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1、3.3胚胎工程的应用及前景学习目标1.说出胚胎移植的生理基础，以及具体操作程序。2.简述进行胚胎分割的注意事项及其实际意义。3.说出胚胎干细胞的分类、功能和用途。方式一牛的繁殖率非常低，一头牛一年只能繁殖一头犊牛，现有一雄一雌两头良种奶牛以及数头本地奶牛，试问采用何措施可在一年内繁殖数头良种奶牛？阅读材料并且结合已学过的现代生物技术思考。方式二克隆牛“蓓蓓”是我国成功繁殖的首例和第二例胎儿皮肤上皮细胞克隆牛“康康”和“双双”的后代。2001年，我国研究人员对“康康”和“双双”进行了超数排卵处理，于2003年1月2日，从“双双”体内采集到13枚符合国际胚胎移植标准的可用胚胎(这是国际上首次对体细
2、胞克隆牛进行超数排卵处理试验并获得可用胚胎)。研究人员将这些标准胚胎经过玻璃化超快速冷冻处理后，移植到中国黑白花奶牛“梨花”的子宫内，结果获得妊娠。什么是胚胎移植？胚胎移植的现状如何？今天我们就一起学习这方面的内容。一、胚胎移植1胚胎工程技术胚胎工程技术目前在生产中应用较多的是家畜的胚胎移植、胚胎分割和体外生产胚胎技术。2胚胎移植的概念、意义、生理学基础及基本程序(1)概念对象：雌性动物体内的早期胚胎或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎。移植条件：同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内。供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体。受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。地位：是胚胎工程的最后一道“工序”。(2
3、)胚胎移植的意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量。(3)胚胎移植成功的保障(生理学基础)胚胎移入的基础哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的胚胎收集的基础哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态移入胚胎存活的基础受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应保留遗传特性的基础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任何影响(4)胚胎移植的基本程序方法：手术法和非手术法检查受体母牛是否妊娠归纳总结1胚胎移植的实质早期胚胎在相
4、同生理环境条件下的空间位置转移，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此能保持其原来的遗传特性。2胚胎的来源(1)雌性动物体内的早期胚胎。(2)通过体外受精和早期胚胎培养得到。(3)通过哺乳动物体细胞核移植及培养得到。3胚胎移植的两个条件(1)胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。这里的“同种”是指“同物种”。(2)进行胚胎移植的供、受体生理状态要相同。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。移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体子宫内的位置相同或相似。4胚胎移植时两次激素的使用第
5、一次用激素对供、受体进行同期发情处理，第二次用激素对供体进行超数排卵。5胚胎移植过程中的两次检查第一次检查在冲卵后，对胚胎进行质量检查；第二次检查在胚胎移植后，对受体母牛进行是否妊娠检查。6超数排卵和冲卵(1)超数排卵：简称“超排”，是指给供体母畜注射促性腺激素，使其发情，一次排出比自然情况下多几倍到十几倍的成熟卵子，经合理的人工授精方法，可以获得数量较多的可移植胚胎。(2)冲卵：是指用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，将供体母畜子宫或输卵管中的胚胎冲洗出来。例1下列对于优良种畜胚胎移植的说法，不正确的是()A供体母牛必须是同一物种的良种B受体母牛必须是同一物种的良种C供体公牛必须是同一物种
6、的良种D受体母牛可以是同物种的一般健康牛答案B解析胚胎移植是繁殖优良种畜的最后一步，提供精子和卵子的供体必须是同物种的良种，而受体母牛只要求是同物种的健康牛即可。例2胚胎移植主要包括以下步骤，正确的顺序是()配种或进行人工授精检查对胚胎进行移植移植后的检查对供体、受体的选择和处理 对胚胎的收集培养或保存A BC D答案A解析胚胎移植的基本程序：对供体、受体进行选择和处理配种或进行人工授精对胚胎进行收集、检查、培养或保存对胚胎进行移植进行移植后的检查。二、胚胎分割1概念：指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的技术。2主要仪器设备：实体显微镜和显微操作仪
7、。3繁殖方式：无性生殖。4特点：后代遗传性状相同。5操作程序(1)选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中。(2)用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将祼半胚移植入受体。(3)还可用分割针分割滋养层，做DNA分析性别鉴定。归纳总结1胚胎分割时的注意事项(1)对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团，若分割不均，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。(2)分割的份数越多，每一份的细胞数会越少，不但难以做到均等分割，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此，分
8、割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会越低。2胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同项目胚胎分割动物体细胞核克隆动物相同点都属于无性生殖或克隆，最终技术是胚胎移植不同点胚胎的来源雌性动物体内的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎通过核移植技术获得的重组胚胎遗传物质胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞核提供起点经过受精作用或其他方式形成的一个细胞经过核移植技术形成的一个细胞例3胚胎分割技术是一种现代生物技术，下列关于这一技术的叙述中正确的是()胚胎分割是将早期胚胎任意分割成多份胚胎分割技术可以获得
9、同卵双胎或多胎胚胎分割技术属于无性繁殖，因此属于克隆胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎A BC D答案B解析胚胎分割是指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的技术，但不能任意分割成多份，因为分割过多可造成不能发育成新个体。由于胚胎分割获得后代的过程是无性繁殖，属于克隆。例4胚胎分割和胚胎移植是一种快速繁殖优良种畜的方法。下列叙述正确的是()A胚胎分割可以用机械的方法，也可以用酶处理的方法B分割的胚胎或细胞必须在体外培养到囊胚阶段再移植到受体内C胚胎分割产生的后代个体表现型完全相同D胚胎移植中，供体和受体相当于双亲中的父本和母本答案A解析胚胎分割可以用机
10、械的方法(分割针)，也可以用酶(胰蛋白酶)处理的方法来完成；分割的胚胎或细胞可以直接移植，或者培养到桑椹胚或囊胚早期再移植到受体内；胚胎分割产生的后代性状可能不同，因为性状可能会受到环境的影响，分割后的细胞一般在不同的母畜子宫内发育，因而表现可能不同；胚胎移植中，供体提供优良胚胎，受体提供健康的子宫，不同于有性生殖中双亲的父本(提供精子)和母本(提供卵细胞)的作用。三、胚胎干细胞1来源：由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，简称ES或EK细胞。2特点(1)形态上：体积小、细胞核大、核仁明显。(2)功能上：具有发育的全能性。(3)在体外培养的条件下，可以只增殖，而不分化。可以冷冻保存，也可以
11、进行遗传改造。3主要用途(1)治疗人类的某些顽症。(2)培育出人造组织器官，用于器官移植。(3)揭示细胞分化和细胞凋亡的机理。(4)用于哺乳动物的个体发生和发育规律的研究。归纳总结1三种干细胞的比较名称全能干细胞多能干细胞专能干细胞特点具有形成机体的任何组织或器官甚至形成完整个体的潜能具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞举例胚胎干细胞造血干细胞神经干细胞应用用于病人的器官移植等造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症2.胚胎干细胞的特点和应用(1)ES细胞具有发育的全
12、能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，用于治疗人类的某些顽症，使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。还可以培育出人造器官，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。(2)ES细胞在饲养层细胞上，或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。在培养液中加入分化诱导因子，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。所以ES细胞是研究体外细胞分化的理想材料。3滋养层细胞与饲养层细胞(1)滋养层细胞：囊胚时期沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞，滋养层细胞最终发育成胎膜和胎盘。(2)饲养层细胞：一般为输卵管上皮细胞，在干细胞
13、培养时，可作为提供干细胞分裂、增殖的营养细胞。例5高等动物随着胚胎发育，仅有少数细胞依然具有分化成其他类型细胞和构建组织器官的能力，这类细胞称为干细胞，如造血干细胞。图中最能完整显示正常机体内干细胞基本特征的是()答案D解析干细胞可以分裂产生新的干细胞，也可以分化形成具有特定功能的细胞，且分化一般不可逆。例6如图是胚胎干细胞分离途径示意图。下列说法正确的是()A图中A所示细胞将来能够发育成胎膜和胎盘B胚胎干细胞的体积和细胞核都较小C胚胎干细胞可以增殖而不发生分化D利用胚胎干细胞培育的人造器官正在大规模应用答案C解析图中A是内细胞团细胞，将来能够发育成除胎膜和胎盘外的其他组织和器官；胚胎干细胞的
14、体积较小，细胞核较大；在体外培养情况下，胚胎干细胞可以只增殖而不发生分化；利用胚胎干细胞可以诱导形成器官，但目前并没有大规模应用。1表现型不同的母牛生出基因型相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是()A试管动物培养 B胚胎移植C胚胎分割移植 D受精卵移植答案C解析胚胎分割可以看做动物的无性繁殖或克隆的方法之一，供移植的胚胎来自同一个受精卵，这样表现型不同的母牛最可能生出基因型相同的小牛。2在胚胎移植中供体的主要职能是()A提供优良的供体基因 B提供优良遗传特性的胚胎C提供卵细胞 D提供精子答案B解析胚胎移植过程中提供胚胎的个体为供体，胚胎移植主要是为了获得良种家畜，因而供体的主要职能是提供具有优良遗传特性的胚胎。3.下列有关生物工程的叙述，错误的是()A进行胚胎移植时，可选用如图所示时期的胚胎B进行胚胎移植时，该胚胎移植到任何同种动物子宫内都能继续发育C如图是胚胎发育过程中的囊胚示意图，其中为内细胞团细胞，具有发育的全能性D卵裂期胚胎中细胞数目和DNA总量在不断增加答案B4(2016江苏，11)印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物，通过胚胎工程技术，可以让家猫代孕而繁育，主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是()A步骤甲、乙分别是指精
