2024春高中生物第2章细胞工程第3节胚胎工程课件（人教版选择性必修3）

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第3节　胚胎工程目 标 素 养1.运用结构与功能观,概述受精前精子和卵子的准备以及受精的过程。2.结合图例,分析归纳胚胎早期发育的过程及其主要特点。3.概述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理,并能以文字和图示表示哺乳动物的体外受精和胚胎移植的过程,强化生命观念,提高科学思维能力。4.结合具体实例,说明体外受精、胚胎移植和胚胎分割技术在畜牧业生产中的应用;认同体外受精、胚胎移植在家畜快速繁殖中的重要意义,强化社会责任。知 识 概 览一、胚胎工程的概念1.操作对象:对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理。2.操作目的:将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。3.胚胎工程技术:体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。4.实质:在体外条件下,对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。二、受精1.概念:受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程,包括受精前的准备阶段和受精阶段。2.场所:在自然条件下,哺乳动物的受精在输卵管内完成。3.过程。微点拨1两看法区分透明带反应和卵细胞膜反应(1)从发生时间看:透明带反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间;卵细胞膜反应发生在精子入卵后。(2)从生理作用看:透明带反应可防止多个精子穿越透明带,是防止多精入卵的第一道屏障;卵细胞膜反应是防止多精入卵的第二道屏障。微判断11.刚排出的精子并不具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。(　　)2.透明带和卵细胞膜会依次发生生理反应,以防止多精入卵。(　　)3.受精是指精子与卵子结合形成合子的过程。(　　)√√√三、胚胎早期发育1.起点:受精卵。2.场所:先是输卵管,后是子宫。3.过程。5.胚胎早期发育的几个阶段。(1)桑葚胚:卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团,形似桑葚。(2)囊胚。①囊胚期细胞逐渐分化,聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团,将来发育成胎儿的各种组织;而沿透明带内壁扩展和排列的细胞,称为滋养层细胞,它们将来发育成胎膜和胎盘。②胚胎的内部出现了含有液体的囊胚腔。③孵化:囊胚进一步扩大,会导致透明带破裂,胚胎从其中伸展出来。(3)原肠胚:出现三个胚层,将逐渐分化形成各种组织、器官等。微判断21.受精卵形成后在输卵管内进行有丝分裂。(　　)2.卵裂期细胞的数量不断增加,胚胎总体积增大。(　　)3.囊胚阶段的滋养层细胞将来发育成胎儿的各种组织。(　　)4.在胚胎早期发育过程中,细胞分化出现在桑葚胚阶段。(　　)√×××四、体外受精1.步骤:哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。2.处理:采集到的卵母细胞和精子,要分别在体外进行成熟培养和获能处理,然后才能用于体外受精。3.优点:体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施,还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。微判断31.体外受精时,采集到的精子不需要做获能处理。(　　)2.体外受精时,采集到的卵母细胞需要在体外培养到MⅡ期。(　　)3.试管羊、克隆羊都属于无性繁殖。(　　)×√×五、胚胎移植1.概念。(1)对象:通过体外受精及其他方式(如转基因、核移植等)得到的胚胎。(2)条件:移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内,使之继续发育为新个体。(3)供体:在胚胎移植中提供胚胎的个体。(4)受体:在胚胎移植中接受胚胎的个体。(5)地位:是胚胎工程的最终技术环节。2.步骤(以牛的胚胎移植为例):供体、受体的选择和处理→配种或人工授精→胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎的移植→移植后的检查等。3.优势、意义。(1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,大大缩短了供体本身的繁殖周期。(2)在对供体施行超数排卵处理后,可获得多枚胚胎,经移植可得到多个后代。微点拨2供体家畜应该是遗传性状优良、生产能力强的个体,而受体家畜必须具有健康的体质和正常繁殖能力。微判断41.在胚胎移植中,对供体母畜要做超数排卵处理,对供、受体要做同期发情处理。(　　)2.移植的胚胎只能是来自体内受精或者体外受精产生的胚胎。(　　)3.胚胎移植时,供体母畜需要具备优良的遗传性状。(　　)4.胚胎移植后不需要再对受体进行检查。(　　)√×√×六、胚胎分割1.概念:胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。2.所需主要仪器设备:体视显微镜和显微操作仪。3.选材:选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚,将它移入盛有操作液的培养皿中,然后在显微镜下用分割针或分割刀分割。4.要求:在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割。5.繁殖方式:来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。微思考 做性别鉴定时,为什么要取滋养层细胞?提示:因为滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘,取滋养层细胞不影响胚胎发育。微训练 下列关于胚胎分割技术的说法,正确的是(　　)A.被分割的胚胎应该是发育良好的桑葚胚或原肠胚B.可以对胚胎进行任意数目的等分,移植后均可正常发育C.来自同一胚胎的后代一定具有相同的性状表现D.胚胎分割是进行动物克隆的方法之一答案:D解析:被分割的胚胎应该是发育良好的桑葚胚或囊胚,A项错误。胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术,胚胎分割的份数越多,操作难度越大,移植成功率也越低,B项错误。生物的性状由基因决定,还受环境因素的影响,因此来自同一胚胎的后代不一定具有相同的性状表现,C项错误。胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一,D项正确。一 受精问题探究同卵双胞胎并不是两个精子进入同一个卵子形成的,而是一个精子与一个卵子结合形成一个受精卵,而这个受精卵一分为二,形成了两个胚胎。思考并回答下列问题。(1)受精时卵子是如何防止多精入卵的呢?提示:①透明带发生生理反应:在精子触及卵细胞膜的瞬间,卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应,阻止后来的精子进入透明带。②卵细胞膜发生生理反应:在精子入卵后,卵细胞膜会立即发生生理反应,拒绝其他精子再进入卵内。(2)受精的标志和受精完成的标志分别是什么?提示:受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核,受精完成的标志是雌、雄原核融合成合子。归纳总结1.受精过程。2.关于受精过程的说明。(1)成熟的生殖细胞并不一定具有受精的能力,成熟的精子必须获能后才具备受精能力(精子获能是指精子获得受精能力,而不是获得能量),而排出的卵子本身就不是成熟的生殖细胞,需进一步成熟,到MⅡ期才能与获能的精子受精。(2)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核,而是在原来细胞核的基础上形成的新核,原核膜已破裂。(3)精子的核形成雄原核,卵子的核形成雌原核,充分发育后,雌、雄原核融合形成受精卵的细胞核。典例剖析【例1】下列有关哺乳动物受精作用的叙述,错误的是(　　)A.刚刚排出的精子要在雌性动物的生殖道发生相应生理变化,才能获得受精能力B.精子变形过程中线粒体聚集到尾的基部,精子穿越透明带等结构需要多种酶C.卵子在输卵管内发育到MⅡ期时才具备与精子受精的能力D.精子触及卵细胞膜的瞬间,卵细胞膜发生生理反应D解析:精子触及卵细胞膜的瞬间,透明带发生生理反应。学以致用1.下列关于受精过程的叙述,错误的是(　　)A.刚刚排出的精子可立即与卵子受精B.透明带发生生理反应可阻止后来的精子进入透明带C.精子入卵后,尾部会脱离D.雄原核形成的同时,卵子完成减数分裂Ⅱ答案:A解析:刚刚排出的精子不能立即与卵子受精,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。二 体外受精问题探究由于自然生态环境遭到大规模破坏,以及偷猎和走私活动的出现,野生猫科动物的数量急剧减少,所有野生猫科动物均被列为珍稀或濒危物种。家猫属于猫科动物,由野猫驯化而来,在全世界均有大量分布。(1)胚胎工程的第一步是体外受精。在采集卵母细胞前,可以用马绒毛膜促性腺激素对雌性家猫进行注射,目的是什么?提示:促使家猫超数排卵。(2)在家猫的体外受精过程中,会让精子游上一段时间,之后不需要再进行获能处理。但像牛等其他动物在体外培养精子时需要进行获能处理。使精子获能可以通过什么措施来实现?提示:直接利用雌性动物生殖道使精子获能;将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。(3)家猫胚胎工程的研究对于保护生物多样性有什么重要意义?提示:家猫可能成为一些小型濒危猫科动物的胚胎受体,在濒危物种的保护上发挥作用。归纳总结1.体外受精。(1)原理:人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等),使卵母细胞成熟、精子获能,最终完成受精。(2)过程:一般情况下,可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养一段时间,来促使它们完成受精。2.比较自然受精、人工授精和体外受精。 3.试管动物。(1)概念:试管动物是通过人工操作使卵子在体外受精,经培养发育为早期胚胎后,再进行移植产生的个体。(2)所需操作:体外受精、胚胎移植。(3)生殖方式:有性生殖。(4)应用:主要用于优良动物的快速大量繁殖。4.试管动物与克隆动物的比较。特别提醒 判断胚胎移植为何种生殖方式,关键要看被移植的胚胎是通过何种方式发育而来的。如体外受精形成的胚胎进行胚胎移植属于有性生殖,核移植形成的胚胎进行胚胎移植属于无性生殖。典例剖析【例2】下图是哺乳动物体外受精过程示意图。据图分析,下列叙述错误的是(　　)A.Ⅰ表示卵母细胞的成熟培养B.Ⅲ表示精子的获能过程C.Ⅱ是成熟的卵子,一般处于MⅡ期D.Ⅰ中培养液和Ⅲ中培养液的成分没什么区别答案:D解析:体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。采集的卵母细胞和精子要分别在体外进行成熟培养和获能处理,卵母细胞要培养到MⅡ期才具备受精能力。题图中Ⅰ表示卵母细胞的成熟培养;Ⅱ是培养成熟的卵子,一般处于MⅡ期;Ⅲ表示精子的获能过程。精子获能所用的培养液是专门的获能液,Ⅰ中培养液与Ⅲ中培养液的成分不同。学以致用2.体内受精、体外受精的共同点是(　　)A.均需在输卵管完成受精B.均需采集卵母细胞C.均需采集精子D.受精前精子均需获能答案:D解析:体外受精的场所为体外环境。体内受精不需要采集卵母细胞与精子。受精的前提条件是精子获能和卵子培养成熟。三 胚胎移植与胚胎分割问题探究单峰骆驼曾经分布于阿拉伯半岛,濒危动物保护组织宣布单峰骆驼野外灭绝(只生活在圈养条件下即认为该分类单元属于野外灭绝,但在人类活动区会有驯养)。近些年,在我国干燥、缺水的戈壁无人区,科学家又发现了小规模野化单峰骆驼群。科学家欲通过胚胎移植等方法拯救野化单峰骆驼,并进行了研究。(1)保证胚胎移植成功的关键是什么?提示:保证胚胎移植成功的关键:胚胎移植一般在同种(同一物种)的雌性供体和受体之间进行;进行胚胎移植的供、受体的生理状态要相同。这是因为同种动物间的生理特征相近,进行胚胎移植容易成功。(2)超数排卵处理中为什么使用的是促性腺激素而不是性激素?提示:性激素是由性腺产生并释放的,性激素对下丘脑和垂体分泌相应激素存在负反馈调节,若注射一定量的性激素会抑制下丘脑和垂体的活动,从而导致相关激素分泌量下降,进而引起自身性激素分泌量减少,长期注射会导致性腺萎缩,影响排卵。(3)胚胎移植过程中有两次使用激素、两次检查,其目的分别是什么?提示:①两次使用激素的目的:第一次是使用激素对供、受体进行同期发情处理,使它们的生理状态同步或一致,使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生理环境;第二次是用促性腺激素处理使供体母畜超数排卵。②两次检查:第一次对收集的胚胎进行质量检查;第二次在移植后,对受体进行妊娠检查。(4)为提高胚胎利用率,可对早期胚胎进行分割,对选用胚胎及分割的要求分别是什么?提示:选用发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。分割囊胚时要注意将内细胞团均等分割。归纳总结1.胚胎移植的本质。(1)胚胎移植是产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程,是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状仍然保持其原来的优良特性。(2)胚胎移植的后代其遗传性状由供体决定,受体只是提供了胚胎发育的场所,不影响后代的遗传特性。性别取决于雄性供体提供的精子的种类。2.胚胎移植的生理基础。(1)动物发情排卵后,不管是否妊娠,在一段时间内同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的,为供体胚胎移入受体提供了相同的生理环境。(2)早期胚胎处于游离状态,为胚胎的收集提供了可能。(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,为胚胎在受体内的存活提供了可能。(4)供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,且其遗传特性在孕育过程中不受影响。3.胚胎移植的基本程序。4.胚胎分割与胚胎移植的比较。 典例剖析【例3】下图为梅花鹿胚胎移植的主要流程示意图。下列相关叙述正确的是(　　)①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④　　　　　→⑤胚胎移植→子代梅花鹿 A.①过程需要注射有关激素,目的是获得更多的卵原细胞并完成减数分裂B.③过程是以哺乳动物早期胚胎与母体子宫建立了组织上的联系为前提C.④过程是“对胚胎进行质量检查”,可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚D.⑤过程成功率的高低主要取决于供、受体生理状况的一致性答案:D解析:超数排卵处理需要注射促性腺激素,目的是获得更多的卵细胞,而不是卵原细胞,A项错误。③过程为胚胎收集,前提是早期胚胎处于游离状态,没有与母体子宫建立组织上的联系,B项错误。④过程为“胚胎质量检查”,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚,C项错误。⑤过程为胚胎移植,成功率的高低与供、受体的生理状况是否相同有关,D项正确。学以致用3.下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是(　 )A.A所表示的细胞不一定是受精卵B.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段C.应把③移植到处于发情状态的母牛的输卵管中D.图示过程应用了动物细胞培养、胚胎分割、核移植等生物技术答案:A解析:题图中A所表示的细胞不一定是受精卵,还可能是核移植得到的重组细胞或早期还未分化的胚胎细胞,A项正确。题图中a过程包括卵裂、桑葚胚、囊胚阶段,还没有发育到原肠胚阶段,B项错误。应把③移植到母牛的子宫中而不是输卵管中,C项错误。题图中没有体现核移植的过程,D项错误。1.右图是胚胎发育过程中某阶段示意图,下列有关叙述错误的是(　　)A.图中②将来发育成胎膜和胎盘B.图中③可发育成胎儿的各种组织C.高等哺乳动物胚胎发育过程中,细胞分化始于桑葚胚期,终止于生命结束D.胚胎从①中伸展出来的过程发生于囊胚期答案:C解析:题图表示胚胎发育过程中的囊胚阶段,其中②所示的滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘,A项正确。③所示的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,B项正确。高等哺乳动物胚胎发育过程中,细胞分化始于囊胚期,终止于生命结束,C项错误。胚胎从①所示的透明带中伸展出来的过程发生于囊胚期,D项正确。2.下列关于“试管牛”培养流程的叙述,错误的是(　　)A.过程①可对供体母牛注射促性腺激素,使其排出更多的卵子B.过程②发生的标志是可以观察到两个极体或者雌、雄原核C.过程③应对受体母牛注射免疫抑制剂,以防止发生免疫排斥反应D.“试管牛”的遗传性状只取决于供体,与受体母牛完全无关答案:C解析:进行胚胎移植时,受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,因此③胚胎移植时不需要对受体母牛注射免疫抑制剂。3.沙丘猫是一种珍稀猫科动物,通过胚胎工程技术,可利用家猫作为受体进行繁育,主要步骤如下图所示。下列相关叙述正确的是(　　)A.步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割B.诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞C.受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液D.步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同答案:B解析:步骤甲、乙分别指受精作用、胚胎移植,A项错误。诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素,只能作用于性腺细胞,B项正确。受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自受精卵,C项错误。受精过程使用的培养液是获能溶液或专用的受精溶液,与早期胚胎培养液有区别,D项错误。4.下列关于胚胎工程的叙述,正确的是(　　)A.胚胎工程的理论基础是体外受精和胚胎早期发育B.胚胎干细胞不能解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题C.通过胚胎分割技术可以获得基因型相同的个体D.胚胎移植时对供体牛和受体牛都需要进行超数排卵处理答案:C解析:胚胎工程的理论基础是哺乳动物的体内受精和胚胎早期发育规律,A项错误。通过胚胎干细胞体外诱导分化,可以培育出人造组织器官,以解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题,B项错误。通过胚胎分割技术获得的个体的基因型相同,C项正确。对受体牛不需要进行超数排卵处理,D项错误。5.牛胚胎移植的基本程序如下图所示,请据图回答下列问题。 (1)图中a、b、c过程分别是指　　　　　　、收集胚胎(冲卵)、　　　　　　。 (2)供体牛的主要职能是　　　　　　　　　　　　;受体母牛必须具备　　　　　　　　　　　　。 (3)为了提高牛胚胎的利用率,常采取的方法是　　　　　　;处理的时期是　　　　　　。 (4)胚胎移植技术在生产实践中的主要意义有哪些?  　。 答案:(1)超数排卵　胚胎移植(2)产生具有优良遗传性状的胚胎　健康的体质和正常的繁殖能力(3)胚胎分割　桑葚胚期或囊胚期(4)胚胎移植技术可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,大大缩短了供体本身的繁殖周期