胚胎工程（二）技術(shù)手段 知識(shí)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(jiǎn)述哺乳動(dòng)物體外受精技術(shù)的主要操作步驟。2、簡(jiǎn)述哺乳動(dòng)物胚胎的早期培養(yǎng)方法。3、舉例說(shuō)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(jià)值?！疽c(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、體外受精1．原理人工模擬體內(nèi)環(huán)境（包括營(yíng)養(yǎng)、溫度、PH等），使初級(jí)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(dòng)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(guò)程輸卵管沖取法實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(dòng)物卵巢內(nèi)采集大型動(dòng)物或大家畜牛從已屠宰的雌性動(dòng)物體內(nèi)摘取卵巢，再?gòu)穆殉仓胁杉涯讣?xì)胞活體采卵大型動(dòng)物或大家畜牛借助超聲波探測(cè)儀、內(nèi)窺鏡或腹腔鏡等工具直接從活體動(dòng)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(diǎn)詮釋①假陰道法是用特制的假陰道，滿(mǎn)足雄性動(dòng)物交配時(shí)對(duì)壓力、溫度和潤(rùn)滑度的要求。同時(shí)要配備有與采精動(dòng)物相適應(yīng)的臺(tái)畜，訓(xùn)練動(dòng)物爬跨臺(tái)畜，借假陰道收集精液。②手握法是通過(guò)徒手或戴乳膠手套的手，直接把握雄性動(dòng)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(dòng)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(dòng)物。（2）精子獲能的處理方法：在體外受精前，必須先對(duì)精子進(jìn)行獲能處理，誘導(dǎo)方法有：獲能方法概念適用動(dòng)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(shí)間嚙齒動(dòng)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^(guò)程。要點(diǎn)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(cè)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(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液成分基本相同，除無(wú)機(jī)鹽、營(yíng)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(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素兩大類(lèi)。（3）移植方式：當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時(shí)，冷凍保存或移植到受體動(dòng)物子宮內(nèi)培養(yǎng)。（4）試管動(dòng)物生產(chǎn)流程：要點(diǎn)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(dòng)物的早期胚胎，或者通過(guò)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(dòng)物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。要點(diǎn)詮釋?zhuān)孩倥咛スw：①雌性動(dòng)物體內(nèi)早期胚胎。②通過(guò)體外受精和早期胚胎的培養(yǎng)得到。③通過(guò)哺乳動(dòng)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(dòng)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(shí)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(guò)程。藥物誘發(fā)排卵監(jiān)測(cè)卵泡取卵取精藥物誘發(fā)排卵監(jiān)測(cè)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(bǔ)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(gè)重要條件①同種動(dòng)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(dòng)物的發(fā)情時(shí)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(gòu)買(mǎi)種畜的費(fèi)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?xún)?yōu)良個(gè)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(dòng)物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時(shí)間內(nèi)，同種動(dòng)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(dòng)物的早期胚胎形成后，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)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(duì)外來(lái)胚胎的認(rèn)可大量的研究已經(jīng)證明，受體對(duì)移入子宮的外來(lái)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(guò)程中不受任何影響。5．胚胎移植的基本程序（以牛為例）（1）對(duì)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(duì)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(lái)（也叫沖卵）。（5）沖卵后，對(duì)胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查。這時(shí)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(duì)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(diǎn)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(gè)細(xì)胞核內(nèi)具有相同的遺傳物質(zhì)。③特點(diǎn)：每個(gè)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(lèi)型類(lèi)別來(lái)源或舉例特點(diǎn)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(gè)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(dòng)物體內(nèi)的任何組織專(zhuān)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(dòng)物的胚胎干細(xì)胞簡(jiǎn)稱(chēng)ES或EK細(xì)胞，來(lái)源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來(lái)。（3）胚胎干細(xì)胞的特點(diǎn)：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(dòng)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(guò)程（5）胚胎干細(xì)胞的主要用途①可用于研究哺乳動(dòng)物個(gè)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(shí)，就可以誘導(dǎo)ES細(xì)胞向不同類(lèi)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(lèi)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(guò)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(wèn)題?！镜湫屠}】類(lèi)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(dòng)物在采集時(shí)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(duì)有些動(dòng)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(diǎn)評(píng)】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(xiàng)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(guò)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(guò)是在體內(nèi)完成，后者是在體外。類(lèi)型二：胚胎移植例2、下列有關(guān)動(dòng)物胚胎移植的敘述，錯(cuò)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?xún)?yōu)良個(gè)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(dòng)物的早期胚胎，或者通過(guò)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(guò)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?xún)?yōu)良的繁殖潛力?！军c(diǎn)評(píng)】本題考查胚胎移植的相關(guān)知識(shí)。【舉一反三】：【變式】（2015廣東重點(diǎn)高中月考）下列對(duì)哺乳動(dòng)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(guò)顯微操作法除去卵母細(xì)胞核D．克隆動(dòng)物是對(duì)提供體細(xì)胞的動(dòng)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(dòng)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(shí)，可采用顯微操作法，故C正確；D、克隆動(dòng)物的核基因完全來(lái)自供體動(dòng)物，而細(xì)胞質(zhì)基因來(lái)自受體細(xì)胞，因此克隆動(dòng)物不是對(duì)提供體細(xì)胞的動(dòng)物進(jìn)行了完全復(fù)制，故D錯(cuò)誤．例3、(2015山東重點(diǎn)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(cuò)誤的是()A．對(duì)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(shí)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(gè)基因型完全相同的胚胎D．一次給受體母羊植入多個(gè)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(shí)需要對(duì)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(cuò)誤；C、胚胎分割技術(shù)屬于無(wú)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(diǎn)評(píng)】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(shí)，屬于對(duì)識(shí)記、理解層次的考查．【舉一反三】：【變式】下列各項(xiàng)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(yùn)用基因工程技術(shù)⑥運(yùn)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(shí)間很短，主要是體內(nèi)發(fā)育?！霸嚬軏雰骸睂儆谂咛スこ碳夹g(shù)的應(yīng)用。類(lèi)型三：胚胎干細(xì)胞例4、下列對(duì)“人類(lèi)胚胎干細(xì)胞”這一概念的理解，正確的是（）A.人類(lèi)胚胎干細(xì)胞是人類(lèi)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(lèi)胚胎干細(xì)胞就是人類(lèi)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(lèi)胚胎干細(xì)胞是人類(lèi)囊胚中可發(fā)育成胎盤(pán)、肝、肺、骨骼、皮膚等的全能性細(xì)胞D.人類(lèi)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(lèi)胚胎干細(xì)胞是人類(lèi)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(pán)等：中心的腔稱(chēng)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(gè)胚層時(shí)開(kāi)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(gè)體，因而這些細(xì)胞被認(rèn)為具有全能性。人類(lèi)胚胎干細(xì)胞體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯。【解析】本題考查胚胎干細(xì)胞的概念，需要同學(xué)們深入理解其特點(diǎn)?！九e一反三】：【變式】以下