创新设计学年高中生物 专题三 胚胎工程 第10课时 体外受精和早期胚胎培养学案 新人教版选修3.docx

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创新设计学年高中生物专题三胚胎工程第10课时体外受精和早期胚胎培养学案新人教版选修3

第10课时　体外受精和早期胚胎培养

[目标导读]　1.阅读教材P69～72内容，结合P72图3－14，掌握哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。

2.阅读教材P72内容，简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。

[重难点击]　哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。

1．动物细胞体外培养需要的条件

（1）无菌、无毒的环境：

对培养液和所有培养用具进行无菌处理。

（2）营养

（3）温度和pH

（4）气体环境

2．体外受精与早期胚胎培养

精原细胞

精子获能,

[课堂导入]

2010年诺贝尔生理学或医学奖授予了有“试管婴儿之父”的英国生理学家罗伯特·爱德华兹。

他因创立体外受精这一技术而获得这一奖项。

体外受精技术俗称试管婴儿技术。

医学统计显示，世界上每10对夫妇中就有一对有生育问题，而试管婴儿技术可以帮助绝大多数夫妇实现有自己后代的梦想。

”体外受精有哪些操作步骤呢？

探究点一　体外受精的操作

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。

下图中的两头小牛就是试管牛。

结合下图，阅读教材P69～72，回答以下问题。

1．试管动物技术中首先要做的是体外受精和早期胚胎的培养。

2．哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤。

（1）卵母细胞的采集和培养

分类

举例

采集卵母细

胞的方法

采集后的操作

实验动物

小鼠、兔、

猪、羊等

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

可直接与获能的精子在体外受精

大型动物

如牛

从屠宰母畜的卵巢中采集，也可以直接从活体动物的卵巢中吸取

采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精

（2）精子的采集与获能

②获能方法

项目

概念

适用动物

培养法

将精子放入人工配制的获能液中培养，使其获能

啮齿动物、家兔和猪等

化学诱导法

将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能

牛、羊等家畜

（3）受精

获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。

精子和卵子一般要放在培养液小滴内共同培养一段时间才能完成受精。

3．阅读教材P72内容，填充完善哺乳动物体外受精过程示意图。

（1）从卵巢中采集的卵子为什么不能与获能精子直接受精？

答案　卵巢中卵子不成熟，需要培养到减数第二次分裂中期时才具有受精能力。

（2）精子获能处理前为什么要离心处理？

答案　因为精液由精子和精清两部分组成，精清中含有抑制精子获能的物质，所以要离心除去精清以利于精子获能。

小贴士　

（1）用促性腺激素时，只能注射不能饲喂，因为促性腺激素是肽类化合物，饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的效用。

（2）体外受精和人工授精是两种不同的受精方式，人工授精技术是指用相应的器械采集公畜的精液，再将其注入到正在发情的母畜的生殖道中，使母畜受孕的过程，人工授精为体内受精。

归纳提炼

活学活用

1．在试管家畜技术过程中，操作不合理的是（　　）

A．精子和卵子采集后可直接在试管内受精

B．精子采集后要获能，卵子采集后要体外培养

C．体外受精后，待受精卵发育到早期胚胎可移植

D．试管家畜技术在操作过程上要严格无菌操作

答案　A

解析　在试管家畜技术过程中，所获得的精子要入卵，必须首先要进行获能处理，才能完成受精；胚胎移植时要在胚胎早期进行，因为这时胚胎还不会与母体子宫建立组织上的联系而是处于游离状态，这为胚胎移植提供了可能；整个体外操作过程中都要在无菌条件下进行。

探究点二　胚胎早期培养和试管牛的生产流程

精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养。

阅读教材P72～73内容，结合牛体外受精胚胎工厂化生产流程图，回答下列问题。

1．哺乳动物胚胎的培养液成分

一般包括无机盐、有机盐类、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。

2．胚胎早期培养的目的

（1）精子和卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。

（2）当胚胎发育到适宜的阶段时，进行受体移植或冷冻保存。

3．胚胎移植的时间

（1）牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才进行移植。

（2）人的体外受精胚胎，即试管胚胎，可在8～16个细胞阶段移植。

4．完善“试管牛”工厂化生产的技术流程图

（1）结果：

实现良种牛的快速、大量繁殖。

（2）所用技术：

体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植。

小贴士　

（1）培养液成分巧记

两“盐”——无机盐和有机盐，两“素”——维生素和激素，两“酸”——氨基酸和核苷酸，另有水、血清等。

（2）动物胚胎培养液成分与动物细胞培养液成分比较

项目

动物胚胎培养液

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

（3）用于胚胎移植的胚胎一般在原肠胚以前。

归纳提炼

1．试管动物的培育过程

2．不同动物的胚胎移植的时间不同

（1）牛、羊要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段。

（2）小鼠、家兔在桑椹胚阶段前。

（3）人的试管胚胎可在8～16个细胞阶段移植。

几乎所有的动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。

活学活用

2．如图是“试管牛”工厂化生产的技术流程图，据图回答问题：

（1）根据________（填序号）判断，此种繁殖方式是______________生殖，此技术的意义在于________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）①过程中通常每个卵巢平均可采集________枚可用的卵母细胞，最终可能产下________头犊牛。

（3）②过程通常采用________法。

（4）④过程一般要经历哪几个时期：

__________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）③　有性　快速大量繁殖良种牛，提高经济效益

（2）10　1～2　（3）化学诱导　（4）受精卵、卵裂期、桑椹胚期、囊胚期

解析　

（1）③为精卵结合过程，所以依此可断定该试管牛为有性生殖的产物。

（2）胚胎形成率、着床率、成活率并不是100%，所以胚胎移植需要大量制备卵子和胚胎。

（3）精子获能常用化学诱导法。

（4）从受精卵到移植之前的④时期，应该经历受精卵卵裂期桑椹胚期囊胚期，不能写原肠胚期。

卵裂期也包含桑椹胚期，答案可灵活处理。

1．超数排卵的做法正确的是（　　）

A．口服促性腺激素B．注射促性腺激素

C．口服或注射促性腺激素D．以上方法均不正确

答案　B

解析　促性腺激素的化学成分是多肽，只可注射，不能口服，若口服会被消化酶消化而失去生理作用。

2．我国首例“虎狮兽”于2002年在“南京红山动物园”诞生，利用了雄虎的精子和雌狮的卵子“体外受精”而产生，完成这一过程需要解决的问题（　　）

A．精子在体外用获能物质处理

B．用化学物质处理掉卵细胞膜便于精子进入

C．抽取精子、卵子的细胞核进行融合

D．精子入卵后进行人工处理防止多精入卵

答案　A

解析　体外受精是让获能的精子和卵子在体外结合，然后转移至母体内发育，它依据的是体内受精的原理，故精子必须获能，其他方法操作易损伤细胞。

3．下列哪项不是人工授精和体外受精的区别（　　）

A．人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性

B．体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能

C．人工授精和体外受精的本质不同

D．人工授精的精卵结合在母畜体内，而体外受精的这一过程在母畜体外

答案　C

解析　人工授精是用人工的方法，把公畜的精液注入到母畜的生殖道内，使精卵结合，体外受精是将人工获取的精子和卵子在体外完成受精。

这两者的本质都是两性生殖细胞的结合，只不过前者是在体内完成的，后者是在体外完成的。

4．下图表示“试管羊”培育的过程，请据图回答：

（1）写出图中a、b、c、d所表示的内容：

a______________________；b______________________________________________；

c______________________；d______________________________________________。

（2）c中完成受精得到的受精卵的标志是______________________________________。

（3）d中培养液中除含水和无机盐外，还需添加的有机物常有________、________、________、________等营养成分，此外还有________等物质。

（4）试管羊的培育过程属于生物生殖中的________生殖。

（5）在将图中d移植时，最好培养到_____________________________________________进行。

答案　

（1）MⅡ中期卵母细胞　精子获能处理　体外受精　早期胚胎体外培养　

（2）雌、雄原核融合　（3）维生素　激素　氨基酸　核苷酸　血清　（4）有性　（5）桑椹胚阶段或囊胚阶段

基础过关

知识点一　体外受精

1．体外受精常用的采卵方式有（　　）

①用促性腺激素处理后，从输卵管冲取卵子　②化学诱导法　③电刺激法　④从活体动物卵巢中吸取卵母细胞

A．①②B．②③C．③④D．①④

答案　D

解析　采用注射激素的方法，使母畜产生更多的卵子；利用超声波引导法，从母畜体内采集卵母细胞或直接从屠宰母畜的卵巢内获取卵母细胞。

2．下列有关试管动物和体外受精的说法中，正确的是（　　）

A．试管牛所采用的技术中包含克隆技术和体外受精、胚胎移植

B．对动物采卵时常用的激素是促性腺激素

C．试管婴儿技术能使不能产生精子或卵子的夫妇得到自己的孩子

D．从雌体内采集的卵子或卵母细胞均需体外培养后，才能与获能的精子受精

答案　B

解析　试管牛所用技术为体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植；试管婴儿要进行体外受精，由父方和母方提供生殖细胞；从输卵管中冲出的卵子可直接与获能的精子受精。

3．可以与获能精子进行体外受精的卵母细胞需要培养到什么时期（　　）

A．MⅠ期B．MⅡ中期

C．桑椹期D．囊胚期

答案　B

解析　卵母细胞培养到MⅡ中期时才能受精，因为MⅡ中期卵母细胞的细胞核、细胞质已经成熟，而MⅠ期卵母细胞的细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育。

4．精子获能的常用化学物质可能是下列哪一种（　　）

A．氯化钙溶液B．肝脏提取液

C．肝素溶液D．氨基酸营养液

答案　C

解析　精子体外获能的方法有培养法和化学诱导法两种。

化学诱导法即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，使用化学药物诱导精子获能。

知识点二　早期胚胎的培养

5．试管牛采用的技术是（　　）

①胚胎移植　②基因工程　③体外受精　④克隆技术

A．①③B．②③C．①②D．①④

答案　A

解析　试管动物是体外受精和胚胎移植的产物。

6．胚胎早期培养需要用液体培养基，其成分是（　　）

A．水、无机盐、维生素、激素、有机盐、氨基酸、核苷酸、血清等

B．蔗糖、水、无机盐、维生素、激素

C．蔗糖、水、无机盐、氨基酸、核苷酸、血清

D．水、无机盐、维生素、有机盐、淀粉等

答案　A

解析　胚胎早期培养需要用液体培养基，其成分应当包括水、无机盐、维生素、激素、有机盐、氨基酸、核苷酸等营养物质，还应当含有动物血清等物质。

7．关于早期胚胎培养的说法，不正确的是（　　）

A．发育培养液的成分通常含有血清

B．发育培养液的成分较一般动物细胞培养液的成分简单

C．动物种类不同，进行胚胎移植的早期胚胎所处阶段不同

D．进行胚胎移植之前，可将培养到适宜时期的早期胚胎进行保存

答案　B

解析　哺乳动物胚胎的发育培养液成分一般都比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还含有维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质，因此进行胚胎早期培养的发育培养液成分较动物细胞培养液成分复杂；不同动物胚胎移植的时期不同，如牛、羊一般培养到桑椹胚或囊胚阶段，小鼠和小兔可在更早阶段移植。

8．以下是制定并研究设计的“试管牛”工厂化生产技术流程，其中正确的顺序应是（　　）

①卵母细胞的采集和培养　②精子的采集和获能　③画出“试管牛”工厂化生产技术流程图　④受精　⑤胚胎的早期培养

A．①②③④⑤B．①②④⑤③

C．①②④③⑤D．①②⑤④③

答案　B

解析　“试管牛”是体外受精和胚胎移植的产物，因此先进行卵母细胞的采集和培养，精子的采集和获能，然后在一定条件下完成体外受精及早期胚胎的培养，同时画出“试管牛”工厂化生产技术的流程图进行“生产”。

能力提升

9．下列关于卵母细胞采集的叙述，不正确的是（　　）

A．有些动物在采集时要用促性腺激素处理

B．从输卵管中取出的卵子，可直接与获能的精子在体外受精

C．对有些动物可以直接从活体卵巢中吸取卵母细胞

D．采集的卵母细胞，都可直接与获能的精子在体外受精

答案　D

解析　卵子采集方法有两种：

①先用促性腺激素处理供体，从输卵管中冲取卵子，可直接与获能的精子在体外受精；②从屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞或直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞，通过这种方式获得的卵母细胞要在体外人工培养成熟后才能与获能的精子受精。

10．哺乳动物体外受精的过程是（　　）

①采卵　②收集精子　③卵母细胞的人工培养　④精子获能处理　⑤精子和成熟卵子在受精液中共同培养

⑥精子用CaCl2处理　⑦卵母细胞用一定浓度的肝素溶液处理　⑧体外受精　⑨受精卵培养

A．①→②②→⑥⑤⑧⑨B．①→③②→④⑤⑧⑨

C．①→⑦②→④⑧⑤⑨D．①→③②→⑥⑧⑤⑨

答案　B

解析　无论是采集的卵子还是精子，在受精以前必须经过处理，在受精溶液中培养成具有受精能力的成熟生殖细胞，然后才能进行体外受精。

11．下列不属于卵母细胞采集方法的是（　　）

A．用促性腺激素处理，然后从输卵管中冲取卵子

B．从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞

C．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

D．将动物麻醉后，用特制的电极伸入动物的直肠，直接刺激排卵中枢神经，引起排卵

答案　D

解析　对雄性动物来说，可将动物麻醉后，用特制的电极伸入动物的直肠，直接刺激位于腰荐部的射精中枢神经，引起射精；该方法并不用于采集卵母细胞。

12．关于牛体外受精胚胎的工厂化生产，叙述正确的是（　　）

A．精子和卵子受精形成受精卵后可移入母牛子宫

B．采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液才能形成受精卵

C．成熟卵子与收集来的精子相遇形成的受精卵，需培养到一定阶段才可移植

D．体外受精胚胎的工厂化生产即胚胎发育和受精过程只需在体外进行

答案　C

解析　体外受精的原理是人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用。

因此卵母细胞必须在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，受精卵发育到桑椹胚或囊胚阶段才能移植，移入母体后继续发育形成幼体并产出。

13．回答关于“试管牛”培育的几个问题。

（1）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内或体外类似于生殖道的理化条件下发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一现象叫__________。

（2）生产上常用__________激素促进雌性动物排卵，该激素由__________（器官）分泌。

（3）受精后的卵细胞在培养液中进行培养，形成了一个约32个细胞的小胚胎，此时受精卵大约经历了__________次细胞分裂，培养液必须含有的不同于植物培养基的成分是____________________________。

（4）试管牛培育过程涉及的工程技术手段主要有________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）精子获能　

（2）促性腺　垂体　（3）5　动物血清　（4）体外受精、胚胎的早期培养和胚胎移植

解析　精子获能后才能与卵细胞受精。

生产上常用促性腺激素促进动物超数排卵，促性腺激素是由垂体分泌的。

早期胚胎培养液中除营养物质外，还含有动物血清。

14．胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术，可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。

下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。

（1）从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是_______________________；从良种公牛采集的精子需________后才能进行受精作用。

（2）在体外培养受精卵时，除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还需要提供_____________气体以维持____________。

（3）研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是____________；获得转基因母牛后，如果__________________即说明目的基因已经表达。

答案　

（1）使卵母细胞成熟（或使卵母细胞获得受精能力）　获能

（2）CO2　培养液（基）的pH

（3）显微注射法　牛奶中含有人类白细胞介素（或牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素）

解析　

（1）在体外受精前，要对精子进行获能处理，要对卵母细胞进行培养，让其进一步成熟，才具有与精子进行受精的能力。

（2）在体外培养受精卵时，需要提供一定量的CO2以维持培养液的pH。

（3）将目的基因导入受精卵的常用方法为显微注射法；如果母牛的乳汁中含有人类白细胞介素，则说明目的基因在母牛体内已经表达。

个性拓展

15．请回答胚胎工程和基因工程方面的问题。

（1）应用胚胎工程技术可以培育出“试管牛”。

试管牛的培育需经过体外受精、________________、______________以及在母体中发育和产出等过程。

（2）在“试管牛”的培育过程中，要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行处理，使其__________。

另外，培养的卵母细胞需要发育至减数第二次分裂的中期，该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和_____________________________________________________。

（3）通常奶牛每次只排出一枚卵母细胞，采用激素处理可使其一次排出多枚卵母细胞，常使用的激素是______________。

（4）利用基因工程可以获得转基因牛，从而改良奶牛的某些性状。

基因工程的四个基本操作步骤是______________、基因表达载体的构建、______________和______________。

若要使获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素，则所构建的基因表达载体必须包括：

某种牛乳腺分泌蛋白基因及其启动子、______________、________、_______和复制原点等。

将该基因表达载体导入受体细胞所采用的方法是_______（显微注射法、农杆菌转化法），为获得能大量产生人干扰素的基因牛，该基因表达载体应导入的受体细胞是__________（受精卵、乳腺细胞）。

答案　

（1）早期胚胎培养　胚胎移植

（2）获能　第一极体

（3）促性腺激素（其他合理答案也可）

（4）获取目的基因　将目的基因导入受体细胞　目的基因的检测与鉴定　人干扰素基因（或目的基因）　终止子　标记基因　显微注射法　受精卵