【生物來襲】胚胎工程梳理

永夜貓子 2016-01-23

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今天（1月11日）周一，距離2016高考還有148天，距離2017高考還有514天，距離2018高考還有878天。

胚胎工程梳理

（一）動物胚胎發(fā)育的基本過程

（1）精子的發(fā)生：補(bǔ)充，精原細(xì)胞先進(jìn)行有絲分裂后進(jìn)行減數(shù)分裂；變形過程中，細(xì)胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發(fā)育為頂體，中心體演變?yōu)榫拥奈?，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質(zhì)濃縮為原生質(zhì)滴直至脫落。[線粒體為精子運(yùn)動提供能量。

（2）卵子的發(fā)生：在胎兒時(shí)期，卵原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂演變成初級卵母細(xì)胞[被卵泡細(xì)胞包圍]，減一分裂在排卵前后完成，形成次級卵母細(xì)胞和第一極體進(jìn)入輸卵管準(zhǔn)備受精；減二分裂是在受精過程中完成的。

（3）受精：精子獲能（在雌性動物生殖道內(nèi)）；卵子的準(zhǔn)備（排出的卵子要在輸卵管中進(jìn)一步成熟到減二中期才具備受精能力）；受精階段[卵子周圍的結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)：放射冠、透明帶、卵黃膜]，

a頂體反應(yīng)：精子釋放頂體酶溶解卵丘細(xì)胞之間的物質(zhì)，穿越放射冠。

b透明帶反應(yīng)：頂體酶可將透明帶溶出孔道，精子穿入，在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止后來精子進(jìn)入透明帶的生理反應(yīng)[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障]；

c卵黃膜的封閉作用：精子外膜和卵黃膜融合，精子入卵后，卵黃膜會拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)的過程[它是防止多精子入卵受精的第二道屏障]；精子尾部脫落，原有核膜破裂形成雄原核，同時(shí)卵子完成減二分裂，形成雌原核[注意：受精標(biāo)志是第二極體的形成；受精完成標(biāo)志是雌雄原核融合成合子]

（4）胚胎發(fā)育：

a卵裂期：細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，數(shù)量增加，胚胎總體積不增加；

b桑椹胚：32個細(xì)胞左右的胚胎[之前所有細(xì)胞都能發(fā)育成完整胚胎的潛能屬全能細(xì)胞]；

c囊胚：細(xì)胞開始分化，其中個體較大的細(xì)胞叫內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來發(fā)育成胎兒的各種組織；而滋養(yǎng)層細(xì)胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤；胚胎內(nèi)部逐漸出現(xiàn)囊胚腔[注：囊胚的擴(kuò)大會導(dǎo)致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化]；

d原腸胚：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)表層形成外胚層，下方細(xì)胞形成內(nèi)胚層，由內(nèi)胚層包圍的囊腔叫原腸腔。[細(xì)胞分化在胚胎期達(dá)到最大限度]

9 胚胎工程的理論基礎(chǔ)（識記）

（1）胚胎工程的概念及技術(shù)手段：對動物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。

（2）體外受精[屬有性生殖過程：a卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng) 對體型小的動物用促性腺激素處理，從輸卵管沖取卵子（可直接受精）；對體型大的動物從卵巢中采集卵母細(xì)胞（要在體外培養(yǎng)成熟）b精子的采集假陰道法、手握法和電刺激法；獲能對嚙齒動物、兔、豬等的精子用培養(yǎng)法（放入人工配制的獲能液中）；對牛、羊等精子用化學(xué)法（放在肝素或鈣離子載體溶液中）

（3）胚胎的早期培養(yǎng)：a培養(yǎng)液成分：無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等[注意與動物細(xì)胞培養(yǎng)液成分的比較]；b當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時(shí)，可將其取出向受體移植或冷凍保存。

（4）胚胎移植：a概念：將雌性動物的早期胚胎移植到同種的、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)。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，通過轉(zhuǎn)基因、核移植、體外受精獲得的胚胎必須移植給受體才能獲得后代。

b優(yōu)勢：可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖周期。

c胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)：同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的[對供體和受體進(jìn)行同期發(fā)情處理]；早期胚胎形成后處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供可能；受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)；移入受體的供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。

d胚胎移植的程序：對供、受體母牛進(jìn)行選擇，用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理；對供體母牛用激素做超數(shù)排卵處理；選擇同種優(yōu)秀公牛配種[有性生殖過程]；對胚胎進(jìn)行收集[此時(shí)胚胎處于游離狀態(tài)]；對胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查[此時(shí)胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹胚或囊胚]；胚胎移植[或冷凍保存]；檢查受體母牛是否受孕；產(chǎn)下胚胎移植的犢牛。

（5）胚胎分割：a概念：用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2、4、8等分等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)[可看作是動物無性繁殖或克隆]

b基本過程：選擇良好的桑椹胚或囊胚移入培養(yǎng)皿中，用分割針或分割刀片將其切開，吸出其中的半個胚胎注入透明帶中或直接移植給受體。[注意：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)要均等分割，否則會影響胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育]

10 胚胎干細(xì)胞的移植（識記）

（1）胚胎干細(xì)胞的含義：由早期胚胎[囊胚]或原始性腺[胎兒]中分離出來的一類細(xì)胞，又叫ES或EK細(xì)胞。

（2）特征：形態(tài)上體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯；功能上具有發(fā)育的全能性，即可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細(xì)胞。[體外培養(yǎng)下，ES細(xì)胞可以只增殖不分化]

（3）應(yīng)用：用于治療人類疾病，如利用ES細(xì)胞誘導(dǎo)其分化成新的組織細(xì)胞特性，移植ES細(xì)胞可使壞死或退化的部位得以修復(fù)。

1、胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。

2、動物胚胎發(fā)育的基本過程

（1）受精場所是母體的輸卵管。

（2）卵裂期：特點(diǎn)：細(xì)胞有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。

（3）桑椹胚：特點(diǎn)：胚胎細(xì)胞數(shù)目達(dá)到32個左右時(shí)，胚胎形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑椹。是全能細(xì)胞。

（4）囊胚：特點(diǎn)：細(xì)胞開始出現(xiàn)分化（該時(shí)期細(xì)胞的全能性仍比較高）。聚集在胚胎一端個體較大的細(xì)胞稱為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，將來發(fā)育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔。

（5）原腸胚：特點(diǎn)：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。

（二）胚胎干細(xì)胞

1、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。

2、具有胚胎細(xì)胞的特性，在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小，細(xì)胞核大，核仁明顯；在功能上，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。另外，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。

3、胚胎干細(xì)胞的主要用途是

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(shí)，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，如帕金森綜合癥、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。

（三）胚胎工程的應(yīng)用

1.體外受精和胚胎的早期培養(yǎng)

(1)卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)：主要方法：用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，然后，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細(xì)胞；第三種方法是借助超聲波探測儀、腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細(xì)胞。采集的卵母細(xì)胞，都要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。

(2) 精子的采集和獲能：在體外受精前，要對精子進(jìn)行獲能處理。

(3) 受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵細(xì)胞在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫^程。

(4)胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應(yīng)將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。培養(yǎng)液成分較復(fù)雜，除一些無機(jī)鹽和有機(jī)鹽外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分，以及血清等物質(zhì)。當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時(shí)，可將其取出向受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時(shí)間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進(jìn)行移植，小鼠、家兔等實(shí)驗(yàn)動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個細(xì)胞階段移植。)

2.胚胎移植

(1)胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其它雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體稱為“受體”。（供體為優(yōu)良品種，作為受體的雌性動物應(yīng)為常見或存量大的品種。）

地位：如轉(zhuǎn)基因、核移植，或體外受精等任何一項(xiàng)胚胎工程技術(shù)所生產(chǎn)的胚胎，都必須經(jīng)過胚胎移植技術(shù)才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。

(2) 胚胎移植的意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖能力。

(3) 生理學(xué)基礎(chǔ)：

①動物發(fā)情排卵后，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早期胚胎在一定時(shí)間內(nèi)處于游離狀態(tài)。這就為胚胎的收集提供了可能。

③受體對移入子宮的外來胚胎不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。這為胚胎在受體的存活提供了可能。

④供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。

(4) 基本程序主要包括

①對供、受體的選擇和處理。選擇遺傳特性和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的供體，有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理，用促性腺激素對供體母牛做超數(shù)排卵處理。

②配種或人工授精。

③對胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存。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)。對胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查，此時(shí)的胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹或胚囊胚階段。直接向受體移植或放入－196℃的液氮中保存。

④對胚胎進(jìn)行移植。

⑤移植后的檢查。對受體母牛進(jìn)行是否妊娠的檢查。

3.胚胎分割

(1)概念：是指采用機(jī)械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。

(2)意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，屬于無性繁殖。

(3)材料：發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的發(fā)育過程中，細(xì)胞開始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。）

(4)操作過程：對囊胚階段的胚胎分割時(shí)，要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育。

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來源：高考生物

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