胚胎工程

专题三、胚胎工程

胚胎工程：是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。

（一）体内受精和早期胚胎发育

1、精子的发生

场所：睾丸（精巢） 时间：初情期  生殖机能衰退

 许多精原细胞，部分形成初级精母细胞  阶段：精原细胞 成熟的精子 次级精母细胞  精细胞 变形：细胞核精子头的主要部分 高尔基体顶体 中心体尾 线粒体鞘 其它物质原生质滴脱落

精子的外形：似蝌蚪，分头，颈，尾三部分。精子的大小与动物的体型大小无关。 2、卵子的发生

减数第二次分裂变形有丝分裂减数第一次分裂场所：卵巢 时间：性别分化以后（胎儿期）

减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的，其结果产生一个次级卵母细胞和第一极体，进入输卵管，准备与精子受精（不同的动物排卵的时间不同）。意思是排出的卵细胞是次级卵母细胞，不是成熟细胞。

减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的，当卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精，这是判断卵子是否受精的重要标志。 3、受精：精子获能（在雌性动物生殖道内）；

卵子的准备（排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减二中期才具备受精能力）；

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受精阶段[卵子周围的结构由外到内：放射冠、透明带、卵黄膜] a顶体反应：精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质，穿越放射冠。

b透明带反应：顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障]；

c卵黄膜的封闭作用：精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵后，

卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程[它是防止多精子入卵受精的第二道屏障]；精子尾部脱落，原有核膜破裂形成雄原核，同时卵子完成减二分裂，排出第二极体，形成雌原核[注意：受精标志是第二极体的形成；受精完成标志是雌雄原核融合成合子]。

4、胚胎发育：

a卵裂期：细胞进行有丝分裂，数量增加，胚胎总体积不增加；

b桑椹胚：32个细胞左右的胚胎[之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞]； c囊胚：细胞开始分化，其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织；而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘；胚胎内部逐渐出现囊胚腔[注：囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化]；

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d原肠胚：内细胞团表层形成外胚层，下方细胞形成内胚层，由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。[细胞分化在胚胎期达到最大限度]

习题：1.在精子的变形过程中，演变为尾的结构是 （ ）

A、高尔基体 B、细胞核 C、内质网 D、中心体 2.精子变形时，线粒体集中在尾的基部的原因解释是（ ）

A、释放顶体酶发生透明带反应 B、产生能量促进精子运动 C、有利于质基因进入受精卵 D、受细胞核的挤压形成 3、排卵是指（ ）

A．卵泡从卵巢中排出 B．卵子从卵泡中排出 C．卵子从卵巢中排出 D．卵子从输卵管中排出 4、下列不是精子、卵子发生的区别的是( )

A.初级精母、卵母细胞的形成时间 B.MⅠ和MⅡ的时间连续性

C.成熟生殖细胞是否经过变形 D.成熟生殖细胞中染色体的数量 5、受精过程的顺序为

①第一次卵裂开始 ②释放第二极体 ③顶体反应④穿越透明带 ⑤雌、雄原核的形成 ⑥核膜消失，雌、雄原核融合

A．①②③④⑤⑥ B．③②④⑤⑥① C．④⑤②①③⑥ D．③④②⑤⑥① 6、受精作用完成的标志是

A．释放第二极体 B．雌、雄原核形成 C．两原核融合形成合子 D．第一次卵裂

7、下列关于人体的胚胎发育过程的说法中，不正确的是（ ） A．整个胚胎发育过程可以分为3个阶段 B．内胚层和外胚层都是由胚盘发育而来的 C．胚胎期发育结束时，各器官原基都已经形成 D．受精卵到了子宫以后开始进行分裂，形成细胞团

8、 每一物种都可保持本物种染色体数目的稳定，在动物受精作用的过程中，有一系列的机制保证一个精子与一个卵细胞结合，而防止多个精子与卵细胞结合，从而保证本物种染色体数目的稳定。下列哪些生理作用可防止多个精子与卵细胞结合( )

①精子变形，细胞核物质集中在精子头部 ②精子获能 ③顶体反应 ④透明带反应 ⑤卵黄膜封闭作用

A.①② B.①③ C.③⑤ D.④⑤

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（二）体外受精和早期胚胎培养

1、体外受精

(1)卵母细胞的采集和培养：主要方法：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精（体型小的动物）。第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞（体型大的动物）；第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。 (2) 精子的采集和获能：

精子的采集方法：假阴道法、手握法、电刺激法 在体外受精前，要对精子进行获能处理。

体外获能方法：培养法（人工配制的获能液）→啮齿动物、兔、猪等、化学诱导法（肝素、钙离子载体A23187）→牛、羊等精子

(3) 受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。

2、胚胎的早期培养

精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚

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阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植，人的体外受精胚胎可在8-16个细胞阶段移植。)

习题：1、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生物技术 D．体外受精技术可用于研究动物生殖细胞的发生机制 2、试管婴儿所采用的技术是

①胚胎移植 ②基因工程 ③细胞工程 ④体外受精 ⑤克隆技术 A．①④ B．②④ C．①③ D．①⑤ 3、下列有关受精作用的叙述错误的一项是

A．受精卵中全部遗传物质来自父母双方的各占一平 B．受精时，精子和卵细胞双方的细胞核相互融合 C．受精卵中染色体数与本物种体细胞染色体数相同 D．受精卵中染色体来自父母双方的各占一半

4、下列各组物质组成不全部属于哺乳动物胚胎的培养液成分的是 A．氨基酸、核苷酸、无机盐、激素 B．血清、激素、维生素、有机盐 C．核苷酸、维生素、血清、无机盐 D．有机盐、维生素、氨基酸、生长素 5、“多利”羊的培育过程简单地说是：从母羊乳腺细胞中提取细胞核，放人去核的卵细胞中，在试管中发育成胚胎后，再移植到另一只母羊的子宫内，这种繁殖方式应属于 A．无性繁殖 B．有性繁殖

C．先无性繁殖，再有性繁殖 D．先有性繁殖，再无性繁殖 6、下列生物的繁殖方式属于分裂生殖的是

A．草履虫能缢裂为二，每半发育成一个新个体 B．酵母菌长出芽体后断裂成两个个体

C．将胡萝卜一分为二，每半能发育成一新植株

D．将牛的受精卵进行体外培养，能分裂出若干卵裂块，每个卵裂块均可借腹发育成牛犊 7、采取精子的方法是（ ）

A．假阴道法 B. 手握法 C. 筒握法 D. 电刺激法 8、精子和卵子在体外受精后，应将受精卵移入（ ）

A. 受体动物体内 B. 培养箱 C. 发育培养液 D. 冷库冷藏

（三）胚胎移植

1、胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”。（供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。）

地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。

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2、 胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。

3、 生理学基础：①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。

②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。

③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。 ④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。

4、基本程序主要包括：

①对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。 ②配种或人工授精。

③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入－196℃的液氮中保存。 ④对胚胎进行移植。

⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。 习题：1、胚胎工程的最终技术环节是

A．细胞融合 B体外受精 C．胚胎移植 D．胚胎分割

2、为胚胎在受体内的存活提供了可能的原因有 （ ） A.同种动物的供体、受体生殖器官的生理变化是相同的 B.早期胚胎在母体子宫内处于游离状态

C.供体胚胎可与受体子宫建立正常生理和组织联系 D.受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应

3、在动物胚胎发育过程中，早期原肠胚的细胞从一个部位移植到另一部位时，被移植的细胞能适应新的部位并参与那里的器官形成，但如果在原肠胚的末期，把未来发育为蝾螈后肢的部分移植到另一蝾螈胚胎不长后肢的部分，将发育为一条额外的腿，这说明（ ） A.原肠胚末期已出现了组织分化和器官的形成 B.细胞是全能的 C.原肠胚末期出现了细胞分化 D.原肠胚已出现了三个胚层

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4、下列各种技术中，不都属于胚胎工程技术的是 ( ) A．体外受精技术、治疗性克隆技术 B．胚胎冷冻技术、胚胎移植技术 C．胚胎分割技术、性别控制技术 D．性别控制技术、动物细胞培养技术

（四）胚胎分割

1、概念：是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。

2、意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖。

3、材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。）

4、操作过程：选择良好的桑椹胚或囊胚移入培养皿中，用分割针或分割刀片将其切开，吸出其中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体。[注意：内细胞团要均等分割，否则会影响胚胎的恢复和进一步发育]

例题：1、下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是 ( )

A．胚胎移植可以定向改造动物遗传性状，③需移植到发情的母牛子宫内发育 B．A细胞不一定是受精卵细胞 C．①②两个胚胎具有不同遗传物质

D．图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段

2、英国科学家维尔穆特首次用羊的体细胞（乳腺细胞）成功地培育出一只小母羊，取名“多利”，这一方法被称之为“克隆”，以下四项中与此方法在本质上最相近的是 A．将兔的早期胚胎分割后，分别植入两只母兔的子宫内，并最终发育成两只一样的兔子 B．将人的抗病毒基因嫁接到烟草DNA分子上，培育出具有抗病毒能力的烟草新品种 C．将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞

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D．将人的精子与卵细胞在体外受精，待受精卵在试管内发育到囊胚期时，再植入女性子宫内发育成“试管婴儿”

3、下图为胚胎移植的基本程序、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：

（图甲）

（图乙）

（1）超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射 。冲卵实质上是用特定装置，将供体母牛子宫内的 冲洗出来。

（2）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

（3）图甲中标号3为 ，它将来可发育为 。

（4）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? 。通过胚胎分割产生的两个或多个个体共有的根本特点是 （5）图乙中A细胞是 ，在进行体外受精前要对精子进行 处理。 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黄膜，导致透明带反应 C．精子触发卵黄膜表面微绒毛的抱合反应 D．精子入卵后，触发卵黄膜封闭作用 （6）在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意 。 （7）受体母牛必须和供体牛属于 。移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是 。

（五）胚胎干细胞

1、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。 2、具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。

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3、胚胎干细胞的主要用途是：①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等；④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能；⑤随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。 习题：1、关于ES细胞的应用叙述错误的是

A.可以用于治疗由于细胞坏死，退化或功能异常引起的疾病 B.在体外诱导分化可培育出人造组织器官 C. 是研究体外细胞分化的理想材料 D.不能用于治疗糖尿病、肝衰竭等疾病

2、科学家研究发现，从怀孕妇女胎盘的羊水中发现的干细胞，其品质与早期胚胎中的胚胎干细胞相当，在实验室培养后生成了多种人体器官细胞，如骨骼、血管、肌肉、神经以及肝脏等，以下有关说法不正确的是 ( ) A．从羊水中提取干细胞的最大优势是提取过程中不会对胎儿造成伤害 B．这些骨骼、血管、肌肉、神经等的形成是细胞分裂和分化的结果 C．从羊水中提取的干细胞与由其生成的肌肉细胞的染色体组成有所差异 D．早期胚胎中的胚胎干细胞分化形成骨骼、血管等的过程是不可逆的

专题四、生物技术的安全性和伦理问题

1.转基因生物的安全性争论 ： (1)基因生物与食物安全：

反方观点：反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变 正方观点：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据 (2)转基因生物与生物安全：对生物多样性的影响

反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”

正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限 (3)转基因生物与环境安全：对生态系统稳定性的影响

反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体

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正方观点：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境 2.生物技术的伦理问题

(1)克隆人：两种不同观点，多数人持否定态度。

否定的理由：克隆人严重违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用；克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；克隆人是在人为的制造在心理上和社会地位上都不健全的人。

肯定的理由：技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决。不成熟的技术也只有通过实践才能使之成熟。

中国政府的态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。

(2)试管婴儿：两种目的试管婴儿的区别两种。不同观点，多数人持认可态度。

否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎，无异于“谋杀”。

肯定的理由：解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷的方法，提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤。 (3)基因身份证：

否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成基因歧视，势必造成遗传学失业大军、造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。

肯定的理由：通过基因检测可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的。 3.生物武器

(1)种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌。 (2)散布方式：吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等。

(3)特点：致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有潜伏期、不易被发现、危害时间长等。

(4)禁止生物武器公约及中国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。

生态工程的原理（识记）

（1）生态工程建设的目的：遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止

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环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。

（2）生态经济：通过实行循环经济的原则，使一个系统产出的污染物能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。[实现手段：生态工程] （3）基本原理：物质循环再生原理[如无废弃物农业] 物种多样性原理[提高生态系统的抵抗力稳定性]

协调与平衡原理[处理生物与环境的协调与平衡，考虑环境容纳量] 整体性原理[考虑自然系统、经济系统和社会系统的统一]

系统性和工程学原理[系统的结构决定功能原理：考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的；系统整体性原理：实现总体功能大于各部分之和的效果]

生态工程的实例（识记）

（1）农村综合发展型生态工程：解决问题：在农村实现经济效益、社会效益和生态效益的全面提高 运用原理 物质循环再生原理；整体性原理；物种多样性原理 （2）小流域综合治理生态工程：解决问题：水土流失情况 运用原理 整体性原理、协调与平衡原理等

（3）大区域生态系统恢复工程：解决问题：西北地区的土地荒漠化 运用原理：协调与平衡原理、生物多样性原理等 （4）湿地生态恢复工程：解决问题：湿地的大面积缩小

湿地的功能：具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水等。

处理方法 采用工程和生物措施相结合，如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程等使湿地得以恢复。

（5）矿区废弃地的生态恢复工程：解决问题：由于采矿业所造成的重金属污染 措施 人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、植被恢复等 （6）城市环境生态工程：解决环境污染问题

措施 进行城市规划和合理布局；推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺；对垃圾进行分类处理，并实现垃圾资源化利用等

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