第2章 第3节 第2课时 胚胎工程技术及其应用-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修3 生物技术与工程 创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第2课时　胚胎工程技术及其应用 1.简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。2.运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产、生活中的相关问题进行分析和判断。3.认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。 知识点一　体外受精 1．试管动物含义：通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。 2．体外受精 (1)过程 哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。采集到的卵母细胞和精子，要分别在体外进行成熟培养和获能处理，然后才能用于体外受精。一般情况下，可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。 (2)意义：是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。 知识点二　胚胎移植 1．胚胎移植的概念 通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 2．胚胎移植的供体及受体 (1)供体 在胚胎移植中提供胚胎的个体。 (2)受体 在胚胎移植中接受胚胎的个体。 3．胚胎移植的基本程序(以牛的胚胎移植为例) 供体、受体的选择和处理→配种或人工授精→胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎的移植→移植后的检查等步骤。 4．牛胚胎移植的过程 易漏边角 超数排卵是指应用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 5．胚胎移植的优势 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 (1)大大缩短了供体本身的繁殖周期。 (2)对供体施行超数排卵处理后，可获得多枚胚胎，增加供体一生繁殖后代的数量。 6．地位：胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。 易漏边角 1．胚胎移植的生理学基础 生理学基础 意义 同种动物的供、受体排卵后，生殖器官的生理变化是相同的 为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境 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，而是处于游离状态 为胚胎的收集提供了可能 受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 为胚胎在受体内存活提供了可能 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其遗传特性不受影响 为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障 2.胚胎移植的实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 知识点三　胚胎分割 1．概念：是指采用机械方法将早期胚胎切割成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。 2．实质：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。 3．主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。 4．操作程序 (1)选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中。 (2)在显微镜下用分割针或分割刀分割。在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。 (3)分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 (4)胚胎移植前还可用分割针在滋养层处取样，做DNA分析，鉴定性别。 5．意义 (1)可以促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。 (2)胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。 课堂小结 1．(目标1)下列关于体外受精技术的说法，错误的是 (　　) A．体外受精技术包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤 B．进行体外受精前需对精子进行获能处理 C．体外受精时，参与受精的卵子要发育至减数分裂Ⅰ中期 D．一般情况下，受精时将获能的精子和成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养 答案　C 解析　体外受精时，采集的卵母细胞需发育至减数分裂Ⅱ中期，C错误。 2．(目标2)牛胚胎移植的基本程序如图所示，下列说法错误的是(　　) A．供体母牛的主要职能是产生具有优良遗传特性的胚胎 B．图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素促进该过程 C．图中c表示胚胎移植 D．应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的输卵管中 答案　D 解析　应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的子宫中，D错误。 3．(目标3)下列关于胚胎移植技术应用的叙述，错误的是(　　) A．应用胚胎移植可大大缩短受体本身的繁殖周期 B．胚胎移植是胚胎工程的最后一道“技术工序” C．胚胎移植技术还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用 D．胚胎移植可充分发挥优良母牛的繁殖潜力，相同时间内可得到较多的良种犊牛 答案　A 解析　胚胎移植可缩短供体本身的繁殖周期，充分发挥优良个体的繁殖潜力，但不能缩短受体本身的繁殖周期，A错误；胚胎移植可充分发挥优良母牛的繁殖潜力，缩短繁殖周期，增加一生繁殖的后代数量，相同时间内可得到较多的良种犊牛，D正确。 4．(不定项)(目标1、2)如图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤，下列叙述正确的是(　　) A．胚胎移植可以定向产生基因突变 B．可选择在桑葚胚期进行胚胎分割 C．①②两个胚胎具有相同遗传物质 D．③可移植到任何母牛子宫内发育 答案　BC 解析　胚胎移植过程不发生基因突变，且基因突变具有不定向性，A错误；③应移植到同种发情的母牛子宫内，D错误。 题型一　体内受精、体外受精与人工授精的比较 例1　下列关于哺乳动物自然受精、人工授精和体外受精的描述，不正确的是(　　) A．三者均属于有性生殖 B．三者的精子均需要获能后才能与卵细胞结合 C．自然受精是在输卵管内完成，人工授精和体外受精都是在体外完成 D．人工授精和体外受精都需要收集精子 解题分析　自然受精、人工授精和体外受精都需要经过精子和卵细胞结合形成合子，均属于有性生殖，A正确；有性生殖过程中，精子均需要获能后才能与卵细胞结合，B正确；人工授精是将精子注入雌性动物生殖道内完成受精，因此自然受精和人工授精均在输卵管中完成受精，体外受精是在适当的培养液中完成受精，C错误。 答案　C 题后归纳 比较自然受精、人工授精和体外受精 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 雌性动物输卵管中 体外培养液中 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 题型二　胚胎工程技术及应用 例2　如图表示牛胚胎移植的流程，其中①～④表示相应的操作过程。下列叙述正确的是(　　) A．①过程使受体母牛同期发情，主要为了保证犊牛有足够的母乳 B．②过程是通过注射性激素，达到超数排卵 C．③过程中精子需要培养在获能液中获能后才能受精 D．④过程是为了避免受体母牛对外来胚胎产生免疫排斥 解题分析　图中①过程表示供、受体同期发情处理，使供体和受体处于相同的生理状态，为胚胎移植奠定基础，A错误；②过程是通过注射促性腺激素，达到超数排卵的目的，B错误；③过程中精子需要培养在获能液中获能后才能受精，且参与受精作用的卵细胞也要培养到减数分裂Ⅱ中期，C正确；④过程表示胚胎的收集、检查、培养，主要目的是选择适合移植的胚胎，D错误。 答案　C 例3　(不定项)为了加快良种牛的繁殖速度，科学家采用了以下两种方法。下列说法正确的是(　　) A．试管牛和克隆牛的培育过程中均用到了胚胎移植技术，均属于有性生殖 B．胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 C．获得的公牛的新鲜精液，可直接用于受精作用 D．如图方法Ⅱ，产生的F牛的性别与C牛相同，性状与C牛不一定完全一致 解题分析　试管牛的培育用到的技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等，克隆牛的培育用到的技术有核移植、早期胚胎培养、胚胎移植，二者均用到了胚胎移植技术，试管牛的培育属于有性生殖，而克隆牛的培育属于无性生殖，A错误；胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，B正确；获得的公牛的新鲜精液，需获能后才能进行受精作用，C错误；F牛的性别由其细胞核中的遗传物质决定，与良种奶牛C的性别一致，为雌性，但F牛的细胞质遗传物质来自无核卵的细胞质，且生物的性状受环境影响，因此F牛的性状与C牛不一定完全一致，D正确。 答案　BD 题后归纳 1．胚胎移植的三点提醒 (1)“移植的胚胎在受体内存活的基础条件”是指受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。 (2)超数排卵处理中使用促性腺激素而不是性激素的原因：性激素是由性腺产生并释放的，长期使用外源性激素会导致性腺萎缩。促性腺激素由垂体产生并释放，作用于性腺，可以促进排卵，并且不会使性腺萎缩。 (3)胚胎移植涉及牛的种类及作用 供体配种 受体母牛：提供子宫。 2．试管动物和克隆动物的比较 项目 克隆动物 试管动物 生产 流程 遗传特性 主要与供核个体相同 具备双亲的遗传性状 生殖方式 无性生殖 有性生殖 意义 加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 相同点 两者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑葚胚或囊胚期的胚胎 课后课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★ ★★ ★★ ★★★ ★★ 对点 体外受精 试管动物技术 试管婴儿技术 胚胎移植过程 胚胎移植过程 胚胎移植生理学基础 体外受精、胚胎移植过程 胚胎分割 胚胎分割 动物细胞工程综合 胚胎工程 胚胎工程拓展 体外受精、胚胎移植 [单项选择题] 知识点一　体外受精 1.下列关于体外受精技术的说法中，错误的是(　　) A．精子可培养在人工配制的获能液中获能 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．体外受精技术可以为胚胎移植提供可用的胚胎 答案　B 解析　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，需要进行培养，使之发育到MⅡ时期才可进行体外受精。 2．试管动物技术是指通过人工操作使精子和卵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。下列关于试管动物技术的叙述，不正确的是(　　) A．该技术可以更多、更有效地利用动物卵细胞 B．运用该技术繁育后代的过程属于有性生殖 C．可实现优良品种的快速、大量繁殖 D．运用试管动物技术培育动物的过程全部在体外进行 答案　D 解析　根据题意可知，试管动物技术仍然属于通过有性生殖繁育后代的技术，因为操作过程中仍然有两性生殖细胞的结合过程，只不过是通过人工体外操作，获得胚胎，然后再移植到生物体内发育成新个体。 3．随着三孩政策的落地，辅助生殖技术也逐渐被越来越多的人所熟知，下图是试管婴儿技术的主要操作流程示意图，下列叙述正确的是(　　) A．采集到的精子和卵母细胞可直接用于体外受精 B．在取卵前可让女方口服性激素诱发其超数排卵 C．①、②、③分别表示体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植 D．胚胎移植前可从内细胞团取样做基因检测进行遗传病的筛查 答案　C 知识点二　胚胎移植 4．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，相关叙述正确的是(　　) A．选用的雌性杜泊羊只要有健康体质和正常繁殖能力就行 B．从卵巢中采集的卵母细胞都可直接与获能的精子进行体外受精 C．为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂 D．为了进一步扩大繁殖规模，可通过胚胎分割技术获得同卵双胎 答案　D 解析　选用的雌性杜泊羊需遗传性状优良、生产能力强，A错误；从卵巢中采集的卵母细胞，未发育成熟，需要经过体外人工培养成熟后才能与获能的精子受精，B错误；同期发情处理的受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，C错误。 5．胚胎移植时需要对供、受体进行选择处理，下列有关说法错误的是(　　) A．对供体母畜要进行超数排卵处理 B．对供、受体母畜要进行同期发情处理 C．对提供精子的公畜注射促性腺激素 D．供、受体应属于同一个物种 答案　C 解析　自然状态下供体母畜排卵数目较少，因此要进行超数排卵处理，A正确；胚胎移植时，要确保供、受体母畜处于相同的生理状态，因此对供、受体母畜要进行同期发情处理，B正确；公畜一次排精提供的精子非常多，不用注射促性腺激素，C错误；供、受体母畜的生理状态相同、物种相同是胚胎移植成功的前提，D正确。 6．下列关于胚胎移植生理学基础的叙述，不正确的是(　　) A．同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功 B．早期胚胎在一段时间内是独立存在的，未与子宫建立实质性联系 C．一般来说，同一物种的受体母畜对于具有外来抗原性质的胚胎并没有免疫排斥现象 D．移植的胚胎，依靠自身储存的营养物质继续完成胚胎发育 答案　D 解析　移植的胚胎，在一定时期后会与受体子宫建立生理上和组织上的联系，从而保证了以后正常发育所需要的营养条件，D错误。 7．软骨发育不全为常染色体显性遗传病，基因型为HH的个体早期死亡。一对夫妻均为该病患者，希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。下列做法错误的是 (　　) A．首先经超数排卵处理后进行体外受精 B．从囊胚中分离细胞，培养后检测基因型 C．根据检测结果筛选基因型为hh的胚胎 D．将胚胎培养至原肠胚期后移植到子宫 答案　D 解析　体外受精时首先要利用相关激素处理雌性个体促进其排出更多的卵子，A正确；由于该对夫妇均为软骨发育不全患者，因此他们的孩子可能患病，也可能正常，因此应从囊胚中分离细胞，培养后检测其基因型，然后根据检测结果选择基因型为hh的胚胎进行胚胎移植，B、C正确；进行胚胎移植的最佳时期为桑葚胚期或囊胚期，原肠胚阶段的细胞分化程度高，移植成功率低，所以一般不选用原肠胚期的胚胎进行移植，D错误。 知识点三　胚胎分割 8．下图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程，下列相关说法不正确的是(　　) A．②代表早期胚胎培养，该过程中细胞进行有丝分裂和细胞分化 B．③代表胚胎分割，需均等分割囊胚的内细胞团，以免影响胚胎发育 C．①代表体外受精，与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能 D．⑤代表胚胎移植，胚胎移植能否成功，与供体和受体的生理状态有关 答案　C 解析　⑤代表胚胎移植，胚胎移植能否成功，与供体和受体的生理状态有关，因此胚胎移植前需要进行同期发情处理，使供体和受体的生理状态相同，D正确。 9．下列有关胚胎分割技术的说法不正确的是(　　) A．利用胚胎分割技术产生同卵双胎的成功率比产生同卵多胎的成功率高 B．经胚胎分割可以产生遗传性状相同的个体 C．对囊胚期胚胎进行性别鉴定需要选取滋养层细胞 D．凡是利用胚胎工程产生新个体，都要用到胚胎分割技术 答案　D 解析　利用胚胎工程产生新个体不一定要用到胚胎分割技术，需要获得同卵双胎或同卵多胎时可采用胚胎分割技术，D错误。 [不定项选择题] 10．动物细胞培养是动物细胞工程的基础，如图所示，a、b、c表示现代工程技术，①②③表示a、b、c分别对应的结果，下列说法正确的是(　　) A．若a是核移植技术，①发育成完整个体体现了动物细胞核具有全能性 B．若b是体外受精技术，则②为良种家畜快速大量繁殖提供了可能 C．若c是胚胎分割技术，③中个体的基因型一般相同 D．①②③中作为受体的动物品种是珍稀的或存量少的雌性动物 答案　ABC 解析　①②③中作为受体的动物品种是具有健康体质和正常繁殖能力的雌性动物，D错误。 11．胚胎工程中各种操作技术如图所示，下列分析正确的是(　　) A．d可直接移植给受体，形成d的关键是要对a内细胞团均等分割 B．从良种公牛体内获得的精子可以直接与卵细胞结合受精 C．早期囊胚a、b、c基因型相同，但发育得到的个体表型不一定相同 D．代孕母牛应用激素提前做好同期发情处理，避免移植胚胎发生免疫排斥 答案　A 解析　d是分割后的囊胚，可直接移植给受体，形成d的关键是要对a的内细胞团均等分割，A正确；从良种公牛体内获得的精子需要经过获能处理后，才可以与卵细胞结合受精，B错误；早期囊胚a、b、c是不同精子和不同卵细胞经过受精作用形成的，基因型不一定相同，C错误；代孕母牛的子宫对外来胚胎几乎不发生免疫排斥，应用激素提前做好同期发情处理，使供、受体的生理状态相同，以保证移植的胚胎能够继续正常发育，D错误。 12．单倍体胚胎干细胞是指只含一套染色体，但拥有类似于正常干细胞分裂分化能力的细胞群。利用小鼠建立单倍体胚胎干细胞的操作如图所示。下列叙述不正确的是(　　) A．体外受精前应将卵母细胞培养至减数分裂Ⅰ中期 B．建立的单倍体胚胎干细胞中只含一条性染色体X或Y C．上述过程涉及动物细胞培养、体外受精等操作 D．理论上可用物质激活卵母细胞完成减数分裂Ⅱ实现由①直接转变为④ 答案　AB 解析　体外受精前应将卵母细胞培养至减数分裂Ⅱ中期，A错误；精子中含有的性染色体为X染色体或Y染色体，卵细胞中含有的性染色体为X染色体，由图可知，在建立单倍体胚胎干细胞过程中，是去除雄原核，所以获得的单倍体干细胞中含有的性染色体是X染色体，B错误；激活卵母细胞完成减数分裂Ⅱ得到的是卵细胞和极体；极体会退化消失，所以理论上可得到单倍体胚胎干细胞，D正确。 [非选择题] 13．(2022·全国甲卷，38节选，改编)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题： (1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是____________________________________；精子体外获能需要在获能液中培养，获能液中常见的有效成分有____________________________________(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__________________时才具备与精子受精的能力。 (2)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)冷冻保存　刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精　肝素或Ca2＋载体　减数分裂Ⅱ中期 (2)对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代 14 学科网（北京）股份有限公司 $$