资源简介

2.3.2 胚胎工程技术及其应用 导学案
一、核心素养
1.生命观念：理解胚胎工程技术如体外受精、胚胎移植、胚胎分割等是基于胚胎发育的基本规律和细胞特性建立的，从细胞、胚胎及个体水平认识生命的延续与发展，形成生命的物质观、结构与功能观，以及生命活动的对立统一观。
2.科学思维：分析胚胎工程各项技术的操作流程和原理，归纳其关键步骤和技术要点，培养归纳与概括的思维能力。通过对比不同胚胎工程技术的异同，运用比较与分类的科学思维方法。构建胚胎工程技术应用的模型，如胚胎移植在畜牧业生产中的应用流程模型，提升模型与建模的思维能力。
3.科学探究：以胚胎工程技术相关实验为依托，如探究胚胎分割的最佳时期和分割比例对胚胎发育的影响、研究不同体外受精条件对受精率的作用等，培养学生提出问题、作出假设、设计实验、实施实验、分析结果并得出结论的科学探究能力。
4.社会责任：关注胚胎工程技术在农业、医学、生物制药等领域的广泛应用，如利用胚胎移植技术快速繁殖优良家畜品种，提高农业生产效益；胚胎干细胞技术在再生医学中的潜在应用为治疗疑难病症带来希望。同时，思考胚胎工程技术应用中可能引发的伦理、法律和社会问题，如胚胎的道德地位、人类生殖性克隆的禁止等，培养学生正确看待生物技术发展的态度，增强社会责任感。
二、教学重难点
1.教学重点
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等胚胎工程技术的操作过程和原理。
胚胎工程技术在畜牧业、医学等领域的应用及意义。
1.教学难点
理解体外受精过程中精子获能、卵子成熟及受精的具体机制。
分析胚胎移植过程中供体和受体母畜的生理状态协调及胚胎存活的原理。
探讨胚胎工程技术应用中涉及的伦理道德问题及其应对策略。
三、自主预习
（一）体外受精
1.概念：体外受精是指哺乳动物的精子和卵子在______条件下完成受精过程的技术。
参考答案：体外
2.主要步骤
卵母细胞的采集和培养：
对于实验动物如小鼠、兔，以及家畜猪、羊等，采用的主要方法是用______处理，使其排出更多的卵子，然后从______中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。
对于大家畜或大型动物，如牛，采用的主要方法是从屠宰场废弃的卵巢中采集卵母细胞，也可以借助超声波探测仪、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。采集的卵母细胞需在体外培养到______期，才能与获能的精子受精。
参考答案：
促性腺激素；输卵管；减数第二次分裂中（MⅡ）
精子的采集和获能：
精子的采集方法有______、手握法和电刺激法等。
精子获能的方法有培养法和化学诱导法。培养法是将取自附睾的精子，放入人工配制的______中，培养一段时间后，精子就可获能。化学诱导法是将精子放在一定浓度的______等化学药物溶液中，用化学药物诱导精子获能。
参考答案：
假阴道法；获能液；肝素或钙离子载体 A23187
受精：获能的精子和培养成熟的卵子，一般都可以在______溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。在受精溶液中完成受精时，通常要加入一些______，以促进精子和卵子的结合。
参考答案：获能；卵丘细胞
（二）胚胎移植
1.概念：胚胎移植是指将雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到______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。其中提供胚胎的个体称为______，接受胚胎的个体称为______。
参考答案：同种；供体；受体
2.地位：胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道 “工序”，是胚胎工程技术的______。
参考答案：核心
3.生理学基础
供体和受体排卵后，在一段时间内，它们的生理状态是______的，这为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
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______状态，这就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______，这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______联系，但移入受体的供体胚胎的______在孕育过程中不受任何影响。
参考答案：
相同；游离；免疫排斥反应；生理和组织；遗传特性
4.基本程序
对供、受体的选择和处理：选择遗传性能和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体。对供体和受体进行______处理，使它们的生理条件达到同步或一致。同时，对供体母牛用______进行超数排卵处理。
配种或人工授精：超数排卵处理的供体母牛发情后，选择同种优秀的公牛进行配种或人工授精。
胚胎的收集、检查、培养或保存：配种或输精后第 7 天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来（也叫冲卵）。对胚胎进行质量检查，这时的胚胎应发育到______或囊胚阶段。直接向受体移植或放入______中保存。
胚胎移植：胚胎移植的方法有______法和手术法。前者是用移植管将胚胎送入受体母牛子宫的相应部位，后者是在受体母牛腹部做手术，将胚胎移植到子宫角的相应部位。
移植后的检查：对受体母牛进行是否妊娠的检查。
参考答案：
同期发情；促性腺激素；桑椹胚；-196℃的液氮；非手术
（三）胚胎分割
1.概念：胚胎分割是指采用机械方法将______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。
参考答案：早期胚胎
2.原理：来自同一胚胎的后代具有相同的______，因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。
参考答案：遗传物质
3.主要仪器设备：______和显微操作仪。
参考答案：实体显微镜
4.操作过程（以二分胚的分割为例）
选择发育良好、形态正常的______或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中。
用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的______中，或直接将裸半胚移植给受体。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将______均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
参考答案：桑椹胚；空透明带；内细胞团
（四）胚胎干细胞
1.概念：简称 ES 或 EK 细胞，是由______或原始性腺中分离出来的一类细胞。
参考答案：早期胚胎
2.特点
形态上：体积小、______大、核仁明显。
功能上：具有发育的______，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
在体外培养的条件下，ES 细胞可以______而不发生分化，可进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。
参考答案：细胞核；全能性；增殖
3.应用
可以用于治疗人类的某些顽症，如帕金森病、少年糖尿病等。通过诱导 ES 细胞定向分化，培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
是研究体外细胞分化的理想材料。在饲养层细胞上，或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。在培养液中加入______，就可以诱导 ES 细胞向不同类型的组织细胞分化。
可以用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究，也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。通过 ES 细胞建立的细胞系，可用于研究细胞分化和细胞凋亡的机制。
利用 ES 细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植 ES 细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。
参考答案：分化诱导因子
四、习题巩固
1.下列关于体外受精技术的叙述，错误的是（ ）
A. 体外受精技术需要对采集的精子和卵子进行处理
B. 采集卵母细胞的方法有超数排卵法和从活体动物卵巢中吸取等
C. 精子获能后才能与卵子受精，获能的方法只有培养法
D. 体外受精需要在获能溶液或专用的受精溶液中进行
2.胚胎移植技术中，对供体和受体母畜都要进行的处理是（ ）
A. 同期发情处理
B. 超数排卵处理
C. 配种或人工授精
D. 胚胎移植
3.下列有关胚胎分割技术的叙述，正确的是（ ）
A. 胚胎分割可以获得多个基因型相同的个体
B. 胚胎分割时分割的份数越多越好
C. 胚胎分割时应选择原肠胚进行分割
D. 胚胎分割技术属于有性生殖
4.下列关于胚胎干细胞的叙述，错误的是（ ）
A. 胚胎干细胞可从早期胚胎或原始性腺中分离获得
B. 胚胎干细胞具有体积大、细胞核小、核仁明显的特点
C. 胚胎干细胞在体外培养条件下可以增殖而不分化
D. 胚胎干细胞具有发育的全能性
5.下列关于胚胎移植生理学基础的叙述，错误的是（ ）
A. 供体和受体的生理状态要相同，为胚胎移植提供相同的生理环境
B. 早期胚胎在一定时间内处于游离状态，便于胚胎的收集
C. 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
D. 供体胚胎与受体子宫建立生理和组织联系后，其遗传特性会发生改变
6.体外受精过程中，采集的卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期才能受精，原因是（ ）
A. 此时卵母细胞体积最大，便于操作
B. 此时卵母细胞才具备与精子受精的能力
C. 此时卵母细胞的细胞核已完成 DNA 复制
D. 此时卵母细胞内的营养物质最丰富
7.胚胎分割时，对囊胚阶段的胚胎进行分割的关键是（ ）
A. 用分割针将内细胞团均等分割
B. 用分割针将滋养层细胞均等分割
C. 用分割针将透明带切开
D. 用分割针将囊胚腔切开
习题巩固参考答案和解析
1.答案：C
解析：
A 项：体外受精时，采集的精子需获能，卵子需培养成熟，所以需要对采集的精子和卵子进行处理，A 正确。
B 项：采集卵母细胞的方法有超数排卵法（对实验动物及家畜猪、羊等）和从活体动物卵巢中吸取（对大家畜或大型动物如牛）等，B 正确。
C 项：精子获能的方法有培养法和化学诱导法，不是只有培养法，C 错误。
D 项：体外受精需要在获能溶液或专用的受精溶液中进行，D 正确。
2.答案：A
解析：
A 项：对供体和受体进行同期发情处理，可使它们的生理条件达到同步或一致，为胚胎移植提供相同的生理环境，这是对供体和受体母畜都要进行的处理，A 正确。
B 项：超数排卵处理只针对供体母牛，目的是使其排出更多卵子，受体母牛不需要超数排卵处理，B 错误。
C 项：配种或人工授精是对供体母牛而言，受体母牛不进行此操作，C 错误。
D 项：胚胎移植是将胚胎移植到受体母牛体内，不是对供体和受体都进行的操作，D 错误。
3.答案：A
解析：
A 项：胚胎分割是将早期胚胎切割，来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，所以胚胎分割可以获得多个基因型相同的个体，A 正确。
B 项：胚胎分割时分割的份数越多，每一份的细胞数越少，发育成个体的成功率越低，不是份数越多越好，B 错误。
C 项：胚胎分割时应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行分割，原肠胚细胞已分化，不适合分割，C 错误。
D 项：胚胎分割技术没有经过两性生殖细胞的结合，属于无性生殖，D 错误。
4.答案：B
解析：
A 项：胚胎干细胞可从早期胚胎（如囊胚的内细胞团）或原始性腺中分离获得，A 正确。
B 项：胚胎干细胞具有体积小、细胞核大、核仁明显的特点，不是体积大、细胞核小，B 错误。
C 项：在体外培养的条件下，ES 细胞可以增殖而不发生分化，C 正确。
D 项：胚胎干细胞具有发育的全能性，可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞，D 正确。
5.答案：D
解析：
A 项：供体和受体的生理状态相同，才能为胚胎移植提供相同的生理环境，利于胚胎存活和发育，A 正确。
B 项：早期胚胎在一定时间内处于游离状态，便于通过冲卵等方式收集胚胎，B 正确。
C 项：受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这是胚胎能在受体内存活的重要原因，C 正确。
D 项：供体胚胎与受体子宫建立生理和组织联系后，其遗传特性不会发生改变，D 错误。
6.答案：B
解析：
A 项：采集的卵母细胞培养到减数第二次分裂中期不是因为其体积最大，而是此时卵母细胞才具备与精子受精的能力，A 错误。
B 项：卵子要在输卵管内进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力，所以体外受精过程中，采集的卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期，B 正确。
C 项：减数第二次分裂中期卵母细胞的细胞核 DNA 不是此时才完成复制，且与是否受精的能力无关，C 错误。
D 项：此时卵母细胞内营养物质是否最丰富不是培养到减数第二次分裂中期的原因，D 错误。
7.答案：A
解析：
A 项：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，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，A 正确。
B 项：滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘，分割时不需要对滋养层细胞均等分割，B 错误。
C 项：分割针不是将透明带切开，而是切开胚胎，C 错误。
D 项：分割针不是将囊胚腔切开，主要是分割内细胞团，D 错误。

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