿为________(正常/患者/携带者)。

第12课时　胚胎工程的主要技术与应用

知识清单

1．(1)体外受精　胚胎移植　胚胎分割　胚胎冷冻保存　性别控制　(2)受精卵　早期胚胎　(3)胚胎发育学

2．(1)精子和卵子　体外人工控制　(2)营养　温度　成熟　获能　(3)①生殖细胞的发生　受精　发育机制　②家畜繁殖周期　品种改良速度  ③胚胎移植　克隆　转基因　性别控制

3．(1)受精卵或早期胚胎　生理状态相同　同种母畜

(2)繁殖能力　品种改良

4．(1)一枚胚胎　体内或体外培养

5．(1)早期胚胎　降温　超低温　(2)时间和地域

6．(1)人为干预　所需性别　(2)①与性别有关　②性别

对点训练

1．C　[人工授精是用人工的方法，使公畜的精液注入母畜生殖道内，使精、卵细胞结合；体外受精是将人工获取的精子和卵母细胞在体外完成受精。这两者的本质都是两性生殖细胞的结合，只不过前者是在体内完成的，后者是在体外完成的。自然受精、人工授精、体外受精，三者都是有性生殖。自然受精是不需人为参与，****在自然条件下完成的受精作用，即精子和卵子结合成合子(受精卵)的过程，场所是在雌性动物的输卵管内。通常说的自然受精就是体内受精。体外受精中人的作用主要是采集精子和卵子，受精场所在体外；人工授精中人的作用主要是将公畜的精子导入母畜的生殖道内，受精场所仍在体内。]

思路导引　本题旨在考查学生对人工授精、自然受精与体外受精的区别和联系，考查生物新技术及应用是当今高考的热点问题之一。

归纳提升　比较人工授精、自然受精、体外受精

		自然受精	人工授精	体外受精
不同点	过程不同	雌雄动物交配完成	用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精	人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程
	场所不同	雌性动物输卵管中	雌性动物输卵管中	体外培养液中
相同点		(1)精子获能，卵子成熟后方能完成受精过程(2)都是有性生殖

2.B　[试管婴儿的原理为有性生殖，但该过程需要动物细胞培养和胚胎移植等技术；试管苗是植物组织培养的结果，体现了细胞的全能性；克隆羊利用了核移植技术，体现了动物细胞核的全能性。在三项成果中，试管婴儿培育的第一步是体外人工授精，而参与受精的精子和卵细胞在经减数分裂形成的过程中都会发生基因重组，综合以上分析，只有B项叙述正确。]

思路导引　回顾试管婴儿、试管苗、克隆羊获得的技术过程；综合思考，逐一辨析每一个选项。

归纳提升

	克隆	组织培养	试管动物(婴儿)
生殖方式	无性	无性	有性
遗传物质来源	2个亲本	1个亲本	2个亲本
性别决定	提供核亲本	一般没有	精子类型
用途	优良种畜快速繁育，可选择性别	快速繁殖无病毒植株	解决不孕不育
现状	不成熟	成熟	成熟

3.B　[体外受精是指获能的精子与成熟的卵子在获能溶液或专用受精溶液中完成受精的过程，A项正确；胚胎移植应在早期胚胎培养至桑葚胚或囊胚期进行，B项错误；早期胚胎培养液中含有一些无机盐和有机盐类，含维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及激素、血清等物质，动物细胞培养液的成分为糖类、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素，还有血清等成分，故C项正确；试管婴儿技术与试管动物技术类似，包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术等，D项正确。]

思路导引　明确体外受精的过程和场所；知道动物细胞培养和早期胚胎培养加血清的作用及原因；试管婴儿技术涉及的其他技术有哪些。

知识链接　胚胎移植成功与否的两个重要条件

(1)同种动物之间进行胚胎移植易于成功。这里的“同种”是指“同物种”。

(2)供、受体生理状态要相同

①应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们的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有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。

②移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似，移入胚胎一侧的受体子宫角对应的卵巢必须有黄体存在。

4．(1)****母牛　普通母牛　****公牛　有价值的后代(****牛)　(2)同期发情处理　胚胎移植　(3)胚胎分割　(4)注射促性腺激素

解析　仔细观察图解，先判断出过程①、②、③分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵，进一步确定对甲牛超数排卵处理的方法是注射促性腺激素。胚胎移植时所用的供体公牛和母牛均为****牛，受体牛为普通母牛即可。

归纳提升　(1)胚胎移植的过程

(2)胚胎移植的生理学基础

生理学基础		意义
雌性动物发情后生殖器官的孕向发育	哺乳动物在发情排卵后的最初一段时期，不论是否妊娠，生殖系统均处于受精后的生理状态之下	为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境
早期胚胎的游离状态	早期胚胎形成后，在相当一段时间内不会与母体子宫建立组织上的联系(独立存在，发育基本上靠本身贮存的养分)	为胚胎的收集提供了可能(胚胎在短时间的离开活体情况下可以存活，植于与供体相同的环境中即可继续发育)
胚胎移植不存在免疫排斥问题	受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应	为胚胎在受体内的存活提供了可能
胚胎和受体的组织联系的建立	供体胚胎在一定时期可与受体子宫建立正常的生理上和组织上的联系，在孕育过程中不影响胚胎的遗传特性	为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障

5.B　[哺乳动物在发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供体与受体的生殖器官的生理状态是相同的，这就为供体的胚胎移入受体体内提供了相同的生理环境，所以要对供体和受体进行同期发情处理，A项正确；收集胚胎时应收集处于桑葚胚或囊胚期的胚胎，所以B项错误；利用胚胎分割技术获得的两个胚胎实质上来自于同一个受精卵的有丝分裂，因此可以获得两个基因型****相同的胚胎，C项正确；D项一次给受体母羊植入多个胚胎，即可形成多个个体，也就是增加了双胞胎和多胞胎的比例。]

知识链接　有关胚胎分割的理解

(1)繁殖方式：动物无性繁殖或克隆的方法之一。

(2)材料：发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。

(3)工具：分割针或分割刀片、显微操作仪和实体显微镜。

(4)方法：机械法。

(5)囊胚期分割要求：对内细胞团应均等分割。

(6)意义：提高了胚胎的利用率。

6．(1)囊胚腔　透明带　滋养层　内细胞团　(2)胚胎分割　做DNA分析进行性别鉴定　胚胎移植　(3)滋养层　显微操作仪和实体显微镜　将内细胞团均等分割　(4)刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异　同卵双胎　(5)发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚

解析　(1)根据囊胚的结构可知图中字母所代表的结构名称分别是A为囊胚腔，B为透明带，C为滋养层，D为内细胞团。(2)图中表示的甲、乙、丙过程的技术分别是胚胎分割、做DNA分析进行性别鉴定、胚胎移植。进行乙过程时，所采取的样本是滋养层。(3)进行甲过程时，所使用的基本仪器是显微操作仪和实体显微镜。本过程的技术关键是将内细胞团均等分割。(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中已取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异等；同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是同卵双胎。

归纳提升

的来源(移植胚胎)生殖范畴(属于有性)

7．(1)性染色体　下层　(2)体外受精　获能　减数第二次分裂中　顶体　(3)同期发情　免疫排斥　(4)DNA分子杂交技术(利用基因探针鉴定)(或分析胚胎细胞的染色体组型)

解析　哺乳动物的性别决定为XY型：XX为雌性，XY为雄性，可见哺乳动物性别取决于两种精子——X精子和Y精子；胚胎性别鉴定的分子水平的方法DNA杂交技术；胚胎移植的准备工作之一为：对受体进行同期发情处理；受精前精子必需要获能，卵子成熟到减数第二次分裂中期；受精过程要发生顶体反应。

知识链接　动物的性别控制

(1)概念：通过人为干预，使动物按照人们的愿望繁衍所需性别的后代。

(2)方法

①分离X精子与Y精子

	X精子	Y精子	分离或选择方法
体积和质量	大	小	沉淀分离
耐酸碱性	嗜酸性	嗜碱性	用化学试剂预先改变阴道的pH
电荷	负电荷	正电荷	电泳法

②鉴别胚胎性别

取早期胚胎的滋养层细胞，做染色体或DNA分析，进行胚胎性别的鉴定。

(3)意义

①防止与性别有关的遗传病胎儿的出生。

②可以按照生产需要控制动物的性别以提高动物生产的经济价值。

课后作业

1．A　[胚胎移植的操作对象是早期胚胎而不是受精卵。]

2．A　[哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，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，因此对供、受体动物进行同期发情处理，才能使胚胎在移植前

后所处的生理环境保持一致。]

3．C　[表现型不同的母牛生育出基因型****相同的小牛，说明小牛的遗传物质相同，****的可能就是胚胎分割移植，其遗传物质来自于一个受精卵。]

4．A　[进行胚胎分割时，将早期胚胎移入盛有操作液的培养皿中进行具体的操作。]

5．D　[胚胎工程指对动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精技术、胚胎分割、胚胎冷冻保存技术、性别控制技术等。转基因鱼的获得是利用的基因工程技术。]

6．B　[胚胎分割技术采用机械方法将早期胚胎切割成2等份，4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎，但不能任意分割成多份，因为分割过多不能发育成新个体，由于胚胎细胞是体细胞，因此由胚胎分割获得后代的过程是无性生殖，属于克隆。]

7．B　[体外受精技术是人工模拟体内的环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用，并不是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的。]

8．D　[雌性哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物生殖器官的生理变化是一样的。此处必须强调是在一段时间内。]

9．D　[移植的胚胎，在一定时期后会与受体子宫建立生理上和组织上的联系，从而保证了以后正常发育所需要的营养条件。]

10．D　[若a是移植技术，①表示克隆动物，反应了动物体细胞核具有全能性，所以A错误。若c是胚胎分割技术，③中个体的遗传物质来源相同，但是个体发育过程中，可能发生基因突变，环境条件也会影响生物的表现型，因此个体的基因型和表现型不一定相同，所以B错误。胚胎移植中一般选择有健康的体质和正常繁殖能力的普通同种生物个体作为受体动物，所以C项错误。通过体外受精技术获得的试管动物技术能充分发挥良种家畜的繁殖潜力，大大提高优良家畜的繁殖速度，所以D正确。]

11．(1)卵巢　(2)目的基因　载体　同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶)　限制酶切割位点  (3)检测到体内有相关蛋白　出现高血压　(4)体外受精

解析　(1)对于实验动物大鼠，如果是从活体输卵管中采集的卵母细胞，可以直接与获能的精子在体外受精。如果是从已处死的雌鼠卵巢中采集的卵母细胞，需要在体外经人工培养成熟后， 才能与获能的精子受精。(2)题图中的高血压相关基因作为目的基因，质粒作为载体，二者需用同种限制性核酸内切酶切割后才能连接成重组载体，该过程与质粒上有限制酶切割位点有关。(3)若在子代大鼠的体内检测出与高血压相关的蛋白质，则从分子水平上说明高血压相关基因已成功表达；若子代大鼠的血压升高，则从个体水平上说明高血压相关基因已成功表达。(4)在转基因动物的培育过程中，需要用到的胚胎工程技术主要有体外受精技术、早期胚胎培养和胚胎移植等。

12．(1)a→b→f→g(a→b→c→d→e)

(2)滋养层　囊胚腔　内细胞团　(3)胚胎移植　(4)促性腺激素　显微注射法　(5)要将内细胞团均等分割，以免影响胚胎的恢复和进一步发育

13．(1)精子获能　胚胎移植　(2)DNA　限制性核酸内切　(3)正常

解析　(1)体外受精时精子要经过获能处理，卵子要培养到减数第二次分裂的中期时才能受精。受精后形成的受精卵在体外培养到8～16个细胞的早期胚胎，再移植到母体的子宫内进一步发育。(2)基因诊断时首先要从细胞中提取DNA，切割DNA分子的酶为限制性核酸内切酶。(3)按题意分析，双亲都是杂合子，各含一个正常基因和一个致病基因，患儿中两个基因都为致病基因，比较电泳带谱，可知胎儿中含的都是正常基因。