春高中生物专题3胚胎工程32体外受精和早期胚胎培养学案新人教版.docx
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春高中生物专题3胚胎工程32体外受精和早期胚胎培养学案新人教版
3．2 体外受精和早期胚胎培养
1．简述试管动物培育过程。
（重点） 2.简述卵母细胞的采集和培养方法。
3．了解收集精子和获能的处理方法。
（重点）
一、试管动物技术（阅读教材P69）
1．概念：
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．应用：
良种动物的快速大量繁殖。
3．技术手段
二、体外受精（阅读教材P69～P72）
1．主要步骤：
卵母细胞的采集、精子的获取和受精等。
2．卵母细胞的采集和培养
（1）
（2）大型动物（牛等）
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
化学诱导法
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.受精
获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
三、胚胎的早期培养（阅读教材P72）
1．培养液成分
2．培养目的：
检查受精状况和受精卵的发育能力。
3．胚胎去向：
当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。
连一连
判一判
（1）试管牛是在试管内完成发育的。
（×）
（2）试管婴儿属于无性生殖。
（×）
（3）哺乳动物的体外受精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步骤。
（√）
（4）采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精。
（×）
（5）（2018·石家庄高二检测）精子与卵子的体外受精必须在特定的受精溶液或获能溶液中进行。
（√）
（6）不同动物胚胎移植时间相同。
（×）
体外受精
结合下面的体外受精图。
思考下列问题：
（1）上图过程显示，此种繁殖方式为有性生殖。
（2）若卵母细胞采集自实验兔的卵巢，采集方法是用促性腺激素处理，使其超数排卵，从输卵管中冲取卵子。
（3）若精子取自鲁西黄牛，则精子可用假阴道法获取。
（4）卵母细胞必须培养至MⅡ中期方可与获能精子完成受精作用。
（1）有些动物在采集卵母细胞时，为了获得更多的卵子，应用什么激素处理？
该激素能否口服？
提示：
用促性腺激素处理雌性动物，使其排出更多的卵子。
用促性腺激素处理时，只能注射不能口服，因为促性腺激素是肽类化合物，口服会因消化道的消化作用而失去原有的效应。
（2）哺乳动物体外受精过程中，需对精子进行离心处理的原因是什么？
提示：
精液由精子和精清（精浆）两部分组成。
精清中含有一种能抑制精子获能的物质，在一般情况下，精液中的精子无法获能。
比较自然受精、人工授精和体外受精的异同点
项目
自然受精
人工授精
体外受精
不
同
点
过程不同
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
场所不同
雌性动物输卵管中
雌性动物
体外培养液中输卵管中
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
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
解析：
选B。
哺乳动物体外受精的过程为：
卵母细胞和精子的采集→体外培养→体外受精→早期胚胎（受精卵）的培养。
而一定浓度的肝素溶液是用于精子的体外获能；CaCl2溶液用于基因工程中细菌细胞壁的处理。
2．下列关于体外受精技术的说法中，错误的是（ ）
A．进行体外受精技术前需对精子进行获能处理
B．体外受精是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的
C．体外受精技术已成为一项常规的动物繁殖生物技术
D．体外受精技术可用于研究动物生殖细胞的发生机制
解析：
选B。
体外受精时，精子是成熟的，而采集的卵母细胞成熟程度不同，发育到次级卵母细胞阶段时才可进行体外受精。
胚胎的早期培养
探究1 胚胎早期培养与动物细胞培养的不同点
（1）二者培养液成分不同
项目
动物胚胎培养液
动物细胞培养液
盐类
无机盐、有机盐
无机盐、微量元素
营养物质
氨基酸、核苷酸
糖、氨基酸
调节物质
维生素、激素
促生长因子
特有成分
血清
血清、血浆
（2）二者培养所依据的原理不同
动物胚胎培养依据细胞生长、繁殖和分化，而动物细胞培养依据细胞的生长、繁殖。
探究2 胚胎移植的时间
各种动物受精卵发育及进入子宫的时间
动物
种类
受精卵发育/h
进入子宫时发育天数和发育阶段
2细胞
4细胞
8细胞
16细胞
桑椹胚
天
发育阶段
山羊
24～28
48～60
72
72～96
96～120
4
10～16细胞
绵羊
36～38
42
48
67～72
96
3～4
16细胞
牛
27～42
44～65
46～90
96～120
120～144
4～5
8～16细胞
注：
牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。
由上表分析可知：
（1）牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才进行移植。
（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。
探究3 完成试管牛工厂化生产的技术流程
以上所用技术：
体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。
试管动物和克隆动物的比较
（1）不同点
试管动物
克隆动物
技术原理
或手段
体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植
细胞核的全能性、核移植、胚胎移植等
生殖方式
有性生殖
无性生殖
过程
遗传特点
继承了双亲（提供精子和卵子的个体）的遗传性状
全部性状几乎与提供细胞核的亲本一致
（2）相同点：
两者都采用了胚胎移植技术和动物细胞培养技术。
交汇点1 生物的生殖和进化
（1）生殖方式：
____________和____________两种。
（2）两种生殖方式的本质区别：
_________________________________________。
（3）哪种生殖方式更有利于生物进化？
判断：
________（填“有性”或“无性”）生殖。
原因：
__________________________________________________________________。
交汇点2 激素调节
许多种鱼在人工饲养条件下不产卵，因而养殖户常取用同种鱼类的垂体经研碎后注入鱼体内，从而促使鱼正常排卵，甚至多排卵。
（1）这主要是________________的作用。
（2）该激素由________分泌，作用的靶器官是________。
答案：
交汇点1
（1）有性生殖 无性生殖
（2）是否由两性配子（精子和卵细胞）结合成的合子（受精卵）发育而来
（3）有性 通过有性生殖产生的个体继承了双亲的遗传物质，具有更大的变异性和生活力，更能适应环境，有利于在自然选择中进化
交汇点2
（1）促性腺激素
（2）垂体 性腺
1．培育“试管山羊”的基本过程如图所示，若要培育成功，下列叙述正确的是（ ）
A．甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B．乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D．丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内
解析：
选A。
甲为获取卵母细胞的过程，用促性腺激素处理母山羊，使其超数排卵；乙过程的目的之一是促进卵母细胞成熟和使精子获能，利于精卵细胞结合，而不是使精子成熟；乙过程中使精子获能需要获能溶液，丙过程为培养早期胚胎，需用发育培养液，两者成分不同；丁过程中早期胚胎需移植到与供体生理状态相同而不是性状相同的代孕母羊子宫内。
2．下列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冷冻保存
解析：
选B。
发育培养液的成分较一般动物细胞培养液的成分复杂。
几种培养液（基）成分的比较
用途
成分
植物组织培养基
大量元素，微量元素，植物激素（生长素、细胞分裂素等），蔗糖、维生素等
精子获能培养液
人工配制的获能溶液；一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液
动物细胞培养液
糖、氨基酸、无机盐、微量元素、促生长因子、血清、血浆等
早期胚胎培养液
无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等
核心知识小结
[要点回眸]
[答题必备]
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。
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。
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。
收集精子常用的方法有假阴道法、手握法和电刺激法。
精子体外获能的方法有培养法和化学诱导法两种。
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。
[随堂检测]
1．在“试管牛”的生产过程中，不是必需的操作的是（ ）
A．卵母细胞的采集和培养
B．受精卵中导入抗病毒基因
C．精子的采集和获能
D．胚胎的早期培养和移植
解析：
选B。
体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精等步骤。
如果要培养转基因动物，需要将外源基因导入受精卵中；如果仅仅是为了获得“试管牛”，则不需导入外源基因。
2．下列关于卵母细胞采集的叙述，不正确的是（ ）
A．有些动物在采集时要用促性腺激素处理
B．从输卵管中取出的卵子，可直接与获能的精子在体外受精
C．对有些动物可以直接从活体卵巢中吸取卵母细胞
D．采集的卵母细胞都可直接与获能的精子在体外受精
解析：
选D。
卵子采集方法有两种：
①先用促性腺激素处理供体，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精；②从屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞或直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞，通过这种方式获得的卵母细胞要在体外人工培养成熟后才能与获能的精子受精。
3．胚胎的早期培养需要用液体培养基，此培养液的成分是（ ）
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、激素、维生素等
C．水、无机盐、蔗糖、氨基酸、核苷酸、血清等
D．水、无机盐、维生素、有机盐、淀粉等
解析：
选A。
胚胎的早期培养的培养液成分一般比较复杂，含有水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及动物血清等物质。
4．如图表示通过体外受精培育牛的过程，下列叙述错误的是（ ）
A．获取的精子经获能后才能进行体外受精
B．②过程只与细胞膜的流动性有关
C．③过程的细胞增殖方式一定是有丝分裂
D．④过程属于胚胎移植过程
解析：
选B。
②过程是受精作用，不仅与细胞膜的流动性有关，还与细胞识别作用有关。
5．试管婴儿、试管苗和克隆羊三者均属于生物工程技术的杰出成果。
下列叙述正确的是（ ）
A．都属于无性生殖，能保持母本性状
B．三者分别属于胚胎工程、组织培养工程和克隆技术
C．都充分体现了体细胞的全能性
D．都不会发生基因重组
解析：
选B。
试管婴儿属于有性生殖，为胚胎工程的技术范围，在生殖过程中，可能发生基因重组；其生殖过程由于是有性生殖，因此不体现体细胞的全能性。
试管苗和克隆羊属于无性生殖，为细胞工程的技术范围；试管苗能保持母本性状，能体现植物体细胞的全能性；克隆羊与提供细胞核的个体性状最相似，在培育过程中，不会发生基因重组，能充分体现动物体细胞核的全能性。
6．根据下图回答下列问题：
（1）①所做的处理是________，②是________过程，③是________________过程。
（2）采集卵母细胞的方法是用________激素处理，从________中冲取卵子。
（3）通过②过程可看出该生物的生殖方式为________。
解析：
（1）图中①表示精子的获能过程；②表示精子与卵子结合的过程，即体外受精作用；③表示胚胎的早期培养过程。
（2）采集卵母细胞的方法是用促性腺激素处理，促进其超数排卵，然后从输卵管中冲取卵子。
（3）图示中有卵子和精子结合的过程，即受精，因此，该生物的生殖方式为有性生殖。
答案：
（1）获能 体外受精 胚胎的早期培养
（2）促性腺 输卵管
（3）有性生殖
7．（2018·福州一中高二期末）
嵌合体胚胎是指用四倍体（4n）胚胎与二倍体胚胎（2n）或胚胎干细胞（ES细胞）进行聚合，形成由二倍体和四倍体细胞组成的嵌合体。
嵌合体胚胎的构建常用方法如图，请据图分析回答下列问题：
（1）受精卵是胚胎发育的开端，图中的卵细胞达到______________________期，才具备受精的能力，而精子需经过______________过程才能和卵细胞结合。
（2）2n的ES细胞来自胚胎发育过程的________期，本实验中从功能上说明了该细胞__________________。
（3）
嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有：
__________________。
解析：
（1）具有受精能力的卵细胞实际上是处于第二次减数分裂中期的次级卵母细胞；精子必须先在雌性生殖道并停留一段时间，才具备受精的能力，这一过程称为精子的获能。
（2）囊胚期的细胞开始出现分化，出现内细胞团和滋养层，其中内细胞团细胞属于胚胎干细胞，在功能上具有发育的全能性。
（3）
嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有：
动物细胞的培养、动物细胞融合和胚胎移植。
答案：
（1）减数第二次分裂中 精子获能
（2）囊胚 具有发育的全能性 （3）动物细胞的培养、动物细胞融合和胚胎移植
[课时作业]
一、选择题
1．体外受精常用的采卵方法有（ ）
①用促性腺激素处理后，从输卵管中冲取卵子
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：
选C。
常用的采集卵母细胞的方法：
①用促性腺激素处理，促使排出更多的卵子；②从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；③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。
2．精子获能的常用化学物质可能是下列哪一种（ ）
A．氯化钙溶液B．肝脏提取液
C．肝素溶液D．氨基酸营养液
解析：
选C。
精子体外获能的方法有培养法和化学诱导法两种。
化学诱导法即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中使精子获能。
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可移入母牛子宫内
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只需在体外进行
解析：
选C。
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。
4．胚胎的早期培养过程中，下列条件不是必需的是（ ）
A．消毒灭菌B．适宜的温度
C．充足的光照D．适宜的营养物质和激素
解析：
选C。
胚胎的早期培养属于动物细胞培养的范畴。
动物细胞培养必须在无菌条件下进行。
在细胞分裂过程中，需要适宜的温度以及一定的营养物质和激素，不需要光照。
5．良种试管牛的繁殖过程：
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，在特定的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．该试管牛的培育过程应用的是试管动物技术
B．试管动物技术可以更多、更有效地利用动物卵子
C．甲牛、乙牛对试管牛核基因的贡献相同
D．该技术不能实现优良种畜的快速繁殖
解析：
选D。
试管动物技术可以更多、更有效地利用动物卵子，加快优良种畜的繁殖速度。
6．下列哪项不是人工授精和体外受精的区别（ ）
A．人工授精能更有效地发挥优良公畜的特性
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，而体外受精的这一过程在母畜体外
解析：
选C。
人工授精是用人工的方法，把公畜的精液注入母畜生殖道内，使精卵结合；体外受精是将人工获取的精子和卵子在体外完成受精。
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。
7．华南虎是国家一级保护动物，可采用试管动物技术进行人工繁殖，该技术包括的环节有（ ）
①转基因 ②核移植 ③体外受精 ④体细胞克隆 ⑤胚胎移植
A．①③B．①④
C．②⑤D．③⑤
解析：
选D。
通过人工操作使供体的精子和卵子在体外受精，体外培养胚胎，然后将发育到一定程度的胚胎移植入受体，从而生产出各种动物。
所以包括的环节有体外受精和胚胎移植。
8．下列关于试管动物技术的叙述，正确的是（ ）
A．应用该技术繁育后代的过程属于无性生殖
B．应用该技术繁育后代的过程属于有性生殖
C．试管动物技术是利用体细胞繁育后代的技术
D．试管动物技术培育动物的过程全部在体外进行
解析：
选B。
试管动物技术进行的是体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植，因为其后代的产生经过了两性生殖细胞的结合，所以属于有性生殖。
9．（2018·河北武邑中学高二期中）英国科学家维尔穆特首次用羊的体细胞（乳腺细胞）成功地培育出一只小母羊，取名“多利”，这一方法被称之为“克隆”，以下四项中与此方法在本质上最相近的是（ ）
A．用胡萝卜韧皮部细胞培养出完整的新植株
B．将人抗病毒基因嫁接到烟草DNA分子上，培育出具有抗病毒能力的烟草新品种
C．将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的B细胞融合成杂交瘤细胞
D．将人的精子与卵细胞在体外受精，待受精卵在试管内发育到囊胚期时，再植入女性子宫内发育成“试管”婴儿
答案：
A
10．英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。
三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。
据图分析，下列叙述错误的是（ ）
A．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
B．捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿
C．三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核
D．三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术
解析：
选C。
A项，三亲婴儿细胞质基因主要来自捐献者卵母细胞，可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代，故正确。
B项，三亲婴儿细胞核基因（染色体）来自母亲和父亲，捐献者携带的红绿色盲基因（细胞核基因）不传给该婴儿，故正确。
C项，由B项分析可知该项错误。
D项，三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术才能最终完成，故正确。
二、非选择题
11．（2018·济宁高二期中）目前，精子载体法逐渐成为最具诱惑力的制备转基因动物方法之一，该方法以精子作为外源基因的载体，使精子携带外源基因进入卵细胞受精。
如图表示利用该方法制备转基因鼠的基本流程。
请据图回答下列问题：
（1）获取外源基因常用到的工具酶是________。
为了提高实验成功率，通常利用________技术获得大量标记的外源基因。
（2）过程②采用的是________技术，该过程中应对已经________________进行获能处理。
（3）过程③需要在________________（至少写出两点）等条件下培养。
（4）为了获得更多的卵母细胞，常用________激素对供体进行处理，促使其________。
答案：
（1）限制酶 PCR
（2）体外受精 导入外源基因的精子
（3）无菌无毒、适宜的温度和pH值、营养充足、气体环境适宜
（4）促性腺 超数排卵
12．如图为“试管婴儿”之父张明觉通过体外受精培育家兔的流程图，请据图回答下列相关问题：
（1）图中①所用的方法是用______________处理，使其超数排卵，然后从___________中冲取卵子。
（2）图中的精子要经过________处理才能完成②受精，其方法通常采用______________和______________。
判断精子和卵细胞是否受精的标志是在____________和____________的间隙观察到______________。
（3）通过图中③过程可以形成含有32个细胞的胚叫____________胚。
这时的细胞具有______________性。
（4）体外受精技术也称试管动物技术，该技术在解决___________等问题上具有重要的意义。
解析：
（1）采集卵母细胞的方法之一是用促性腺激素处理进行超数排卵，然后从输卵管中冲取卵子。
（2）图中的精子经过获能处理才能完成②受精。
判断精子和卵子是否受精的标志是在透明带和卵细胞膜的间隙可以观察到两个极体。
（3）早期胚胎发育依次经历卵裂、桑椹胚、囊胚和原肠胚等阶段，通过图中③过程可以形成含有32个细胞的胚叫桑椹胚，这时的细胞具有全能性。
（4）体外受精技术也称试管动物技术，该技术在解决动物生育率低等问题上具有重要意义。
答案：
（1）促性腺激素 输卵管
（2）获能 培养法 化学诱导法 透明带 卵细胞膜 两个极体 （3）桑椹 全能 （4）动物生育率低
13．（2018·湖北部分重点高中联考）科研人员利用精子作为载体，将人胰岛素基因（hINS）转入绵羊体内，以获得动物乳腺生物反应器。
其技术流程如下：
请回答下列相关问题：
（1）在受精前，要对精子进行____________处理。
将早期胚胎移植至代孕母羊体内时，不宜选择____________（填“原肠胚”“桑椹胚”或“囊胚”）时期的胚胎。
为获得转基因母羊，在进行移植前，还需对胚胎进行____________。
（2）为初步了解hINS是否能在转基因母羊中发挥所期望的功能，需从转基因母羊的乳腺细胞中提取________________，用________________与之进行核酸分子杂交，观察是否有杂交带。
（3）下图为BLG—hINS重组质粒，BLG是绵羊的乳腺蛋白基因。
在构建该质粒时，必须使用____________等工具。
由于BLG在____________细胞中特异性表达，且BLG的调控区内有____________，所以将hINS与BLG的调控区重组在一起，能驱动胰岛素基因（hINS）在生物反应器中特异性表达。
答案：
（1）获能 原肠胚 性别鉴定
（2）mRNA 人胰岛素基因探针 （3）限制酶、DNA连接酶 乳腺
启动子
14．如图为纯种荷斯坦小奶牛的繁殖过程，请据图回答下列问题：
（1）克隆动物培育过程与图示繁殖过程相比，特有的技术手段是________技术，这两种动物繁殖的方式相比，实质性的区别为前者是________，后者
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