專題39胚胎工程【高頻考點解讀】1.動物胚胎發育的基本過程與胚胎工程的理論基礎(Ⅰ)。2.胚胎干細胞的移植(Ⅰ)。3.胚胎工程的應用(Ⅱ)。【熱點題型】題型一體內受精和早期胚胎發育例1、下圖表示哺乳動物胚胎發育過程的幾個階段，下列相關描述正確的是()A．圖中3是透明帶，7是原腸腔B．發育的先后順序是甲→丙→乙C．1部位細胞將來發育成胎兒的各種組織D．甲、乙、丙時期的細胞都具有發育的全能性【提分秘籍】1.早期胚胎發育(1)過程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原腸胚(2)圖示：【舉一反三】下列關于高等哺乳動物受精與胚胎發育的敘述，正確的是()A．絕大多數精卵細胞的識別具有物種特異性B．卵裂球細胞的體積隨分裂次數增加而不斷增大C．囊胚的滋養層細胞具有發育全能性D．原腸胚發育分化形成內外兩個胚層【熱點題型】題型二胚胎移植和胚胎分割例2、近年來發展起來的胚胎工程技術為優良種畜的快速繁殖帶來了無限生機，如圖為經體外受精和胚胎分割移植培育優質奶牛的過程。下列說法正確的是()A．體外受精所需的成熟卵細胞可以從母體卵巢中直接獲取，但在受精前要對精子進行獲能處理B．進行胚胎分割時，應選擇發育到原腸胚時期的胚胎進行操作C．胚胎分割的方法只能用分割針在顯微鏡下將胚胎均等分割成若干份D．移植后的胚胎能在受體子宮中存活的生理基礎是受體子宮對外來胚胎幾乎不發生排斥反應【提分秘籍】1．胚胎移植(1)胚胎移植的實質早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移，而胚胎本身的遺傳物質并不發生改變，因此各種性狀能保持其原來的優良特性。(2)胚胎移植成功的保障(生理學基礎)第一，供、受體生殖器官的生理變化是相同的。第二，哺乳動物的早期胚胎形成后，在一定時間內不會與母體子宮建立組織上的聯系，而是處于游離狀態，這就為胚胎的收集提供了可能。第三，受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應，這為胚胎在受體內的存活提供了可能。第四，供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系，但移入受體的供體胚胎的遺傳特性，在孕育過程中不受任何影響。2．胚胎分割(1)理論基礎：細胞的全能性。(2)材料選擇：發育良好、形態正常的桑椹胚或囊胚。(3)囊胚期分割要求：將內細胞團均等分割，以免影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。(4)意義：加快繁殖速度，是動物無性繁殖或克隆的方法之一，其他克隆方法還有核移植。【誤區警示】1．胚胎移植的供體和受體必須是同種生物。2．同期發情處理用的是雌性激素，超數排卵處理用促性腺激素。3．試管動物的性別和性狀由父本、母本決定，而克隆動物的性別和性狀與核供體相同。【方法規律】(1)用促性腺激素處理供體母牛是為了引起超數排卵，在此之前也用激素對供體和受體牛進行同期發情處理，是為了使它們生理條件達到同步，使供體的胚胎移入受體母牛后有相同或相似的生存條件。(2)胚胎移植中的沖卵指的是將早期胚胎沖洗出來，而卵子的采集是從輸卵管中沖取卵子。【舉一反三】胚胎移植的基本程序如下圖(以牛胚胎移植為例)，請據圖回答：(1)對供體母牛、供體公牛的要求是________。(2)同期發情處理的方法是________，沖卵中的“卵”是指____________________________。(3)哺乳動物受精過程有下列中的________機制阻止多精子入卵受精(多選)。A．精子獲能具有差異性B．精子穿越卵子透明帶觸及卵黃膜，導致透明帶反應C．精子觸發卵黃膜表面微絨毛的抱合反應D．精子入卵后，觸發卵黃膜封閉作用(4)受精有關過程有：①第一次卵裂開始，②釋放第二極體，③頂體反應，④穿越透明帶，⑤雌、雄原核的形成，⑥核膜消失，雌、雄原核融合。其正確的順序為________(填序號)，受精的標志是__________________________。(5)若供體母牛具有許多優良性狀，可利用體細胞克隆技術加速遺傳改良進程，請回答下列有關問題：①目前核移植技術中普遍使用的去核方法是__________________________________________________________________________________。②用于核移植的供體細胞一般選用________代以內的細胞，原因是__________________________________。【解析】(1)胚胎移植的供體公、母牛必須是具優良遺傳性狀的同種牛。(2)胚胎移植首先要對供、受體母牛進行選擇，并用激素進行同期發情處理，一般注射促性腺激素。配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來。(3)透明帶反應是防止多個精子進入透明帶引起多精子受精的第一道屏障；卵黃膜的封閉作用是防止多精子入卵受精的第二道屏障。【熱點題型】題型三胚胎干細胞及其應用例3、如圖為經過體外受精和胚胎分割移植培育優質奶牛的過程，請回答下列問題：(1)A細胞是________，在進行體外受精前要對精子進行________處理。(2)進行胚胎分割時，應選擇發育到________時期的胚胎進行操作。(3)②指的是________。(4)通過胚胎分割產生的兩個或多個個體具有相同遺傳性狀的根本原因是______________________________。(5)在對囊胚階段的胚胎進行分割時，應注意_______。(6)受體母牛必須和供體牛屬于________。移植后的胚胎能在受體子宮中存活的生理基礎是________。【解析】本題考查胚胎工程的應用。將獲能精子與處于減數第二次分裂中期的次級卵母細胞融合即可得到受精卵，受精卵經過體外培養形成早期胚胎，為了快速繁育優良品種，可以采用胚胎分割的技術手段，即選擇發育良好形態正常的桑椹胚或囊胚進行分割，分割后產生的個體因為所含的遺傳物質相同，所以性狀表現很相似。在對囊胚階段的胚胎進行分割時，要注意將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。大量的研究已經證明，受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應，這為胚胎在受體內的存活提供了可能。【答案】(1)(次級)卵母細胞獲能(2)桑椹胚或囊胚(3)囊胚腔(4)具有相同的遺傳物質(5)胚胎分割要將內細胞團均等分割，以免影響分割后胚胎的恢復和進一步發育(6)同一物種受體子宮對外來胚胎不發生排斥反應【提分秘籍】1．概念：哺乳動物的胚胎干細胞簡稱ES或EK細胞，是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類具有發育的全能性的細胞。2．分離途徑3．應用ES細胞的分離和培養成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基礎生物學、畜牧學和醫學上都具有十分重要的應用價值。(1)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細胞可使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。(2)用于器官移植：通過ES細胞體外誘導分化，可以培育出人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。(3)ES細胞是在體外條件下研究細胞分化的理想材料，為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效的手段。(4)ES細胞可用于對哺乳動物個體發生和發育規律的研究。【誤區警示】(1)干細胞可分為全能干細胞、多能干細胞和專能干細胞，胚胎干細胞是全能干細胞。(2)ES細胞在飼養層細胞上，或在添加抑制因子的培養液中，能夠維持不分化的狀態；在培養液中加入分化誘導因子，如牛黃酸、丁酰環腺苷酸等化學物質時，就可以誘導ES細胞向不同類型的組織細胞分化。【舉一反三】下圖表示利用胚胎干細胞(ES細胞)所做的一系列研究，過程Ⅰ是將帶有遺傳標記的ES細胞注入早期胚胎的囊胚腔，通過組織化學染色，用于研究動物體器官形成的時間、發育過程以及影響的因素。過程Ⅱ是將目的基因導入胚胎干細胞的過程。下列有關敘述不正確的是()A．過程Ⅰ的研究利用了胚胎干細胞具有全能性的特點B．過程Ⅰ中，囊胚的后一個階段形成了內、中、外三個胚層及兩個囊胚腔C．過程Ⅱ中可用顯微注射法將目的基因導入胚胎干細胞D．過程Ⅱ中需要用到的工具有限制酶、DNA連接酶和運載體【高考風向標】1．（·江蘇卷）杜泊羊以其生長速度快、肉質好等優點，被稱為“鉆石級”肉用綿羊。科研工作者通過胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下圖所示，相關敘述正確的是()A．為了獲得更多的卵母細胞，需用雌激素對雌性杜泊羊進行處理B．從卵巢中采集的卵母細胞可直接與獲能的精子進行體外受精C．為避免代孕綿羊對植入胚胎產生排斥反應，應注射免疫抑制劑D．為了進一步擴大繁殖規模，可通過胚胎分割技術獲得同卵雙胎【答案】D【解析】胚胎工程中用促性腺激素來促使雌性個體超數排卵，A項錯誤。從卵巢中采集的卵母細胞為初級卵母細胞，需要培養至減數第二次分裂中期才能與獲能的精子進行受精，B項錯誤。胚胎學原理中母體對外來胚胎沒有排斥作用，故不需要注射免疫抑制劑，C項錯誤。胚胎分割產生的胚胎遺傳物質來源相同，分割產生的多個胚胎能用于擴大繁殖規模，如用胚胎分割技術獲得同卵雙胎，D項正確。2．（·山東卷）【生物——現代生物科技專題】人組織纖溶酶原激活物(htPA)是一種重要的藥用蛋白，可在轉htPA基因母羊的羊乳中獲得。流程如下：(1)htPA基因與載體用________切割后，通過DNA連接酶連接，以構建重組表達載體。檢測目的基因是否已插入受體細胞DNA，可采用____________技術。(2)為獲取更多的卵(母)細胞，要對供體母羊注射促性腺激素，使其________。采集的精子需要經過________，才具備受精能力。(3)將重組表達載體導入受精卵常用的方法是________。為了獲得母羊，移植前需對已成功轉入目的基因的胚胎進行________。利用胚胎分割和胚胎移植技術可獲得多個轉基因個體，這體現了早期胚胎細胞的________。(4)若在轉htPA基因母羊的羊乳中檢測到__________，說明目的基因成功表達。3．（·福建卷）[生物——現代生物科技專題）Rag2基因缺失小鼠不能產生成熟的淋巴細胞。科研人員利用胚胎干細胞(ES細胞)對Rag2基因缺失小鼠進行基因治療。其技術流程如圖：(1)步驟①中，在核移植前應去除卵母細胞的________。(2)步驟②中，重組胚胎培養到________期時，可從其內細胞團分離出ES細胞。(3)步驟③中，需要構建含有Rag2基因的表達載體。可以根據Rag2基因的__________設計引物，利用PCR技術擴增Rag2基因片段。用HindⅢ和PstⅠ限制酶分別在片段兩側進行酶切獲得Rag2基因片段。為將該片段直接連接到表達載體，所選擇的表達載體上應具有______________酶的酶切位點。(4)為檢測Rag2基因的表達情況，可提取治療后小鼠骨髓細胞的________，用抗Rag2蛋白的抗體進行雜交實驗。4．（·江蘇卷）下列關于蛙胚胎發育過程的敘述，正確的是()A．通過細胞分裂不斷增加細胞數量，并在一定時期發生細胞分化B．胚胎發育過程中細胞不斷分裂，但不發生凋亡C．隨著細胞分裂次數的增加，蛙胚的有機物總量不斷增加D．發育過程中蛙胚從環境中獲得的氧氣和營養物質逐漸增加【答案】A【解析】蛙受精卵經過細胞分裂形成早期胚胎，在早期胚胎發育過程中從囊胚期就開始出現分化，A項正確。胚胎發育過程中細胞不斷分裂，但是到一定時期部分細胞就不再分裂而分化為有特定形態、結構及功能的細胞，行使功能一段時間后就會衰老和凋亡，B項錯誤。在胚胎發育的早期，有機物在不斷分解為細胞分裂供能，所以有機物總量減少，C項錯誤。蛙胚胎發育過程中始終由卵黃提供營養，D項錯誤。5．（·福建卷）克隆豬成功率較低，與早期胚胎細胞的異常凋亡有關。Bcl－2基因是細胞凋亡抑制基因，用PCR技術可以檢測該基因轉錄水平，進而了解該基因與不同胚胎時期細胞凋亡的關系。克隆豬的培育及該基因轉錄水平檢測流程如圖所示。請回答：(1)圖中重組細胞的細胞核來自______細胞，早期胚胎移入受體子宮后繼續發育，經桑椹胚、囊胚和________胚最終發育為克隆豬。(2)在PCR過程中可檢測出cDNA中Bcl－2cDNA的分子數，進而計算總mRNA中Bcl－2mRNA的分子數，從而反映出Bcl－2基因的轉錄水平。①圖中X表示________過程。②從基因組數據庫中查詢Bcl－2mRNA的核苷酸序列，以便根據這一序列設計合成________用于PCR擴增，PCR過程第一輪循環的模板是______________。錄合成的Bcl－2cDNA。6.（·新課標全國卷Ⅰ）[生物——選修3：現代生物科技專題]閱讀如下資料：資料甲：科學家將牛生長激素基因導入小鼠受精卵中，得到了體型巨大的“超級小鼠”；科學家采用農桿菌轉化法培育出轉基因煙草。資料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性。科學家對編碼T4溶菌酶的基因進行了改造，使其表達的T4溶菌酶第3位的異亮氨酸變為半胱氨酸，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。資料丙：兔甲和兔乙是同一物種的兩個雌性個體，科學家將兔甲受精卵發育成的胚胎移植到兔乙體內，成功產出兔甲的后代，證實了同一物種的胚胎可在不同個體的體內發育。回答下列問題：(1)資料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達載體導入小鼠的受精卵中常用__________法。構建基因表達載體常用的工具酶是____________和____________。在培育有些轉基因植物時，常用農桿菌轉化法，農桿菌的作用是________________________________________________________________________。(2)資料乙中的技術屬于__________工程的范疇，該工程是指以分子生物學相關理論為基礎，通過基因修飾或基因合成，對__________進行改造，或制造一種__________的技術。在該實例中，引起T4溶菌酶空間結構改變的原因是組成該酶肽鏈的________序列發生了改變。(3)資料丙屬于胚胎工程的范疇。胚胎移植是指將獲得的早期胚胎移植到________種的、生理狀態相同的另一個雌性動物體內，使之繼續發育成新個體的技術。在資料丙的實例中，兔甲稱為__________體，兔乙稱為________體。(3)胚胎移植是將早期胚胎移植到同種且生理狀態相同的雌性動物體內，該雌性個體稱為受體，而提供胚胎的個體稱為供體。7.（·山東卷）科學家通過誘導黑鼠體細胞去分化獲得誘導性多能干細胞(iPS)，繼而利用iPS細胞培育出與黑鼠遺傳特性相同的克隆鼠。流程如下：(1)從黑鼠體內獲得體細胞后，對其進行的初次培養稱為________，培養的細胞在貼壁生長至鋪滿培養皿底時停止分裂，這種現象稱為________。(2)圖中2－細胞胚胎可用人工方法從灰鼠輸卵管內獲得，該過程稱為________；也可從灰鼠體內取出卵子，通過________后進行早期胚胎培養獲得。(3)圖中重組囊胚通過________技術移入白鼠子宮內繼續發育，暫不移入的胚胎可使用________方法保存。(4)小鼠胚胎干細胞(ES)可由囊胚的__________分離培養獲得。iPS與ES細胞同樣具有發育全能性，有望在對人類iPS細胞進行定向__________后用于疾病的細胞治療。【隨堂鞏固】1．下列有關哺乳動物精子和卵細胞的發生以及受精作用的敘述，正確的是()A．采集到的精子和卵細胞相遇即可發生受精作用B．排卵就是排出成熟卵細胞的過程C．卵細胞形成時的分裂過程均在卵巢內完成D．卵子受精完成的標志是在卵黃膜和透明帶之間觀察到兩個極體2．下圖表示通過體外受精培育牛的過程，下列敘述錯誤的是()A．獲取的精子經獲能后才能進行體外受精B．②過程只與細胞膜的流動性有關C．③過程的細胞增殖方式是有絲分裂D．④過程屬于胚胎移植過程3．下列關于試管動物技術的敘述，正確的是()A．運用該技術繁育后代的過程屬于無性生殖類型B．運用該技術繁育后代的過程屬于有性生殖類型C．試管動物技術是利用體細胞繁育后代的技術D．試管動物技術培育動物過程全部在體外進行解析：試管動物技術仍然屬于通過有性生殖繁育后代的技術，因為操作過程中仍然有兩性生殖細胞的結合過程，只不過是人工體外操作，獲得胚胎，然后再移植到生物體內發育成新個體。答案：B4．如圖為某哺乳動物生殖過程示意圖(b為卵細胞)。下列相關敘述中不正確的是()A．動物個體①②的產生分別屬于有性生殖和無性生殖B．動物個體②的產生表明，高度分化的動物細胞核也具有發育成完整個體的潛在能力C．按照動物個體②的產生方式，后代的性別比例仍為11，但這對于動物的進化則是不利的D．圖中a、b、c三種細胞的產生方式，僅c為有絲分裂5.生殖方式的變化是生物進化的重要內容。下面有關敘述不正確的是()A．有性生殖的出現，增加了生物的變異，加快了進化速度B．雙受精有利于種子貯存營養，這是被子植物占優勢的原因之一C．脊椎動物的胚胎發育中都有羊膜，說明其生殖過程沒有脫離水環境的限制D．胎生動物的卵細胞比卵生動物的小，胚胎發育的營養主要來自母體解析：羊膜是自爬行類動物開始出現的，羊膜的出現使爬行類、鳥類、哺乳類動物增強了對陸地環境的適應能力。雙受精形成的子葉或胚乳貯存營養物質。胎生動物胚胎發育的營養物質主要來自母體。答案：C6.高等哺乳動物受精后不久，受精卵開始進行細胞分裂。經桑椹胚、囊胚、原腸胚和組織器官的分化，最后發育成一個完整的幼體，完成胚胎發育的全過程。如圖為該過程中的某一時期示意圖，下列有關敘述錯誤的是()A．圖中①②③依次為透明帶、滋養層、內細胞團B．高等哺乳動物的細胞分化開始于圖示時期，終止于生命結束C．胚胎從①中伸展出來的過程叫做孵化D．進行胚胎分割時，應選擇圖示時期之后的胚胎進行7．胚胎分割要將內細胞團均等分割的原因是()A．以免影響胚胎的恢復和進一步發育B．保證遺傳物質的平均分配C．確保胚胎發育后期營養物質的供應D．防止分割而來的兩個體性狀差異大解析：在胚胎分割中要注意將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。答案：A8．下面對牛的胚胎移植過程中的描述，不正確的是()A．對供體和受體使用激素進行同期發情處理B．使用促性腺激素對供體進行超數排卵處理C．沖卵是指從供體母牛子宮中沖洗出受精卵D．通過胚胎檢查，發育到囊胚或桑椹胚才可移植解析：沖卵是收集胚胎的一個環節，是把供體母牛子宮內的早期胚胎沖洗出來。答案：C9.下列說法中不正確的是()A．利用干細胞治療某些頑疾，是因為干細胞具有再生各種組織、器官的潛能B．在功能上，胚胎干細胞具有發育的全能性C．用骨髓移植法治療白血病的優點之一是不發生排斥反應D．異體骨髓移植成功后，康復者的血型有可能發生改變10．試管嬰兒之父——愛德華茲因體外受精技術獲得年諾貝爾生理學或醫學獎。體外受精技術又稱試管嬰兒技術，包括超數排卵、取卵、體外受精、胚胎培養、胚胎移植等相關技術。下列有關敘述，不正確的是()A．使用一定的激素才能實現超數排卵B．采集的卵母細胞經培養后才能完成受精C．卵母細胞達到減數第二次分裂中期時，才具備受精能力D．受精卵需要導入抗病毒基因才能正常發育11．下圖是利用胚胎工程技術培育優質奶牛的主要步驟。下列敘述正確的是()A．胚胎移植可以定向改造動物遺傳性狀，③需移植到發情的母牛子宮內發育B.A細胞不一定是受精卵細胞C．①②兩個胚胎具有不同遺傳物質D．圖中a過程包括卵裂、囊胚和原腸胚等階段12．下列關于胚胎工程的敘述，正確的是()A．胚胎分割時需將原腸胚的內細胞團均等分割B．試管牛的培育過程屬于克隆技術C．超數排卵技術要使用一定的激素如性激素、孕激素等D．胚胎移植實際上是生產胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程13．下圖為哺乳動物胚胎分割和性別鑒定示意圖。請據圖回答：(1)胚胎分割時，一般采用發育良好、形態正常的______。對胚胎進行分割時，要特別注意將________均等分割，否則會影響分割后的胚胎恢復和進一步發育。來自同一胚胎分割產生的后代具有相同的遺傳物質，因此，胚胎分割可以看作動物________的方法之一。(2)①過程分割出的少量胚體細胞用來做性別鑒定，該技術常采用的方法是___________________________________。(3)通常胚胎干細胞可以從________________________(寫出兩種方法)中分離得到。(4)早期胚胎中的胚胎干細胞，不僅可以被應用于哺乳動物胚胎性別鑒定，還可被應用于_____________________等領域。14．請回答下列有關細胞工程和胚胎工程的問題：一對健康夫婦生下一男孩，一歲時因腦出血死亡，兩年后女方懷孕6個月時，經羊水及臍帶血診斷為男孩且患血友病，遂引產。于是夫婦倆到廣州中山醫大附屬醫院做試管嬰兒。醫生培養7個活體胚胎，抽取每個胚胎1～2個細胞檢查后，選2個胚胎移