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第2章第3节胚胎工程　（第2课时）
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【学习目标】
【生命观念】1.通过简述受精和胚胎早期发育的基本过程，对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。
2.通过简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值，认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。
【课前预习15min】
一、体外受精
1.试管动物：通过人工操作使卵子在 受精，经培养发育为 后，再进行移植产生的个体。
2.体外受精
(1)过程：哺乳动物的体外受精技术主要包括 、 和 等步骤。
(2) 哺乳动物的体外受精过程
①卵母细胞的成熟培养：要将卵母细胞培养到 期。
②精子的 处理。
③受精：将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的 中共同培养一段时间， 来促使它们完成受精。
(3)应用：是产生试管动物的首要技术环节。是提高动物 的有效措施。为 提供可用的胚胎。
(4)成果：我国体外受精技术已在羊、牛、猪和人等动物中获得成功,特别是 和牛的体外受精技术已达国际先进水平。
二、胚胎移植
1. 胚胎移植的定义
(1)胚胎移植对象：通过 及其他方式得到的胚胎
(2)移植条件： 、 相同的雌性动物体内
(3)供体：胚胎移植中 的个体。
(4)受体：胚胎移植中 的个体。
(5)地位：通过任何一项技术获得的胚胎，都必须 给受体才能获得后代。
2. 胚胎移植的优势：可以 。
3.胚胎移植的实质：从过程看，实际上是产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。从结果看，是早期胚胎在 环境条件下 的转移。
4.胚胎移植的基本步骤
(1)胚胎移植时“两次”激素的使用：
①第一次用激素 ；
②第二次用 激素对供体进行 处理。
(2)胚胎移植时“两次”检查
①第一次对 检查；
②第二次对 检查。
(3)受体对来自供体的胚胎基本上 发生免疫排斥反应。
(4)胚胎移植后，经受体孕育的后代，遗传特性与 一致。
三、胚胎分割
1.原理：早期胚胎细胞具有很强的 能力，并保持着细胞 ，可以将胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率。
2．定义：指采用 方法将 切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得 的技术。
3．特点：来自同一胚胎的后代具有相同的 。
4．主要仪器设备： 和 。
5. 实质：动物的 繁殖或克隆。
6．操作程序
(1)胚胎选择：选择发育良好、形态正常的 胚或 。
(2)胚胎分割
①操作环境：盛有 的培养皿中。
②操作用具： 或 。
③操作要点：分割囊胚阶段的胚胎时，注意将 均等分割。
(3)胚胎移植：分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经 后，再移植给受体。
①胚胎移植前，进行DNA分析的目的是进行 ，以防止产生的后代具有严重的遗传病；进行性别鉴定，是为了 。
②可用分割针分割 ，做DNA分析，鉴定性别。
③取 细胞进行分析和鉴定可避免损伤内细胞团；滋养层和内细胞团均来自同一个受精卵的有丝分裂，含有 遗传物质。
(4)应用
①可以促进优良动物品种的 ,产生的遗传性状 的后代是进行遗传学研究的宝贵材料
②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 、动物繁育健康后代具有重要意义。
牛刀小试
(1)采集的卵母细胞都可直接与获能的精子在体外受精( )
(2)为了获得更多的卵母细胞，需用雌激素对供体进行处理( )
(3)胚胎移植时，供体母畜需要具备优良的遗传性能( )
(4)胚胎分割移植应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚( )
(5)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割( )
(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( )
【教学过程】
学习目标一：简述体外受精的基本原理、操作步骤和应用价值。（20min）
任务一：体外受精技术的基本原理是人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等)，使卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精作用，得到的胚胎暂时保存或进行移植等。完善体外受精过程的流程图，并讨论回答下列问题：
1．试管动物技术属于有性生殖还是无性生殖？为什么？
2．从卵巢中采集的卵子为什么不能与获能的精子直接受精？
3．对精子在体外进行获能处理，可采用什么方法？
[在深化中提能]
1．自然受精、人工授精和体外受精的异同
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、卵子，在体外培养液中完成受精过程
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、卵子成熟后方能完成受精过程；②都是有性生殖
2．试管动物和克隆动物的比较
试管动物 克隆动物
技术基础 体外受精、胚胎移植 核移植技术、胚胎移植
实例 试管牛 克隆羊“多莉”
过程
生殖方式 有性生殖 无性生殖
遗传物质 遗传物质来自两个个体 遗传物质与核供体基本相同
发育起点 受精卵 经过核移植后的重组细胞
【评标】1.(2022河北衡水二中期中)如图所示是利用高等哺乳动物的生殖细胞进行的体外受精技术培育试管动物的大致流程。下列说法中错误的是 (　　)
A.哺乳动物的体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤
B.在体外受精前,要对精子进行获能处理,从而使精子具备与卵细胞受精的能力
C.胚胎发育的卵裂期,胚胎中细胞数目不断增加,但胚胎的总体积并不增加
D.胚胎早期发育的过程是受精卵→桑葚胚→原肠胚→囊胚
【回标】1.(2022辽宁省名校联盟模拟)下列有关“克隆牛”和“试管牛”的说法,正确的是 (　　)
A.培育过程中均需获取卵母细胞并培养至MⅡ期
B.培育过程中均需获取精子并进行体外获能处理
C.均需体外培养至囊胚或原肠胚阶段
D.二者都可视为牛的无性生殖产物
学习目标二：简述胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。（20min）
任务一：结合教材，以牛为例，完善胚胎移植的基本程序流程图并回答下列问题：
1．填出图中序号代表的内容：
① ，② ，③ 。
2．胚胎移植过程中，对供、受体的选择有哪些要求？
3．怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？
4．进行胚胎移植时应选择发育到什么阶段的胚胎？
5．胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性是与供体还是受体保持一致？为什么？
[在深化中提能]
1．胚胎移植技术中胚胎的来源及生殖方式
(1)核移植无性生殖。
(2)体外受精有性生殖。
(3)体内受精―→冲卵―→移植―→有性生殖。
(4)基因工程―→转入目的基因的受精卵胚胎移植―→转基因动物―→有性生殖。
2．胚胎移植的生理学基础
生理学基础 意　义
同种哺乳动物的供、受体发情排卵后生殖器官的生理变化是相同的 为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境
哺乳动物早期胚胎处于游离状态 为胚胎的收集提供了可能
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 为胚胎在受体内的存活提供了可能
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其遗传特性不受任何影响 为移植后代胚胎继续发育提供了营养等方面的保障
3．胚胎移植中的四个注意点
两次激素使用 第一次：用孕激素对受、供体进行同期发情处理； 第二次：用促性腺激素处理使供体超数排卵
两次检查 第一次：对收集的胚胎进行检查；第二次：对受体母畜是否妊娠进行检查
移植时间不同 牛、羊要培养到桑葚胚或囊胚阶段；小鼠、家兔培养到桑葚胚前；几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植
繁殖方式 胚胎由受精卵形成，属于有性生殖；胚胎由核移植或胚胎分割形成，属于无性生殖
【评标】2.下列有关牛胚胎移植技术的叙述,不正确的是　 (　　)
A.供、受体应属于同一个物种
B.供体牛应选择具有健康的体质和正常繁殖能力的个体
C.对供、受体母牛要进行同期发情处理
D.在孕育过程中,移入胚胎的遗传特性不受代孕母体的影响
3.(2022山东师大附中月考改编)下列关于胚胎移植技术应用的叙述,错误的是 (　　)
A.应用胚胎移植可大大缩短受体本身的繁殖周期
B.胚胎移植是胚胎工程的最终技术环节
C.胚胎移植技术将推动胚胎工程其他技术的研究和应用
D.胚胎移植可充分发挥具有优良性状的母牛的繁殖潜力,相同时间内可得到较多的良种犊牛
【回标】4.(2022山东济南期末)随着生物科学技术的发展,生产动物新个体的方式变得越来越多样化。如图表示胚胎工程技术研究及应用的相关情况,供体1是良种荷斯坦高产奶牛,供体2是健康的黄牛,下列相关叙述错误的是 (　　)
A.应用1中获得的良种小牛为雌性,是无性生殖的产物
B.应用2、3、4所用的受精卵可以不通过人工授精获得
C.应用3过程中对桑葚胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割
D.应用4中的组织和器官是通过对胚胎干细胞进行定向诱导分化得到的
5.(2022山西祁县中学阶段练习)研究人员对新西兰白兔不同阶段胚胎在三种培养液中的分割效果进行研究,结果如表。相关叙述错误的是 (　　)
分割 胚胎 培养液 桑葚胚 囊胚
分割胚 胎数 分割成功 率(%) 分割胚 胎数 分割成 功率(%)
PBS 20 75.0 26 80.8
TCM- 199 38 80.3 33 84.8
DMEM 44 80.7 42 81.0
合计 102 78.9 101 82.2
A.应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚进行胚胎分割
B.本实验属于对比实验,自变量有两个
C.分割的两种胚胎数量要足够多以减少实验误差
D.胚胎分割技术可用于优良种畜的快速繁殖
【知识建构】
【随堂检测】
题组一　
2.(2021山东枣庄滕州一中月考改编)如图为哺乳动物胚胎早期发育的部分过程,下列有关叙述错误的是 (　　)
A.Ⅰ时期为桑葚胚,该时期的细胞一般都具有发育的全能性
B.过程a和b使胚胎中有机物含量增加
C.胚胎移植选择处于Ⅰ或Ⅱ时期的胚胎最易成功
D.细胞分化从Ⅱ时期开始贯穿于动物的整个生命历程
3.中国科学院动物研究所进行了大熊猫的异种克隆,他们将大熊猫的体细胞核放入兔子的去核卵母细胞中,并使其成功发育成囊胚,标志着异种核质相容的问题得到解决,异种克隆大熊猫迈过了第一道“坎”,然后至关重要的是选择一种合适的“代孕母体”。如图是该研究的理论流程图,相关叙述正确的是(　　)
A.步骤甲中需要获取兔子处于MⅠ期的卵母细胞
B.重组细胞发育成早期胚胎所需营养主要来源于营养液
C.重组胚胎培养过程中为了避免杂菌污染,通常需要在培养液中加入抗生素
D.步骤乙表示胚胎移植,移植的早期胚胎应培养至囊胚或原肠胚
4.(2022山东济南期末)随着生物科学技术的发展,生产动物新个体的方式变得越来越多样化。如图表示胚胎工程技术研究及应用的相关情况,供体1是良种荷斯坦高产奶牛,供体2是健康的黄牛,下列相关叙述错误的是 (　　)
A.应用1中获得的良种小牛为雌性,是无性生殖的产物
B.应用2、3、4所用的受精卵可以不通过人工授精获得
C.应用3过程中对桑葚胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割
D.应用4中的组织和器官是通过对胚胎干细胞进行定向诱导分化得到的
5.(2021天津一模)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(如图),有关叙述错误的是 (　　)
A.过程①的实质是基因选择性表达,类似脱分化过程
B.X细胞在遗传组成上应与当初卵泡中的卵母细胞遗传物质相同
C.过程③中,受精后的X细胞会再释放出一个极体
D.过程③涉及体外受精、早期胚胎培养及胚胎移植等技术
6.(不定项)(2022山东月考)如图为科研人员利用白鼠和黑鼠的早期胚胎培育黑白嵌合鼠的简要过程,下列说法不正确的是 (　　)
A.过程①中的两个卵裂球只能取自桑葚胚
B.嵌合鼠的培育依据的原理是基因重组和细胞全能性
C.可用分割针分割内细胞团做DNA分析,鉴定性别
D.过程③操作前需对代孕母鼠进行同期发情处理
7.(2022山东青岛九中月考)和牛是世界上公认的高档肉牛品种,其体型较小,肉质鲜嫩,营养丰富。我国科研人员利用胚胎移植技术,按如图所示流程操作,成功地批量培育了和牛这一优良品种。请回答下列问题:
(1)用　　　　激素处理,可使供体母牛超数排卵,过程①中产生的精子需要进行　　　　处理后才具备与卵细胞受精的能力。
(2)试管牛的培育需要的工程技术有　　　　　　　　　和胚胎移植等。
(3)图中移植的胚胎处于　　　　期,移入的胚胎能在代孕雌牛子宫中存活的生理基础是　;
为培育雌性子代小牛,胚胎移植前须进行性别鉴定,需取图中滋养层细胞进行　　　　(图中乙操作)。
(4)为提高胚胎利用效率,尽快获得数量较多的子代和牛,图中甲操作是对牛胚胎所做的处理,使用的技术称为　　　　,最终结果是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;这一过程中,要特别注意将内细胞团　　　　分割。
得分 扣分
阅卷得分 审题规范（强化审题） 思维（析题）规范 呈现（答题）规范
采点计分 审题时间(3) 审清设问（标号化） 审读材料、情境（标注化） 析题时间(2) 角度步骤要点（角度化） 特别注意事项（对号化） 答题时间(4) 书写卷面(清晰化) 学科术语(术语化)
【课后作业】1.复习作业：依托本节课学案，整理本节课重难点及相关题型。
2.练习作业：见《固学案》40页-41页习题。
3.预习作业：依托下节课学案熟悉相关知识点，勾画重难点，写出困惑。
答案
【课前预习15min】
一、1.体外 早期胚胎 移植
2.(1) 卵母细胞的采集 精子的获取 受精
(2)① MⅡ ② 获能 ③ 培养液
(3)繁殖能力 胚胎移植
(4)人
二、1.(1)体外受精 (2)同种的 生理状态
(3) 提供胚胎
(4) 接受胚胎
(5) 移植
2. 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
3.相同生理 空间位置
4. 优良 强 健康的体质 同期发情 超数排卵 人工授精 妊娠
(1)①同期发情处理 ②促性腺 超数排卵
(2)① 收集的胚胎进行质量 ②受体母牛是否妊娠进行
(3)不会 (4)供体
三、1.分裂 全能
2．机械 早期胚胎 同卵双胎或多胎
3．遗传性状。
4．体视显微镜 显微操作仪
5. 无性
6．(1)桑葚胚 囊胚
(2)①操作液 ②分割针 分割刀 ③内细胞团
(3)体外培养 ①遗传病筛查 性别鉴定 ②滋养层 ③滋养层 相同
(4)①繁殖 相同 ②性别
牛刀小试××√××√
【教学过程】
学习目标一：
任务一：1．提示：属于有性生殖。其过程是精子和卵子在体外受精形成受精卵，再将受精卵发育成的早期胚胎移植到受体子宫中。
2．提示：卵巢中的卵子不成熟，需培养到MⅡ期才具有受精能力。
3．提示：培养法和化学法。对于啮齿动物、家兔和猪等动物的精子，一般采用培养法，即将取自附睾的精子，放在人工配制的获能培养液中培养，使其获能；对于牛、羊等家畜的精子采用化学法，将精子放在含一定浓度的肝素、Ca2＋载体等的获能液中使其获能。
【评标】1.D　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(教材第60页),A正确;胚胎早期发育的过程是受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚,D错误。
【回标】1.A　“克隆牛”的培育需要获取去核的卵母细胞,“试管牛”的培育需要精卵细胞结合形成受精卵,故培育过程中均需获取卵母细胞并培养至MⅡ期,A正确; “克隆牛”的培育不需要获取精子,B错误;“克隆牛”和“试管牛”均需要体外培养至桑葚胚或囊胚阶段进行胚胎移植,不是原肠胚阶段,C错误;“克隆牛”的培育属于无性繁殖,而“试管牛”是体外受精的产物,属于有性生殖,D错误。
学习目标二：
任务一：1．①同期发情，②超数排卵，③胚胎移植。
2．提示：供体：遗传性状优良、生产能力强；受体：有健康的体质和正常繁殖能力。
3．提示：对供、受体母畜用孕激素进行同期发情处理，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。
4．提示：动物的早期胚胎一般在桑葚胚或囊胚阶段进行移植。
5．提示：胚胎移植产生的后代的遗传特性与供体保持一致，受体母畜只提供胚胎发育的场所(子宫)和营养，不影响供体胚胎的遗传特性。
【评标】2.B　供体母牛应选择遗传性状优良、生产能力强的个体,受体母牛应具有健康的体质和正常繁殖能力(教材第61页),B错误。胚胎移植时,要确保供、受体母牛处于相同的生理状态,因此对供、受体母牛要进行同期发情处理,C正确。
3.A　胚胎移植可缩短供体本身的繁殖周期,A错误;胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节,还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用(教材第62页),B、C正确。
【回标】4.C　胚胎分割可将胚胎分割成2等份、4等份、8等份等,A正确。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一(教材第62页),B正确。分割后的胚胎可直接移植给受体,或经体外培养后,再移植给受体(教材第63页),C错误。胚胎分割移植后获得的动物个体之间遗传物质是相同的,但动物个体之间性状不完全相同,D正确。
5.B　在进行胚胎分割时,应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚(教材第62页),A正确;本实验属于对比实验(两个胚胎阶段在三种培养液中的分割效果对比),自变量有三个,分别是不同胚胎阶段、分割胚胎培养液种类、分割胚胎数,B错误;分割的两种胚胎数量要足够多以减少实验误差,避免偶然因素的发生,C正确。
【随堂检测】2.B　过程a表示卵裂形成桑葚胚,过程b表示桑葚胚发育形成囊胚,Ⅰ为桑葚胚, Ⅱ为囊胚。桑葚胚的细胞一般都具有发育的全能性,A正确;a、b过程细胞需要消耗能量,故胚胎中有机物含量减少,B错误;胚胎移植选择处于桑葚胚或囊胚时期的胚胎最易成功,C正确;细胞分化从囊胚时期开始贯穿于动物的整个生命历程,D正确。
3.C　处于MⅡ期的卵母细胞具备受精能力,所以步骤甲中需要获取兔子处于MⅡ期的卵母细胞,A错误;重组细胞发育成早期胚胎所需营养主要来源于兔子的去核卵母细胞,B错误;重组胚胎培养过程中通常需要在培养液中加入抗生素,避免杂菌污染,C正确;步骤乙表示胚胎移植,移植的早期胚胎通常培养至桑葚胚或囊胚,D错误。
4.C　应用1中,供体1提供细胞核,供体2提供细胞质,通过体细胞核移植技术形成重组细胞,并发育形成早期胚胎,再将胚胎移植给受体发育成小牛,称为克隆牛;应用2中,优良公牛和供体1配种形成受精卵,并发育成早期胚胎,再将胚胎移植给受体发育成小牛,属于有性生殖;应用3中采用了胚胎分割技术;应用4中,从囊胚中获取胚胎干细胞,并进行体外胚胎干细胞培养。应用1中获得的小牛为克隆牛,其细胞核遗传物质来源于供体1(荷斯坦高产奶牛),所以良种小牛是雌性,是无性生殖的产物,A正确;应用2、3、4所用的受精卵可以通过体内受精或体外受精(人工授精)获得,B正确;对囊胚阶段的胚胎进行分割时需要将内细胞团进行均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育,C错误;应用4中对胚胎干细胞进行定向诱导,其可分化形成各种组织和器官,用于器官移植研究等,D正确。
5.B　图中①表示卵泡中的颗粒细胞经诱导形成诱导多能干细胞的过程;②表示GV卵母细胞进行减数分裂的过程,X细胞为处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞;过程③涉及体外受精、早期胚胎培养及胚胎移植等技术。颗粒细胞为已经分化的细胞,诱导多能干细胞是类似胚胎干细胞的一种细胞,则过程①的实质是基因选择性表达,类似脱分化(已分化→未分化)过程,A正确;X细胞为次级卵母细胞,由于减数第一次分裂后期发生了同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合,因此X细胞在遗传组成上与当初卵泡中的卵母细胞遗传物质不相同,B错误;精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ,排出第二极体,C正确。
6.ABC　过程①中的两个卵裂球可以取自桑葚胚,也可以取自卵裂期,A错误;嵌合鼠的培育没有进行基因重组,B错误;应用分割针分割滋养层细胞做DNA分析,鉴定性别,C错误;过程③是胚胎移植过程,在进行操作前,需要对代孕母鼠进行同期发情处理,D正确。
7.答案　(1)促性腺　获能　 (2)体外受精、早期胚胎培养　(3)囊胚　代孕雌牛子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应　DNA分析　(4)胚胎分割　获得多个遗传性状相同的后代　均等
解析　(1)用促性腺激素处理供体母牛,可使其超数排卵。采集的精子需要经过获能处理后才具备与卵细胞受精的能力。(3)图中移植的胚胎具有内细胞团和滋养层细胞,处于囊胚期。移入的胚胎能在代孕雌牛子宫中存活,其生理基础是代孕雌牛子宫对外来胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。胚胎移植前的性别鉴定,应取样滋养层细胞进行DNA分析。(4)为提高胚胎利用效率,尽快获得数量较多的子代和牛,可对胚胎进行胚胎分割处理,即图中甲操作,此操作的最终目的是获得多个遗传性状相同的后代。在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割,否则将影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
【课后作业】固学案

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