人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》专题3 胚胎工程综合与测试学案

这是一份人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》专题3 胚胎工程综合与测试学案，共9页。学案主要包含了试管动物技术，体外受精，胚胎的早期培养等内容，欢迎下载使用。


一、试管动物技术
1.含义:指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并通过培养发育为早期胚胎后,再经移植产生后代的技术。
2.主要技术:体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植。
3.意义:
(1)解决动物生育率低的问题。
(2)实现良种动物的快速大量繁殖。
二、体外受精
1.卵母细胞的三种采集方法和培养方法的比较:
2.精子的采集和获能:
3.受精:获能的精子和培养成熟的卵子,一般在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
三、胚胎的早期培养
2.培养目的:检查受精状况和受精卵的发育能力。
3.胚胎去向:当胚胎发育到适宜的阶段时,可将其取出向受体移植或冷冻保存。
【易错辨析】
1.试管动物技术在操作过程中要严格进行无菌操作。(√)
2.哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能及受精等步骤。(√)
3.体外受精后获得的受精卵需要立即移入母体子宫进行妊娠,以保证成活率。(×)
【分析】体外受精获得的受精卵需要移入发育培养液中培养一段时间,以检查受精状况和受精卵的发育能力。受精卵发育到适宜阶段才能进行胚胎移植。
4.早期胚胎培养的培养液中,应含有一定量的CO2。(√)
5.早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清。(√)
一、体外受精
1.卵母细胞的采集和培养方法:
(1)超数排卵技术:促性腺激素可作用于卵巢,促进雌激素的分泌,进而促进卵子的排出,从输卵管中冲取的卵子,已发育至减数第二次分裂中期,可直接与获能的精子进行受精作用。
(2)从卵巢中采卵:卵巢中的卵母细胞为初级卵母细胞,需在体外培养至减数第二次分裂中期,才能进行体外受精。
2.哺乳动物体外受精过程图解:
3.体外受精的原理: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,最终完成受精和胚胎保存。
4.比较自然受精、人工授精和体外受精:
【易错提醒】
促性腺激素的使用方法和精子获能前的处理
(1)用促性腺激素处理时,只能注射不能饲喂:促性腺激素的化学本质是蛋白质,饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的效用。
(2)精子获能处理前应离心处理:
①离心处理原因:精液由精子和精清两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质,因此在一般情况下,精液中的精子无法获能。
②离心处理:精子获能处理前进行离心处理,目的是除去精清以利于精子获能。
【选修对接必修】 对接必修2:为什么说有性生殖加快了生物进化?
(1)减数分裂过程中同源染色体分离,非同源染色体自由组合,联会四分体时期同源染色体非姐妹染色单体可能发生交叉互换,有性生殖使生物的变异类型增加。
(2)受精过程中卵细胞和精子结合的随机性,导致同一双亲的后代呈现多样性,有利于生物在自然选择中的进化,体现了有性生殖的优越性。
(3)减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,对于生物的遗传和变异,都十分重要,有性生殖加快了生物进化。
【素养案例】
(2020·三亚高二检测)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS),继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下:
(1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为____________,培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂,这种现象称为____________。
(2)图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为____________;也可从灰鼠体内取出卵子,通过____________后进行早期胚胎培养获得。
(3)图中重组囊胚通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续发育,暂不移入的胚胎可使用____________方法保存。
【解题关键】题干信息的准确获取是解答本题的关键。如对体细胞进行的初次培养,铺满培养皿底时停止分裂,2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,将图示流程和问题对应是准确答题的前提。
【解析】(1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为原代培养,培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂,这种现象称为接触抑制。(2)图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为冲卵;也可从灰鼠体内取出卵子,培养到一定时期再通过体外受精后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续发育,暂不移入的胚胎可使用冷冻(或低温)方法保存。
答案:(1)原代培养 接触抑制 (2)冲卵(或冲胚) 体外受精(3)冷冻(或低温)
【误区警示】(1)原代培养:细胞悬液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养;传代培养:原代培养的细胞生长、繁殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致接触抑制影响细胞的生长,因此需要重新用胰蛋白酶等处理,进行分瓶扩大培养,即传代培养。
(2)排卵是指卵子从卵泡中排出,冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。
【跟踪小练】
控制哺乳动物的性别对于畜牧生产有着十分重要的意义。目前,分离精子技术是有效的性别控制方法。例如,牛的含X染色体的精子的DNA含量比含Y染色体的精子的DNA含量高出4%左右,利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来,再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛(如图所示)。
根据以上信息回答下列相关问题:
(1)试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下________和受精,并通过培养发育成早期胚胎后,再经胚胎移植产生后代的技术。
(2)图中过程①是采集精子,获得的精子经____________后才能受精。
(3)图中过程③通常采用____________技术。在这个过程中________的精子与卵子相遇时,首先发生________反应释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质。防止多精入卵的生理反应有________________________________________。
(4)为了确保得到所需性别的试管牛,往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定,请举出一种对早期胚胎进行性别鉴定的方法:________________________________________________。
【解析】(1)结合分析可知,试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,受精卵通过培养发育为早期胚胎后,再经胚胎移植产生后代的技术。
(2)图中过程①为采集精子,获得的精子必须经过获能处理才能与卵细胞结合。
(3)图中过程③为体外受精,在这个过程中获能的精子与卵子相遇时,首先发生顶体反应释放出顶体酶,直接溶解卵丘细胞之间的物质。在受精过程中会发生透明带反应和卵细胞膜反应,这是防止多精入卵的两道屏障。
(4)为了确保得到所需性别的试管牛,往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定,对早期胚胎进行性别鉴定通常采用DNA分子杂交技术(利用基因探针鉴定)和分析胚胎细胞的染色体组成来完成。
答案:(1)成熟
(2)获能处理
(3)体外受精 获能 顶体 透明带反应和卵细胞膜反应
(4)分析胚胎细胞的染色体组成(答案合理即可)
【补偿训练】
哺乳动物体外受精的过程是( )
①卵母细胞的采集 ②精子的采集
③卵母细胞的人工培养 ④精子的获能处理
⑤精子与成熟的卵子在受精溶液中共同培养
⑥用CaCl2处理精子
⑦用一定浓度的肝素溶液处理卵母细胞
⑧体外受精 ⑨受精卵培养
A.
B.
C.
D.
【解题关键】解答本题要注意:哺乳动物精子在获能溶液或专用的受精溶液中与培养到减数第二次分裂中期的卵母细胞进行体外受精。
【解析】选B。一定浓度的肝素溶液用于精子的体外获能。CaCl2可用于基因工程处理细菌细胞,以利于基因表达载体的导入。
二、胚胎的早期培养
1.发育培养液的用途:用于受精卵的继续培养,以检查受精状况和受精卵的发育能力。
2.胚胎早期培养液(发育培养液)成分及其作用:
3.早期胚胎培养液与动物细胞培养液成分的比较:
4.四种培养方式的培养液(基)的成分:
5.不同动物胚胎移植的时间不同:
(1)牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段进行移植。
(2)人的体外受精胚胎,可在8～16个细胞阶段移植。
三、克隆动物、试管动物的比较
【素养案例】
以羊为材料,通过多项技术可以培育出新的品种,如“转基因羊”“克隆羊”和“试管羊”。请回答下列问题:
(1)转基因羊发生的变异属于__________,获得转基因羊的最后一道工序是____________。
(2)克隆羊培育的原理是______________,其繁殖方式属于____________。
(3)试管羊的培育过程包括__________、体外受精和胚胎移植等步骤,将体外受精的两个受精卵培育成的胚胎移植到同一头母牛体内,产生的两只试管羊的基因型__________(填“一定”或“不一定”)相同,其原因是____________________。
【解题关键】根据题干信息分析,转基因羊是利用基因工程技术产生的,原理是基因重组;克隆羊是利用核移植技术产生的,属于无性繁殖;试管羊是利用体外受精技术、早期胚胎培养技术等产生的,属于有性生殖。
【解析】(1)转基因羊是利用基因工程技术产生的,原理是基因重组;获得转基因羊的最后一道工序是胚胎移植。
(2)克隆羊是利用核移植技术产生的,属于无性繁殖,原理是动物细胞的全能性。
(3)试管羊的培育过程包括精子和卵母细胞的采集和培养、体外受精和胚胎移植等步骤;将体外受精的两个受精卵培育成的胚胎移植到同一头母牛体内,由于体外受精形成的两个受精卵的基因型不一定相同,因此发育而来的胚胎的基因型也不一定相同,即产生的两只试管羊的基因型不一定相同。
答案:(1)基因重组 胚胎移植
(2)动物细胞核的全能性 无性繁殖
(3)精子和卵母细胞的采集和培养 不一定 这些胚胎是由不同的受精卵发育形成的,其基因型可能相同,也可能不同
【跟踪小练】
(2021·济南高二检测)2018年中科院神经科学研究所攻克了克隆灵长类动物这一世界难题,首次成功以体细胞克隆出了两只猕猴——“中中”和“华华”,流程如图。下列相关叙述错误的是( )
A.采集的卵母细胞应该培养到MⅡ中期
B.过程①操作一般不晚于囊胚期
C.克隆猴的性状与核供体性状完全相同
D.克隆猴的成功说明动物体细胞的细胞核具有全能性
【解析】选C。卵母细胞培养到MⅡ中期才具有受精能力,故采集的卵母细胞应该培养到MⅡ中期,A正确;由于囊胚期后的原肠胚期与母体建立联系,不宜进行胚胎移植,过程①表示胚胎移植过程,故一般不晚于囊胚期,B正确;由于卵母细胞细胞质中遗传物质的作用,克隆猴的性状与核供体性状不完全相同,C错误;克隆猴的成功证明了已分化的动物细胞核具有全能性,D正确。采集
方法
采集过程
培养
适用动物
用激
素处
理
用促性腺激素处理,使其排出更多的卵子,从输卵管中冲取卵子
无需体外培养,可直接与获能的精子在体外受精
实验动物,如小鼠、兔及家畜猪、羊等
从已屠
宰母畜
的卵巢
中采集
从刚屠宰母畜体内摘取卵巢,再从卵巢中采集卵母细胞
采集的卵母细胞需在体外培养成熟后,才能与获能的精子受精
大家畜或大型动物,如牛
活体
采卵
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具,直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞
项目
自然受精
人工授精
体外受精
不 同 点
过程
不同
雌雄动物
交配完成
用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精
人工获取精子、卵子,在体外培养液中完成受精过程
场所
不同
雌性动物
输卵管中
雌性动物
输卵管中
体外培养液中
相同点
(1)精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程
(2)都是有性生殖
盐类
无机盐、有机盐
维持培养液一定的渗透压
营养物质
氨基酸、核苷酸
用于蛋白质、核酸合成
调节物质
维生素、激素
维持、调节细胞生理活动
特有物质
血清
含有细胞生命活动必需成分
项目
早期胚胎培养液
动物细胞培养液
盐类
无机盐、有机盐
无机盐、微量元素
营养物质
氨基酸、核苷酸
糖、氨基酸
调节物质
维生素、激素
促生长因子
特有成分
血清
血清、血浆
培养方式
培养液(基)成分
植物组织培养
大量元素、微量元素、植物激素(生长素、细胞分裂素等)、蔗糖、维生素等
精子获能培养
一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液
动物细胞培养
糖、氨基酸、无机盐、微量元素、促生长因子、血清、血浆等
早期胚胎培养
无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等
项目
克隆动物
试管动物
生产
流程
遗传
特性
主要与供核个体相同
具备双亲的遗传性状
意义
加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
相同点
两者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术,且移植所选胚胎一般是桑椹胚或囊胚期的胚胎