資源簡介

第3節 胚胎工程
第2課時　胚胎工程技術及其應用
【
學習目標】
1.以文字和圖示形式表示哺乳動物的體外受精和胚胎移植的過程。(科學思維)
2.說明體外受精、胚胎移植和胚胎分割技術在畜牧業生產中的應用。(社會責任)
【自主預習】
一、體外受精
1.過程
(1)過程A為　卵母細胞的采集　,從卵巢中獲取的卵母細胞需要培養到　MⅡ期　才具有受精的能力。
(2)精子的獲取過程中,采集的精液先進行　離心　處理,然后再進行B　獲能處理　后才具有受精的能力。
(3)將獲能的精子和成熟的卵子置于適當的　培養液　中共同培養一段時間,促使它們完成C　體外受精　過程。
2.意義
(1)是提高動物　繁殖能力　的有效措施。
(2)為胚胎移植提供可用的　胚胎　。
二、胚胎移植
1.概念:指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎,移植到　同種的、生理狀態　相同的雌性動物體內,使之繼續發育為新個體的技術。
2.對胚胎移植概念的理解
(1)胚胎來源:體內早期胚胎、體外受精得到的胚胎、其他方式(轉基因、核移植等)得到的胚胎。
(2)供體:提供胚胎的個體。
(3)受體:接受胚胎的個體。
(4)移植條件:供體與受體為同種且生理狀態相同。
3.過程(以牛胚胎移植為例)
4.優勢:可以充分發揮　雌性優良個體的繁殖潛力　。
三、胚胎分割
1.概念:指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。
對象 　早期胚胎　
方法 機械方法
目的 獲得同卵雙胎或多胎
特點 來自同一胚胎的后代具有　相同　的遺傳物質
實質 可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一
2.儀器設備:體視顯微鏡和顯微操作儀。
3.操作程序: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→在顯微鏡下用分割針或分割刀分割胚胎。
4.注意事項:分割囊胚時要將　內細胞團　均等分割。
【合作探究】
任務　了解胚胎工程技術及應用
活動1　探究體外受精技術
體外受精技術的基本原理是人工模擬體內環境(包括營養、溫度、pH等),使卵母細胞成熟和精子獲能,最終完成受精過程,得到的胚胎暫時保存或進行移植等。下圖為體外受精過程的流程圖,討論并回答下列問題:
1.精子獲能處理前為什么要進行離心處理
提示　精液由精子和精清兩部分組成。精清中含有能抑制精子獲能的物質,因此在一般情況下,精液中的精子無法獲能。精子獲能處理前進行離心處理,目的是除去精清以利于精子獲能。
2.從卵巢中采集的卵子為什么不能與獲能的精子直接受精
提示　卵巢中的卵子不成熟,需培養到MⅡ期才具有受精能力。
3.受精過程體現了細胞膜的哪種功能和哪種特性
提示　受精過程體現了細胞膜的進行細胞間信息交流的功能,精子和卵子的融合利用了細胞膜具有流動性的結構特性。
4.試管動物技術屬于有性生殖還是無性生殖 為什么
提示　屬于有性生殖。其過程是精子和卵子在體外受精,形成受精卵,再將受精卵發育成的早期胚胎移植到受體子宮中。
5.體外受精技術為何能提高優良動物的繁殖潛力
提示　體外受精中用到的精子采自優良品種雄畜,每次采集的精子可與多個卵子受精,提高了精子的利用率;可從屠宰場已屠宰母牛的卵巢中獲取卵母細胞,也可從活體母牛輸卵管中獲取卵母細胞,這樣卵子的來源就比較充足。
例1　(改編)下圖表示利用高等哺乳動物的生殖細胞通過體外受精技術培育試管動物的大致流程。下列說法錯誤的是(　　)。
A.哺乳動物的體外受精包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等幾個主要步驟
B.在體外受精前,要對精子進行獲能處理,從而使精子具有與卵子受精的能力
C.胚胎早期發育的順序是受精卵→囊胚→桑葚胚→原腸胚
D.除圖中所示用途外,胚胎發育到一定階段還可以用于胚胎分割
【答案】　C
【解析】　培育試管動物首先要做的就是體外受精,哺乳動物的體外受精主要包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等幾個主要步驟,A正確;剛剛排出的精子,不能立即與卵子受精,必須在雌性動物生殖道中發生相應的生理變化后,才能獲得受精能力,因此在體外受精前,要對精子進行獲能處理,B正確;胚胎發育的順序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原腸胚,C錯誤;圖中所示用途為胚胎移植,除了胚胎移植,發育到一定階段的胚胎還可以用于胚胎分割,D正確。
知識拓展　　比較自然受精、人工授精和體外受精的異同點
項目 自然受精 人工授精 體外受精
不 同 點 過程 不同 雌雄動物 交配完成 用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內,完成受精 人工獲取精子、卵子,在體外培養液中完成受精過程
場所 不同 雌性動物 輸卵管中 雌性動物輸卵管中 體外培養液中
相同點 ①精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程; ②都是有性生殖
對點練1　體內受精、體外受精的共同點是(　　)。
A.均需在輸卵管中完成受精
B.均需采集卵母細胞
C.均需采集精液
D.受精前精子均需獲能
【答案】　D
【解析】　體外受精在體外專門的培養液中進行,A錯誤;體內受精不需要采集卵母細胞,B錯誤;體內受精不需要采集精液,C錯誤;任何形式的受精作用過程中,精子都需要獲能,D正確。
活動2　探究胚胎移植技術
胚胎移植是胚胎工程的核心技術,下圖表示胚胎移植的操作流程。請據圖思考下列問題。
1.胚胎移植過程中,對供、受體的選擇有哪些要求 要進行什么處理
提示　供體:遺傳性狀優良、生產能力強。受體:有健康的體質和正常繁殖能力。
2.什么是同期發情處理 同期發情處理的目的是什么
提示　同期發情是指利用某些激素人為地控制并調整一群母牛發情周期的進程,使其在預定時間內集中發情。同期發情處理的目的是使胚胎在移植前后所處的生理條件達到同步或一致,供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件,這是胚胎移植成功的關鍵。
3.超數排卵的目的是什么 如何進行超數排卵
提示　目的是使一頭母牛一次排出比自然情況下更多的成熟卵子,其用于配種或者人工授精,可獲得多枚胚胎,經胚胎移植可得到多個后代。超數排卵可用外源促性腺激素處理供體母牛,誘發卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。
4.進行胚胎移植時應選擇發育到什么階段的胚胎 受體會不會對來自供體的胚胎發生免疫排斥反應
提示　動物的早期胚胎一般在桑葚胚或囊胚階段進行移植。受體對來自供體的胚胎基本上不會發生免疫排斥反應。
5.胚胎移植后,經受體孕育的后代的遺傳特性與供體還是受體保持一致 為什么
提示　胚胎移植產生的后代的遺傳特性與供體保持一致,受體母畜只提供胚胎發育的場所(子宮)和營養,不影響供體胚胎的遺傳特性。
認知生成
胚胎移植的生理學基礎和實質
1.生理學基礎
(1)同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的,為供體胚胎移入受體提供了　相同的生理環境　。(能移植)
(2)哺乳動物的早期胚胎形成后,在一定時間內　不會與母體子宮建立組織上的聯系　,而是處于　游離　狀態,為胚胎的收集提供了可能。(能收集)
(3)受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發生　免疫排斥　反應,為胚胎在受體內的存活提供了可能。(能存活)
(4)供體胚胎可與受體子宮建立正常的　生理和組織聯系　,且供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受任何影響。(能發育)
2.實質
(1)從過程看,實際上是產生胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。
(2)從結果看,是早期胚胎在相同生理環境條件下　空間位置　的轉移。
例2　(2022·鹽城期中)牛胚胎移植的主要流程如下,下列相關敘述正確的是(　　)。
①超數排卵→②配種→③胚胎收集→④　　　　→⑤胚胎移植→⑥子代小牛
A.①過程供、受體母牛都需要處理,目的是獲得更多的卵母細胞
B.③過程是以哺乳動物早期胚胎未與子宮建立組織上的聯系為前提的
C.④過程是“對胚胎進行質量檢查”,可移植的胚胎應發育到囊胚或原腸胚階段
D.⑤過程成功率的高低主要取決于受體的排斥程度
【答案】　B
【解析】　①過程僅需對供體母牛進行超數排卵處理,A錯誤;③過程是以哺乳動物早期胚胎未與子宮建立組織上的聯系,處于游離狀態為前提的,B正確;經過④過程,可移植的胚胎應發育到桑葚胚或囊胚階段,C錯誤;⑤過程成功率的高低主要取決于供、受體生理狀況是否一致,D錯誤。
方法技巧　　胚胎移植中的三個注意點
兩次使 用激素 第一次:用相關激素對供、受體進行同期發情處理; 第二次:用外源促性腺激素處理使供體超數排卵
兩次 檢查 第一次:對收集的胚胎進行檢查; 第二次:對受體母畜是否妊娠進行檢查
生殖 方式 胚胎由受精卵形成,屬于有性生殖; 胚胎由核移植或胚胎分割形成,屬于無性生殖
對點練2　(2023·臨沂期中)和牛是世界公認的高檔肉牛品種,其體型小、肉質鮮嫩、營養豐富。我國科學家通過胚胎工程技術,利用本地黃牛代孕來繁育和牛,主要步驟如下圖所示。下列敘述正確的是(　　)。
A.科學家可通過給和牛飼喂外源促性腺激素,促使其超數排卵
B.將采集到的卵母細胞和精子置于適當的培養液中共同培養一段時間即可完成體外受精
C.為避免代孕黃牛對植入的和牛胚胎產生免疫排斥反應,應注射免疫抑制劑
D.胚胎移植后仍需對代孕黃牛進行定期檢查
【答案】　D
【解析】　誘導超數排卵用的是外源促性腺激素,外源促性腺激素的本質是蛋白質(多肽),飼喂給藥會使其因水解而失去作用,A錯誤;采集到的卵母細胞和精子,要分別在體外進行成熟培養和獲能處理,然后才能用于體外受精,B錯誤;受體子宮一般不會對植入的胚胎產生免疫排斥反應,因此不需要給代孕黃牛注射免疫抑制劑,C錯誤;胚胎移植后仍需對代孕黃牛進行定期檢查,以確保胚胎正常發育,D正確。
素能提升　分析胚胎工程在醫學等方面的應用,培養生命觀念、科學思維和社會責任等核心素養
　　現代生物工程技術推動了醫藥學等領域的發展。為解決不孕不育夫婦的生育問題而出現的試管嬰兒技術,給千萬家庭帶來了福音。試管嬰兒是采用人工方法讓卵細胞和精子在體外受精,并進行早期胚胎培養,然后將早期胚胎移植到母體子宮內發育而誕生的嬰兒。下圖表示移植卵裂期胚胎和囊胚期胚胎的流產率與受孕婦女年齡的關系。
根據以上材料,分析并回答下列問題:
(1)下圖表示人體受精作用及胚胎早期發育的部分過程。下列敘述正確的是(　　)。
A.圖1中的卵子已經完成減數分裂Ⅱ
B.圖2中胚胎需轉移至子宮內繼續發育
C.圖3中各細胞內的DNA分子數目相等
D.圖4中胚胎可以用于分離胚胎干細胞
(2)據圖分析實驗的自變量是什么 因變量是什么 　。
(3)分析實驗結果可得出哪些結論 　。
【答案】　(1)D　(2)自變量為受孕婦女年齡和胚胎發育階段。因變量為流產率　(3)卵裂期胚胎移植的成功率低于囊胚期胚胎;受孕婦女年齡越大,胚胎移植的流產風險越高
【解析】　(1)圖1中精子剛進入卵細胞內,還沒有刺激卵母細胞完成減數分裂Ⅱ,A錯誤;圖2中胚胎不能直接移入子宮,需進行早期胚胎培養后才能移入子宮繼續發育,B錯誤;圖3表示含有兩個細胞的卵裂期胚胎,此時期在卵細胞膜和透明帶之間可觀察到兩個極體,一個為第一極體,一個為第二極體,第二極體細胞內的核DNA數量是其他細胞的一半,C錯誤;圖4表示囊胚,從其內細胞團中可以分離得到胚胎干細胞,D正確。(2)實驗的自變量為受孕婦女年齡和胚胎發育階段,因變量為流產率。(3)由題圖可知,卵裂期胚胎移植的成功率低于囊胚期胚胎;受孕婦女年齡越大,胚胎移植的流產風險越高。
活動3　探究胚胎分割技術
為提高胚胎的利用率,科學家們又研究了胚胎分割技術,閱讀教材,據圖回答下列問題:
1.應選擇發育到什么階段的胚胎進行胚胎分割 原因是什么
提示　桑葚胚或囊胚階段的胚胎。桑葚胚階段尚未出現細胞分化,細胞具有全能性;囊胚階段的內細胞團具有全能性。
2.對囊胚階段的胚胎進行分割時,為什么要將內細胞團均等分割
提示　內細胞團一般到囊胚階段才出現,它將來會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,會出現含內細胞團多的部分能正常發育,含內細胞團少的部分發育受阻或發育不良,甚至出現不能發育等問題。
3.在胚胎移植前常需要對胚胎進行檢測,為什么要對胚胎進行檢測 檢測什么 應選擇什么細胞進行鑒定 為什么選這種細胞
提示　在胚胎移植時常要選擇特定性別且不患遺傳病的胚胎,如培養高產奶牛,需要選擇能發育成雌牛的胚胎。為達到目的,可分別對胚胎進行染色體檢測和DNA檢測。應選擇滋養層的細胞進行鑒定。滋養層細胞以后會發育成胎盤和胎膜,對個體的影響較小。
4.為了獲得更多的胚胎,能否把胚胎多分割幾份 分割完的胚胎能否直接移植
提示　不能使胚胎分割的份數過多,因為分割份數越多,移植的成功率越低。分割完的胚胎可直接移植給受體或經體外培養后再移植給受體。
例3　(2022·長沙期中)下圖表示研究人員利用胚胎工程培育優質奶牛的過程,下列相關說法正確的是(　　)。
A.②過程中細胞進行有絲分裂,無細胞分化
B.③代表胚胎分割,需均等分割原腸胚的內細胞團,以免影響胚胎發育
C.④過程是培育優質奶牛必不可少的步驟
D.⑤代表胚胎移植,胚胎移植能否成功與供體和受體的生理狀態有關
【答案】　D
【解析】　②過程中細胞進行有絲分裂和細胞分化,A錯誤;③代表胚胎分割,需均等分割囊胚的內細胞團,以免影響胚胎發育,B錯誤;④代表分割后胚胎的恢復過程,并不是培育優質奶牛必不可少的步驟,C錯誤。
歸納總結
1.胚胎分割的基礎
(1)理論基礎:細胞的全能性。
(2)物質基礎:每個細胞核內具有相同的遺傳物質。
2.胚胎分割動物與體細胞核克隆動物的比較
項目 胚胎分割動物 體細胞核克隆動物
相同點 都屬于無性生殖,最終用到的技術手段都是胚胎移植
不同點 胚胎 來源 雌性動物的早期胚胎或體外受精及其他方式得到的胚胎 通過核移植技術獲得的重構胚
遺傳 物質 胚胎分割得到的動物都具有相同的遺傳物質 克隆動物的核遺傳物質主要由供體細胞的細胞核提供
起點 經過受精作用或其他方式形成的一個細胞 經過核移植形成的一個細胞
對點練3　(2022·常德質檢)在對囊胚階段的胚胎進行分割時,要注意將內細胞團均等分割的原因是(　　)。
A.以免影響胚胎的恢復和進一步發育
B.保證遺傳物質的平均分配及個體性狀完全相同
C.確保胚胎發育后期營養物質的供應
D.防止分割而來的兩個個體遺傳物質產生差異
【答案】　A
【解析】　若胚胎分割時不能將內細胞團均等分割,會出現含內細胞團多的部分能正常發育,含內細胞團少的部分發育受阻或發育不良,甚至不能發育等問題。因此,胚胎分割時,要將內細胞團均等分割,以免影響胚胎的恢復和進一步發育,A符合題意。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
1.為了獲得更多的卵母細胞,需用性激素對供體進行處理。 (×) 2.移植的胚胎只能來自體內受精或者體外受精直接產生的胚胎。 (×) 3.受精卵發育到原腸胚階段才能進行胚胎移植。 (×) 4.胚胎移植一般應在同種的雌性供體和受體之間進行,因為兩者生理特征相近,易于成功。 (√) 5.胚胎分割時需將原腸胚的內細胞團均等分割。 (×) 6.采用胚胎分割技術產生的同卵多胚的數量是有限的。 (√) 7.利用胚胎分割技術可以獲得兩個基因型完全相同的胚胎。 (√)
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