2021高中生物備考-胚胎工程經典例題解析

從西非熱帶植物果實中提取的甜味蛋白質Brazzein是一種高甜度、低熱值的新型非糖甜味劑。但是由於受到產地種植的限制等，難以實現Brazzein的大量生產。近幾年人們引入生物工程方法獲得甜味蛋白。如圖是科學家培育能生產甜味蛋白質Brazzein乳腺生物反應器的過程，請回答相關問題：

（1）甜味蛋白質Brazzein基因，可採用PCR技術進行大量擴增但前提是　　　　　　。過程①可採用動物病毒轉染法，利用攜帶目的基因的病毒感染胚胎幹細胞，實現對胚胎幹細胞的　　　　　　。（2）過程③通常從雌性小鼠的　　　　　　中獲取囊胚。過程④是將胚胎幹細胞顯微注射到小鼠的囊胚腔內形成嵌合體囊胚，將不同來源的基因轉移、組合到嵌合體中，利用這一種方法可以解決　　　　　　的困難。（3）過程⑤中要對受體小鼠進行　　　　　　處理，得到的嵌合體小鼠的毛色為　　　　　　。（4）鑑定嵌合體小鼠是否成功表達甜味蛋白質Brazzein，可以利用　　　　　　原理對小鼠乳汁中的特異性蛋白進行檢測。 解析：　（1）利用PCR技術大量擴增甜味蛋白質Brazzein基因的前提是甜味蛋白質Brazzein基因的序列是已知的，將DNA分子匯入受體細胞的過程稱之為轉化。（2）通常從小鼠的子宮角或輸卵管中取出囊胚，題幹中將西非熱帶植物果實中的甜味蛋白質Brazzein基因匯入到小鼠的胚胎幹細胞中，最後再透過形成嵌合體囊胚的方式使小鼠表達該目的基因，解決了遠緣雜交不親和的困難。（3）過程⑤中的受體小鼠需經同情發情處理才能接受嵌合體囊胚，該嵌合體囊胚是白色小鼠的胚胎幹細胞嵌合到黑色小鼠的囊胚中，該囊胚最終會發育成毛色為黑白相間的小鼠。（4）要對小鼠乳汁中的特異性蛋白進行檢測，可以利用抗原抗體反應原理。答案：　

（1）甜味蛋白質Brazzein基因序列已知　轉化

（2）子宮角或輸卵管　遠緣雜交不親和　

（3）同期發情　黑白相間　

（4）抗原抗體反應

[題後歸納]

例2：W是一種具有特定功能的人體蛋白質。某研究小組擬仿照製備乳腺生物反應器的研究思路，製備一種膀胱生物反應器來獲得W，基本過程如圖所示。

（1）步驟①中需要使用的工具酶有________________。步驟②和③所代表的操作分別是________________和________________。步驟④稱為________________。（2）與乳腺生物反應器相比，用膀胱生物反應器生產W的優勢在於不受轉基因動物的______________（答出2點即可）的限制。（3）一般來說，在同一動物個體中，乳腺上皮細胞與膀胱上皮細胞的細胞核中染色體DNA所含的遺傳資訊________________（填相同或不同），原因是_________。（4）從上述流程可知，製備生物反應器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技術有_____________（答出2點即可）。

【解析】【分析】1、膀胱反應器有著和乳腺反應器一樣的優點：收集產物蛋白比較容易,不會對動物造成傷害。此外,該系統可從動物一出生就收集產物,不論動物的性別和是否正處於生殖期。膀胱生物反應器最顯著的優勢在於從尿中提取蛋白質比在乳汁中提取簡便、高效。2、基因工程技術的基本步驟包括：目的基因的獲取；基因表達載體的構建，是基因工程的核心步驟，基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子和標記基因等；將目的基因匯入受體細胞；目的基因的檢測與鑑定。3、分析題圖可知，步驟①為將W基因與運載體結合，構建基因表達載體；步驟②為將重組表達載體匯入受精卵，常用顯微注射法；步驟③為體外培養；步驟④為胚胎移植。【詳解】（1）由分析可知，步驟①為構建基因表達載體，需使用同種限制酶切割目的基因和運載體，再由DNA連線酶連線粘性末端，形成重組表達載體；步驟②為顯微注射；步驟③為體外培養；步驟④為胚胎移植。（2）與乳腺生物反應器相比，用膀胱生物反應器生產W，可從動物一出生就收集產物,不受動物的性別和年齡的限制。（3）在同一動物個體中，乳腺上皮細胞與膀胱上皮細胞是由同一個受精卵有絲分裂產生的體細胞，其細胞核中染色體DNA所含的遺傳資訊相同。（4）由分析可知，步驟③為體外培養，步驟④為胚胎移植，均屬於胚胎工程。

本題考查基因工程和胚胎工程的相關知識，要求考生識記基因工程的基本工具和操作步驟，掌握胚胎工程各項技術的相關細節，能結合所學的知識準確答題，屬於考綱識記和理解層次的考查。

詳談牛的胚胎移植

1.供（受）體的選擇

1.1供體的選擇在供體選擇上應選擇健康強壯，性週期正常的個體。在選擇供體時，首先要考慮其能否提供優質的卵母細胞，這樣才能獲得優質的早期胚胎，提高母系遺傳物質與受體之間建立訊號通路的成功率，進而提高後期著床率;青年牛超排效果好於成母牛。

1.2受體牛的選擇受體牛的選擇應排除有遺傳疾病牛；淘汰有生殖疾病的受體母牛，如子宮內膜炎、卵巢囊腫、子宮頸畸形等；淘汰過胖或過瘦的牛。購買的受體牛做進一步的獸醫檢查，淨化子宮，加強飼養管理，檢查生理狀況，受體牛的同期化處理。在選擇受體牛時還要根據胚胎的不同發育階段和不同發情、排卵時間靈活搭配，儘量縮短胚胎髮育時期和受體牛子宮環境的同步差。

2.同期發情一次前列腺素法：對處於發情週期第10天左右的供、受體牛一次肌肉注射氯前列烯醇2~4ml ( 0.32~O.64mg，按牛體重大小)誘導發情。

二次前列腺素法:注射一次氯前列烯醇2~4ml後11d左右再次肌注氯前列烯醇2~4ml。陰道栓加前列腺素（CIDR+PG)法：在任意一天放入含有黃體酮的陰道栓，10d左右取出陰道栓，同時肌注4ml 氯前列烯醇。

3.超數排卵影響超數排卵的效果的因素如下：（1）排卵季節，最好選擇在秋冬季節。（2）選擇2~6胎的供體母牛。（3）一般最合適的時期在發情期後的第10~12天。（4）正確使用生殖激素處理超排母牛。

4.人工授精

（1）母牛最佳配種期:發情後6~12h。外部表現:開始時精神不安、左右回顧、陰戶充血。中期食慾不振、譁叫、陰戶充血、腫脹。末期陰戶腫脹減退、稍有皺紋。黏液情況:開始時少而薄、透明。中期多而薄、半透明、呈牽絲狀（吊線)。末期少而厚、透明、牽絲稍差、粘膠減退。爬跨運動：開始時爬跨其他母牛，不接受其他母牛爬跨。中期接受其他母牛爬跨不動，或互相爬跨。末期逃避爬跨、但有時仍爬跨其他母牛。卵泡變化：開始時卵泡發育小，不明顯。中期卵泡大，膜薄，緊張而光滑。末期突出卵巢表面，水泡感明顯，一觸即破感。

由於母牛排卵不易掌握，最好採用重複配種的方法，即在發情症狀明顯時配一次，過10h後再重複配一次。

凍精的解凍溫度為38~42℃(一般控制在40℃)。

精液解凍時注意事項：取凍精時凍精離開液氮的時間不要太長，不超過10s，且凍精不要超過瓶口：水溫要控制好，輸精解凍時水溫稍低，檢查時水溫可稍高；解凍時間不要太長，10~15s，並要輕輕搖晃細管凍精；解凍後要擦乾細管上的水，並檢查細管有無斷裂和破損。

（2）直腸把握輸精法。輸精原則：慢插、適深、輕注、緩出、防流。注意事項：插槍時先將輸精槍斜向上45°插入10~15cm，再平行向前插入，直至子宮頸口，先勿將套管外的保護套除去，待輸精槍插人陰道後再去除，注意保護自身安全，避免被牛隻踢傷。人工授精技術不過關：主要在人工授精過程中操作不科學、不衛生，配種時機掌握不好，直腸檢查技術不熟練，配種技術不高等。

5.胚胎採集

（1）牛麻醉要合適:用2%普魯卡因或利多卡因5ml，在薦椎與第一尾椎結合處或第一尾椎與第二尾椎結合處施行硬膜外腔麻醉，以防止子宮頸緊縮及母牛努責不安。

（2）洗淨外陰部並進行消毒處理。

（3）用擴張棒擴張子宮頸，用黏液抽吸棒抽吸子宮頸黏液。

6.胚胎鑑定

（1）正常發育胚胎透明帶完整，形態規則，色調均勻一致，透明度適中。根據胚胎髮育階段及發育狀況劃分，胚胎質量分為A、B、C和D4個等級。只有A、B級胚胎可用於胚胎切割。

（2）檢胚要準確、迅速。當胚胎在操作過程時間過長時胚胎會產生過氧化物，從而影響胚胎質量，還會影響胚胎後續的活力。

7.胚胎移植胚胎髮育期與受體子宮移植時間的對應關係。桑椹胚（M）移植給發情時間為第5~6天受體（發情為0d)；早期囊胚(EB)移植給發情時間為第5.5~6.5天受體母牛；囊胚(B)移植給發情時間為第6~7天受體母牛；擴張囊胚（EXB）移植給發情時間為第7~8天受體母牛。

胚胎早期死亡多集中於妊娠早期，尤其是附植前後：牛15~25d。胚胎早期死亡後孕體完全被吸收，以後再發情時間與胚胎死亡時間有關。

內分泌異常：雌激素、黃體酮作用於輸卵管平滑肌，調節受精卵執行。如果二者比例失調，早期胚胎執行速度異常，引起胚胎死亡。黃體酮分泌延遲，造成胚胎髮育與子宮內環境不能同步化，胚胎不能和附植，妊娠終止。

8.母牛的妊娠診斷妊娠18~21d一般不做檢查，主要根據母牛發情週期特點，如該牛沒有發情表現，則斷定其為妊娠，準確率可達80%。

妊娠2個月，直腸檢查，子宮角進入腹腔，孕角較空角粗約一倍，而且較長；孕角壁軟而薄，且有液體波動。

妊娠3個月及以上的牛孕角較空角大得多，直腸檢查很明顯，並隨著時間的推移可觸控到胎兒。外部觀察：腹圍增大且不對稱，在妊娠後半期(5個月左右)腹部出現不對稱，右側腹壁突出。8個月以後右側腹壁可見到胎動。流產是指妊娠中後期胎兒或母體生理過程發生擾亂，它們之間的正常關係破壞，妊娠中斷，產出不足月的活胎兒或死胎。牛較多為自發性流產，特別是妊娠頭3個月內。

哺乳動物的繁殖是一個相當複雜的過程。上述一系列環節必須相互協調，其中任何一個環節遭到擾亂或破壞，均可導致繁殖失敗。