选修三同步导学32 体外受精和早期胚胎培养理解+掌握+应用.docx
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选修三同步导学32体外受精和早期胚胎培养理解+掌握+应用
3.2
体外受精和早期胚胎培养
1．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．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。
3．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。
4．收集精子常用的方法有假阴道法、手握法和电刺激法。
5．精子体外获能的方法有培养法和化学诱导法两种。
6．哺乳动物胚胎的培养液中，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。
体外受精
[自读教材·夯基础]
1．基本步骤
（1）卵母细胞的采集和培养。
（2）精子的获取和受精。
2．卵母细胞的采集和培养
（1）
（2）
3．精子的采集和获能
（1）
（2）精子体外获能的方法：
获能方法
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、猪等
化学法
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
4．体外受精
获能的精子和培养成熟的卵子，一般都可在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
1．从卵巢中采集的卵子为什么不能与获能精子直接受精？
提示：
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？
提示：
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。
[跟随名师·解疑难]
1．卵母细胞采集和培养的方法比较
采集方法
适用范围
采集过程
采集后的操作
举例
输卵管
冲取法
实验动物
利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管冲取卵子
可直接与获能的精子在体外受精
小鼠、
兔、猪、
羊等
已屠宰动
物卵巢内
采集
大型动物
或大家畜
从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞
采集后的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精
牛
活体
采卵
借助超声波探测仪、内窥镜和腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中采集卵母细胞
2．精子的采集和获能的区别
（1）精子的采集和获能是两个不同的过程。
采集是人为地使动物精子从体内射出然后收集，获能是将采集后的精子进行人工处理，使其获得受精能力。
（2）采集和获能都需要一定的人工方法。
采集的方法可以是机械的，但获能必须在人工配制的获能液或化学药物中进行。
3．受精过程分析
获能的精子和卵子在获能溶液或专用受精溶液中受精，其过程概括如下：
[特别提醒]
（1）采集到的卵母细胞必须培养到减数第二次分裂中期才会与获能的精子受精。
（2）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。
胚胎的早期培养
[自读教材·夯基础]
1．哺乳动物胚胎的培养液成分
无机盐、有机盐、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）精子和卵细胞在体外受精后，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、羊一般在桑椹胚阶段或囊胚阶段进行移植。
（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。
1．试比较动物细胞培养和动物胚胎培养液成分的异同。
比较项
培养液成分
其他条件
不同
相同
胚胎的培养液
培养液成分
________、
激素
________、核苷酸、________、氨基酸、血清
适宜的酸碱度、渗透压、温度、二氧化碳以及严格________条件
动物细胞培养液
糖、微量
元素、血浆
提示：
有机盐；无机盐；维生素；无菌。
2．一对夫妇婚后多年无子，经检查原因是女方输卵管不通，其他都正常。
请你结合本节知识，为他们设计一个方案，解决无子难题。
提示：
取女方卵子，体外模拟体内环境下成熟；取男方精子，体外模拟体内环境下获能，让精子和卵子结合受精，培养胚胎发育到8～16个细胞，植入女方子宫发育成胎儿。
（方案合理即可）
[跟随名师·解疑难]
试管牛工厂化生产的技术流程
（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。
体外受精的过程
[例1] 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．①⑦⑥
②⑤⑧⑨
B．①③④
②⑤⑧⑨
C．①⑦④
②⑧⑤⑨
D．①③⑥
②⑧⑤⑨
[思路点拨]
[精讲精析] 体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的获取及获能处理、受精等三个阶段。
精子的体外获能可用一定浓度的肝素溶液或钙离子载体处理。
CaCl2可用于基因工程中处理细菌细胞，以利于重组载体的导入。
[答案] B
早期胚胎培养
[例2] 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
[思路点拨] 本题考查动物早期胚胎培养的知识，解题的关键是掌握动物早期胚胎培养的培养液的成分、胚胎移植的时期、对早期胚胎的处理等知识。
[精讲精析] 进行胚胎早期培养的发育培养液，与动物细胞培养液相似，如都含有动物血清等物质。
早期胚胎培养在本质上也可看做动物细胞培养。
[答案] B
规律方法
（1）胚胎的早期培养与动物细胞培养所用的培养液类似，但是二者所依据的原理和培养目的不同。
（2）早期胚胎培养的培养液成分巧记为：
①“两盐”：
无机盐和有机盐；②“两素”：
维生素和激素；
③“两酸”：
氨基酸和核苷酸；④水和血清。
[随堂基础巩固]
1．体外受精技术和克隆动物的生殖方式是（ ）
A．前者属于有性生殖，后者属于无性生殖
B．二者都属于有性生殖
C．二者都属于无性生殖
D．前者属于无性生殖，后者属于有性生殖
解析：
体外受精技术属于有性生殖，而克隆属于无性生殖。
答案：
A
2．体外受精时采集小鼠卵子常用的方法是（ ）
A．超数排卵处理法
B．活体采卵法
C．从早期胚胎中采集
D．从屠宰后母畜卵巢中采集卵母细胞
解析：
对实验动物小鼠常用的采集卵子的方法是：
用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，再从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精，即超数排卵处理法。
答案：
A
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
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。
答案：
B
4．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
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。
答案：
A
5．据哺乳动物体外受精的过程回答以下问题：
（1）体外受精的过程主要包括__________________、____________________及受精等几个步骤。
（2）精子采集的方法主要有__________________、_______________和________________。
获能的方法有__________________和__________________。
（3）请用一个流程图表示体外受精过程。
解析：
体外受精的步骤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，精子的采集方法主要有假阴道法、手握法、电刺激法，
获能方法主要有培养法和化学诱导法。
答案：
（1）卵母细胞的采集和培养 精子的采集和获能
（2）假阴道法 手握法 电刺激法 培养法 化学诱导法
（3）图示如右：
[课时跟踪训练]
（满分50分 时间25分钟）
一、选择题（每小题2分，共20分）
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
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。
答案：
A
2．体外受精常采用的采卵方法有（ ）
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．①② B．②③
C．①④D．③④
解析：
②化学诱导法是精子获能处理的方法，③电刺激法是获取精子的方法。
答案：
C
3．关于牛体外受精胚胎的工厂化生产的叙述正确的是（ ）
A．精子和卵子受精形成受精卵后即可移入母牛子宫
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都需在体外进行
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。
答案：
C
4．下列不属于人工授精和体外受精区别的一项是（ ）
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，而体外受精过程在母畜体外
解析：
人工授精是用人工的方法，使公畜的精液注入母畜的生殖道内，使精、卵细胞结合。
体外受精是将人工获取的精子和卵母细胞在体外即试管内完成受精。
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。
答案：
C
5．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
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。
答案：
D
6．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是（ ）
A．精子在体外用获能物质的处理
B．用化学物质处理掉卵黄膜便于精子进入
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
解析：
体外受精应进行卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能处理等过程。
答案：
A
7．从大型动物体内采集的卵母细胞，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．卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程
B．动物排出的卵子成熟程度不同
C．体外人工培养至减数第二次分裂中期时才算成熟
D．冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大
解析：
动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，有的可能是初级卵母细胞，但它们都要进一步成熟后才能与精子完成受精作用。
答案：
D
8．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
解析：
试管牛所用技术为体外受精和胚胎移植；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。
答案：
B
9．良种试管牛的繁殖过程是：
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
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子，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。
答案：
B
10．下图为某哺乳动物生殖过程示意图（b为卵子）。
下列相关叙述中不正确的是（ ）
A．动物个体①②的产生分别属于有性生殖和无性生殖
B．动物个体②的产生表明，高度分化的动物细胞核也具有发育成完整个体的潜在能力
C．按照动物个体②的产生方式，后代的性别比例仍为1∶1，但这对于动物的进化则是不利的
D．图中a、b、c三种细胞的产生方式，仅c为有丝分裂
解析：
动物个体①的产生是由精、卵细胞结合而形成的个体，属于有性生殖过程，动物个体②的产生是由卵细胞与另一细胞的细胞核重组成一个新的细胞，进而发育成一个新的个体，故此方式属于克隆过程（无性繁殖），动物的性别由核中的染色体决定，故此个体的性别与提供细胞核的个体相同。
答案：
C
二、非选择题（共30分）
11．（10分）下面是以小鼠为对象进行的研究工作，请分析回答问题：
（1）进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下（光照14h，黑暗10h）饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是________。
然后从雌鼠输卵管中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是使________。
再在37℃、5%CO2条件下，精卵共同作用4h，冲洗后继续培养。
定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部出现裂隙，这是胚胎____________期开始的标志。
（2）如果体外受精后，在精核与卵核融合之前，用微型吸管吸除精核，再用细胞松弛素B处理（作用类似于用秋水仙素处理植物细胞），处理后的受精卵可发育成小鼠。
这种方法在动物新品种选育中的显著优点是__________________________________________________。
（3）如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于________________________________________________________。
解析：
体外受精需要获得卵母细胞，可用促性腺激素促进雌性动物超数排卵。
获得的精子必须经获能处理才具有受精能力。
一般早期胚胎发育至囊胚阶段进行胚胎移植。
由
（2）题意可知，细胞松弛素B处理使未受精的卵细胞染色体加倍，由形成的细胞发育成的个体类似于植物单倍体育种技术，因此优点是后代都是纯合体，明显缩短育种年限。
小鼠丙的基因大部分来自甲的细胞核，少部分来自乙的线粒体。
答案：
（1）促进超数排卵 精子获能 囊胚
（2）后代都是纯合体，明显缩短育种年限
（3）甲的体细胞核和乙的细胞质中的线粒体
12．（10分）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。
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。
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）
13．（10分）下图是“试管牛”工厂化生产的技术流程图，据图完成下列问题：
（1）根据________（填标号）判断，此种繁殖方式是________生殖，其意义在于________________________________________________________________________。
（2）①过程通常每个卵巢平均可采集________枚可用的卵细胞，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？
_________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
精子和卵子在体外培养条件下受精形成受精卵，并发育成胚胎，属于有性生殖。
目前，从屠宰场废弃的卵巢中，每个卵巢平均可采集10枚左右可用的卵母细胞，经体外培养成熟和受精后，约可获得4枚可用的胚胎，经过移植给受体母牛，最终可得到1～2头犊牛。
对于牛、羊等家畜的精子常采用化学法使其获能。
体外胚胎大约培养到囊胚期左右移植到母体。
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 （4）受精卵、卵裂期、桑椹胚期、囊胚期
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