2021高中生物备考-胚胎工程经典例题解析
从西非热带植物果实中提取的甜味蛋白质Brazzein是一种高甜度、低热值的新型非糖甜味剂。但是由于受到产地种植的限制等，难以实现Brazzein的大量生产。近几年人们引入生物工程方法获得甜味蛋白。如图是科学家培育能生产甜味蛋白质Brazzein乳腺生物反应器的过程，请回答相关问题：
（1）甜味蛋白质Brazzein基因，可采用PCR技术进行大量扩增但前提是 。过程①可采用动物病毒转染法，利用携带目的基因的病毒感染胚胎干细胞，实现对胚胎干细胞的 。（2）过程③通常从雌性小鼠的 中获取囊胚。过程④是将胚胎干细胞显微注射到小鼠的囊胚腔内形成嵌合体囊胚，将不同来源的基因转移、组合到嵌合体中，利用这一种方法可以解决 的困难。（3）过程⑤中要对受体小鼠进行 处理，得到的嵌合体小鼠的毛色为 。（4）鉴定嵌合体小鼠是否成功表达甜味蛋白质Brazzein，可以利用 原理对小鼠乳汁中的特异性蛋白进行检测。 解析： （1）利用PCR技术大量扩增甜味蛋白质Brazzein基因的前提是甜味蛋白质Brazzein基因的序列是已知的，将DNA分子导入受体细胞的过程称之为转化。（2）通常从小鼠的子宫角或输卵管中取出囊胚，题干中将西非热带植物果实中的甜味蛋白质Brazzein基因导入到小鼠的胚胎干细胞中，最后再通过形成嵌合体囊胚的方式使小鼠表达该目的基因，解决了远缘杂交不亲和的困难。（3）过程⑤中的受体小鼠需经同情发情处理才能接受嵌合体囊胚，该嵌合体囊胚是白色小鼠的胚胎干细胞嵌合到黑色小鼠的囊胚中，该囊胚最终会发育成毛色为黑白相间的小鼠。（4）要对小鼠乳汁中的特异性蛋白进行检测，可以利用抗原抗体反应原理。答案：
（1）甜味蛋白质Brazzein基因序列已知 转化
（2）子宫角或输卵管 远缘杂交不亲和
（3）同期发情 黑白相间
（4）抗原抗体反应
[题后归纳]
例2：W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。
（1）步骤①中需要使用的工具酶有________________。步骤②和③所代表的操作分别是________________和________________。步骤④称为________________。（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的______________（答出2点即可）的限制。（3）一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息________________（填相同或不同），原因是_________。（4）从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有_____________（答出2点即可）。
【答案】（1）限制性核酸内切酶、DNA连接酶 显微注射 体外培养 胚胎移植 （2）性别、年龄 （3）相同 两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵 （4）体外受精、胚胎移植
【解析】【分析】1、膀胱反应器有着和乳腺反应器一样的优点：收集产物蛋白比较容易,不会对动物造成伤害。此外,该系统可从动物一出生就收集产物,不论动物的性别和是否正处于生殖期。膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。2、基因工程技术的基本步骤包括：目的基因的获取；基因表达载体的构建，是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。3、分析题图可知，步骤①为将W基因与运载体结合，构建基因表达载体；步骤②为将*表达载体导入受精卵，常用显微注射法；步骤③为体外培养；步骤④为胚胎移植。【详解】（1）由分析可知，步骤①为构建基因表达载体，需使用同种限制酶切割目的基因和运载体，再由DNA连接酶连接粘性末端，形成*表达载体；步骤②为显微注射；步骤③为体外培养；步骤④为胚胎移植。（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W，可从动物一出生就收集产物,不受动物的性别和年龄的限制。（3）在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝分裂产生的体细胞，其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。（4）由分析可知，步骤③为体外培养，步骤④为胚胎移植，均属于胚胎工程。
本题考查基因工程和胚胎工程的相关知识，要求考生识记基因工程的基本工具和操作步骤，掌握胚胎工程各项技术的相关细节，能结合所学的知识准确答题，属于考纲识记和理解层次的考查。
详谈牛的胚胎移植
1.供（受）体的选择
1.1供体的选择在供体选择上应选择健康强壮，性周期正常的个体。在选择供体时，首先要考虑其能否提供优质的卵母细胞，这样才能获得优质的早期胚胎，提高母系遗传物质与受体之间建立信号通路的成功率，进而提高后期着床率;青年牛超排效果好于成母牛。
1.2受体牛的选择受体牛的选择应排除有遗传疾病牛；淘汰有生殖疾病的受体母牛，如子宫内膜炎、卵巢囊肿、子宫颈畸形等；淘汰过胖或过瘦的牛。购买的受体牛做进一步的兽医检查，净化子宫，加强饲养管理，检查生理状况，受体牛的同期化处理。在选择受体牛时还要根据胚胎的不同发育阶段和不同发情、排卵时间灵活搭配，尽量缩短胚胎发育时期和受体牛子宫环境的同步差。
2.同期发情一次前列腺素法：对处于发情周期第10天左右的供、受体牛一次肌肉注射氯前列烯醇2~4ml ( 0.32~O.64mg，按牛体重大小)诱导发情。
二次前列腺素法:注射一次氯前列烯醇2~4ml后11d左右再次肌注氯前列烯醇2~4ml。阴道栓加前列腺素（CIDR PG)法：在任意一天放入含有黄体酮的阴道栓，10d左右取出阴道栓，同时肌注4ml 氯前列烯醇。
3.超数排卵影响超数排卵的效果的因素如下：（1）排卵季节，最好选择在秋冬季节。（2）选择2~6胎的供体母牛。（3）一般最合适的时期在发情期后的第10~12天。（4）正确使用生殖激素处理超排母牛。
4.人工授精
（1）母牛最佳配种期:发情后6~12h。外部表现:开始时精神不安、左右回顾、阴户充血。中期食欲不振、哗叫、阴户充血、肿胀。末期阴户肿胀减退、稍有皱纹。黏液情况:开始时少而薄、透明。中期多而薄、半透明、呈牵丝状（吊线)。末期少而厚、透明、牵丝稍差、粘胶减退。爬跨运动：开始时爬跨其他母牛，不接受其他母牛爬跨。中期接受其他母牛爬跨不动，或互相爬跨。末期逃避爬跨、但有时仍爬跨其他母牛。卵泡变化：开始时卵泡发育小，不明显。中期卵泡大，膜薄，紧张而光滑。末期突出卵巢表面，水泡感明显，一触即破感。
由于母牛排卵不易掌握，最好采用重复配种的方法，即在发情症状明显时配一次，过10h后再重复配一次。
冻精的解冻温度为38~42℃(一般控制在40℃)。
精液解冻时注意事项：取冻精时冻精离开液氮的时间不要太长，不超过10s，且冻精不要超过瓶口：水温要控制好，输精解冻时水温稍低，检查时水温可稍高；解冻时间不要太长，10~15s，并要轻轻摇晃细管冻精；解冻后要擦干细管上的水，并检查细管有无断裂和破损。
（2）直肠把握输精法。输精原则：慢插、适深、轻注、缓出、防流。注意事项：插枪时先将输精枪斜向上45°插入10~15cm，再平行向前插入，直至子宫颈口，先勿将套管外的保护套除去，待输精枪插人阴道后再去除，注意保护自身安全，避免被牛只踢伤。人工授精技术不过关：主要在人工授精过程中操作不科学、不卫生，配种时机掌握不好，直肠检查技术不熟练，配种技术不高等。
5.胚胎采集
（1）牛麻醉要合适:用2%普鲁卡因或利多卡因5ml，在荐椎与第一尾椎结合处或第一尾椎与第二尾椎结合处施行硬膜外腔麻醉，以防止子宫颈紧缩及母牛努责不安。
（2）洗净外阴部并进行消毒处理。
（3）用扩张棒扩张子宫颈，用黏液抽吸棒抽吸子宫颈黏液。
6.胚胎鉴定
（1）正常发育胚胎透明带完整，形态规则，色调均匀一致，透明度适中。根据胚胎发育阶段及发育状况划分，胚胎质量分为A、B、C和D4个等级。只有A、B级胚胎可用于胚胎切割。
（2）检胚要准确、迅速。当胚胎在操作过程时间过长时胚胎会产生过氧化物，从而影响胚胎质量，还会影响胚胎后续的活力。
7.胚胎移植胚胎发育期与受体子宫移植时间的对应关系。桑椹胚（M）移植给发情时间为第5~6天受体（发情为0d)；早期囊胚(EB)移植给发情时间为第5.5~6.5天受体母牛；囊胚(B)移植给发情时间为第6~7天受体母牛；扩张囊胚（EXB）移植给发情时间为第7~8天受体母牛。
胚胎早期死亡多集中于妊娠早期，尤其是附植前后：牛15~25d。胚胎早期死亡后孕体完全被吸收，以后再发情时间与胚胎死亡时间有关。
内分泌异常：雌激素、黄体酮作用于输卵管平滑肌，调节受精卵运行。如果二者比例失调，早期胚胎运行速度异常，引起胚胎死亡。黄体酮分泌延迟，造成胚胎发育与子宫内环境不能同步化，胚胎不能和附植，妊娠终止。
8.母牛的妊娠诊断妊娠18~21d一般不做检查，主要根据母牛发情周期特点，如该牛没有发情表现，则断定其为妊娠，准确率可达80%。
妊娠2个月，直肠检查，子宫角进入腹腔，孕角较空角粗约一倍，而且较长；孕角壁软而薄，且有液体波动。
妊娠3个月及以上的牛孕角较空角大得多，直肠检查很明显，并随着时间的推移可触摸到胎儿。外部观察：腹围增大且不对称，在妊娠后半期(5个月左右)腹部出现不对称，右侧腹壁突出。8个月以后右侧腹壁可见到胎动。流产是指妊娠中后期胎儿或母体生理过程发生扰乱，它们之间的正常关系破坏，妊娠中断，产出不足月的活胎儿或死胎。牛较多为自发性流产，特别是妊娠头3个月内。
哺乳动物的繁殖是一个相当复杂的过程。上述一系列环节必须相互协调，其中任何一个环节遭到扰乱或破坏，均可导致繁殖失败。
