資源簡介

2.3.2胚胎工程技術及其應用的學案
【學習目標】
1、簡述體外受精的主要操作步驟。
2、簡述胚胎移植的生理學基礎和基本流程，說出胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。
3、簡述胚胎分割的概念、它涉及的操作和應用的價值。
【學習重難點】
教學重點
1.受精的基本過程。
2.胚胎早期發育的基本過程。
3.胚胎工程的主要技術及其原理。
4.胚胎工程在生產實踐中的應用。
教學難點
1.受精過程中精子和卵子的生理變化。
2.胚胎工程中胚胎移植的生理學基礎和基本操作步驟。
【預習新知】
體外受精
1.試管動物：通過人工操作使卵子在_______受精，經培養發育為___________后，再進行移植產生的個體。
2.體外受精技術的主要步驟：__________________、_____________和_______。
3.過程
胚胎移植
1.原理：早期胚胎細胞具有很強的 能力，并保持著細胞 ，可以將胚胎分割成幾份，從而提高胚胎的利用率。
2．定義：指采用 方法將 切割成2等份、4等份或8等份等，經移植獲得 的技術。
3．特點：來自同一胚胎的后代具有相同的 。
4．主要儀器設備： 和 。
5. 實質：動物的 繁殖或克隆。
6．操作程序
(1)胚胎選擇：選擇發育良好、形態正常的 胚或 。
(2)胚胎分割
①操作環境：盛有 的培養皿中。
②操作用具： 或 。
③操作要點：分割囊胚階段的胚胎時，注意將 均等分割。
(3)胚胎移植：分割后的胚胎可以直接移植給受體，或經 后，再移植給受體。
①胚胎移植前，進行DNA分析的目的是進行 ，以防止產生的后代具有嚴重的遺傳?。贿M行性別鑒定，是為了 。
②可用分割針分割 ，做DNA分析，鑒定性別。
③取 細胞進行分析和鑒定可避免損傷內細胞團；滋養層和內細胞團均來自同一個受精卵的有絲分裂，含有 遺傳物質。
(4)應用
①可以促進優良動物品種的 ,產生的遺傳性狀 的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料
②在胚胎移植前進行性別鑒定、遺傳病篩查等,對于人工控制動物 、動物繁育健康后代具有重要意義。
胚胎分割
1.概念:采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,經移植獲得同
卵雙胎或多胎的技術。
2.主要儀器設備:體視顯微鏡和顯微操作儀。
3.材料:在進行胚胎分割時,應選擇發育良好、形態正常的 　桑葚胚或囊胚 。
4.分割要求:在分割囊胚階段的胚胎時,注意將 　內細胞團 均等分割。
5.意義:提高胚胎的利用率,促進優良動物品種的繁殖,是動物無性繁殖或克隆的方法之一。
6.操作程序:
①選擇發育良好、形態正常的__桑葚胚_____或__囊胚___,移入盛有___操作液____的培養皿中。
②用分割針或分割刀片將胚胎切開,吸出其中的半個胚胎,注入預先準備好的
空透明帶中,或直接將__祼半胚_____移植入受體。
③還可用分割針分割__滋養層_____,做DNA分析鑒定性別。
【易錯提示】
滋養層≠飼養層
(1)滋養層：囊胚時期沿透明帶內壁排列的體積較小的細胞，滋養層最終發育成胎膜和胎盤。
(2)飼養層：飼養層細胞一般為輸卵管上皮細胞，在干細胞培養時，可作為干細胞分裂、增殖的營養細胞。
(1)作為胚胎受體的條件
①與供體是同一物種
②與供體處于相同的生理狀態
③雌性動物
(2)胚胎移植的實質是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。
【深化探究】
【合作探究】-胚胎移植
中國荷斯坦奶牛是由純種荷蘭牛與本地母牛經多代雜交,長期選育而成的,具有
體型大、產奶量高的特點。雌性奶牛一般在24月齡開始產犢,牛犢出生時體重為
40~50 kg,母牛隨即開始泌乳。和牛是世界上公認的高檔肉牛品種,體型較小,肉
質鮮嫩,營養豐富,牛犢出生時體重為30 kg左右。我國科研人員利用胚胎工程技
術,成功培育出和牛這一優良品種,培育流程如圖所示。
問題
1.和牛的培育過程利用了哪些胚胎工程技術
提示：體外受精、胚胎移植。
2.進行過程④之前,要對代孕母牛用某種激素處理,其目的是什么
提示：進行同期發情處理,使代孕母牛與供體母牛處于相同的生理狀態。
3.雌性中國荷斯坦奶牛作為胚胎移植的受體與雌性和牛相比有何優勢
提示：分娩更加順利,新生牛犢存活率高;有利于中國荷斯坦奶牛產奶。
4胚胎移植中的胚胎有哪些來源？
提示：體外受精；胚胎分割；動物細胞核移植。
5.早期胚胎培養所需營養液的成分是什么 (生命觀念:結構與功能觀)
提示:早期胚胎培養所需培養液的成分有無機鹽、有機物、氨基酸、核苷酸、維生素、激素和血清等。
6.不同動物進行胚胎移植時間相同嗎 舉例說明。(科學思維:分析與綜合)
提示:不同。如牛、羊要培養到桑葚胚或囊胚階段;小鼠、家兔要培養到桑葚胚前。
【合作探究】—胚胎分割
早期胚胎細胞具有很強的分裂能力，并保持著細胞全能性，可將一個胚胎分割成幾份，從而提高胚胎的利用率，請結合教科書第62-63頁“胚胎分割”的相關內容，回答下列問題。
1.胚胎分割的意義是什么？為什么要在桑葚胚或囊胚階段進行分割？
提示：意義是提高胚胎的利用率；在桑葚胚或囊胚階段進行分割的原因是因為此階段的內細胞團細胞具有全能性，可以發育成完整個體。
2.閱讀教材第63頁資料卡“胚胎分割的發展簡史”，討論早期胚胎能不能無限分割？胚胎分割技術還存在那些問題？
提示：不能，實踐證明，采用胚胎分割技術產生同卵多胚的可能性有限，分割次數越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前以二分胚的分割和移植成功率最高。盡管胚胎分割技術已經在多種動物中取得成功，但是仍然存在一些問題，如剛出生的動物體重偏低，毛色和斑紋可能會存在差異。
3.對囊胚階段的胚胎進行分割時候，為什么要將內細胞團均等分割
提示：內細胞團細胞是具有細胞全能性的細胞，可以發育成胎兒的各種組織，若分割時不能將內細胞團均等分割，則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。
【鞏固訓練】
（一）鞏固訓練
1.精子載體法是以精子作為外源基因載體攜帶外源基因進入卵細胞，下圖表示用該方法制備轉基因鼠的基本流程。下列敘述正確的是( )
A.①過程需將成熟的精子放入ATP溶液中進行獲能處理
B.②采用體外受精技術，受精卵中的遺傳物質來自父母雙方
C.②過程所用培養液的成分需加入動物血清
D.④過程需要對受體母鼠用相關激素進行同期發情處理
2.控制哺乳動物的性別對于畜牧生產有著十分重要的意義，目前分離精子技術是有效的控制方法，再通過胚胎工程技術就可培育出所需性別的試管動物。試管牛的培育如下圖所示。下列有關敘述正確的是( )
A.試管牛的培育屬于有性生殖
B.過程①指的是體外受精技術和胚胎移植技術
C.采集來的精子和卵母細胞可以直接用于受精
D.經胚胎移植產生的后代，其遺傳特性與受體保持一致
3.“虎獅獸”是雄虎的精子和雌獅的卵子“體外受精”而產生的，該“體外受精”的過程是( )
①采集雌獅卵子
②收集雄虎的精子
③卵母細胞的人工培養
④精子獲能處理
⑤獲能精子和成熟卵子在受精液中共同培養
⑥精子用CaCl2處理
⑦卵母細胞用一定濃度肝素溶液處理
⑧體外受精
⑨受精卵培養
A. B.
C. D.
4.線粒體置換技術是將媽媽攜帶突變線粒體的卵子細胞核移植到去核的健康線粒體捐贈者卵胞漿中獲得的重構卵母細胞,與攜帶者丈夫精子進行受精，從而獲得重構胚胎也就是通常說的“三親胚胎”,也被稱為“第四代試管嬰兒”。下列有關說法錯誤的是( )
A.重構卵母細胞需培養成熟才可以與獲能精子受精
B.第四代試管嬰兒的DNA來自攜帶者與其丈夫
C.第四代試管嬰兒可避免線粒體疾病
D.第四代試管嬰兒的培育還需要經歷早期胚胎培養和胚胎移植等技術
5.研究發現，小鼠四倍體胚胎具有發育缺陷，只能發育成胎盤等胚胎以外的結構。ES細胞能夠誘導分化形成所有的細胞類型，但很難分化形成胎盤。四倍體胚胎與ES細胞的嵌合體則會使二者的發育潛能相互補償，可得到ES小鼠，其中的四倍體胚胎只能發育成胚外組織。下列敘述正確的是( )
A.將2細胞期胚胎用滅活病毒誘導法使2細胞融合，可得到一個含四個染色體組的細胞
B.嵌合體中的ES具有自我更新能力并只能分化為胎盤等胚外組織
C.嵌合體胚胎發育至原腸胚時需移植入與之生理狀態相同的小鼠子宮內才可以進一步發育
D.嵌合體發育形成的ES小鼠基因型與供體ES細胞的基因型不同
6.下圖為利用小白鼠（基因型為cc）和小黑鼠（基因型為CC）形成人工嵌合體小鼠的實驗，相關說法錯誤的是( )
A.圖中嵌合體小鼠的基因型為Cc
B.過程①早期胚胎培養時需模擬體內環境
C.代孕母鼠需用激素進行同期發情處理
D.人工嵌合體小鼠含有四個親本的遺傳物質
7.2019年1月24日，中科院神經科學研究所的科學家利用體細胞核移植技術CRISPR/Cas9基因編輯技術，成功構建5只體細胞中某基因敲除的克隆猴，可作為研究人類疾病的動物模型。下列敘述正確的是( )
A.該過程中獲得的重構胚可用乙醇、蛋白酶合成抑制劑等處理激活
B.體外培養體細胞時，培養液中通常需加入動物血清、蔗糖等成分
C.體外培養體細胞時，需將其置于含有95%空氣和5%O2氣體的培養箱中
D.胚胎移植前要對受體猴注射免疫抑制劑，以減弱或消除免疫排斥反應
參考答案
1.答案：D
解析：A、①過程需將成熟的精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液中，用化學藥物誘導精子獲能，A錯誤； B、②采用體外受精技術，受精卵中的遺傳物質來自于父母雙方和外源基因，B錯誤； C、②為體外受精過程，③為早期胚胎培養過程，前者在獲能溶液或專用的受精溶液中進行，后者在發育培養基中進行，這兩個過程所用培養液的成分不完全相同，C錯誤； D、胚胎移植時，需對供體和受體使用激素進行同期發情處理，以保證胚胎移植入相同的生理環境，D正確。
故選：D。
2.答案：A
解析：
3.答案：B
解析：哺乳動物體外受精主要包括卵母細胞的采集和培養（①、③）、精子的采集和獲能（②、④）、體外受精等主要步驟，B正確。
4.答案：B
解析：體外受精時，卵母細胞需培養成熟至MII期具備受精能力，才可以和獲能精子進行體外受精，A正確;第四代試管嬰兒的DNA來自攜帶者及其丈夫和捐贈者線粒體DNA，B錯誤;第四代試管嬰兒是由攜帶者突變線粒體的卵子供核，捐贈者供質，可避免攜帶者的線粒體疾病通過母系遺傳傳遞給下一代，C正確;第四代試管嬰兒的培育還需要經歷早期胚胎培養到適宜時期，再經歷胚胎移植等技術移植到母體子宮孕育成熟，D正確。
5.答案：A
解析：A、正常小鼠是二倍體，所以兩個2細胞期胚胎用滅活病毒誘導法使細胞融合，可得到一個含四個染色體組的細胞，A正確；B、嵌合體中的ES具有自我更新能力，很難分化形成胎盤，可分化為處胎盤以外的所有細胞類型，B錯誤；C、嵌合體胚胎發育至桑椹胚或囊胚期再移植入與之生理狀態相同的小鼠子宮內才可以進一步發育，C錯誤；D、四倍體胚胎與ES細胞的嵌合體則會使二者的發育潛能相互補償，可得到ES小鼠，其中的四倍體胚胎只能發育成胚外組織，所以嵌合體發育形成的ES小鼠基因型與供體ES細胞的基因型相同，D錯誤。故選A。
6.答案：A
解析：A、圖中嵌合體小鼠是由兩部分不同細胞共同發育形成的，其體細胞中部分細胞基因型為CC，部分細胞的基因型為cc,A錯誤； B、過程①早期胚胎培養時需模擬體內環境，以保證胚胎的正常發育所需要的條件，B正確；C、代孕母鼠需用激素進行同期發情處理，使其生理狀態具備受孕的基礎，C正確； D、由于人工嵌合體小鼠是由兩個受精卵發育形成的早期胚胎合并后發育形成的，而每個受精卵中的遺傳物質涉及父本和母本共兩個親本，因此人工嵌合體小鼠含有四個親本的遺傳物質，D正確。
故選：A。
7.答案：A
解析：A、用乙醇、蛋白酶合成抑制劑等物質激活重構胚，可使其完成細胞分裂和發育進程，A正確；B、體外培養體動物體細胞時，培養液中通常需加入動物血清等成分，但不能添加蔗糖，B錯誤； C、體外培養體細胞時，需將其置于含有95%空氣（細胞代謝必需的）和5%CO2氣體（維持培養液的pH）的培養箱中，C錯誤； D、子宮不會對外來胚胎發生免疫排斥反應，因此胚胎移植前不需要對受體猴注射免疫抑制劑，D錯誤。
故選：A。

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