生物选择性必修3第2章 细胞工程第3节 胚胎工程二 胚胎工程技术及其应用第2课时教案

第2课时　胚胎工程技术及其应用

一、体外受精

1．试管动物：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．体外受精技术的主要步骤：卵母细胞的采集、精子的获取和受精。

3．过程

二、胚胎移植

1．概念：是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，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的技术。

2．胚胎移植的基本程序

3．胚胎移植的意义

(1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

(2)大大缩短了供体本身的繁殖周期。

(3)对供体施行超数排卵处理后，增加后代数量。

三、胚胎分割

1．概念：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．操作对象及要求：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，在显微镜下用分割针或分割刀分割。在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。

4．胚胎分割的意义

(1)促进优良动物品种的繁殖，产生遗传性状相同的后代用于遗传学研究。

(2)对胚胎进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．为了获得更多的卵母细胞，需用性激素对供体进行处理。 (×)

提示：为了获得更多的卵母细胞，需用促性腺激素对供体进行处理。

2．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。  (×)

提示：胚胎移植时应在原肠胚以前，一般在桑葚胚或囊胚阶段，也可能在更早的时期。

3．胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行，因为两者生理特征相近，易于成功。               (√)

4．胚胎移植时，供体母畜需要具备优良的遗传性能。 (√)

5．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。 (×)

提示：胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割。

6．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。 (√)

　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

合作探究：(1)精子获能处理前为什么要离心处理？

提示：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。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。

(2)试管动物与克隆动物有什么不同？

提示：①生殖方式不同：试管动物属于有性生殖，克隆动物属于无性生殖。

②培育的技术手段不同：试管动物需采用体外受精、胚胎移植等技术，克隆动物需采用核移植、胚胎转移技术。

③是否遵循遗传定律：试管动物遵循遗传定律，克隆动物不遵循遗传定律。

1．关于试管动物技术概念的叙述，正确的是(　　)

A．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，再经过移植产生后代的技术

B．通过人工操作使卵子和精子在体内成熟，在体外受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经过移植产生后代的技术

C．通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并将受精卵移植产生后代的技术

D．通过人工操作使卵子和精子在体内成熟，在体外受精，并将受精卵移植产生后代的技术

A　[试管动物技术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，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．良种试管牛的繁殖过程：用激素促进甲牛多排卵，然后把卵子在体外与人工采集的乙牛的精子进行受精，在特定培养基中培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理的丙牛的子宫内，孕育成试管牛。下列相关叙述错误的是(　　)

A．精卵结合前精子需进行获能培养

B．“促进甲牛多排卵”的激素是孕激素

C．甲牛、乙牛对试管牛核遗传物质的贡献相同

D．该技术可应用于加快优良种畜的繁殖

B　[精子需要进行培养使其获能才具备受精能力，A项正确；促进动物多排卵的激素是促性腺激素，B项错误；试管牛的核遗传物质一半来自甲牛的卵子，一半来自乙牛的精子，C项正确；该技术可充分发挥母畜的优良特性，可用于加快优良种畜的繁殖，D项正确。]

　胚胎移植

1．胚胎移植的实质

早期胚胎在相同生理环境条件下的空间位置转移，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此能保持其原来的遗传特性。

2．胚胎的来源

(1)雌性动物体内的早期胚胎。

(2)通过体外受精和早期胚胎的培养得到。

(3)通过哺乳动物体细胞核移植及培养得到。

3．胚胎移植的供体和受体

(1)供体的职能：产生具有优良遗传特性的胚胎。

(2)受体须具备的条件

①健康的体质和正常的繁殖能力。

②同种的、生理状态相同的其他雌性动物，没有生殖隔离，生殖环境相同。

4．胚胎移植的条件

(1)胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。这里的“同种”是指“同物种”。

(2)进行胚胎移植的供、受体生理状态要相同。

①应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们的生理条件达到同步或一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。

②移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体子宫内的位置相同或相似。

5．胚胎移植的基本程序(以牛为例，如图所示)

合作探究：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，长期使用外源性激素会导致性腺萎缩。促性腺激素由垂体产生并释放，作用于性腺，可以促进排卵，并且不会使性腺萎缩。

1．(不定项)牛胚胎移植的基本程序如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．供体母牛的主要职能是产生具有优良性状的胚胎

B．图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素处理供体母牛

C．配种后需将供体母牛体内的胚胎冲洗出来

D．应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的输卵管中

ABC　[供体母牛的主要职能是产生具有优良遗传性状的胚胎，A正确；图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素处理供体母牛，B正确；冲卵的实质是把供体子宫内的胚胎冲洗出来，C正确；应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的子宫中，D错误。]

2．试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题：

(1)①②过程分别表示________、________。

(2)对供体母牛的要求是____________________，通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。

(3)在体外培养受精卵时，需要满足以下条件：________________、营养、温度和pH以及气体环境。

(4)生产上常用______________期的胚胎进行②过程。

[解析]　(1)由题图可知，①②过程分别表示体外受精、胚胎移植。(2)培育试管牛首先选择遗传性状优良和生产能力强的母牛。(3)体外培养受精卵时，首先需要无菌、无毒的环境，防止被污染，还要有一定的营养物质，及适宜的外界环境条件。(4)等胚胎发育到桑葚胚或囊胚期时进行胚胎移植。

[答案]　(1)体外受精　胚胎移植　(2)遗传性状优良和生产能力强　(3)无菌、无毒的环境　(4)桑葚胚或囊胚

　胚胎分割

1．基础和特点

(1)理论基础：细胞的全能性。

(2)物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。

(3)特点：每个后代具有相同的遗传特性。

2．过程

3．注意事项

(1)对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团，若分割不均，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。

(2)分割的份数越多，每一份的细胞数会越少，不但难以做到均等分割，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此，分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会越低。

合作探究：(1)胚胎分割的对象是什么？选择此时期的胚胎进行分割的原因是什么？

提示：桑葚胚或囊胚阶段的胚胎。桑葚胚阶段尚未出现细胞分化，具有全能性；囊胚阶段的内细胞团具有全能性。

(2)分割囊胚期的胚胎时为什么强调将内细胞团均等分割？而鉴定胚胎的性别做DNA分析时却是取样的滋养层？

提示：因为囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层发育成胎盘、胎膜。囊胚的内细胞团要均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。取滋养层细胞做DNA分析鉴定性别，不会影响胎儿的发育。

(3)从后代核遗传物质上分析，胚胎分割动物和克隆动物生殖方式相同吗？

提示：相同。两者都属于无性繁殖。

1．胚胎分割是一种现代生物技术，关于这一技术的叙述正确的是(　　)

A．胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份

B．胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎

C．胚胎分割技术属于有性生殖方式，因此不属于克隆

D．胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎

B　[胚胎分割常选择桑葚胚或囊胚时期的胚胎，早期胚胎不能被任意分割成多份。胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。]

2．如图为牛胚胎性别鉴定和分割示意图，请据图回答下列问题：

(1)填出图中字母所代表的结构名称：

A________；B________；C________；D________。

(2)写出甲、乙、丙过程的技术名称：

甲________；乙________；丙________。

(3)进行乙过程时，所取的样本是________。进行甲过程时，所使用的主要仪器设备是________________，本过程的技术关键是________。

(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中取得成功，但仍然存在一些问题，同时很难取得同卵多胎，成功率最高的是________。

[解析]　(1)根据囊胚的结构可知图中字母所代表的结构名称分别是，A为囊胚腔，B为透明带，C为滋养层，D为内细胞团。(2)图中甲、乙、丙过程表示的技术分别是胚胎分割、做DNA分析性别鉴定、胚胎移植。(3)进行乙过程时，所采取的样本是滋养层细胞；进行甲过程时，所使用的基本仪器是显微操作仪和体视显微镜；本过程的技术关键是将内细胞团均等分割。(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中已取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异等。同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是同卵双胎。

[答案]　(1)囊胚腔　透明带　滋养层　内细胞团　(2)胚胎分割　做DNA分析性别鉴定　胚胎移植　(3)滋养层细胞　显微操作仪和体视显微镜　将内细胞团均等分割　(4)同卵双胎

[课堂小结]

1．下列关于胚胎移植的叙述中，不正确的是(　　)

A．胚胎移植全部属于无性生殖

B．可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力

C．受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应

D．供体的主要职能变为只产生具有优良遗传特性的胚胎

A　[移植的胚胎可以来自受精作用产生的受精卵发育而成的胚胎，这属于有性生殖；也可以来源于胚胎分割技术或核移植技术，这属于无性生殖。]

2．下列关于胚胎分割技术的叙述，错误的是(　　)

A．胚胎分割操作在动物的子宫内进行

B．用分割针或分割刀片对早期胚胎进行分割

C．分割后必须移植到受体子宫内进一步完成胚胎发育

D．对囊胚进行分割时要注意将内细胞团均等分割

A　[进行胚胎分割时，将早期胚胎移入盛有操作液的培养皿中进行具体的操作。]

3．表型不同的母牛生出基因型相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是(　　)

A．试管动物培养　　 B．胚胎移植

C．胚胎分割移植 D．受精卵移植

C　[胚胎分割可以看作动物的无性繁殖或克隆的方法之一，供移植的胚胎来自同一个受精卵，这样表现型不同的母牛最可能生出基因型相同的小牛。]

4．下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是(　　)

A．采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理

B．体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植

C．使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应

D．利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高

A　[用促性腺激素对良种奶牛进行注射处理，可促使其超数排卵，A正确；进行移植的胚胎是桑葚胚或囊胚，B错误；受体对移植的胚胎几乎不发生免疫排斥反应，因此无需使用免疫抑制剂，C错误；利用胚胎分割技术，同卵双胎较同卵多胎成功率更高，D错误。]

5．下图为胚胎移植过程示意图，请回答以下问题。

(1)胚胎移植对甲、乙、丙牛的要求分别是________、________和________。丁牛为________。

(2)过程①②分别是________和________。

(3)欲得到更多的后代牛丁，可将收集得到的胚胎进行________。

[解析]　(1)胚胎移植时所用的供体公牛和母牛均为优良牛，受体牛为普通牛即可。

(2)仔细观察图解，过程①②③分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵。

(3)欲得到更多的后代牛丁，可将收集得到的早期胚胎进行胚胎分割。

[答案]　(1)优良母牛　普通母牛　优良公牛　有价值的后代(优良牛)

(2)同期发情处理　胚胎移植

(3)胚胎分割