高2生物人教版选修3文档专题3 胚胎工程 32 Word版含答案 2.docx
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高2生物人教版选修3文档专题3胚胎工程32Word版含答案2
3.2 体外受精和早期胚胎培养
目标导航 1.根据卵子、精子的形成过程以及示意图，说出卵母细胞、精子的采集和培养方法，简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤和过程。
2.结合哺乳动物胚胎发育的特点，概述动物早期胚胎培养的方法。
重难点击 1.卵母细胞、精子的采集和培养方法。
2.体外受精技术的主要操作步骤和过程。
3.动物早期胚胎培养的方法。
课堂导入
方式一：
“超时空女婴”
1986年白血病患者克里斯在16岁时（接受放疗前）冷冻了部分自己的精子。
2008年，克里斯与妻子梅洛迪决定用22年前保存的冷冻精子接受试管受精手术。
2008年6月，医生从梅洛迪的卵巢中提取出15枚卵子。
最后共有7枚卵子受精发育成胚胎，医生将两枚胚胎植入到梅洛迪的子宫中。
2009年2月25日，梅洛迪在一家医院中顺利生下了3.37千克重的女婴斯特拉。
美国医学专家称，冷藏了22年的精子依然能够孕育生命，创下了一项世界医学史纪录，斯特拉也被称作是“来自1986年的超时空女婴”。
如何进行体外受精及胚胎的早期培养，让我们一起来学习这些知识吧。
方式二：
现状：
国产奶牛：
年均产奶量3000公斤左右；国际良种奶牛：
年均产奶量10000公斤左右；我国蒙古黄牛：
均重300kg；海福特肉用牛：
2岁体重可达800kg。
如何实现良种牛快速大量繁殖呢？
问题：
（1）引进一头良种成年奶牛需要3～5万元。
（2）牛的生育率低，一头牛一胎只生一个，一生只能生育4～5次。
牛的生育率虽然很低，但是牛的卵母细胞却相当的多，其卵巢中卵母细胞数目要比一生中排卵数多1000倍左右。
公牛产生的精子数目就更多了。
设想：
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，再经过移植产生后代，这就是试管动物技术。
实现良种牛快速大量繁殖首先要做的是（体外受精）和（早期胚胎）的培养。
一、试管动物技术与体外受精
1.试管动物技术
（1）概念：
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。
（2）重要应用——良种培育：
实现良种动物的快速大量繁殖。
（3）技术手段：
首先要做的是体外受精和早期胚胎的培养。
2.体外受精
（1）基本步骤：
卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精。
（2）卵母细胞的采集和培养
采集方法
适用范围
采集过程
采集后的操作
举例
输卵管冲
取法
实验动物
利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子
可直接与获能的精子在体外受精
小鼠、兔、猪、羊等
已屠宰动物卵巢内采集
大型动物或大家畜
从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞
采集后的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精
牛
活体采卵
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中采集卵母细胞
（3）精子的采集和获能
①收集精子的方法：
假阴道法（牛、马等体型大的动物）、手握法（猪、犬等体型较小的动物）、电刺激法（野生或经济动物）。
②精子体外获能的方法
方法
操作过程
适用动物
培养法
将精子放入人工配制的获能液中使其获能
啮齿动物、家兔及猪等动物
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，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
合作探究
1.卵母细胞的采集和培养
（1）小型动物和大型动物的卵母细胞采集的方法是否相同？
请举例说明。
答案 不同。
①小型动物采用促性腺激素处理，然后从输卵管中冲取卵子；②大型动物采用的主要方法是：
a.从已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞，b.活体采卵。
（2）采集到的卵母细胞是否都能直接与获能的精子受精？
请分析原因。
答案 并不是都可以直接与获能的精子受精。
①通过促性腺激素处理的，从输卵管中冲取的卵子可直接与获能的精子在体外受精；②从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集的卵母细胞或者活体采卵得到的卵母细胞要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
2.在体外，使精子获能的方法有哪些？
答案 常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法。
3.从精子、卵子结合的场所分析体外受精和人工授精是否相同？
请说明理由。
判断：
________。
（填“相同”或“不相同”）
理由：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 不相同 体外受精是在体外完成精子、卵子的结合，而人工授精是在体内完成
1.判断正误
（1）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步骤（ ）
（2）收集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法等（ ）
（3）采集的卵母细胞可直接与精子受精（ ）
（4）精子体外获能方法有培养法和化学诱导法两种（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）× （4）√
2.哺乳动物体外受精的过程是（ ）
①采卵 ②收集精子 ③卵母细胞的人工培养 ④精子获能处理 ⑤精子和成熟卵子在受精液中共同培养
⑥精子用CaCl2处理 ⑦卵母细胞用一定浓度的肝素溶液处理 ⑧体外受精 ⑨受精卵培养
A.
B.
C.
D.
问题导析
（1）哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集与获能和受精几个主要步骤。
（2）一定浓度的肝素溶液是用于精子的体外获能。
（3）CaCl2溶液可用于基因工程处理细菌细胞，增加其细胞膜的通透性，以利于重组载体的导入。
答案 B
一题多变
（1）________（填序号）过程的目的是采集卵母细胞并培养成熟，可通过注射____________促进雌性动物超数排卵。
（2）________（填序号）过程的目的是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用。
受精是在________溶液或专用的受精溶液中进行的，而早期胚胎培养是在发育培养液中进行。
答案
（1）①③ 促性腺激素
（2）⑤⑧ 获能
二、胚胎的早期培养
1.培养液的成分
2.胚胎早期培养的目的
（1）精子和卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。
（2）当胚胎发育到适宜的阶段时可进行受体移植或冷冻保存。
3.胚胎移植的时间
不同动物胚胎移植的时间不同。
牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段进行移植；人的体外受精胚胎，可在8～16个细胞阶段移植。
合作探究
1.动物细胞培养和胚胎的早期培养在依据的原理和目的上有什么不同？
答案
（1）依据的原理：
前者依据细胞的生长和增殖，后者依据细胞的生长、增殖和分化。
（2）培养目的：
前者：
①大规模生产重要的生物制品；②用于检测有毒物质；③用于生理、病理、药理等方面的研究。
后者：
①检查受精状况和受精卵的发育能力；②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。
2.针对动物胚胎移植时间，不同动物早期胚胎培养到的阶段是否相同？
试举例说明。
答案 不同。
例如，牛、羊一般培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段，人的体外受精胚胎一般培养到8～16个细胞阶段。
3.“试管牛”的工厂化生产流程主要有哪些主要步骤？
答案 卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精、胚胎的早期培养、胚胎移植等。
4.试管动物和克隆动物的繁殖方式相同吗？
答案 不同。
试管动物属于有性生殖；克隆动物属于无性生殖。
3.判断正误
（1）培养哺乳动物胚胎的培养液，其成分较简单，一般只需一些无机盐和有机盐类即可（ ）
（2）动物细胞培养和胚胎的早期培养在依据的原理和目的上都是相同的（ ）
（3）试管牛是由精子和卵子结合形成的受精卵发育而来的，属于有性生殖过程（ ）
（4）早期胚胎一般发育到桑椹胚或囊胚时期适于进行胚胎移植（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）√ （4）√
4.根据图示“试管牛”工厂化生产的技术流程图解，回答下面的问题：
（1）根据________（填标号）判断，此种繁殖方式是________生殖。
（2）①过程中，通常每个卵巢平均可采集10枚左右可用的卵母细胞，最终可能产下________头犊牛。
（3）卵母细胞体外培养时必须培养到________________________阶段才具有受精能力，②过程为________________，通常采用________________法。
（4）③④过程分别代表______________和________________，⑤发育阶段一般为__________________。
问题导析
（1）试管动物培育过程及流程图（如右图）：
据图辨析，确认①～⑤过程的含义：
过程②为精子获能处理，过程③为体外受精，过程④为早期胚胎培养，⑤为早期胚胎。
（2）精子与卵子在体外结合前，需要先培养卵子使其发育至减数第二次分裂中期以及对精子进行获能处理。
答案
（1）③ 有性
（2）1～2 （3）减数第二次分裂中期 精子获能处理 化学诱导 （4）体外受精 早期胚胎培养 桑椹胚或囊胚期
一题多变
研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是____________；获得转基因母牛后，如果__________________________________，则说明目的基因已经表达。
答案 显微注射法 牛奶中含有人类白细胞介素（或牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素）
1.可以与获能精子进行体外受精的卵母细胞需要培养到什么时期（ ）
A.MⅠB.MⅡ（中期）
C.桑椹胚期D.囊胚期
答案 B
解析 卵母细胞培养到MⅡ中期时就可以受精了，因为MⅡ中期卵母细胞细胞核、细胞质已成熟，而MⅠ期卵母细胞细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育。
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以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以直接与获能的精子在体外受精
答案 D
解析 对于实验动物如小鼠、兔以及家畜猪、羊等，采用的主要方式是：
用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，直接与获能的精子体外受精。
对于家畜或大型动物，从屠宰的母畜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，这两种方式采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
3.据报道，一名高龄妇女顺利产下一名试管婴儿，为这个家庭带来了福音，在生物学上试管婴儿技术属于（ ）
A.有性生殖、体外受精B.无性生殖、体内发育
C.有性生殖、体内受精D.无性生殖、体外发育
答案 A
解析 试管婴儿技术是精子和卵细胞在体外培养条件下受精，属于有性生殖。
4.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保存
答案 B
解析 进行胚胎早期培养的发育培养液，与动物细胞培养液相似，但成分稍复杂。
5.请根据下图，回答有关体外受精和早期胚胎培养的问题：
（1）对于小鼠、免以及家畜羊等实验动物，卵母细胞的采集方法是用________激素处理，使其排出更多的卵子，从________中冲取卵子，________（填“可以”或“不可以”）直接与获能的精子在体外受精。
（2）获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在________溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
（3）受精作用过程中，防止多精入卵的第一道屏障是______________，它发生在精子触及______________的瞬间；防止多精入卵的第二道屏障是__________________。
（4）精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入________培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。
答案
（1）促性腺 输卵管 可以
（2）获能 （3）透明带反应 卵细胞膜 卵细胞膜反应 （4）发育
[基础过关]
1.下列有关试管牛的叙述，正确的是（ ）
A.它是无性生殖的产物
B.它的个体发育在体外进行
C.其本质是一种有性生殖
D.它的胚胎发育都在体外进行
答案 C
解析 试管牛是体外受精和胚胎移植的产物。
它是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，再经胚胎移植在母体内发育产生后代，因此其本质是一种有性生殖，不是无性生殖，它的早期胚胎发育在体外进行。
2.体外受精常用的采卵方法有（ ）
①从输卵管冲取卵子 ②假阴道法 ③电刺激法
④从动物卵巢吸取卵母细胞
A.①②B.②③C.③④D.①④
答案 D
解析 卵母细胞的采集方法有三种：
第一种方法，首先用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。
第二种方法：
从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；第三种方法是借助超声波探测仪、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。
假阴道法和电刺激法是采集精子的方法，故D正确。
3.对于啮齿动物、家兔和猪等家畜的精子，常采用什么方法使其获能（ ）
A.培养法B.激素刺激法
C.化学诱导法D.电刺激法
答案 A
解析 在体外受精前，要对精子进行获能处理。
通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法两种。
对于啮齿动物、家兔和猪等家畜的精子，常采用培养法；对牛、羊等家畜的精子常采用化学诱导法。
4.爱德华兹以他在体外受精技术领域做出的开创性贡献而获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。
关于体外受精技术的叙述正确的是（ ）
A.获取的精子经获能后才能进行体外受精
B.采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵
C.精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫
D.精子与卵子相遇后，会发生顶体反应，防止多精入卵
答案 A
解析 卵子必须处于减数第二次分裂中期才能进行受精，采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精；成熟的卵细胞与收集来的精子相遇形成受精卵，需培养到一定阶段才可移植；防止多精入卵主要通过透明带反应和卵细胞膜反应两道屏障。
5.如图表示通过体外受精培育试管牛的过程，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
答案 B
解析 获取的精子必须要经过获能后才能进行体外受精，A正确；②表示受精作用，精子释放顶体酶后，穿越放射冠和透明带，精子入卵后，形成雌、雄原核，最后雌雄原核融合形成合子。
因此受精过程不仅仅与细胞膜的流动性有关，B错误；③表示受精卵的卵裂，其方式为有丝分裂，C正确；④表示将发育成的早期胚胎移入母体，D正确。
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公畜的优良特性
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，而体外受精的过程在母畜体外
答案 C
解析 人工授精是用人工的方法，将公畜的精液注入母畜生殖道内，使精卵细胞结合；体外受精是将人工获取的精子和卵母细胞在体外完成受精。
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.下列各组物质组成不全部属于哺乳动物胚胎的培养液成分的是（ ）
A.氨基酸、核苷酸、无机盐、激素
B.血清、激素、维生素、有机盐
C.核苷酸、维生素、血清、无机盐
D.有机盐、维生素、氨基酸、生长素
答案 D
解析 哺乳动物胚胎的培养液含有水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等，但是不含生长素。
8.下列关于屠宰场和“胚胎工厂”合建的说法中，正确的是（ ）
①可为屠宰场提供优质肉牛 ②有利于生产大量的胚胎和胚胎工程所需要的原材料 ③不够卫生，不能合建 ④从屠宰场废弃的卵巢中可直接获取卵母细胞
A.①②④B.②④C.①②D.③
答案 B
解析 在现代化的工业生产中，为了更好地进行战略合作与资源利用，往往会进行集团化的生产。
例如屠宰场和“胚胎工厂”就可以合建，这样可以让双方都得到更好的利益。
从刚屠宰母畜的卵巢中可直接采集卵母细胞。
[能力提升]
9.以下是制定并研究设计的“试管牛”工厂化生产技术流程，其中正确的顺序应是（ ）
①卵母细胞的采集和培养 ②精子的采集和获能 ③画出“试管牛”工厂化生产技术流程图 ④受精 ⑤胚胎的早期培养
A.①②③④⑤B.①②④⑤③
C.①②④③⑤D.①②⑤④③
答案 B
解析 “试管牛”是体外受精和胚胎移植的产物，因此先进行卵母细胞的采集和培养，精子的采集和获能，然后在一定条件下完成体外受精及早期胚胎的培养，同时画出“试管牛”工厂化生产技术的流程图进行“生产”。
10.下面是试管婴儿培育过程，下列有关叙述，不正确的是（ ）
A.过程①中可通过注射促性腺激素增加排卵数量
B.过程②在培养细胞的培养液中就可以完成
C.过程③的培养液中应该添加动物血清
D.过程④移植的胚胎一般处于8～16个细胞阶段
答案 B
解析 在完成过程②之前，需要将采集的精子放在人工合成的获能溶液中培养一段时间，完成精子的获能。
获能的精子和培养成熟的卵子一般情况下在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精。
11.下图为培养“转基因试管牛”的基本过程示意图，请据图回答下列问题：
（1）A过程一般用________激素处理供体母牛，使其超数排卵。
（2）采集到的精子在进行体外受精前必须进行________处理，采集的卵母细胞也需要培养至__________________________期才能受精。
（3）B过程通常用______________法将含有抗凝血酶基因的表达载体导入受精卵，这样培育出来的试管牛进入泌乳期后，即可从其乳汁中分离出来所需的__________这一药用蛋白。
答案
（1）促性腺
（2）获能 减数第二次分裂中
（3）显微注射 抗凝血酶
解析
（1）一般用促性腺激素处理供体母牛，使其超数排卵。
（2）采集到的精子必须进行获能处理，卵母细胞也需要培养至减数第二次分裂中期才能发育成熟，具备受精的能力。
（3）将目的基因注入动物细胞常用显微注射法，所培育的转基因牛的乳汁中将表达出该目的基因的产物——抗凝血酶。
12.下面是以小鼠为对象进行的研究工作，请分析回答下列问题：
（1）进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下（光照14h，黑暗10h）饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是__________________。
然后从雌鼠输卵管中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是使________________________________________________________________________。
再在37℃、5%CO2条件下，精卵共同作用4h，冲洗后继续培养。
定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部出现裂隙，这是胚胎________期开始的标志。
（2）如果体外受精后，在精核与卵核融合之前，用微型吸管吸除精核，再用细胞松弛素B处理（作用类似于用秋水仙素处理植物细胞），处理后的受精卵可发育成小鼠。
这种方法在动物新品种选育中的显著优点是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于
________________________________________________________________________。
答案
（1）促进超数排卵 精子获能 囊胚
（2）后代都是纯合子，明显缩短育种年限 （3）甲的体细胞核和乙的细胞质中的线粒体
解析
（1）体外受精需要获得卵母细胞，可用促性腺激素促进雌性动物超数排卵。
获得的精子必须经获能处理才具备受精能力。
一般早期胚胎发育至囊胚或桑椹胚阶段进行胚胎移植。
（2）细胞松弛素B处理使未受精的卵细胞染色体加倍，由形成的细胞发育成的个体类似于植物单倍体育种技术，因此优点是后代都是纯合子，明显缩短育种年限。
（3）小鼠丙的基因大部分来自甲的细胞核，少部分来自乙的线粒体。
13.控制哺乳动物的性别对于畜牧业生产有着十分重要的意义。
目前，分离精子技术是有效的性别控制方法。
例如：
牛的X精子的DNA含量比Y精子的高出4%左右，利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛（如下图所示）。
根据以上信息回答下列相关问题：
（1）试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下________和受精，受精卵通过培养发育为早期胚胎后，再经胚胎移植产生后代的技术。
（2）图中过程①通常采用____________技术，在这个过程中________的精子与卵子相遇时，首先发生________反应释放出有关的酶，直接溶解卵丘细胞之间的物质。
防止多精入卵的生理反应有__________________________________________________。
（3）为了确保得到所需性别的试管牛，往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定，请举出两种对早期胚胎进行性别鉴定的方法（只需写出名称或简要原理）：
___________________________________________________________
________________，_______________________________________________________。
答案
（1）成熟
（2）体外受精 获能 顶体 透明带反应和卵细胞膜反应 （3）DNA分子杂交技术（利用基因探针鉴定） 分析胚胎细胞的染色体组型
解析
（1）人工采集的卵子与精子不能直接受精，精子要经过获能处理，卵子要再培养发育到减数第二次分裂中期才可受精。
（2）精卵结合时，首先发生顶体反应放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质，便于精子进入，同时通过透明带反应和卵细胞膜反应防止其他精子再进入。
（3）鉴定胚胎性别的最好方法是对胚胎细胞进行染色体分析，也可运用Y染色体上的基因制成探针检测Y染色体的存在，也可分析胚胎细胞的染色体组型。
[走进高考]
14.（2014·江苏卷，19改编）杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，被称为“钻石级”肉用绵羊。
科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示，相关叙述不正确的是（ ）
A.为了获得更多的卵母细胞，需用雌激素对雌性杜泊羊进行处理
B.卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可以从处死的雌羊卵巢中获取
C.从输卵管中采集的卵母
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