人教版选择性必修3第2章第3节第二课时胚胎工程技术及其应用学案.docx

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人教版选择性必修3第2章第3节第二课时胚胎工程技术及其应用学案

第二课时　胚胎工程技术及其应用

1.简述体外受精的主要操作步骤。

根底和根本流程,说出胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。

3.简述胚胎分割的概念、涉及的操作和应用的价值。

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。

这个过程中,首先要做的就是体外受精。

2.过程:

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。

3.意义:

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。

二、胚胎移植

1.概念:

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。

“供体〞:

提供胚胎的个体。

主要职能:

产生具有优良遗传特性的胚胎。

“受体〞:

接受胚胎的个体。

主要职能:

完成繁重而漫长的妊娠和育仔任务。

2.意义:

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。

同时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,这使供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。

3.胚胎移植的过程（以牛的胚胎移植为例）

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.繁殖方式:

无性繁殖（克隆）。

根底:

早期胚胎细胞具有很强的分裂能力,并保持着细胞全能性。

4.所需要的主要仪器设备:

体视显微镜和显微操作仪。

分割用具:

分割针或分割刀。

5.选择分割的胚胎:

发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。

注意:

分割囊胚时,要将内细胞团均等分割,否那么会影响胚胎的恢复和进一步发育。

6.分割后胚胎去向:

可以直接移植给受体或经体外培养后,再移植给受体。

7.性别鉴定:

取样部位是滋养层;方法是DNA分析。

（1）胚胎分割的优点:

①可以促进优良动物品种的繁殖;②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的珍贵材料;③在胚胎移植前,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。

（2）胚胎移植的局限性:

实践证明,采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性是有限的,分割次数越多,分割后胚胎成活的概率越小,目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。

另外,还存在刚出生动物体重偏低,毛色、斑纹可能存在差异等问题。

新知探究一　体外受精

资料:

体外受精是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术,英文简称为IVF。

由于它与胚胎移植技术（ET）密不可分,又简称为IVF-ET。

在生物学中,把体外受精胚胎移植到母体后获得的动物称试管动物。

这项技术成功于20世纪50年代,在最近20年开展迅速,现已日趋成熟而成为一项重要而常规的动物繁殖生物技术。

问题

（1）:

精子获能和体外受精过程模拟的是雌性动物的哪些部位的环境?

提示:

精子获能模拟的场所是雌性生殖道;体外受精模拟的场所是输卵管。

问题

（2）:

试管婴儿和母亲正常怀孕生产的过程有何异同?

提示:

相同:

都通过受精卵产生,在母体子宫内发育形成胎儿。

不同:

试管婴儿的受精和发育成早期胚胎都在体外完成,且需进行胚胎移植。

比较自然受精、人工授精和体外受精

项　目

自然受精

人工授精

体外受精

不

同

点

过程

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、卵母细胞,在体外分别经处理后完成受精过程

场所

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、卵子成熟前方能完成受精过程;②都是有性生殖

1.我国科学家成功将小鼠的颗粒细胞（卵泡中卵母细胞周围的细胞）转化为GV卵母细胞,进而恢复减数分裂并顺利培育出健康后代。

以下相关表达错误的选项是（　D　）

A.过程①涉及基因的选择性表达

B.过程②表示减数分裂,GV卵母细胞不具备受精能力

C.过程③,受精后的X细胞会再释放出一个极体

D.上述过程中涉及了人工授精、早期胚胎培养等细胞工程技术

解析:

过程①类似于脱分化,其实质是基因选择性表达;过程②表示减数分裂,GV卵母细胞不具备受精能力,其分裂形成的X细胞才具备受精能力;过程③,受精后的X细胞会再释放出一个极体;题述过程中涉及体外受精而不是人工授精技术。

新知探究二　胚胎移植

资料:

胚胎移植是将良种雌性动物配种后的早期胚胎,或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内,使之继续发育成为新个体,所以也称作“借腹怀胎〞。

其中,提供胚胎的个体为“供体〞,接受胚胎的个体为“受体〞。

胚胎移植实际上是产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体分工合作共同繁育后代的过程。

问题

（1）:

牛胚胎移植过程中,如何对供体和受体进行选择和处理?

提示:

供体选择具有人类所需遗传性状和生产能力强的母牛;受体选择有健康的体质和正常繁殖能力的同种健康母牛。

用激素对受体母牛和供体母牛进行同期发情处理;用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理。

问题

（2）:

某同学认为获得的受精卵可以直接移入受体动物体内。

这种做法是否正确?

如果不正确,应该如何操作?

提示:

不正确,应该先培养到桑葚胚或囊胚期然后再进行移植。

问题（3）:

将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内,胚胎都能正常发育吗?

如果不能,在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理?

提示:

不一定能正常发育。

一般情况下检查合格的胚胎需要移植到同种的、生理状况相同的受体子宫内,胚胎才能继续发育。

在胚胎移植前要对受体进行同期发情处理,使供体和受体生殖器官的生理变化同步,这样才能为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。

问题（4）:

受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反响?

提示:

受体对来自供体的胚胎根本上不会发生免疫排斥反响。

问题（5）:

胚胎移植后,经受体孕育的后代,其遗传特性与供体还是受体保持一致?

为什么?

提示:

胚胎移植后,经受体孕育的后代的遗传特性仍与供体保持一致,供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系,其遗传物质在孕育过程中不会发生变化。

问题（6）:

胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。

你认为这样概括的依据是什么?

提示:

因为胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境条件的一致性密切相关。

只有供体、受体生理环境条件高度一致,移入受体的胚胎才能被接受,并继续发育。

所以,可以把胚胎移植概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。

胚胎移植本卷须知

（1）该过程中两次使用激素:

第一次对供、受体进行同期发情处理;第二次用于供体的超数排卵。

（2）该过程中的两次检查:

第一次对收集的胚胎进行检查;第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。

（3）胚胎移植成功与否要有两个条件:

胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行;进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。

试管动物和克隆动物的比较

工程

试管动物

克隆动物

生殖方式

有性生殖

无性生殖

技术手段

体外受精、动物细胞培养、胚胎移植

核移植技术、动物细胞培养、胚胎移植

遗传物质

来自两个亲本

主要来自核供体

遗传规律

遵循

不遵循

2.牛胚胎移植实验的主要流程如图,以下相关表达正确的选项是（　D　）

①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④→⑤胚胎移植→子代小牛 

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过程用特定的装置,将供体母牛输卵管中的胚胎冲洗出来

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过程成功率的上下主要取决于供、受体生理状况一致性的程度

解析:

①过程需要注射有关激素（促性腺激素）,目的是获得更多的卵母细胞,所获得的卵母细胞还未完成减数分裂,通常减数第二次分裂在受精过程中完成;③过程是冲卵,该过程用特定的装置,将供体母牛子宫中的胚胎冲洗出来,此时的胚胎需要处于游离状态;④过程是“对胚胎进行质量检查〞,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚;⑤过程成功率的上下主要决定于供、受体生理状况的一致性,这也是需要对供体和受体进行同期发情处理的原因。

新知探究三　胚胎分割

资料:

大多数哺乳动物的早期胚胎都具有发育为完整个体的潜能,即使去掉早期胚胎的一半,剩余的一半仍可以继续发育为一个完整的胚胎。

科学家曾利用绵羊的8细胞胚胎进行分割移植实验,他们把绵羊的8细胞胚胎分成4份,每份2个细胞,然后将分割后的2细胞胚胎重新植入母羊子宫里孕育,母羊产下了4头健康的小羊羔。

问题

（1）:

胚胎分割产生的多个后代遗传物质是否相同?

生殖方式属于有性生殖还是无性生殖?

提示:

遗传物质相同,属于无性生殖。

问题

（2）:

分割囊胚时,为什么要将内细胞团均等分割?

提示:

分割不均匀会影响胚胎的恢复和进一步发育。

问题（3）:

经过胚胎分割形成的两个个体与“龙凤胎〞在实质上有什么不同?

提示:

将一个胚胎分割成两份,获得的两局部遗传信息完全相同,龙凤胎是异卵双胞胎,是由两个精子与两个卵子分别结合得到的两个胚胎发育成遗传物质不同的两个个体。

胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同

工程

胚胎分割动物

体细胞核克隆动物

相同点

都属于无性生殖或克隆,都需要进行胚胎移植

不

同

点

胚胎的

来源

雌性动物体内的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎

通过核移植技术获得的重组胚胎

遗传

物质

胚胎分割动物具有相同的遗传物质

克隆动物的核遗传物质由供体细胞核提供

起点

经过受精作用或其他方式形成的一个细胞

经过核移植技术形成的一个细胞

3.以下有关胚胎分割的说法,错误的选项是（　D　）

B.对于不同发育阶段的胚胎,分割的具体操作不完全相同

D.分割囊胚时,可对内细胞团随机进行分割

解析:

分割囊胚时,一定要将内细胞团均等分割,否那么会影响胚胎的恢复和进一步发育。

[生活情境]

马鹿是国家二级保护动物,随着种群数量的减少,马鹿出现种群退化、近亲繁殖等现象,胚胎移植是解决这一问题的有效方法之一。

新疆奇台林场马鹿养殖基地是中国唯一的天山马鹿种源保护与繁育基地。

2004年6月19日,新疆奇台林场的马鹿养殖基地共降生7头胚胎移植的小马鹿,其中5头存活。

与其他小马鹿相比,胚胎移植的小马鹿个头明显较大、身体更为强壮、跑跳等能力更强。

探究:

（1）胚胎的来源可能有哪些?

提示:

核移植、体外受精等获得的胚胎。

（2）胚胎移植获得的小马鹿个头明显较大、身体更为强壮、跑跳等能力更强,说明对供体选择时有何要求?

提示:

选择遗传性状和生产性能优良的供体。

课堂小结

完善概念图

关键语句

1.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过程。

2.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才能完成受精。

3.胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。

4.动物的胚胎只有移植到同种且生理状态相同的雌性动物体内才能成功。

5.胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

6.胚胎分割应选择形态正常的桑葚胚或囊胚,在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割。

随堂反响

1.红安格斯牛肉质鲜美、营养全面。

某养殖基地利用本地黄牛作受体“借腹生子〞,培育出150头红安格斯牛。

以下相关表达错误的选项是（　B　）

C.“借腹生子〞可以充分发挥红安格斯牛的繁殖潜力

D.“借腹生子〞可以缩短红安格斯牛的繁殖周期

解析:

胚胎移植中,供体红安格斯牛的主要职能为产生具有优良遗传特性的胚胎,受体的主要职能是孕育胚胎;为获得更多的胚胎,对供体红安格斯牛要采取超数排卵技术;胚胎移植充分发挥雌性优良个体的繁殖能力;在这项技术中,供体的主要职能变为产生具有优良遗传特性的胚胎,繁重而漫长的妊娠和育仔的任务由受体取代,这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。

2.哺乳动物胚胎的早期发育阶段,就有一局部原始生殖细胞（PGC）,PGC经过分裂和长距离迁移,最终进入正在发育而尚未分化的生殖嵴,随着生殖嵴向睾丸或卵巢方向的分化,PGC也相应地向精子或卵细胞分化,经过减数分裂等一系列复杂的过程,最终成为精子或卵细胞。

以下相关表达,正确的选项是（　C　）

A.PGC最早可能出现于原肠胚,原肠胚的扩大会导致透明带破裂

B.PGC迁移到生殖嵴的过程中发生有丝分裂和减数分裂,使PGC的数量不断增多

C.不同哺乳动物刚排出的卵子成熟程度不同,但都不具备与精子受精的能力

D.体外受精时,获能后的精子不需要穿过透明带,只需穿过卵细胞膜即可完成受精

解析:

囊胚的扩大会导致透明带的破裂,胚胎从其中伸展出来;PGC迁移到生殖嵴的过程中发生有丝分裂,使PGC的数量不断增多;卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程,不同动物排出的卵子成熟程度不同,都要在输卵管内进一步成熟,当到达MⅡ期时,才具备与精子受精的能力;只有穿过透明带的精子才能与卵细胞膜接触。

3.以下列图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程,以下相关说法正确的选项是（　D　）

A.①代表体外受精,与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能

B.②代表早期胚胎培养,可移植的胚胎应发育到原肠胚或囊胚阶段

C.③代表胚胎分割,需均等分割桑葚胚的内细胞团,以免影响胚胎发育

D.⑤代表胚胎移植,成功率的上下主要取决于供、受体生理状况是否一致

解析:

①代表体外受精,体外受精前和体内受精前精子均需要获能;②代表早期胚胎培养,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚;③代表胚胎分割,在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割,以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育,而桑葚胚阶段的胚胎还未形成内细胞团;⑤代表胚胎移植,胚胎移植能否成功,与供体和受体的生理状态有关,要对供体、受体进行同期发情处理,使供体和受体的生理状态相同。

根底,如下列图,a、b、c表示现代工程技术,①、②、③表示其结果,以下说法正确的选项是（　ABC　）

A.假设a是核移植技术,①反响了动物细胞也具有全能性

B.假设c是胚胎分割技术,③中个体的基因型和表现型一定相同

C.①②③中作为受体的动物品种是珍稀的或存量少的雌性动物

D.假设b是体外受精技术,那么②为良种家畜快速大量繁殖提供了可能

解析:

动物细胞通过核移植技术获得动物个体只能证明动物细胞的细胞核具有全能性;胚胎分割技术是将一个囊胚或者桑葚胚分割,进行胚胎移植获得多个后代个体,属于无性繁殖,获得的个体的基因型一定相同,但是表现型是基因型和环境条件共同作用的结果,环境不同,表现型不一定相同;珍稀的或存量少的雌性动物属于保护动物,不能作为生物工程的受体,应该用本地中数量较多的雌性动物;胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎,或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内,使之继续发育为新个体的技术,它可充分发挥优良个体的繁殖潜力,为良种家畜快速大量繁殖提供了可能。

根本程序如图,请据图答复以下问题:

（1）图中a、b、c过程分别是指、、

。

（2）供体牛的主要职能是,受体牛必须和供体牛属于（填“同一物种〞或“不同物种〞）。

（3）在胚胎移植过程中,供、受体母牛选择好后,要用动物激素进行同期发情处理,这样处理的目的是,以保证移植的胚胎能够继续正常发育。

（4）你认为胚胎移植技术在生产实践中的主要意义有哪些?

。

解析:

（1）图示a、b、c过程依次为对供体母牛进行超数排卵处理、配种后胚胎的收集和向受体母牛的胚胎移植。

（2）供体牛的职能主要是产生具有优良遗传特性的胚胎,受体牛必须和供体牛属于同一物种。

（3）为使供、受体母牛的生理状态相同,应对供、受体母牛进行同期发情处理。

（4）胚胎移植技术可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,加快优良种畜的繁殖速度,迅速推广新品种。

答案:

（1）超数排卵处理　胚胎的收集　胚胎移植

（2）产生具有优良遗传特性的胚胎　同一物种

（3）使供、受体母牛处于相同的生理状态

（4）胚胎移植技术可以加快优良种畜的繁殖速度,迅速推广新品种