資源簡介

細胞工程：
第1節 植物細胞工程 第2課時 胚胎工程技術及其應用
學有目標——新課程標準必明 記在平時——核心語句必背
1.簡述胚胎工程的主要技術手段及其原理。 2．闡明體外受精、胚胎移植和胚胎分割技術的基本過程及其應用。 1.哺乳動物的體外受精主要包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等幾個步驟。 2．胚胎移植的基本程序：對供、受體的選擇和處理→配種或進行人工授精→對胚胎的收集、檢查、培養或保存→胚胎移植→移植后的檢查。 3．胚胎移植的意義是可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力。 4．胚胎分割的對象是桑葚胚或囊胚，對囊胚進行分割時，應將內細胞團均等分割。
[理清主干知識]
一、體外受精
1．試管動物：通過人工操作使卵子在體外受精，經培養發育為早期胚胎后，再進行移植產生的個體。
2．體外受精技術：主要包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等步驟。
3．體外受精技術的意義：提高動物繁殖能力的有效措施，還可以為胚胎移植提供可用的胚胎。
二、胚胎移植
1．概念：將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的雌性動物體內，使之繼續發育為新個體的技術。
2．基本程序
3．意義：充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力。
三、胚胎分割
1．概念：采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。
2．實質：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，因此胚胎分割可看作動物無性繁殖或克隆的方法之一。
3．材料選擇：應選擇發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚。
4．操作要求：對囊胚階段的胚胎進行分割時，要注意將內細胞團均等分割。
[診斷自學效果]
1．判斷下列敘述的正誤
(1)采集的卵母細胞都可直接與獲能的精子在體外受精(×)
(2)為了獲得更多的卵母細胞，需用雌激素對供體進行處理(×)
(3)胚胎移植時，供體母畜需要具備優良的遺傳性能(√)
(4)胚胎分割移植應選取發育良好、形態正常的囊胚或原腸胚(×)
(5)在對囊胚進行分割時，要將滋養層細胞均等分割(×)
(6)利用胚胎分割技術可以獲得兩個基因型完全相同的胚胎(√)
2．(2020·菏澤期末)試管動物技術可用于人工繁殖瀕危物種，該技術包括下列哪些環節(　　)
①體內受精　②體外受精　③核移植　④體細胞克隆　⑤胚胎移植
A．①③　　　　　　　　 B．①④
C．②⑤ D．③⑤
解析：選C　根據試管動物技術的定義可知，試管動物需要經過②體外受精、早期胚胎培養、⑤胚胎移植等技術，其中不涉及體內受精、核移植技術以及體細胞克隆技術。
3．下列關于胚胎移植的敘述，錯誤的是(　　)
A．超數排卵技術要使用一定的激素
B．受體母畜必須處于與供體母畜同步發情的狀態
C．胚胎移植中的胚胎一定是體外受精而來的
D．試管嬰兒只是受精及早期卵裂過程在試管中進行
解析：選C　胚胎移植中的胚胎可以是體外受精、人工授精、自然配種或核移植而來的。
4．(2020·無錫期末)胚胎分割是一種現代生物技術，下列關于這一技術的敘述，正確的是(　　)
A．胚胎分割可以將早期胚胎任意分割成多份
B．胚胎分割技術可以分割任意時期胚胎
C．胚胎分割技術屬于有性生殖方式因此不屬于克隆
D．胚胎分割技術可以獲得同卵雙胎或多胎
解析：選D　胚胎分割是指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份，而不是將早期胚胎任意分割成多份，A錯誤；進行胚胎分割時，應選擇發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚，B錯誤；來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，所以胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一，C錯誤；胚胎分割可以獲得同卵雙胎或多胎，D正確。
[在探究中學明]
體外受精技術的基本原理是人工模擬體內環境(包括營養、溫度、pH等)，使卵母細胞成熟和精子獲能，最終完成受精作用，得到的胚胎暫時保存或進行移植等。完善體外受精過程的流程圖，并討論回答下列問題：
1．試管動物技術屬于有性生殖還是無性生殖？為什么？
提示：屬于有性生殖。其過程是精子和卵子在體外受精形成受精卵，再將受精卵發育成的早期胚胎移植到受體子宮中。
2．從卵巢中采集的卵子為什么不能與獲能的精子直接受精？
提示：卵巢中的卵子不成熟，需培養到MⅡ期才具有受精能力。
3．對精子在體外進行獲能處理，可采用什么方法？
提示：培養法和化學法。對于嚙齒動物、家兔和豬等動物的精子，一般采用培養法，即將取自附睪的精子，放在人工配制的獲能培養液中培養，使其獲能；對于牛、羊等家畜的精子采用化學法，將精子放在含一定濃度的肝素、Ca2＋載體等的獲能液中使其獲能。
[在深化中提能]
1．自然受精、人工授精和體外受精的異同
項目 自然受精 人工授精 體外受精
不 同 點 過程 雌雄動物交配完成 用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內，完成受精 人工獲取精子、卵子，在體外培養液中完成受精過程
場所 雌性動物輸卵管中 雌性動物輸卵管中 體外培養液中
相同點 ①精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程； ②都是有性生殖
2．試管動物和克隆動物的比較
試管動物 克隆動物
技術基礎 體外受精、胚胎移植 核移植技術、胚胎移植
實例 試管牛 克隆羊“多莉”
過程
生殖方式 有性生殖 無性生殖
遺傳物質 遺傳物質來自兩個個體 遺傳物質與核供體基本相同
發育起點 受精卵 經過核移植后的重組細胞
　如圖是通過體外受精技術培育試管動物的大致流程示意圖，下列敘述錯誤的是(　　)
A．采集的精子不能直接與成熟的卵母細胞完成體外受精
B．①②過程分別為受精和減數分裂
C．自然孕育時，圖中的①～④過程都是在輸卵管中完成的
D．早期胚胎在生理狀況相同的同種雌性動物體內都可繼續發育
[解析]　采集的精子獲能后才能與成熟的卵母細胞完成體外受精，A正確；①②過程分別為受精和有絲分裂，B錯誤；自然孕育時，圖中的①～④過程都是在輸卵管中完成的，C正確；早期胚胎在生理狀況相同的同種雌性動物體內都可繼續發育，D正確。
[答案]　B
[在應用中落實]
1．從卵巢中直接采集的卵母細胞都要在體外經人工培養成熟后，才能與獲能的精子受精。下列敘述正確的是(　　)
A．從卵巢中采集的卵母細胞是動物正常排卵過程收集的卵母細胞
B．體外培養至MⅡ期，才算成熟
C．體外培養過程需在含促性腺激素的培養液中進行
D．經促性腺激素處理，從輸卵管中沖取的卵子也要在體外人工培養才能與獲能的精子受精
解析：選B　從卵巢中采集的卵母細胞是動物的非正常排卵過程的卵母細胞，這些卵母細胞還未從卵泡中排出；體外培養不需加促性腺激素，促性腺激素的靶器官是性腺，不能直接作用于卵母細胞；經促性腺激素處理，從輸卵管中沖取的卵子可直接與獲能的精子受精。
2．如圖是通過體外受精培育小鼠的過程圖，請據圖回答下列問題：
(1)①過程先用__________激素處理，再從________中采集卵子。
(2)②是________過程，因此該方法培育的小鼠是________生殖方式，其常見的可遺傳的變異類型有______________________________。
(3)③過程是__________________，其培養液中通常需加入______等天然物質。
(4)若培育牛、羊等家畜，④過程移植的胚胎是在______________________________階段。
解析：(1)采集小鼠卵母細胞常用的方法是先用促性腺激素處理，促進其超數排卵，然后從其輸卵管中收集卵母細胞。(2)卵子與精子結合的過程稱為受精， 因此小鼠的生殖方式為有性生殖。進行有性生殖的動物，其可遺傳的變異類型有基因突變、基因重組、染色體變異。(3)受精卵到早期胚胎的培養稱為體外早期胚胎的培養，在該過程中培養液需加入動物的血清等天然物質。(4)若培育牛、羊等家畜，進行胚胎移植時應在桑葚胚或囊胚階段。
答案：(1)促性腺　輸卵管　(2)(體外)受精　有性　基因突變、基因重組、染色體變異　
(3)體外早期胚胎的培養　血清　(4)桑葚胚或囊胚
[在探究中學明]
結合教材，以牛為例，完善胚胎移植的基本程序流程圖并回答下列問題：
1．填出圖中序號代表的內容：
①同期發情，②超數排卵，③胚胎移植。
2．胚胎移植過程中，對供、受體的選擇有哪些要求？
提示：供體：遺傳性狀優良、生產能力強；受體：有健康的體質和正常繁殖能力。
3．怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環境保持一致？
提示：對供、受體母畜用孕激素進行同期發情處理，使它們的生理條件達到同步或一致，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件，這是胚胎移植成功與否的關鍵。
4．進行胚胎移植時應選擇發育到什么階段的胚胎？
提示：動物的早期胚胎一般在桑葚胚或囊胚階段進行移植。
5．胚胎移植后，經受體孕育的后代，其遺傳特性是與供體還是受體保持一致？為什么？
提示：胚胎移植產生的后代的遺傳特性與供體保持一致，受體母畜只提供胚胎發育的場所(子宮)和營養，不影響供體胚胎的遺傳特性。
[在深化中提能]
1．胚胎移植技術中胚胎的來源及生殖方式
(1)核移植無性生殖。
(2)體外受精有性生殖。
(3)體內受精―→沖卵―→移植―→有性生殖。
(4)基因工程―→轉入目的基因的受精卵胚胎移植―→轉基因動物―→有性生殖。
2．胚胎移植的生理學基礎
生理學基礎 意　義
同種哺乳動物的供、受體發情排卵后生殖器官的生理變化是相同的 為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環境
哺乳動物早期胚胎處于游離狀態 為胚胎的收集提供了可能
受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應 為胚胎在受體內的存活提供了可能
供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系，但其遺傳特性不受任何影響 為移植后代胚胎繼續發育提供了營養等方面的保障
3．胚胎移植中的四個注意點
兩次激素使用 第一次：用孕激素對受、供體進行同期發情處理； 第二次：用促性腺激素處理使供體超數排卵
兩次檢查 第一次：對收集的胚胎進行檢查； 第二次：對受體母畜是否妊娠進行檢查
移植時間不同 牛、羊要培養到桑葚胚或囊胚階段； 小鼠、家兔培養到桑葚胚前； 幾乎所有動物都不能到原腸胚階段移植
繁殖方式 胚胎由受精卵形成，屬于有性生殖； 胚胎由核移植或胚胎分割形成，屬于無性生殖
　如圖表示牛胚胎移植的流程，其中①～④表示相應的操作過程。相關敘述錯誤的是(　　)
A．過程①是注射相關激素，使供、受體同期發情
B．過程②是注射促性腺激素，達到超數排卵
C．過程③主要涉及人工授精和從卵巢中沖取胚胎
D．過程④的主要目的是選擇適合移植的胚胎
[解析]　圖中過程①表示注射相關激素，使供、受體同期發情；過程②是注射促性腺激素，達到超數排卵；過程③主要涉及體內受精和從輸卵管中沖取胚胎；過程④的主要目的是選擇適合移植的胚胎。
[答案]　C
[在應用中落實]
1．下列關于胚胎移植的敘述，錯誤的是(　　)
A．用激素對供、受體母牛進行同期發情處理
B．可以充分發揮雌性優良個體的繁殖能力
C．供體的主要職能變為只產生具有優良遺傳特性的胚胎
D．胚胎移植屬于無性繁殖，大大縮短了供體本身的繁殖周期
解析：選D　胚胎移植前需要用孕激素對供、受體母牛進行同期發情處理，可保證胚胎移植入相同的生理環境，A正確。胚胎移植可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力，B正確。胚胎移植的早期胚胎可以來源于體內受精或體外受精、基因工程、核移植和胚胎分割等，只有核移植和胚胎分割屬于無性繁殖。在胚胎移植技術中，供體的主要職能變為只產生具有優良遺傳特性的胚胎，繁重而漫長的妊娠和育仔的任務由受體取代，這就大大縮短了供體本身的繁殖周期，C正確，D錯誤。
2．梅花鹿胚胎移植實驗的主要流程如下。下列相關敘述正確的是 (　　)
A．①過程需要注射有關激素，目的是獲得更多的卵原細胞并完成減數分裂
B．③過程是以哺乳動物早期胚胎與子宮建立了組織上的聯系為前提
C．④過程是對胚胎進行質量檢查，可移植的胚胎應發育到囊胚或原腸胚
D．⑤過程成功率的高低主要決定于供、受體生理狀況的一致性
解析：選D　對供體進行超數排卵處理需要注射促性腺激素，目的是獲得更多的卵細胞，而不是卵原細胞，A錯誤；③過程為胚胎收集，前提是早期胚胎形成后，在一定時間內處于游離狀態，沒有與母體子宮建立組織上的聯系，B錯誤；④過程為胚胎質量檢查，可移植的胚胎應發育到桑葚胚或囊胚，C錯誤；⑤過程為胚胎移植，成功率的高低與供體、受體的生理狀況是否相同有關，D正確。
3．如圖為某轉基因小鼠培育過程示意圖，①～⑥表示相關過程。請回答下列問題：
(1)為了使供體母鼠超數排卵，過程①注射的A物質是____________。
(2)取自公鼠附睪中的精子只需放入獲能培養液中培養一段時間后，就可進行體外受精，若是牛、羊等提供的精子，則需放入含________________________的溶液中誘導其獲能。
(3)圖中過程⑥稱為_______，為使代孕母鼠與供體母鼠生殖器官的生理變化相同，此前需對代孕母鼠作_______處理。
(4)采用胚胎分割移植的方法可獲得較多基因組成相同的轉基因小鼠，操作時需選擇發育到桑葚胚或囊胚期的胚胎進行。若選用囊胚期的胚胎，操作過程需要特別注意的問題是____________________。
解析：(1)由分析可知，①過程注射的A物質是促性腺激素，目的是使供體母鼠超數排卵。(2)對精子進行獲能處理：包括培養法和化學誘導法。對于嚙齒動物、家兔和豬等動物的精子，一般采用培養法，即將取自附睪的精子，放入人工配制的獲能液中，培養一段時間后，精子就可獲能；對于牛、羊等家畜的精子常采用化學法，即將精子放在含一定濃度的肝素或鈣離子載體的溶液中誘導其獲能。(3)圖中⑥為胚胎移植；胚胎移植時，需對供、受體進行同期發情處理，以保證胚胎移植進入相同的生理環境。(4)對囊胚期的胚胎進行分割時，應注意對內細胞團進行均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。
答案：(1)促性腺激素　(2)一定濃度的肝素或鈣離子載體　(3)胚胎移植　同期發情　(4)對內細胞團均等分割
[在探究中學明]
為提高胚胎的利用率，科學家們又研究了胚胎分割技術，閱讀教材，根據胚胎分割示意圖回答下列問題。
1．胚胎分割的基礎：理論基礎為細胞的全能性；物質基礎為每個細胞核內具有相同的遺傳物質。
2．應選擇發育到什么階段的胚胎進行胚胎分割？原因是什么？
提示：桑葚胚或囊胚階段的胚胎。桑葚胚階段尚未出現細胞分化，細胞具有全能性；囊胚階段的內細胞團具有全能性。
3．對囊胚階段的胚胎進行分割時，為什么要將內細胞團均等分割？
提示：內細胞團一般到囊胚階段才出現，它將來發育成胎兒的各種組織，若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現含內細胞團多的部分正常發育的能力強，含內細胞團少的部分發育受阻或發育不良，甚至不能發育等問題。
4．胚胎分割技術屬于無性繁殖或克隆，可以提高胚胎的利用率。
　下列關于胚胎分割技術的說法，正確的是(　　)
A．被分割的胚胎應該是發育良好的桑葚胚或原腸胚
B．可以對胚胎進行任意數目的等分，移植后均可正常發育
C．來自同一胚胎的后代一定具有相同的性狀表現
D．胚胎分割是進行動物克隆的方法之一
[解析]　被分割的胚胎應該是發育良好的桑葚胚或囊胚，A錯誤；胚胎分割是指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經移植獲得同卵雙胚或多胚的技術，而且胚胎分割的份數越多，操作的難度越大，移植的成功率也越低，B錯誤；生物的性狀由基因決定，但還受環境因素的影響，因此來自同一胚胎的后代不一定具有相同的性狀表現，C錯誤；胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一，D正確。
[答案]　D
[在應用中落實]
1．在對囊胚階段的胚胎進行分割時，要注意將內細胞團均等分割的原因是(　　)
A．以免影響胚胎的恢復和進一步發育
B．保證遺傳物質的平均分配及個體性狀完全相同
C．確保胚胎發育后期營養物質的供應
D．防止分割而來的兩個個體遺傳物質產生差異
解析：選A　進行胚胎分割時，應選擇發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚。對囊胚階段的胚胎進行分割時要注意將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。
2．如圖為經過體外受精和胚胎分割、移植培育優質奶牛的過程，請回答下列問題：
(1)A細胞是________________，為了獲得更多的A細胞，對供體母牛用____________處理。
(2)在進行體外受精前要對精子進行________處理；受精后，體外培養受精卵時，培養液中提供CO2的目的是________________。
(3)進行胚胎分割時，應選擇發育到________________時期的胚胎進行操作。
(4)圖中①②分別指的是____________________。
(5)受體母牛必須和供體牛屬于________。移植后的胚胎能在受體子宮中存活的生理基礎是________________________________________________________________________
________________________。
解析：(1)由題圖分析可知，A是卵母細胞，為使供體母牛產生更多的A細胞，應對其注射促性腺激素。(2)在體外受精前要對精子進行獲能處理；受精后，體外培養受精卵時，培養液中提供CO2的目的是維持培養液的pH。(3)進行胚胎分割時，應選擇發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚時期的胚胎進行操作。(4)圖中①②分別是指內細胞團和囊胚腔。(5)受體母牛必須和供體牛屬于同一物種，移植后的胚胎能在受體子宮中存活的生理基礎是受體子宮對外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應。
答案：(1)(次級)卵母細胞　促性腺激素　(2)獲能　維持培養液的pH　(3)桑葚胚或囊胚　(4)內細胞團　囊胚腔　(5)同一物種　受體子宮對外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應
　　　　[課堂鞏固落實]
1．下列對于試管嬰兒的解釋，正確的是(　　)
①屬于無性生殖　②屬于有性生殖　③體外受精　④體內受精　⑤體外發育　⑥體內發育　⑦運用基因工程技術　⑧運用細胞工程技術
A．②③⑥⑦⑧　　　　　 B．①③⑥⑦⑧
C．①③⑤⑧ D．②③⑥⑧
解析：選D　試管嬰兒只是實現了在體外的受精過程，精子和卵細胞分別來自父母雙方，因此屬于有性生殖，①④錯誤，②③正確；試管嬰兒發育到早期胚胎的一定階段，再移入母體子宮內繼續發育到足月誕生的嬰兒，⑤錯誤，⑥正確；試管嬰兒的培育運用了體外受精技術、早期胚胎培養技術和胚胎移植技術，沒有涉及基因工程，其中受精卵的培養運用了細胞工程技術，⑦錯誤，⑧正確。
2．(2020·沈陽期中)關于胚胎分割移植，以下說法正確的是(　　)
A．胚胎分割移植可產生基因型完全相同的新個體
B．胚胎分割次數越多，產生的新個體也越多
C．胚胎分割移植屬于有性生殖
D．胚胎分割若在囊胚期，不僅內細胞團要均等分割，滋養層也要均等分割，否則不易成功
解析：選A　來自同一個胚胎的后代具有相同的遺傳物質，因此胚胎分割移植可產生基因型完全相同的新個體，A正確；胚胎分割次數越多，操作難度越大，成功率越低，B錯誤；胚胎分割移植屬于無性生殖，C錯誤；胚胎分割若在囊胚期，只需要將內細胞團均等分割即可，D錯誤。
3．(2018·江蘇高考)下列關于采用胚胎工程技術實現某良種肉用牛快速繁殖的敘述，正確的是(　　)
A．采取激素注射等方法對良種母牛做超數排卵處理
B．體外培養發育到原腸胚期的胚胎即可進行移植
C．使用免疫抑制劑以避免代孕牛對植入胚胎的排斥反應
D．利用胚胎分割技術，同卵多胎較同卵雙胎成功率更高
解析：選A　胚胎工程中，通常采用注射激素的方法對良種母牛進行超數排卵處理；體外培養發育到桑葚胚或囊胚期的胚胎即可進行移植；受體母牛不會對移入子宮的外來胚胎發生免疫排斥反應，所以受體不需要使用免疫抑制劑；采用胚胎分割技術產生同卵多胎的可能性是有限的，最常見的是經分割產生的同卵雙胎，而同卵多胎成功率很低。
4．(2019·江蘇高考)利用基因編輯技術將病毒外殼蛋白基因導入豬細胞中，然后通過核移植技術培育基因編輯豬，可用于生產基因工程疫苗。如圖為基因編輯豬培育流程，請回答下列問題：
(1)對1號豬使用____________處理，使其超數排卵，收集并選取處在__________________(時期)的卵母細胞用于核移植。
(2)采集2號豬的組織塊，用____________處理獲得分散的成纖維細胞，放置于37 ℃的CO2培養箱中培養，其中CO2的作用是____________________。
(3)為獲得更多基因編輯豬，可在胚胎移植前對胚胎進行________。產出的基因編輯豬的性染色體來自________號豬。
解析：(1)利用促性腺激素使雌性個體超數排卵，可得到較多的卵母細胞，將獲得的卵母細胞培養到MⅡ期時，才可以進行核移植。(2)采集組織塊是為了得到組織細胞，利用胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)處理組織塊可將組織細胞分散開；對組織細胞進行培養時，培養箱中CO2的作用是維持培養液的pH。(3)為了獲得更多的基因編輯豬，可采用胚胎分割技術對移植前的胚胎進行分割。通過核移植技術獲得的個體，其性染色體來自提供細胞核的個體，應為2號豬。
答案：(1)促性腺激素　MⅡ期　(2)胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)　維持培養液的pH　(3)分割　2

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