人的血清白蛋白(HAS)在临床上需求量很大,目前通常将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,利用牛的乳腺细胞生产血清白蛋白,基本步骤如下:
Ⅰ.采集良种供体奶牛的卵母细胞和精子,通过体外受精,形成受精卵;
Ⅱ.将人血清白蛋白基因导入奶牛受精卵,形成重组细胞;
Ⅲ.电脉冲刺激重组细胞,促使其形成早期胚胎;
Ⅳ.将胚胎移植到受体母牛的子宫中,最终发育成转基因小牛。
请回答下列问题:
(1)步骤Ⅰ中,卵母细胞与精子结合过程中防止多精入卵的生理反应包括_____________ 。自然条件下,受精卵是在雌性动物的_________内完成的。
(2)步骤Ⅱ中,将人的血清白蛋白基因导入牛受精卵最为有效的方法是___________ 。导入基因前,需要将血清白蛋白基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,这一步骤称为___________。
(3)步骤Ⅲ中,进行动物早期胚胎的体外培养时,培养液中除了含有各种无机盐和有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外,还需要添加_______ 和动物血清。一般情况下,通常在合成培养基中加入一定量的____________ ,防止杂菌污染。
(4)步骤Ⅳ中,应选择性别为_______的奶牛胚胎进行移植。
透明带反应、卵细胞膜反应 输卵管 显微注射技术 构建基因表达载体 激素 抗生素 雌性
【解析】
防止多精入卵的两道屏障依次是透明带反应、卵细胞膜反应;受精作用的场所是输卵管;基因工程的核心是基因表达载体的构建,将目的基因导入动物细胞的方法是显微注射技术;早期培养时,培养液中含有各种无机盐和有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸、激素和血清等物质。培养液中加入抗生素的作用是防止杂菌污染;乳腺生物反应器需要在乳汁中获得所需要的物质,需要选择雌性的胚胎。
【详解】
(1)防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。自然条件下,受精是在雌性动物的输卵管内完成的。
(2)将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法;基因工程的操作步骤中,在导入目的基因之前,需要构建基因表达载体,即将血清白蛋白基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。
(3)早期胚胎培养的培养液中除了各种无机盐、有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外,还需要添加激素和血清等天然成分。一般情况下,通常在合成培养基中加入一定量的抗生素,其目的是防止污染。
(4)血清白蛋白要从乳汁中提取,只有雌性奶牛才能产生乳汁,因此胚胎移植时,必须选取雌性奶牛的胚胎进行移植。
【点睛】
注意受精过程的变化顺序:顶体反应→穿越放射冠→穿越透明带(透明带反应)→卵细胞膜反应(卵黄膜封闭作用)→卵子完成减数第二次分裂并释放第二极体→雌雄原核的形成、核膜消失,雌、雄原核融合形成合子→第一次卵裂开始。
体内受精和早期胚胎发育:
1、精子和卵子的发生:
项目 | 精子 | 卵子 |
场所 | 睾丸曲细精管 | 卵巢 |
时间 | 初情期开始 | 胎儿时期性别分化以后 |
过程 | (在卵细胞膜和透明带的间隙有两个集体是判断卵子受精的标志) | |
结果 | 4个精子 | 1个卵细胞;3个极体 |
MⅠ和MⅡ是否连续 | 是 | 否 |
2、受精作用
(1)受精作用的场所:输卵管。
(2)受精前的准备阶段
①精子获能:精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力的生理现象。
②卵子的准备:在输卵管中发育达到减数第二次分裂的中期,才具备与精子受精的能力。
(3)受精阶段——四步曲
第一步:精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质,透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。
第二步:精子进入卵细胞腆。卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步:原核形成。雄原核形成和雌原核形成。
第四步:合子形成。雌雄原核融合形成合子(受精卵)。
3、胚胎发育:
(1)过程:受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。
①卵裂期:细胞进行有丝分裂,数量增加,胚胎总体积不增加;
②桑椹胚:32个细胞左右的胚胎(之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞);
③囊胚:细胞开始分化,其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织;而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘;胚胎内部逐渐出现囊胚腔(注:囊胚的扩大会导致透明带的破裂,胚胎伸展出来,这一过程叫孵化);
④原肠胚:内细胞团表层形成外胚层,下方细胞形成内胚层,由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。(细胞分化在胚胎期达到最大限度)
(2)图示:
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