胚胎工程（二）技術(shù)手段 知識講解及典型題例

胚胎工程（二）技術(shù)手段【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、簡述哺乳動物體外受精技術(shù)的主要操作步驟。2、簡述哺乳動物胚胎的早期培養(yǎng)方法。3、舉例說出胚胎移植和胚胎分割。4、關(guān)注胚胎工程的研究進(jìn)展和應(yīng)用價值?！疽c梳理】要點一、體外受精1．原理人工模擬體內(nèi)環(huán)境（包括營養(yǎng)、溫度、PH等），使初級卵母細(xì)胞成熟和精子獲能，最終完成受精和胚胎保存。哺乳動物體外受精主要包括卵母細(xì)胞的采集、精子的獲取和受精等主要步驟。2.卵母細(xì)胞的采集采集方法適用范圍舉例采集過程輸卵管沖取法實驗動物小鼠、兔、豬、羊等用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，從輸卵管沖取卵子已屠宰動物卵巢內(nèi)采集大型動物或大家畜牛從已屠宰的雌性動物體內(nèi)摘取卵巢，再從卵巢中采集卵母細(xì)胞活體采卵大型動物或大家畜牛借助超聲波探測儀、內(nèi)窺鏡或腹腔鏡等工具直接從活體動物卵巢中采集卵母細(xì)胞3.精子采集和獲能（1）收集精子的方法：假陰道法、手握法和電刺激法要點詮釋①假陰道法是用特制的假陰道，滿足雄性動物交配時對壓力、溫度和潤滑度的要求。同時要配備有與采精動物相適應(yīng)的臺畜，訓(xùn)練動物爬跨臺畜，借假陰道收集精液。②手握法是通過徒手或戴乳膠手套的手，直接把握雄性動物陰莖，施以適當(dāng)壓力和刺激引起射精，并收集富含精子的精液。③電刺激法是采用特制的電極伸入動物的直腸，直接刺激位于腰薦部的射精中樞神經(jīng)，引起射精，此方法多用于野生或某些經(jīng)濟(jì)動物。（2）精子獲能的處理方法：在體外受精前，必須先對精子進(jìn)行獲能處理，誘導(dǎo)方法有：獲能方法概念適用動物培養(yǎng)法將取自附睪的精子放人人工配制的獲能液中培養(yǎng)一段時間嚙齒動物、家兔和豬等化學(xué)誘導(dǎo)法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(xué)藥物誘導(dǎo)精子獲能牛、羊等家畜4.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?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫^程。要點二、胚胎的早期培養(yǎng)早期胚胎一般指可用于移植的胚胎，在原腸胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的階段。（1）培養(yǎng)的目的：檢測受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。（2）胚胎早期培養(yǎng)液成分與動物細(xì)胞培養(yǎng)液成分基本相同，除無機(jī)鹽、營養(yǎng)成分和調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還需要血清、抗生素等，兩者都是液體培養(yǎng)基。植物組織培養(yǎng)則為固體培養(yǎng)基，其中加入瓊脂，所需植物激素主要是生長素和細(xì)胞分裂素兩大類。（3）移植方式：當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時，冷凍保存或移植到受體動物子宮內(nèi)培養(yǎng)。（4）試管動物生產(chǎn)流程：要點三、胚胎移植1.胚胎移植的概念（1）胚胎移植的概念：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(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。要點詮釋：①胚胎供體：①雌性動物體內(nèi)早期胚胎。②通過體外受精和早期胚胎的培養(yǎng)得到。③通過哺乳動物體細(xì)胞核移植及培養(yǎng)而得到。②胚胎受體的條件：①同一物種。②與供體處于相同的生理狀態(tài)。③雌性動物。③移植方法：手術(shù)法和非手術(shù)法。④重要性：是胚胎工程技術(shù)的最后一道“工序”。⑤實質(zhì)：是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。藥物誘發(fā)排卵監(jiān)測卵泡取卵取精藥物誘發(fā)排卵監(jiān)測卵泡取卵取精體外受精受精卵胚胎體外培養(yǎng)（3~5天）胚胎移植，補充激素胚胎著床、妊娠胎兒發(fā)育床、妊娠3.胚胎移植的條件及意義（1）胚胎移植成功與否的兩個重要條件①同種動物之間進(jìn)行胚胎移植易于成功。這里的“同種”是指“同物種”。②供、受體生理狀態(tài)要相同，為此必須做到：a．供、受體母動物的發(fā)情時間一致；b．移入受體子宮胚胎的位置應(yīng)該與其在供體內(nèi)的位置相同或相似。（2）胚胎移植的意義①加速育種工作和品種改良。②大量節(jié)省購買種畜的費用。③一胎多產(chǎn)。④保存品種資源和瀕危物種。⑤可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。a．大大縮短了供體本身的繁殖周期。b．增加供體一生繁殖后代的數(shù)量。4．胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)（1）供體與受體相同的生理環(huán)境哺乳動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時間內(nèi)，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的，這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境。（2）早期胚胎處于游離狀態(tài)哺乳動物的早期胚胎形成后，在一定時間內(nèi)不會與母體子宮建立組織上的聯(lián)系，而是處于游離狀態(tài)，這就為胚胎的收集提供了可能。（3）受體對外來胚胎的認(rèn)可大量的研究已經(jīng)證明，受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，這為胚胎在受體內(nèi)的存活提供了可能。（4）供體胚胎與受體正常聯(lián)系的建立供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，且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。5．胚胎移植的基本程序（以牛為例）（1）對供、受體母牛進(jìn)行選擇，并用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理。（2）用激素對供體母牛做超數(shù)排卵處理。（3）超數(shù)排卵的母牛發(fā)情后，選擇同種優(yōu)秀的公牛進(jìn)行配種或人工授精。（4）胚胎的收集：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(nèi)的胚胎沖洗出來（也叫沖卵）。（5）沖卵后，對胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查。這時的胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段。（6）將收集的胚胎直接向受體移植或放入－196℃的液氮中保存。（7）胚胎的移植：①手術(shù)法：引出受體子宮和卵巢，將胚胎注入子宮角，縫合創(chuàng)口。②非手術(shù)法：將裝有胚胎的移植管送入受體母牛子宮的相應(yīng)部位，注入胚胎。（8）對受體母牛進(jìn)行是否妊娠的檢查。（9）受體母牛產(chǎn)下胚胎移植的犢牛。要點三、胚胎分割和胚胎干細(xì)胞1．胚胎分割技術(shù)（1）概念：采用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。（2）理論基礎(chǔ)及物質(zhì)基礎(chǔ)：①理論基礎(chǔ)：細(xì)胞的全能性。②物質(zhì)基礎(chǔ)：每個細(xì)胞核內(nèi)具有相同的遺傳物質(zhì)。③特點：每個后代具有相同的遺傳特性。（3）胚胎的選擇：發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。（4）基本操作程序：①將發(fā)育良好的胚胎移人含有培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中，在顯微操作下用分割針或分割刀片將胚胎分割，或采用胰蛋白酶處理等方式將卵裂中的細(xì)胞分散。②將分割的胚胎或細(xì)胞直接移植給受體，或在體外培養(yǎng)到囊胚期再移植給受體，著床發(fā)育產(chǎn)仔。2．胚胎干細(xì)胞（1）干細(xì)胞的類型類別來源或舉例特點全能干細(xì)胞桑椹胚或囊胚及以前的細(xì)胞能發(fā)育成完整個體多能干細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞）內(nèi)細(xì)胞團(tuán)、原始性腺細(xì)胞能分化出動物體內(nèi)的任何組織專能干細(xì)胞（成體干細(xì)胞）骨髓干細(xì)胞、皮膚生發(fā)成層細(xì)胞能分化出特定的組織（2）胚胎干細(xì)胞的概念：哺乳動物的胚胎干細(xì)胞簡稱ES或EK細(xì)胞，來源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來。（3）胚胎干細(xì)胞的特點：①形態(tài)：表現(xiàn)為體積小，細(xì)胞核大，核仁明顯。②功能：具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細(xì)胞。③在體外培養(yǎng)的條件下，可以增殖而不發(fā)生分化，可進(jìn)行冷凍保存，也可進(jìn)行遺傳改造。（4）培養(yǎng)過程（5）胚胎干細(xì)胞的主要用途①可用于研究哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律。②是在體外條件下研究細(xì)胞分化的理想材料，在培養(yǎng)液中加入分化誘導(dǎo)因子，如牛黃酸等化學(xué)物質(zhì)時，就可以誘導(dǎo)ES細(xì)胞向不同類型的組織細(xì)胞分化，這為揭示細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡的機(jī)理提供了有效的手段。③可以用于治療人類的某些頑疾，如帕金森綜合征、少年糖尿病等。④利用可以被誘導(dǎo)分化形成新的組織細(xì)胞的特性，移植ES細(xì)胞可使壞死或退化的部位得以修復(fù)并恢復(fù)正常功能。⑤隨著組織工程技術(shù)的發(fā)展，通過ES細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化，定向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。【典型例題】類型一：體外受精例1、下列關(guān)于卵細(xì)胞采集的敘述不正確的是（）A.有些動物在采集時要用促性腺激素處理B.從輸卵管中取出的卵子，可直接與獲能的精子在體內(nèi)外受精C.對有些動物可以直接從活體卵巢中吸取卵母細(xì)胞D.采集的卵母細(xì)胞，也可以直接與獲能的精子在體外受精【答案】D【解析】采集的卵母細(xì)胞，需經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，（進(jìn)行受精的卵細(xì)胞必須培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期），才能與獲能的精子完成受精作用?！军c評】本題考查體外受精的關(guān)鍵步驟?！九e一反三】：【變式一】下列哪項不是人工授精和體外受精的區(qū)別（）A.人工授精能更有效地發(fā)揮公畜的優(yōu)良特性B.體外受精能更有效地發(fā)揮母畜的繁殖潛能C.人工授精和體外受精的本質(zhì)不同D.人工受精的精卵結(jié)合在母畜體內(nèi)，而體外受精這一過程在母畜體外【答案】C【解析】人工授精是用人工的方法，使公畜的精液注入母體生殖道內(nèi)，使精卵細(xì)胞結(jié)合；體外受精是將人工獲得的精子和卵細(xì)胞在體外完成受精。這兩者的本質(zhì)都是兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合，只不過是在體內(nèi)完成，后者是在體外。類型二：胚胎移植例2、下列有關(guān)動物胚胎移植的敘述，錯誤的是（）A.受孕母畜體內(nèi)的受精卵或胚胎均能移植B.受體母畜必須處于與供體母畜同期發(fā)情的狀態(tài)C.超數(shù)排卵技術(shù)要使用一定的激素D.胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛能【答案】A【解析】胚胎移植所用的胚胎是指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，而不是受精卵。為了使胚胎移植能夠成功，要給供、受體注射相關(guān)的激素，使它們同期發(fā)情，為胚胎移植能夠提供相同的生理環(huán)境。通過注射促性腺激素可以使供體母牛超數(shù)排卵，提供更多的胚胎。胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良的繁殖潛力?！军c評】本題考查胚胎移植的相關(guān)知識。【舉一反三】：【變式】（2015廣東重點高中月考）下列對哺乳動物體細(xì)胞核移植技術(shù)的描述不正確的是（）A．該技術(shù)的難度明顯高于胚胎細(xì)胞核移植B．通常采用減數(shù)第二次分裂期卵母細(xì)胞作為受體細(xì)胞C．可通過顯微操作法除去卵母細(xì)胞核D．克隆動物是對提供體細(xì)胞的動物進(jìn)行了完全的復(fù)制【答案】D【解析】解：A、體細(xì)胞的全能性低于胚胎細(xì)胞，所以哺乳動物體細(xì)胞核移植的難度明顯高于胚胎細(xì)胞核移植，故A正確；B、減數(shù)第二次分裂中期的卵母細(xì)胞已經(jīng)成熟，可以作為受體細(xì)胞，故B正確；C、去除卵母細(xì)胞核時，可采用顯微操作法，故C正確；D、克隆動物的核基因完全來自供體動物，而細(xì)胞質(zhì)基因來自受體細(xì)胞，因此克隆動物不是對提供體細(xì)胞的動物進(jìn)行了完全復(fù)制，故D錯誤．例3、(2015山東重點高中期末)下列關(guān)于利用胚胎工程技術(shù)繁殖優(yōu)質(zhì)奶羊的敘述．錯誤的是()A．對受體母羊與供體母羊進(jìn)行同期發(fā)情處理B．人工授精后的一定時間內(nèi)，收集供體原腸胚用于胚胎分割C．利用胚胎分剖技術(shù)可以獲得兩個基因型完全相同的胚胎D．一次給受體母羊植入多個胚胎．可增加雙胞胎和多胞胎的比例【答案】B．【解析】解：A、在進(jìn)行胚胎移植時需要對受體母羊與供體母羊進(jìn)行同期發(fā)情處理，使它們屬于相同的生理狀態(tài)，故A正確；B、胚胎分割應(yīng)該取形態(tài)正常、發(fā)育良好的桑椹胚或囊胚進(jìn)行，故B錯誤；C、胚胎分割技術(shù)屬于無性繁殖技術(shù)，可以保持親本的優(yōu)良性狀，故C正確；D、胚胎移植可提高優(yōu)良種畜的繁殖率，故D正確．【點評】本題著重考查了關(guān)于利用胚胎工程技術(shù)繁殖優(yōu)質(zhì)奶羊的知識，屬于對識記、理解層次的考查．【舉一反三】：【變式】下列各項中與“試管嬰兒”的培育有關(guān)的是（）①體外受精②體內(nèi)受精③主要在體外發(fā)育④主要在體內(nèi)發(fā)育⑤運用基因工程技術(shù)⑥運用胚胎工程技術(shù)A.①③⑥B.②③⑥C.①④⑥D(zhuǎn).①④⑤【答案】C【解析】試管嬰兒是體外受精后，培育成早期胚胎后移植回母體子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育。受精卵在試管內(nèi)發(fā)育的時間很短，主要是體內(nèi)發(fā)育。“試管嬰兒”屬于胚胎工程技術(shù)的應(yīng)用。類型三：胚胎干細(xì)胞例4、下列對“人類胚胎干細(xì)胞”這一概念的理解，正確的是（）A.人類胚胎干細(xì)胞是人類胚胎發(fā)育早期囊胚外表的扁平腦細(xì)胞和囊胚內(nèi)側(cè)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)B.人類胚胎干細(xì)胞就是人類胚胎發(fā)育早期囊胚腔內(nèi)側(cè)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)C.人類胚胎干細(xì)胞是人類囊胚中可發(fā)育成胎盤、肝、肺、骨骼、皮膚等的全能性細(xì)胞D.人類胚胎干細(xì)胞體積較小、細(xì)胞核小、核仁明顯【答案】B【解析】人類胚胎干細(xì)胞是人類胚胎發(fā)育早期——囊胚中未分化的細(xì)胞。囊胚外表是一層扁平細(xì)胞，可發(fā)育成胚胎的支持組織如胎盤等：中心的腔稱囊胚腔，腔內(nèi)側(cè)有內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)在形成內(nèi)、中、外三個胚層時開始分化，內(nèi)胚層分化形成肝、肺和腸等。中胚層分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚層分化成皮膚、眼睛和神經(jīng)系統(tǒng)等。由于內(nèi)細(xì)胞能發(fā)育成完整的個體，因而這些細(xì)胞被認(rèn)為具有全能性。人類胚胎干細(xì)胞體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯?！窘馕觥勘绢}考查胚胎干細(xì)胞的概念，需要同學(xué)們深入理解其特點。【舉一反三】：【變式】以下