資源簡介

(共82張PPT)
2.3 胚胎工程
2019版新教材高中生物
選擇性必修3精品學案
目 標 素 養
1.簡述受精前精子和卵子的準備以及受精的過程。
2.簡述胚胎早期發育的過程及各時期的特點。
3.理解體外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步驟和應用價值,說出胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。
4.結合胚胎移植、胚胎分割的基本程序及應用,形成結構與功能觀。
5.認同體外受精、胚胎移植在家畜快速繁殖中的重要意義。
知 識 概 覽
一、胚胎工程的概念
1.操作對象
對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理。
2.操作目的
將獲得的胚胎移植到雌性動物體內生產后代,以滿足人類的各種需求。
3.操作技術
體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
二、受精
1.概念
受精是精子與卵子結合形成合子(即受精卵)的過程,包括受精前的準備階段和受精階段。
2.場所
在自然條件下,哺乳動物的受精在輸卵管內完成。
3.過程
(1)準備階段1——精子獲能。
精子必須在雌性動物的生殖道發生相應的生理變化后,才能獲得受精能力。
(2)準備階段2
——卵子的準備。
(3)受精階段。
獲能后的精子與卵子相遇,釋放出多種酶,溶解卵細胞膜外的一些結構
↓
在精子觸及卵細胞膜的瞬間,卵細胞膜外的透明帶會迅速發生生理反應,阻止后來的精子進入透明帶
↓
精子入卵
↓
↓
卵細胞膜立即發生生理反應,拒絕其他精子再進入卵內
↓
雄原核和雌原核形成
↓
雄、雌原核融合
↓
受精過程結束
微思考1受精的標志和受精完成的標志相同嗎
提示:受精的標志是觀察到兩個極體或者雌、雄原核。受精完成的標志是雌、雄原核的融合。
微判斷1
1.剛排出的精子并不具有受精能力,必須獲能后才具備受精能力。( )
2.透明帶和卵細胞膜會依次發生生理反應,以防止多精子入卵。( )
√
√
三、胚胎早期發育
1.起點
受精卵。
2.場所
先是輸卵管,后是子宮。
3.分裂方式
有絲分裂。
4.過程
5.早期發育的胚胎的幾個階段
(1)桑葚胚:卵裂產生的子細胞逐漸形成致密的細胞團,形似桑葚。
(2)囊胚:
①囊胚期細胞逐漸分化,聚集在胚胎一端的細胞形成內細胞團,將來發育成胎兒的各種組織;而沿透明帶內壁擴展和排列的細胞,稱為滋養層細胞,它們將來發育成胎膜和胎盤。
②胚胎的內部出現了含有液體的囊胚腔。
③孵化:囊胚進一步擴大,會導致透明帶破裂,胚胎從其中伸展出來。
(3)原腸胚:出現三個胚層,將逐漸分化形成各種組織、器官等。
微判斷2在胚胎早期發育過程中,細胞分化出現在桑葚胚階段。( )
×
四、體外受精
1.步驟
哺乳動物的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。
2.處理
采集到的卵母細胞和精子,要分別在體外進行成熟培養和
獲能處理,然后才能用于體外受精。
3.優點
體外受精技術是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。
微點撥1卵母細胞的采集方法
①對實驗動物以及家畜羊等用促性腺激素處理,使其排出更多的卵子,然后從輸卵管中沖取卵子。
②對較大家畜或大型動物:從已屠宰母畜的卵巢中采集卵母細胞或者直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細胞。
五、胚胎移植
1.概念
(1)對象:通過體外受精及其他方式(如轉基因、核移植等)得到的胚胎。
(2)條件: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。
(3)供體:在胚胎移植中提供胚胎的個體。
(4)受體:在胚胎移植中接受胚胎的個體。
(5)地位:是胚胎工程的最終技術環節。
2.步驟
以牛的胚胎移植為例,胚胎移植主要包括供體、受體的選擇和處理,配種或人工授精,胚胎的收集、檢查、培養或保存,胚胎的移植,以及移植后的檢查等步驟。
3.優點、意義
(1)充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力,大大縮短了供體本身的繁殖周期。
(2)在對供體施行超數排卵處理后,可獲得多枚胚胎,經移植可得到多個后代。
微點撥2供體家畜應該是遺傳性狀優良、生產能力強的個體,而受體家畜必須具有健康的體質和正常繁殖能力。
微判斷3在胚胎移植中,對供體母羊要做超數排卵處理,對供、受體要做同期發情處理。( )
√
六、胚胎分割
1.概念
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,經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。
2.選材
選擇發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚,將它移入盛有操作液的培養皿中,然后在顯微鏡下用分割針或分割刀分割。
3.處理
在分割囊胚階段的胚胎時,要注意將內細胞團均等分割。
4.繁殖方式
來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質,因此胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一。
微思考2做性別鑒定時,為什么要取滋養層細胞
提示:因為滋養層細胞將來發育成胎膜和胎盤,取滋養層細胞不影響胚胎發育。
微訓練胚胎工程的最終技術環節是(　　)
A.胚胎分割　　　 B.體外受精
C.胚胎性別鑒定 D.胚胎移植
答案:D
一 受精
重難歸納
1.受精過程
2.關于受精過程的說明
(1)成熟的生殖細胞并不代表具有受精的能力,成熟的精子必須獲能后才具備受精能力(精子獲能是指精子獲得受精“能力”,而不是獲得能量),而排出的卵子本身就不是成熟的生殖細胞。
(2)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來的核,而是在原來細胞核的基礎上形成的新核,原核膜已破裂。
(3)精子的核形成雄原核,卵子的核形成雌原核,充分發育后,雌、雄原核融合形成受精卵的細胞核。
規律總結 受精卵的遺傳物質中,核遺傳物質一半來自精子(父方),一半來自卵子(母方);細胞質中的遺傳物質幾乎全部來自卵子(母方)。
同卵雙胞胎并不是兩個精子進入同一個卵子形成的,而是一個精子與一個卵子結合形成一個受精卵,而這個受精卵一分為二,形成了兩個胚胎。那么受精時卵子是如何防止多精入卵的呢
提示:(1)透明帶發生生理反應:在精子觸及卵細胞膜的瞬間,卵細胞膜外的透明帶會迅速發生生理反應,阻止后來的精子進入透明帶。
(2)卵細胞膜發生生理反應:在精子入卵后,卵細胞膜會立即發生生理反應,拒絕其他精子再進入卵內。
典例剖析
下列過程中,哪些發生在精子入卵后 (　　)
①精子繼續完成減數分裂Ⅱ　
②精子獲能　
③卵細胞膜發生生理反應　
④卵子完成減數分裂Ⅱ,形成雌原核
A.③④ B.①③④
C.②③ D.①④
答案:A
解析:精子入卵后,尾部脫離,原有的核膜破裂并形成一個新的核膜,最后形成一個比原來精子的核還大的核,叫作雄原核。與此同時,精子入卵后被激活的卵子完成減數分裂Ⅱ,排出第二極體后,形成雌原核。
學以致用
下列關于受精過程的敘述,錯誤的是(　　)
A.剛剛排出的精子可立即與卵子受精
B.透明帶發生生理反應可阻止后來的精子進入透明帶
C.精子入卵后,尾部會脫離
D.雄原核形成的同時,卵子完成減數分裂Ⅱ
答案:A
解析:剛剛排出的精子不能立即與卵子受精,必須在雌性動物的生殖道發生相應的生理變化后,才能獲得受精能力。
二 體外受精
重難歸納
1.試管動物
(1)概念:試管動物是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)所需操作:體外受精、胚胎移植。
(3)生殖方式:有性生殖。
(4)應用:主要用于優良動物的快速大量繁殖。
2.體外受精
一般情況下,可以將獲能的精子和培養成熟的卵子置于適當的培養液中共同培養一段時間,來促使它們完成受精。
3.試管動物與克隆動物的比較
(1)在體外受精過程中,精子獲能處理前為什么要進行離心處理
提示:精液由精子和精漿兩部分組成。精漿中含有一種能抑制精子獲能的物質,因此在一般情況下,精液中的精子無法獲能。精子獲能處理前進行離心處理,目的是除去精漿以利于精子獲能。
(2)“試管牛”生產的技術流程是怎樣的
提示:
典例剖析
下圖是哺乳動物體外受精過程示意圖。據圖分析,下列敘述錯誤的是(　　)
A.Ⅰ表示卵母細胞的成熟培養
B.Ⅲ表示精子的獲能過程
C.Ⅱ是成熟的卵子,一般處于MⅡ期
D.Ⅰ中培養液和Ⅲ中培養液的成分
沒什么區別
答案:D
解析:體外受精包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等步驟。采集的卵母細胞和精子要分別在體外進行成熟培養和獲能處理,卵母細胞要培養到MⅡ期才具備受精能力。題圖中Ⅰ表示卵母細胞的成熟培養;Ⅱ是培養成熟的卵子,一般處于MⅡ期;Ⅲ表示精子的獲能過程。精子獲能所用的培養液是專門的獲能液,Ⅰ中培養液與Ⅲ中培養液的成分不同。
學以致用
體內受精、體外受精的共同點是(　　)
A.均需在輸卵管完成受精
B.均需采集卵母細胞
C.均需采集精子
D.受精前精子均需獲能
答案:D
解析:體外受精的場所為體外環境。體內受精不需要采集卵母細胞與精子。受精的前提條件是精子獲能和卵子培養成熟。
三 胚胎早期發育與胚胎移植
重難歸納
1.早期發育的胚胎各階段的特點
規律總結 (1)卵裂期細胞或物質的變化規律
項目 變化
細胞數目 增加
每個細胞體積 減小
胚胎總體積 基本不變
DNA總量 增多
每個細胞的DNA含量 基本不變
有機物總量(能量) 減少
物質種類 增多
(2)胚胎早期發育的營養物質來自卵子,后期通過胎盤從母體吸收營養物質。
2.胚胎移植的本質
(1)胚胎移植是產生胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程,是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移,而胚胎本身的遺傳物質并不發生改變,因此各種性狀能保持其原來的優良特性。
(2)胚胎移植的后代的遺傳性狀由供體決定,受體只是提供了胚胎發育的場所,不影響后代的遺傳特性。性別取決于雄性供體提供的精子的種類。
易錯提醒 (1)胚胎移植涉及的供體一般有兩個,一個是供體母畜,提供卵子;一個是供體公畜,提供精子。受體有一個,提供胚胎發育的場所——子宮。
(2)如果是將通過體細胞核移植技術得到的胚胎進行胚胎移植,屬于無性繁殖。
3.胚胎移植的生理基礎
(1)動物發情排卵后,在一段時間內同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的,為供體胚胎移入受體提供了相同的生理環境。
(2)早期胚胎處于游離狀態,為胚胎的收集提供了可能。
(3)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。
(4)供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。
4.胚胎移植的基本程序
特別提醒 受精卵發育到一定階段才能進行胚胎移植,胚胎移植的對象是早期胚胎。胚胎移植一般選擇桑葚胚或囊胚階段的胚胎,原因是其分化程度低。
5.排卵與超數排卵
(1)排卵:是指卵子從卵泡中排出,排出的是初級卵母細胞或次級卵母細胞。
(2)超數排卵:是指應用外源促性腺激素,誘發卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。
單峰駱駝曾經分布于阿拉伯半島,瀕危動物保護組織宣布單峰駱駝野外滅絕(只生活在圈養條件下即認為該分類單元屬于野外滅絕,但在人類活動區會有馴養)。近些年,在我國干燥、缺水的戈壁無人區,科學家又發現了小規模野化單峰駱駝群。科學家欲通過胚胎移植等方法拯救野化單峰駱駝,并進行了研究。
(1)保證胚胎移植成功的關鍵是什么
提示:保證胚胎移植成功的關鍵:胚胎移植一般在同種(同一物種)的雌性供體和受體之間進行。這是因為同種動物間的生理特征相近,進行胚胎移植容易成功;進行胚胎移植的供、受體的生理狀態要相同。
(2)超數排卵處理中為什么使用的是促性腺激素而不是性激素
提示:性激素是由性腺產生并釋放的,性激素對下丘腦和垂體分泌相應激素存在反饋調節,若注射一定量的性激素會抑制下丘腦和垂體的活動,從而導致相關激素分泌量下降,進而引起自身性激素分泌量減少,長期注射會導致性腺萎縮,影響排卵。
(3)胚胎移植過程中有兩次使用激素、兩次檢查,其目的分別是什么
提示:①兩次使用激素的目的:第一次是使用激素對供、受體進行同期發情處理,使它們的生理狀態達到同步或一致,使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件;第二次是用促性腺激素處理使供體母畜超數排卵。
②兩次檢查:第一次對收集的胚胎進行質量檢查;第二次在移植后,對受體進行妊娠檢查。
典例剖析
培育“試管山羊”的基本過程如下圖所示。若要培育成功,下列敘述正確的是(　　)
A.甲過程中可通過給母山羊注射有關激素使其超數排卵
B.乙過程的目的之一是促進卵母細胞和精子的成熟
C.丙過程與乙過程中應采用成分相同的培養液
D.丁過程中早期胚胎須移植到與
供體性狀相同的代孕母羊子宮內
答案:A
解析:分析圖示可知,甲過程為卵母細胞的采集,一般用促性腺激素處理良種母山羊,使其超數排卵,A項正確。乙過程為精子獲能、卵母細胞的成熟培養以及受精,獲能的精子和成熟的卵子在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精,并且精子已經是成熟的細胞,B項錯誤。丙過程為早期胚胎培養,在發育培養液中進行,C項錯誤。丁過程是胚胎移植,是指將早期胚胎移植到同種的、生理狀態相同的其他雌性動物子宮內使之繼續發育,D項錯誤。
學以致用
下列關于胚胎移植優點的敘述,錯誤的是(　　)
A.充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力
B.大大縮短了供體本身的繁殖周期
C.經移植可得到多個后代
D.胚胎移植可以提供藥物
答案:D
解析:胚胎移植可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力;大大縮短了供體本身的繁殖周期;同時經移植可得到多個后代,使供體的后代數是自然繁殖的十幾倍到幾十倍。胚胎移植不可以提供藥物。
四 胚胎分割
重難歸納
胚胎分割與胚胎移植的比較
比較項目 胚胎分割 胚胎移植
生殖方式 無性繁殖 有性繁殖或無性繁殖(取決于胚胎是由受精卵發育而成的還是通過核移植技術形成的重組細胞發育而成的)
后代的遺 傳特點 后代都具有相同的遺傳物質 后代不一定具有相同的遺傳物質
處理(或移植)的時期 一般是桑葚胚或囊胚 原腸胚之前(卵裂期、桑葚胚或囊胚)
比較項目 胚胎分割 胚胎移植
意義 ①促進優良動物品種的繁殖,產生的遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料; ②在胚胎移植前,進行性別鑒定、遺傳病篩查等,對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代具有重要意義 ①充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力,大大縮短了供體本身的繁殖周期;
②經移植可得到多個后代;
③促進了我國畜牧業的發展
比較項目 胚胎分割 胚胎移植
舉例 應用胚胎分割技術獲得的三卵六羔羊 試管動物和克隆動物
共性 胚胎分割和胚胎移植最終都涉及胚胎的移植。胚胎移植是胚胎工程的最終技術環節 實踐證明,采用胚胎分割技術產生同卵多胎的可能性是有限的,到目前為止,胚胎分割以二分胚胎的分割和移植效率最高。
(1)進行胚胎分割操作時應注意什么
提示:在分割囊胚階段的胚胎時,要注意將內細胞團均等分割。內細胞團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。
(2)對用于胚胎分割的胚胎有什么要求
提示:在進行胚胎分割時,應選擇發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚進行操作。桑葚胚階段前的每一個細胞都具有發育成完整胚胎的潛能,屬于全能細胞。桑葚胚進一步發育,細胞開始分化,逐漸形成囊胚,囊胚階段的細胞全能性仍然很高,可用于胚胎分割。原腸胚階段是早期胚胎發育過程中分化程度最高的階段,已分化形成外、中、內三個胚層,不能用于胚胎分割。
典例剖析
下列關于胚胎分割的說法,錯誤的是(　　)
A.目前,以二分胚胎的分割和移植效率最高
B.胚胎分割所需要的主要儀器設備為體視顯微鏡和顯微操作儀
C.可在囊胚階段將胚胎隨機分割成兩份或多份,然后移植
D.用分割針將桑葚胚均分成兩部分,可直接將分割后的胚胎移植給受體
答案:C
解析:在分割囊胚階段的胚胎時,要注意將內細胞團均等分割。
學以致用
胚胎分割技術是一種現代生物技術,下列關于這一技術的敘述,正確的是(　　)
①胚胎分割是將早期胚胎任意分割成多份　②胚胎分割技術可以獲得同卵雙胎或多胎　③胚胎分割技術屬于無性繁殖,因此屬于克隆　④胚胎分割可以分割任意時期的胚胎
A.①②　　　　 B.②③
C.①③④ D.①②③④
答案:B
解析: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,經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術,但不能任意分割成多份,因為分割次數過多可能會造成不能發育成新個體。來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質,因此胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一。
1.下列有關受精的敘述,錯誤的是(　　)
A.合子中全部的遺傳物質,一半來自父方,一半來自母方
B.受精時,精子和卵細胞的染色體會合在一起
C.合子中的染色體,一半來自父方,一半來自母方
D.合子中的染色體數與本物種體細胞的染色體數相同
答案:A
解析:受精是精子與卵子結合形成合子(即受精卵)的過程,精子入卵后形成雄原核;同時卵子完成減數分裂Ⅱ,排出第二極體后,形成雌原核。雌、雄原核靠近,核膜消失,形成受精卵的細胞核,所以合子中的染色體一半來自父方(精子),一半來自母方(卵細胞),使合子中的染色體恢復到體細胞的數目,B、C、D三項正確。因為遺傳物質并不是全部存在于染色體上(即細胞核中),在細胞質內的線粒體中也有少量的遺傳物質,而合子中的細胞質幾乎全部來自卵細胞,所以合子中的全部遺傳物質并不是一半來自父方,一半來自母方,A項錯誤。
2.下圖是胚胎發育過程中某階段示意圖,下列有關敘述錯誤的是(　　)
A.圖中②將來發育成胎膜和胎盤
B.圖中③可發育成胎兒的各種組織
C.高等哺乳動物胚胎發育過程中,
細胞分化始于桑葚胚期,終止于生命結束
D.胚胎從①中伸展出來的過程發生于囊胚期
答案:C
解析:題圖表示胚胎發育過程中的囊胚階段,其中②所示的滋養層細胞將來發育成胎膜和胎盤,A項正確。③所示的內細胞團將來發育成胎兒的各種組織,B項正確。高等哺乳動物胚胎發育過程中,細胞分化始于囊胚期,終止于生命結束,C項錯誤。胚胎從①所示的透明帶中伸展出來的過程發生于囊胚期,D項正確。
3.下列關于“試管牛”培養流程的敘述,錯誤的是(　　)
A.過程①可對供體母牛注射促
性腺激素,使其排出更多的卵子
B.過程②發生的標志是可以觀
察到兩個極體或者雌、雄原核
C.過程③應對代孕母牛注射免疫抑制劑,以防止發生免疫排斥反應
D.“試管牛”的遺傳性狀只取決于供體,與代孕母牛完全無關
答案:C
解析:進行胚胎移植時,受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應,因此③胚胎移植時不需要對代孕母牛注射免疫抑制劑。
4.下列過程在胚胎移植中沒有必要進行的是(　　)
A.對供體和受體進行選擇
B.用激素對供體進行超數排卵處理
C.對供體和受體進行免疫檢查,以防止發生免疫排斥反應
D.對胚胎進行質量檢查
答案:C
解析:進行胚胎移植時,應選擇有健康體質和正常繁殖能力的個體作為受體,選擇遺傳性狀優良和生產能力強的個體作為供體,A項不符合題意。在用激素對供體和受體進行同期發情處理的同時,還要用促性腺激素對供體進行超數排卵處理,以獲取更多的卵子,B項不符合題意。大量的研究已經證明,受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發生免疫排斥反應,在進行胚胎移植時沒有必要對受體進行免疫檢查,C項符合題意。應對早期胚胎進行質量檢查,D項不符合題意。
5.胚胎移植的基本程序是(　　)
①配種或人工授精　②對胚胎進行質量檢查　③對胚胎進行移植　④移植后的檢查　⑤對供、受體的選擇和處理　⑥胚胎的收集　⑦對胚胎進行培養或保存
A.⑤①⑥②⑦③④
B.①⑤⑥②⑦③④
C.⑤①⑥⑦②③④
D.①⑤⑥⑦②③④
答案:A
解析:胚胎移植的基本程序:對供、受體進行選擇和同期發情處理→進行配種或人工授精→收集胚胎→對胚胎進行檢查→培養或保存→胚胎的移植→移植后的檢查。
6.牛胚胎移植的基本程序如下圖所示,請據圖回答下列問題。
(1)圖中a、b、c過程分別是指　　　　　　、收集胚胎(沖卵)、　　　　　　。
(2)供體牛的主要職能是　　　　　　　　　　　　;受體母牛必須具備　　　　　　　　　　　　。
(3)為了提高牛胚胎的利用率,常采取的方法是　　　　　　;處理的時期是　　　　　　。
(4)你認為胚胎移植技術在生產實踐中的主要意義有哪些
　。
答案:(1)超數排卵　胚胎移植
(2)產生具有優良遺傳特性的胚胎　健康的體質和正常的繁殖能力
(3)胚胎分割　桑葚胚或囊胚期
(4)胚胎移植技術可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力,大大縮短了供體本身的繁殖周期

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