逍遥学能 2014-09-06 10:19
“胚胎工程”是生物科技的热点课题，也是高考的重要内容。从近几年高考试题来看，命题常以流程图或新材料为背景，侧重于考查基础知识的记忆和迁移应用。下面就其常见的考点进行分类小结，并结合典型例题进行分析，供同学们复习迎考时参考。
一、考点精析
（一）体内受精和早期胚胎发育
1．精子、卵子的发生与受精作用
（1）精子的发生
特别提醒：①精原细胞是由体细胞经细胞分化形成初始的精原细胞，初始的精原细胞经数次有丝分裂形成能进行减数分裂的精原细胞。②在精细胞的变形过程中，细胞发生较大的变化：细胞核成为精子头的主要部分；高尔基体发育为精子头部的顶体；中心体演变为精子的尾；线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘；细胞内的其他物质浓缩为原生质滴，最后脱落。
（2）卵子的发生
特别提醒：①减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成，初级卵母细胞分裂产生一个大的次级卵母细胞和一个小的第一极体；减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的，次级卵母细胞分裂产生一个大的卵子和一个小的第二极体。②人类及大多数哺乳动物减数第一次分裂产生的第一极体大多数时候不会继续进行减数第二次分裂产生两个第二极体。有时会进一步分裂产生两个第二极体，但是第一极体与次级卵母细胞的分裂不可能完全同步。所以判断是否受精的标志是在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。③卵巢是卵子形成、卵泡存在的场所，内部包含许许多多不同发育阶段的卵泡，而成熟的卵泡中可释放出卵子。排卵指卵子从卵泡中排出，而非卵泡从卵巢中排出。
（3）精卵发生过程的比较
项目
精子发生
卵子发生
不同点
场所
睾丸的曲细精管
卵巢（MⅠ）、输卵管（MⅡ）
结果
1个精原细胞可形成4个精子
1个卵原细胞只形成1个卵子
发生
时间
从初情期开始直到生殖机能衰退
卵泡的形成和储备在出生前完成，减数第二次分裂时在精子和卵子的结合过程中完成
过程
特点
MⅠ和MⅡ是连续的，需变形；
细胞质均等分配
MⅠ和MⅡ是不连续的；不
需要变形；细胞质不均等分配
相似点
细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂（MI和MII）才能形成精子或卵子。
（4）受精作用
特别提醒：①受精完成的标志是雌雄原核融合为合子。②经受精作用形成的受精卵的遗传物质中，核遗传物质一半来自精子（父本），一半来自卵子（母本），质遗传物质几乎全部来自卵子。
2．早期胚胎发育
特别提醒：①卵裂期的细胞只进行有丝分裂，细胞数目不断增多，但胚胎的总体积并不增加或略有缩小。②桑葚胚前的每一个细胞都有发育成完整胚胎的潜能，属于全能性细胞。③囊胚期出现囊胚腔，细胞开始分化，但其全能性仍很高，可用于胚胎分割。个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，个体较小的细胞，称为滋养层细胞，将来发育成胎膜和胎盘。④原肠胚期出现有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔。
（二）体外受精和早期胚胎培养
1．体外受精
特别提醒：①就卵母细胞的采集和培养而言，对体型小的动物用促性腺激素处理，从输卵管冲取卵子（可直接受精）；对体型大的动物从卵巢中采集卵母细胞（要在体外培养成熟）。②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。③超数排卵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．早期胚胎培养
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4个细胞阶段移植。
（三）胚胎工程的应用及前景
1．胚胎移植
（1）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人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。
（2）基本程序
特别提醒：①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。②胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。③移植胚胎来源及生殖方式：核移植后进行早期胚胎培养（无性生殖）；体外受精后进行早期胚胎培养(有性生殖)；体内受精→冲卵→胚胎移植（有性生殖）。④促性腺激素两次使用：同期发情处理；超数排卵。⑤两次检查：收集胚胎检查；移植后是否妊娠检查。⑥ 冲卵含义：用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来，冲出的是早期胚胎，不是冲出 卵子。
（3）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。
2．胚胎分割
（1）材料
发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚（桑葚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）。
（2）基本程序
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，然后，用分割针或分割刀进行分割（对囊胚进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育）。
（3）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．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。
（2）特点：具有发育的全能性；在体外培养条件下可以只增殖不发生分化。
（3）应用：治疗人类的某些顽疾；培育人造组织器官，研究体外细胞分化的理想材料。
二、典例剖析
例1 下列有关哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述正确的是( )
A．移植用的胚胎一般取桑椹胚或囊胚
B．滋养层细胞发育成胎膜和胎盘是在囊胚期
C．分割囊胚阶段的内细胞团不要求均等
D．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加
解析：因桑椹胚或囊胚时期的细胞未分化，所以移植的胚胎一般取桑椹胚或囊胚；滋养层细胞发育成胎膜和胎盘是在原肠胚期；对囊胚阶段的内细胞团的分割要求均等；卵裂期胚胎中细胞数目增加，但有机物总量在不断减少。
答案：A
例2下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述，正确的是( )
A．采集到的精子和卵细胞相遇即可发生受精作用
B．排卵就是排出成熟卵细胞的过程
C．卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成
D．受精作用完成的标志是在卵黄膜和透明带之间观察到两个极体
解析：采集到的精子必须经获能处理后才能受精，采集的卵细胞需要培养成熟后才可与获能的精子受精；卵细胞形成时的分裂过程分两个阶段，未排卵之前是在卵巢进行的，排卵之后减数分裂的继续完成则是在输卵管中。
答案：D
例3 培育“试管山羊”的基本过程如下图所示 。若要培育成功，下列叙述正确的是( )
A．甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B．乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D．丁过程中早期胚胎须移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内
解析：分析图示可知，甲过程为卵母细胞的采集，一般用促性腺激素处理良种母山羊，使其超数排卵。乙过程为精子获能以及受精，获能的精子和成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精。丙过程为早期胚胎培养，在发育培养液中进行。丁过程是胚胎移植，是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物子宫内使之继续发育。
答案：A
例4 现在有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血，在以后他生长发育过程中如果出现了某种难治疗的疾病，就可以通过血液中的干细胞来为其治病，关于这个实例说法正确的是( )
A．用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，需要激发细胞的所有全能性
B．用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病
C．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用到细胞培养技术
D．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，应该长期给他使用免疫抑制药物
解析：用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，不需要激发细胞的所有全能性。用脐带血中的干细胞只能培育出人体的许多器官，用来移植，但不是所有疾病都能治疗，如流行性疾病。如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用细胞培养技术；如果要移植用他的干细胞培育出的器官，由于是自身的细胞培育成的，没有免疫排斥反应，所以不用长期给他使用免疫抑制药物。
答案：C
巩固练习：
1（2012浙江）下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述，正确的是
A． 绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性
B． 卵裂球细胞的体积随分裂次数的增加而不断增大
C． 囊胚的滋养层细胞具有发育全能性
D． 原肠胚发育分化形成内外两个胚层
解析：胚胎发育的卵裂期，卵裂球的总体积基本不变，因此细胞的体积会随着分裂次数的增加而不断减小；囊胚的滋养层细胞不具有发育全能性，只能发育成胎盘和胎膜，内细胞团细胞才具有发育全能性；原肠胚发育分化形成内中外三个胚层。
答案：A
2（2012江苏）通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是（ ）
A． 对供体和受体母牛都要进行相同激素处理
B． 受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行
C． 对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植
D． 胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低
解析：对供体和受体母牛进行同期发情处理，所用激素相同，但对供体母牛进行超数排卵要用促性腺激素，受体母牛则不需要；受精可在体内进行；冲卵得到的胚胎应培养到桑椹胚或囊胚方可移植；到目前为止，最常见的是分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小。
答案：D
3 下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，错误的是( )
A．移植胚胎的遗传特性在孕育过程中不受受体的影响
B．胚胎干细胞具有体积大、细胞核小、核仁明显等特点
C．体外受精时采集的精子需放入培养液中培养以达到获能状态
D．胚胎分割是将早期胚胎切割成几等分，最终产生同卵多仔后代的技术
解析：移植胚胎的遗传特性在孕育过程中不受受体的影响；体外受精时采集的精子需放入培养液中培养以达到获能状态；胚胎分割是将早期胚胎切割成几等分，最终产生同卵多仔后代的技术；胚胎干细胞具有体积小、细胞核大、核仁明显等特点。
答案：B
4 关于受精过程的叙述错误的是( )
A．获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠
B．透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障
C．精子与卵黄膜相互融合，精子入卵
D．雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂
解析：受精时精子依次穿越放射冠和透明带；阻止多精入卵的屏障依次是透明带反应和卵黄膜封闭作用；卵子完成减数第二次分裂是在雄原核形成时进行的。
答案：A
5 理论上讲，任何涉及丧失正常细胞的疾病，都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异细胞或组织来治疗，下列说法不正确的是( )
A．用神经细胞治疗帕金森综合征等
B．用胰岛细胞治疗糖尿病
C．用心肌细胞修复坏死的心肌等
D．用甲状腺细胞治疗侏儒症
解析：干细胞具有发育成不同组织的功能，而成熟的、已分化的细胞不再具有分化成其他组织的功能，用甲状腺细胞只能用于治疗甲状腺疾病，不能用来治疗侏儒症，侏儒症是由于缺乏垂体分泌的生长激素引起的。
答案：D
6 关于牛体外受精胚胎的工厂化生产的叙述正确的是( )
A．精子和卵子受精形成受精卵后即可移入母牛子宫
B．采集的卵母细胞应立即与精子共同放人培养液才能形成受精卵
C．成熟卵子与收集来的精子相遇形成的受精卵，需培养到一定阶段才可移植
D．体外受精胚胎的工厂化生产，即胚胎发育和受精过程只需在体外进行
解析：体外受精的原理是人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用。因此卵母细胞必须在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，受精卵发育到桑椹胚或囊胚阶段才能移植，移植入母体后继续发育形成幼体产出。
答案：C
7 自然情况下，牛的生育率很低，通过现代科技手段，可以实现良种牛的快速繁殖。请按照提示，回答下列问题：
(1)使一头良种雌性黄牛，在一年内繁殖数百头后代，最简便的方法是________。
(2)现有一头良种雌性黄牛，采用胚胎移植的方法，可使这头良种牛一年生下数十头自己的后代。其操作过程中需要用激素对该良种母牛(供体)和代孕母牛(受体)进行________处理；还要用激素使供体母牛________。胚胎收集的过程也叫做________。用于移植的胚胎应发育到________或________阶段。
(3)采用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和________，体外受精主要包括________、________和________等几个主要步骤。
答案:(1)人工授精 (2)同期发情 超数排卵 冲卵 桑椹胚 囊胚 (3)早期胚胎的培养 卵母细胞的采集 精子的采集和获能(精子的获取) 受精
解析:(1)通过人工授精的方法，可以在短时间内大量繁殖优良品种。(2)胚胎移植进行前，首先要对供体母牛和代孕母牛进行同期发情，同时还要用激素处理供体母牛使其超数排卵；人工收集发育到桑椹胚或囊胚阶段的胚胎进行移植。(3)试管动物技术包括体外受精和胚胎早期培养，体外受精又包括精子的采集和获能、卵母细胞的采集和受精三个阶段。
8 下图为胚胎移植的基本程序及早期胚胎发育过程，请据图回答：
（1）超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射_____________。
（2）冲卵实质上是用特定装置，将供体母牛子宫内的_________________冲洗出来。
（3）图中标号3为______________，它将来可发育为胎膜和胚盘。
（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? ______________，理由是______________ 。
解析：超数排卵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。冲卵则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。不同受精卵发育而来的胚胎遗传物质一般不同，而同一胚胎的后代具有相同的遗传物质。
答案：(1)促性腺激素 (2)早期胚胎 (3)滋养层 (4)不一定相同，因为这些胚胎可能由不同的受精卵发育来的，它们的基因型可能相同，也可能不同
作者简介：周伟，生物奥赛主教练。主要从事生物教学与奥赛培训研究，近年来在《生物学教学》、《中学生物教学》、《吉首大学学报》、《新高考》、《考试报》、《素质教育报》、《中学生理化报》、《中学生学习报》、《当代中学生报》等报刊上发表文章60多篇。