胚胎工程概念解读与例析

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  1.哺乳动物卵巢、卵泡和卵子的关系如何?
  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,每个卵泡中有一个卵母细胞,而成熟的卵泡可释放出卵子,其中卵子的外表面有辅助结构——透明带,由卵丘细胞(卵泡细胞)形成放射冠。卵子外面的胞膜即卵黄膜。
  2.为何完成减数第二次分裂后细胞中只有二个极体?
  经典的减数分裂是1个初级卵母细胞经过连续的两次分裂形成1个卵细胞和3个极体。很多哺乳动物在排卵前后,卵泡中的卵母细胞开始恢复减数分裂,1个初级卵母细胞经减数第一次分裂形成1个次级卵母细胞和1个第一极体,然后次级卵母细胞再进入减数第二次分裂并停留在减数第二次分裂中期,直到受精后才完成减数第二次分裂,形成1个受精卵,并排出1个第二极体。在人类以及大部分哺乳动物中,第一极体往往不再进行减数第二次分裂,只有少部分哺乳动物的第一极体才会分裂形成两个第二极体。所以在实践操作中,卵子受精时往往只会观察到2个极体,即减数第一次分裂形成的第一极体和减数第二次分裂形成的第二极体。
  因此,受精的标志就是在透明带和卵黄膜之间观察到两个极体,而受精完成的标志为雌雄原核的融合。
  3.卵裂期胚胎总的体积不增加或略有缩小的原因是什么?
  胚胎发育的起点是受精卵,发育过程中的细胞分裂均为有丝分裂。在卵裂期胚胎的细胞周期中,间期只进行了DNA的复制,很少有蛋白质等物质的合成,所以连续的细胞分裂只是增加了胚胎细胞的数目,但每个细胞越来越小,因此胚胎总的体积不增加或略有缩小。
  4.胚胎移植时对供、受体注射的为何不是性激素?
  动物体内的激素调节是负反馈调节方式,如果直接对生物注射性激素,不光达不到预期效果,而且会使动物内分泌紊乱,甚至会使动物的性腺萎缩。胚胎移植时对供体两次注射和对受体一次注射的都是促性腺激素。促性腺激素是由垂体合成分泌,它的功能是促进性腺发育、性激素合成和分泌以及生殖细胞生成。第一次对供体和受体同时注射促性腺激素的目的是促进它们同期发情,第二次对供体注射的目的是使其超数排卵。
  超数排卵的关键是掌握卵子进入输卵管和卵子在输卵管中维持受精能力的时间,一般要求在卵子具有旺盛受精能力之前冲取。也就是说从输卵管内取得的卵母细胞已经可以直接与获能精子结合,所以不用再进行成熟培养了。(注意这里的“从输卵管冲取卵子”不是冲卵的意思,冲卵是冲出早期胚胎。)
  5.移植的胚胎处于什么时期?
  移植的胚胎一般处于囊胚期,这时期细胞未分化或分化程度小、全能性高。在胚胎移植时不可用原肠胚,因为此时期细胞已经分化成三胚层,且胚胎可能已经与子宫内膜附着并建立联系。
  6.移植的胚胎的来源有哪些,胚胎移植属于什么生殖方式?
  移植的胚胎的来源有核移植、体外受精、体内受精等。其中核移植、体外受精需要进行早期胚胎培养,体内受精要经过冲卵再移植。体外受精、体内受精由于受精卵来自父母双方,属于有性生殖,而核移植的细胞核只来自一方属于无性生殖。
  7.胚胎分割要在什么时期进行?
  桑椹胚期和囊胚期是进行胚胎分割的时期,一般不用原肠胚。桑椹胚细胞仍具有全能性,是胚胎分割的最佳时期。桑椹胚需进行偶数分割(奇数分割往往会因物质分配不均而使一些分割后的胚胎不能正常发育)。囊胚是开始分化的阶段,分化为滋养层细胞(发育成胎膜和胎盘等结构)和内细胞团(发育成胎儿)。对囊胚阶段进行分割时,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。
  例 2010年诺贝尔生理学或医学奖授予有“试管婴儿之父”之称的英国生理学家罗伯特·爱德华兹。如图为“试管婴儿”培育过程示意图,据图回答:
  (1)试管婴儿采用的是体外受精,体外受精主要包括 、精子获能和 等步骤。超数排卵所用到的激素是 。
  (2)胚胎培养时,通常在合成培养基中加入适量血清,其原因是 。细胞培养应在含5% CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是 。人的胚胎移植一般在 阶段移植。而牛或羊一般在 阶段才进行胚胎移植。
  (3)培育“试管婴儿”时,可以使用“代孕”母亲。其原因是 。
  (4)要得到“同卵双胞胎”,采用的技术是 ,该技术成功的关键是 。该双胞胎的性别是否相同?
  (5)人的受精卵通过卵裂,逐渐形成大量形态、功能不同的细胞、组织,并进而形成器官和系统。从细胞水平看,卵裂的分裂方式是 。
  (6)右图所示的示时期是胚胎发育的 期。此时期开始的标志是:在显微镜下观察此时胚胎的变化,可以看到胚胎发生收缩,细胞间隙扩大,接着胚胎内部出现裂隙。该时期的 将来发育成胚膜和胎盘。
  (7)胚胎干细胞的体积 、细胞核 核仁明显。右图中可被称为胚胎干细胞的是 。
  (8)现在大多数人反对设计婴儿性别,其原因是 。
  解析 (1)体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子获能、受精等步骤。超数排卵用的是促性腺激素而不是性激素,促性腺激素促使卵细胞成熟。
  (2)动物细胞培养时,除使用合成培养基外,还需要加入血清、血浆等天然成分,血清、血浆营养成分比较全。温度和pH会影响胚胎发育。CO2维持pH的相对稳定。不同动物胚胎移植时间不同,人可在8~16个细胞阶段移植。而牛或羊在桑椹胚或囊胚阶段移植。
  (3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,供体胚胎可与子宫建立正常的生理和组织联系。
  (4)胚胎分割技术可以将一个胚胎分割为多个胚胎,这样来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,所以性别是相同的。
  (5)在生物的个体发育过程中,受精卵经有丝分裂进行增殖。
  (6)滋养层细胞将来发育成胚膜和胎盘。
  (7)在试管中发育到囊胚期时,聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团将来发育成胎儿各种组织,可称为胚胎干细胞。胚胎干细胞的体积小,细胞核大。
  (8)设计试管婴儿存在一些伦理道德的争论。一种认为不符合伦理道德,其理由是:①把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不尊重;②早期的生命也有活下去的权利,抛弃或杀死多余的胚胎,无异于“谋杀”;③有人会滥用设计试管婴儿技术,如设计婴儿的性别。另一种认为符合伦理道德,其理由是:①设计试管婴儿是为了救人,是救治患者的最好、最快捷的办法之一;②提供骨髓中造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤;③脐带血乃试管婴儿的“身外之物”,不会造成任何伤害。
  答案 (1)卵母细胞的采集 受精 促性腺激素 (2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 维持培养液pH 8~16个细胞 桑椹胚或囊胚 (3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,供体胚胎可与子宫建立正常的生理和组织联系 (4)胚胎分割 将内细胞团均等分割 相同 (5)有丝分裂 (6)囊胚、滋养层细胞 (7)小、大、内细胞团 (8)破坏了人类正常性别比例,违反了伦理道德
   【练习】
  胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术,可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。
  (1)对供体母牛、供体公牛的要求是 ,受体母牛必须和供体牛 。
  (2)同期发情处理的方法是 ,它可以促进 的分泌和 的生成。
  (3)图中过程A称为 ,它在胚胎工程中的意义在于 。
  (4)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体,可对发育到桑椹胚或囊胚阶段的早期胚胎进行 处理,再植入到受体内。若要对早期胚胎进行长期保存,应将其置于 件下。
  (5)冲卵实质上是用特定装置,将供体母牛子宫内的 冲洗出来。
  (6)若一次给受体移入多个胚胎,产生多个后代,其基因型都相同吗?(要求说明理由)
  【参考答案】
  (1)具优良遗传性状的同种牛 是同一物种
  (2)注射促性腺激素 性激素 卵子
  (3)胚胎移植 提高优良母畜的繁殖率
  (4)胚胎分割 冷冻(或液氮)
  (5)早期胚胎
  (6)不一定相同,因为这些胚胎可能由不同的受精卵发育而来,它们的基因型可能相同,也可能不同
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