高中生物胚胎工程第2节胚胎工程实验技术第1课时人工授精胚胎体外培养和胚胎移植同步备课教学案.docx

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高中生物胚胎工程第2节胚胎工程实验技术第1课时人工授精胚胎体外培养和胚胎移植同步备课教学案

第1课时　人工授精、胚胎体外培养和胚胎移植

[目标导读]　1.结合教材P31～33图文，简述哺乳动物人工授精技术的主要步骤。

2.通过教材P33第3、4段内容，简述哺乳动物胚胎体外培养的方法。

3.阅读教材P33～35内容，阐明胚胎移植前的准备。

4.结合教材P36图2－16，理解胚胎移植的实施和胚胎移植技术的应用。

[重难点击]　1.人工授精技术的主要步骤。

2.哺乳动物胚胎体外培养的方法。

3.胚胎移植的准备、实施及应用。

“超时空女婴”

1986年白血病患者克里斯在16岁时（接受放疗前）冷冻了部分自己的精子。

2008年，克里斯与妻子梅洛迪决定用22年前保存的冷冻精子接受试管受精手术。

2008年6月，医生从梅洛迪的卵巢中提取出15枚卵细胞。

最后共有7枚卵细胞受精发育成胚胎，医生将两枚胚胎植入到梅洛迪的子宫中。

2009年2月25日，梅洛迪在一家医院中顺利生下了3.37千克重的女婴斯特拉。

美国医学专家称，冷藏了22年的精子依然能够孕育生命，创下了一项世界医学史纪录，斯特拉也被称作是“来自1986年的超时空女婴”。

这个奇迹的诞生离不开体外授精及胚胎的早期培养等胚胎工程的实验技术，让我们一起来学习这些知识吧。

一、人工授精和胚胎体外培养

1．精子的获取

（1）采精方法：

胚胎工程中通常使用射出精子，有时也使用附睾精子。

常用人工采集的方式采集精液。

（2）精液的保存：

采集的精液，通常需要加入特殊的稀释液，并在低温下保存，如果需要长时间保存，则须将精液保存在液氮（－196℃）环境中。

2．卵细胞的获取

（1）采集部位：

卵巢、输卵管、子宫内。

（2）采集方法

①超数排卵：

注射外源促性腺激素（垂体产生的促卵泡激素和促黄体生成激素），促使卵巢排出更多的成熟卵细胞。

②采卵技术

a．手术采卵：

冲洗输卵管采卵，针对一些家兔、绵羊等中小型家畜。

b．非手术采卵：

从子宫冲卵，针对于牛这样的大型家畜。

3．人工授精

（1）体外受精

①精子获能：

取成熟的附睾精子，在CO2培养箱中培养，利用化学药物（如咖啡因、肝素）等使精子达到获能状态。

②采集成熟的卵细胞，放入含有精子的培养液中。

③检查受精情况，如果看到第二极体和雌雄原核形成，则已经受精。

（2）显微授精

又称辅助授精，将完整精子或精核用显微操作仪注入卵周隙或卵胞质，激活卵母细胞并完成受精作用。

优点是不受精子的数量、活力等因素的影响。

4．胚胎的体外培养

（1）概念：

应用人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。

（2）培养液：

由于胚胎不同发育时期生理代谢的需求不同，进行胚胎体外培养时，必须配制一系列含有不同成分的培养液，培养不同发育时期的胚胎。

（3）发展现状：

由于哺乳动物胚胎发育条件异常复杂，胚胎培养比组织培养和细胞培养困难得多。

目前，只能对少数物种不同阶段的胚胎进行培养，尚无从受精卵到新生儿的全体外胚胎培养技术。

下图是某种家畜体外受精的示意图，请分析：

1．要想获得较多的卵细胞，应对雌性动物作何处理？

答案　注射促性腺激素进行超数排卵处理。

2．为什么采集到的卵母细胞要进行培养？

答案　采集到的卵母细胞发育时期可能不一样，需要培养到减数分裂Ⅱ的中期，才能进行体外授精。

3．受精前要对精子进行处理的目的是什么？

答案　利用化学药物使精子达到获能状态，获得受精的能力。

4．怎样判断体外授精的卵细胞已经受精了？

答案　在卵细胞膜和透明带间观察到2个极体或者雌雄原核形成。

5．如果要对获得的胚胎进行早期培养，能否只用一种培养液完成？

答案　不能。

要用不同成分的培养液培养不同发育阶段的胚胎。

1．可以与获能精子进行体外授精的卵母细胞需要培养到什么时期（　　）

A．减数分裂Ⅰ期B．减数分裂Ⅱ中期

C．桑椹胚期D．囊胚期

答案　B

解析　卵母细胞培养到减数分裂Ⅱ中期时才能受精，因为减数分裂Ⅱ中期卵母细胞的细胞核、细胞质已经成熟，而减数分裂Ⅰ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。

2．下图是通过体外授精培育小鼠的过程图，请据图回答下列问题：

（1）①所用的方法是用____________处理，从__________中采集卵细胞。

（2）②是________过程，因此小鼠是________生殖方式，其常见的可遗传变异类型有__________________________________。

（3）③过程是___________________________________________________________。

答案　

（1）促性腺激素　输卵管　

（2）受精　有性　基因突变、染色体变异、基因重组　（3）早期胚胎体外培养

题后归纳

　体外培养过程

检查筛选——获得可移植的早期胚胎（或受精卵）

↓

培养——受精卵移入发育培养液

↓

可移植阶段——

↓

早期胚胎移植或冷冻保存

二、胚胎移植技术

1．胚胎移植的概念

从经济价值较高、遗传性状优秀的母畜体内获取经过激素处理超数排卵受精发育的胚胎，移植到同期发情的代孕母的子宫内，经过妊娠产仔的技术。

2．胚胎移植前的准备

（1）胚胎的采集

①来源：

超数排卵技术、体外授精技术培育的胚胎。

②采集方法

③检查胚胎：

只有完整的胚胎才能移植或保存。

整个过程必须保持无菌条件，快速移植。

（2）供体、受体动物的准备

①供体动物的选择：

应从那些遗传性能优良而稳定的健康母畜中选择。

②受体动物的选择：

选择那些生产性能较低、数量较多、健康无病、发情周期正常的适龄母畜作为移植受体。

③同期发情处理

a．方法：

除了对自然发情家畜进行选择外，还通常采用孕激素（黄体酮）使受体家畜发情同步。

b．目的：

让供给胚胎的母牛和接受胚胎的母牛的生殖器官处于相同的生理状态下，移植的胚胎才能存活。

c．注意：

不同的供体和受体动物使用超数排卵的激素和诱导发情的激素不同，处理的方法也不同。

（3）胚胎的保存

①概念：

在一定条件下使胚胎停止发育并保持重新恢复发育活性的一种方法。

②方法：

短期保存，放在0_℃～5_℃的培养液中；长期保存，冷冻在液氮（－196_℃）中。

3．胚胎移植的实施

（1）方法

（2）移植部位

4．胚胎移植技术的应用

（1）充分发挥优良母畜的繁殖潜力，迅速扩大优良种群。

（2）保存品种资源，建立优良种质资源基因库。

（3）代替优良种畜的引进。

如图为胚胎移植过程示意图，请探究以下问题：

1．图中A、B、C分别是哪种处理？

其中A、B过程常用的激素是哪种？

答案　A：

同期发情处理，一般用孕激素；B：

超数排卵处理，一般用促性腺激素；C：

胚胎移植。

2．为什么同种动物之间进行胚胎移植易于成功？

答案　这里的“同种”是指“同一物种”，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。

3．为什么应对供体和受体母畜进行同期发情处理？

答案　同期发情处理使供、受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎提供相同的生理环境。

4．胚胎移植的后代具有供体和受体共同的遗传性状吗？

答案　不具有，后代的遗传性状是由供体决定的，受体只是提供了胚胎发育的场所，不影响后代的遗传特性。

3．下列对于优良种畜的胚胎移植的说法，不正确的是（　　）

A．供体母牛必须是同一物种的良种

B．受体母牛必须是同一物种的良种

C．供体公牛必须是同一物种的良种

D．受体母牛可以是同一物种的一般健康牛

答案　B

解析　胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序，提供精子和卵细胞的供体必须是同一物种的良种，而受体只要求同种的健康牛即可。

4．进行动物胚胎移植时，必须要考虑的事项是（　　）

A．供体动物与受体动物生理状态的一致性

B．受体动物对供体胚胎的免疫排斥反应

C．受体动物的子宫与供体胚胎建立组织上和生理上的联系

D．早期胚胎能否从供体子宫内完整地分离出来

答案　A

知识拓展

（1）胚胎移植的生理学基础

胚胎移入的基础

哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的

胚胎收集的基础

哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态

移入胚胎存活的基础

受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应

保留遗传特性的基础

供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响

（2）胚胎移植成功与否要有两个条件

①胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。

②进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。

供、受体母畜的发情时间要一致，移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。

1．体外授精常用的采卵方式有（　　）

①用促性腺激素处理后，从输卵管冲取卵细胞　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．②③

C．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细胞；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．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细胞经“体外授精”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、卵细胞的细胞核进行融合

D．精子入卵后进行人工处理防止多精入卵

答案　A

解析　体外授精是让获能的精子和卵细胞在体外结合，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．将雌性动物的早期胚胎或者通过体外授精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，以下说法不正确的是（　　）

A．这里说的同“种”是指同一“物种”

B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，证明移植成功

C．同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功

D．不管是否妊娠，同种动物生殖器官的生理变化都是一样的

答案　D

解析　雌性哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物生殖器官的生理变化是一样的。

4．不同动物胚胎移植的时间不同，但一般不会在下列哪个时期移植（　　）

A．卵裂期B．桑椹胚期

C．囊胚期D．原肠胚期

答案　D

解析　一般来说胚胎分化程度越低，越有利于移植，按照哺乳动物胚胎发育的顺序：

受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

在原肠胚期细胞出现了三胚层的分化，故不宜在此时期移植。

5．培育“试管山羊”的基本过程如图所示。

据图回答下列问题：

（1）甲过程为_____________，其过程中可通过给母山羊注射________________使其超数排卵。

（2）乙过程的目的之一是________________处理。

（3）乙过程与丙过程中采用的培养液成分不同，乙过程的培养液为____________或专用的受精溶液，丙过程的培养液为________________。

（4）丁过程是________，是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的代孕母羊子宫内。

答案　

（1）卵母细胞的采集　促性腺激素　

（2）对精子进行获能　（3）获能溶液　发育培养液　（4）胚胎移植

解析　分析图示可知，甲过程为卵母细胞的采集，一般用促性腺激素处理良种母山羊，使其超数排卵。

乙过程为精子获能以及受精，获能的精子和成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精。

丙过程为早期胚胎培养，在发育培养液中进行。

丁过程为胚胎移植，是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同（而不是性状相同）的其他雌性动物子宫内使之继续发育为新个体。

课时作业

[基础过关]

1．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，以下原因不正确的是（　　）

A．卵细胞从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程

B．动物排出的卵细胞成熟程度不同

C．体外人工培养至减数分裂Ⅱ中期时，才算成熟

D．冲出的卵细胞还需要培养一段时间才能由小变大

答案　D

解析　冲出的卵细胞还不成熟，只有培养至减数分裂Ⅱ中期时，才具备与精子受精的能力。

在此之前，也要经历类似精子获能的处理。

2．下列关于体外授精技术的说法中，错误的是（　　）

A．进行体外授精技术前需对精子进行获能处理

B．体外授精是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的

C．体外授精技术已成为一项常规的动物繁殖生物技术

D．体外授精技术可用于研究动物生殖细胞的发生机制

答案　B

3．下列关于胚胎早期培养的说法，不正确的是（　　）

A．精子和卵细胞可以在精子获能液中完成体外授精

B．受精卵可以在受精溶液中进行早期胚胎发育

C．精子和卵细胞在专用受精溶液中受精

D．受精后受精卵应移入发育培养液中培养

答案　B

解析　精子和卵细胞一般情况下可以在精子获能液或专用受精溶液中完成受精。

而受精后则需要将受精卵移入发育培养液中继续培养。

4．下列关于胚胎移植生理学基础的叙述，不正确的是（　　）

A．在发情后的最初一段时期，母牛即使没有受精其生殖系统也处于受精后的生理状态

B．早期胚胎在相当一段时间是独立存在的，未与子宫建立实质性联系

C．一般来说，同一物种的受体母畜对于具有外来抗原物质的胚胎几乎没有免疫排斥现象

D．移植的胚胎依靠自身储存的营养物质，继续完成胚胎发育

答案　D

解析　移植的胚胎，在一定时期后会与受体子宫建立生理上和组织上的联系，从而保证了以后的正常发育所需要的营养条件。

5．下列关于胚胎移植优点的叙述，错误的是（　　）

A．优良种畜群迅速扩大，加速育种工作和品种改良

B．克服了时间与地域的限制，大量节省购买种畜的费用

C．一次给受体移入多个胚胎，可增加双胎和多胎的比例

D．建立常温胚胎库，保存品种资源和濒危物种

答案　D

解析　胚胎库必须进行冷冻保存，常温下无法长期保存胚胎。

6．胚胎移植技术目前主要应用于（　　）

A．培育试管婴儿

B．治疗某些遗传病

C．提高良种家畜的繁殖力

D．提高动物的抗病力

答案　C

解析　胚胎移植的意义就是充分发挥了优良母畜的繁殖潜力，另外还有保存品种资源等。

[能力提升]

7．下列有关体外授精和早期胚胎培养的说法，错误的是（　　）

A．在体外授精前，要对精子进行获能处理

B．获能精子与减数分裂Ⅱ期卵母细胞体外授精

C．精子和卵细胞一般要放在培养液内共同培养一段时间才能完成受精作用

D．超数排卵处理的做法是给供体注射雌激素

答案　D

解析　超数排卵处理的做法是给供体注射促性腺激素，使一头母畜一次排出比自然情况下多几倍到十几倍的卵细胞，用于体外授精和早期胚胎培养。

8．良种试管牛的繁殖过程是：

用激素促进甲牛多排卵，然后让卵细胞在体外与人工采集的乙牛的精子进行受精，在特定培养基上培育成胚胎，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．精卵结合前都需进行培养

B．“促进甲牛多排卵”的激素是孕激素

C．甲牛、乙牛对试管牛核基因的贡献相同

D．该技术可应用于加快优良种畜的繁殖

答案　B

解析　对于大型动物采集的是卵母细胞，都需经体外人工培养成熟后，才具备受精能力，精子也需要进行培养使其获能；促进动物多排卵的激素是促性腺激素；试管牛的核遗传物质一半来自甲牛的卵细胞，一半来自乙牛的精子；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。

9．下图表示通过体外受精培育试管牛的过程，下列叙述错误的是（　　）

A．获取的精子经获能后才能进行体外授精

B．②过程只与细胞膜的流动性有关

C．③过程的细胞增殖方式一定是有丝分裂

D．④过程属于胚胎移植过程

答案　B

解析　获取的精子必须要经过获能后才能进行体外授精，A正确；②表示受精作用，精子释放顶体酶后，穿越放射冠和透明带，精子入卵后，形成雌雄原核，最后雌雄原核融合形成合子核，因此受精过程不仅仅与细胞膜的流动性有关，B错误；③表示受精卵的卵裂，其方式为有丝分裂，C正确；④表示将发育成的早期胚胎移植入母体，D正确。

10．软骨发育不全为常染色体显性遗传病，基因型为HH的个体早期死亡。

一对夫妻均为该病患者，希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。

下列做法错误的是（　　）

A．首先经超数排卵处理后进行体外授精

B．从囊胚中分离细胞，培养后检测基因型

C．根据检测结果筛选基因型为hh的胚胎

D．将胚胎培养至原肠胚期后移植到子宫

答案　D

解析　胚胎移植的时期是桑椹胚或囊胚，D错误。

11．下图为牛胚胎移植示意图，请据图回答下列问题：

（1）牛胚胎移植过程中，①通常是采用________进行同期发情处理，然后②用________激素使供体母牛超数排卵。

（2）③质量检查、培养时，胚胎应发育到________或________阶段。

（3）④胚胎移植过程一般有________和________两种方法。

（4）⑤过程产生的犊牛的遗传物质与⑥的遗传物质是否相同？

________，为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）进行胚胎移植的优势是_______________________________________________。

（6）冲胚的生理基础是_____________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）孕激素　促性腺　

（2）桑椹胚　囊胚　（3）手术法　非手术法　（4）不相同　因为犊牛的遗传物质来源于供体母牛和公牛，且供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受受体母牛的影响　（5）充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力　（6）早期胚胎形成后，处于游离状态，未与母体子宫建立组织上的联系

12．牛胚胎移植的基本程序如图所示，请据图回答下列问题：

（1）图中a、b、c过程分别是指__________、__________、__________。

（2）供体母牛的主要职能是______________________________________________；

受体母牛必须具备_____________________________________________________。

（3）对牛来讲，一般选择______________期的早期胚胎进行胚胎移植。

答案　

（1）超数排卵　冲胚　胚胎移植　

（2）只产生具有优良遗传特性的胚胎　健康的体质和正常的繁殖能力　（3）桑椹胚或囊胚

解析　

（1）a过程是良种母畜在相关激素刺激下的超数排卵。

b是用人工方法冲胚的过程。

c是将符合移植要求的早期胚胎移植到受体母畜子宫内的过程。

（2）供体母牛的主要职能是提供具有优良遗传特性的胚胎，受体母牛则是提供胚胎发育场所，所以受体母牛应具有健康的体质和正常的繁殖能力。

（3）一般选择桑椹胚或囊胚期的早期胚胎进行胚胎移植。

13．“试管婴儿”技术是将不孕夫妇的精子和卵细胞取出，在试管中完成受精作用，并在试管中培养使其发育到如图所示的时期，再将胚胎移入女性子宫内发育成胎儿。

它不仅使一部分不能生育的男女重新获得了生育的机会，也为人类的优生开辟了新的途径。

请据此回答下列问题：

（1）“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是（　　）

A．有性生殖B．组织培养

C．克隆技术D．基因工程

（2）上图所示时期是胚胎发育的________期。

（3）“试管婴儿”的形成用到下列哪些技术？

________。

（填序号）

①体外培养　②人工授精　③胚胎移植　④核移植

答案　

（1）A　

（2）囊胚　（3）①②③

[真题体验]

14．（2016·江苏，11）印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物，通过胚胎工程技术，可以让家猫代孕而繁育，主要步骤如图所示。

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、乙分别指体外授精、胚胎移植，A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，B正确；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自卵细胞，C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，与早期胚胎培养液不同，D错误。