第2章 第3节 第2课时 胚胎工程技术及其应用（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

第2课时　胚胎工程技术及其应用 [课标要求] 1.分析体外受精技术的主要步骤(生命观念、科学探究)。　2.结合高产奶牛的胚胎移植，分析胚胎移植的生理学基础和基本程序(社会责任、科学探究)。　3.针对具体问题掌握胚胎分割中胚胎的选择与分割时的注意事项(生命观念、科学探究)。 (见学生用书P57) 知识点1　体外受精及胚胎移植1.体外受精 (1)试管动物是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)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。 (3)体外受精技术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。 2．胚胎移植 (1)概念：胚胎移植是指将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)过程(以牛的胚胎移植为例) (3)意义：充分发挥__雌性优良个体的繁殖潜力__，该技术中供体的主要职能为　产生具有优良遗传特性的胚胎　，繁重而漫长的妊娠和育仔任务由__受体__取代，从而大大缩短了供体本身的__繁殖周期__。同时，在对供体施行__超数排卵__处理后，可获得多枚胚胎，经__移植__可得到多个后代。 【辨正误】 (1)采集到的卵母细胞和精子要共同放在一起进行获能处理并受精。(　×　) 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。 (2)受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。(　×　) 一般将受精卵发育到桑葚胚或囊胚阶段进行胚胎移植。 (3)胚胎移植时，受体的主要作用是提供具有优良遗传特性的胚胎。(　×　) 胚胎移植时，供体的主要职能是产生具有优良遗传特性的胚胎。 (4)胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。(　√　) (5)胚胎移植的最大优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(　√　) 知识点2　胚胎分割1.概念：胚胎分割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：动物的__无性__繁殖或克隆。 3．特点：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。 4．仪器设备：胚胎分割所需要的主要仪器设备为体视显微镜和__显微操作仪__。 5．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)还可用分割针分割__滋养层__，做DNA分析，鉴定性别。 (4)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。 6．胚胎分割的意义 (1)促进优良动物品种的__繁殖__。 (2)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。 (3)在胚胎移植前进行__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。 【辨正误】 (1)早期胚胎具有很强的繁殖能力并保持着细胞全能性，是进行胚胎分割的基础。(　√　) (2)对于不同发育时期的胚胎，分割的具体操作完全不同。(　×　) 对于不同发育时期的胚胎，分割的具体操作“不完全相同”。 (3)分割后的胚胎必须经过体外培养，再移植给受体。(　×　) 分割后的胚胎也可直接移植给受体。 (4)在胚胎移植前采用胚胎分割技术可进行性别鉴定及遗传病筛查。(　√　) (教材P60“图2－22”拓展)下图是哺乳动物体外受精过程示意图，完成填写下列空白部分： (1)过程A为__卵母细胞的采集__，从卵巢中获取后需要培养到①__MⅡ__期才能具有受精的能力。 (2)精子的获取过程中，采集的精液先进行②__离心__处理，然后再进行B__精子获能__后才具有受精的能力。 (3)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，进行过程C__体外受精__。 探究点1　体外受精与胚胎移植技术及应用 如图为纯种荷斯坦小奶牛的培育过程，请据图思考下列问题： (1)从供体母牛体内获取的卵母细胞，一般需经过怎样的处理才能具备受精能力？从良种公牛体内获取的精子是否也需处理？ (2)图示操作A应为__________，操作B为__________，此操作对受体母牛选择有何要求？移植前对受体母牛应作怎样的处理？ (3)欲实现供体的后代数远超自然繁殖率，可对供体作何种处理？ (4)胚胎为何能在受体母牛的子宫中成活？胚胎移植到受体母牛的子宫后，其遗传特性会不会在孕育过程中受到影响？ 提示　(1)体外受精时，从供体母牛体内获取的卵母细胞，一般要在体外培养到MⅡ期时才能参与受精，而从优良公牛体内获取的精子要经过获能处理才能受精。 (2)体外受精　胚胎移植　应选择有健康的体质和正常繁殖能力且生理状态相同的受体母牛；移植前应对受体母牛进行同期发情处理。 (3)在对供体施行超数排卵处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代，这可使供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。 (4)由于受体对移入的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，因此胚胎能在受体母牛的子宫中成活。胚胎移植到受体母牛的子宫后，其遗传特性不会在孕育过程中受到影响。 1．胚胎移植操作流程及关键点(以牛为例) 2．胚胎移植的生理学基础 3．试管动物与克隆动物的比较 项目 试管动物 克隆动物 发育起点 受精卵 核移植后的重组细胞 生殖类型 有性生殖 无性生殖 遗传物质 来源 亲本双方 提供体细胞和卵母细胞的双方，主要来源于供核方 后代性状 双亲特点 主要与供核方相同 生物技术 或原理 体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植 动物细胞核的全能性、核移植等 遗传规律 遵循 不遵循 实例 试管牛、试管羊 多莉羊 意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期 加速家畜遗传改良进程，挽救濒危物种等 4.辨析体外受精、人工授精与自然受精 项目 体外受精 人工授精 自然受精 不同点 过程 人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程 用人工的方法将公畜的精液注入母畜的生殖道内，完成受精 雌雄动物 交配完成 场所 体外培养液 雌性动物输卵管 雌性动物 输卵管中 相同点 (1)精子获能、卵子成熟后才能完成受精过程； (2)都是有性生殖 【例1】 (2024·北京)我国科学家体外诱导食蟹猴胚胎干细胞，形成了类似囊胚的结构(类囊胚)，为研究灵长类胚胎发育机制提供了实验体系(如图)。相关叙述错误的是(　　) A．实验证实食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能 B．实验过程中使用的培养基含有糖类 C．类囊胚的获得利用了核移植技术 D．可借助胚胎移植技术研究类囊胚的后续发育 答案　C 解析　体外诱导食蟹猴胚胎干细胞， 形成了类似囊胚的结构(类囊胚)，证实了食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能，A项正确；实验过程中使用的培养基需含有糖类，糖类可为细胞培养提供能源物质，B项正确；类囊胚的获得利用了动物细胞培养技术，并没有进行核移植，C项错误；可借助胚胎移植技术将类囊移植到相应的雌性受体中继续胚胎发育，从而可以用来研究类囊胚的后续发育，D项正确。 【例2】 (2024·湖北)波尔山羊享有“世界山羊之王”的美誉，具有生长速度快、肉质细嫩等优点。生产中常采用胚胎工程技术快速繁殖波尔山羊。下列叙述错误的是(　　) A．选择遗传性状优良的健康波尔母山羊进行超数排卵处理 B．胚胎移植前可采集滋养层细胞进行遗传学检测 C．普通品质的健康杜泊母绵羊不适合作为受体 D．生产中对提供精子的波尔公山羊无需筛选 答案　D 解析　选择遗传性状优良的健康波尔母山羊作为供体，进行超数排卵处理，A项正确；胚胎移植前，可采集部分滋养层细胞进行遗传学检测，B项正确；作为受体的杜泊母山羊只需具备健康的体质和正常繁殖能力即可，但山羊和绵羊是不同的物种，具有生殖隔离，因此不能将山羊的胚胎移植到绵羊子宫发育，即普通品质的健康杜泊母绵羊不适合作为受体，C项正确；生产中需选择品质良好的波尔公山羊提供精子，D项错误。 探究点2　胚胎分割技术及其应用 如图是牛胚胎性别鉴定和分割示意图，请思考： (1)进行胚胎分割时，应选择何种时期的胚胎予以操作？为什么说胚胎分割可视作无性繁殖或克隆的方法之一？ (2)图示①中，A为__________，它将发育成__________，B为__________，它将发育成__________。 (3)图示③中C处的操作是___________________________________________ ______________________。 (4)图示④的操作是__________，该操作必须注意________________________ _____________________________________________。 (5)图⑤显示的“二分胚”经移植可获得__________，它们在遗传性状上应具备什么特点？ 提示　(1)桑葚胚或囊胚；由于经过同一胚胎分割，得到的胚胎具有相同的遗传物质，因此，胚胎分割可视作动物无性繁殖或克隆的方法之一。 (2)滋养层　胎膜和胎盘　内细胞团　胎儿的各种组织 (3)取样滋养层，做DNA分析，鉴定性别 (4)分割囊胚　将内细胞团均等分割 (5)同卵双胎　理论上它们在遗传性状上相同。 1．胚胎分割的基础及时期选择 (1)胚胎分割的基础 ①理论基础——细胞的全能性。 ②物质基础——每个细胞核内具有相同的遗传物质。 (2)胚胎分割的时期选择：桑葚胚或囊胚 2．胚胎分割动物与体细胞核克隆动物的比较 项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物 相同点 都属于无性生殖或克隆，最终技术环节是胚胎移植 不同点 胚胎 来源 雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎 通过核移植技术获得的重构胚 遗传 物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质 克隆动物的遗传物质主要由供体细胞的细胞核提供 起点 经过受精作用或其他方式形成的一个细胞 经过核移植形成的一个细胞 【例3】 如图表示胚胎分割的过程，下列有关胚胎分割的说法，正确的是(　　) A．为了获得良种后代，可以取少量内细胞团细胞进行DNA分析 B．细胞A不一定是受精卵 C．为了获得更多的胚胎，分割胚胎时产生的份数越多越好 D．对胚胎进行分割后得到的个体性别不同 答案　B 解析　囊胚阶段取样滋养层进行DNA分析，A项错误；细胞A可能是受精卵、重组细胞或早期还未分化的胚胎细胞等，B项正确；胚胎分割可将早期胚胎分为2等份、4等份、8等份等，但胚胎分割份数越多，操作难度越大，成功率越低，C项错误；对胚胎进行分割后所得个体性别相同，D项错误。 【例4】 以下对于胚胎分割的描述，正确的是(　　) ①胚胎分割技术与胚胎移植无关　②通常利用桑葚胚或囊胚作为分割的胚胎材料　③对于不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作完全相同　④胚胎分割需要的主要仪器设备为体视显微镜和显微操作仪　⑤胚胎分割可以看作动物的有性生殖　⑥胚胎分割次数越多，产生的新个体也越多 A．②④　　　　　 B．③⑤⑥ C．①②③ D．④⑥ 答案　A 解析　胚胎分割后通常需要胚胎移植，①错误；通常利用桑葚胚或囊胚作为分割的胚胎材料，②正确；对于不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作不完全相同，③错误；胚胎分割需要的主要仪器设备为体视显微镜和显微镜操作仪，④正确；胚胎分割可以看作动物的无性生殖，⑤错误；胚胎分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，产生的新个体不一定多。⑥错误。正确的是②④。 (1)在分割囊胚阶段胚胎时，内细胞团要均等分割，因为内细胞团将来会发育为胎儿的各种组织。若不能将内细胞团均等分割，会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 (2)胚胎分割的份数越多，技术难度越大，分割后胚胎的成活率也越低。目前，仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高，其已成为提高家畜胚胎利用率的手段之一。 核心知识小结 [网络构建] [答题必备] 1．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。 2．胚胎移植是指将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。 3．胚胎移植主要包括供体、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，以及移植后的检查等步骤。 4．进行胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。在这项技术中，供体的主要职能变为产生具有优良遗传特性的胚胎，繁重而漫长的妊娠和育仔任务由受体取代，这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。 5．胚胎分割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。 1．(2023·广东)科学家采用体外受精技术获得紫羚羊胚胎，并将其移植到长角羚羊体内，使后者成功妊娠并产仔，该工作有助于恢复濒危紫羚羊的种群数量。此过程不涉及的操作是(　　) A．超数排卵　　　　　 B．精子获能处理 C．细胞核移植 D．胚胎培养 答案　C 解析　由题干信息可知，该过程通过体外受精获得胚胎，再通过胚胎移植，使长角羚羊成功妊娠并产仔，因此需要进行超数排卵、精子获能处理，并对获得的受精卵进行胚胎培养；由于该过程为有性生殖，因此不涉及细胞核移植操作，所以C项正确。 2．下列哪项与胚胎分割的过程或特点不符(　　) A．在桑葚胚或囊胚阶段进行分割 B．胚胎可分割成2等份、4等份等 C．胚胎分割可看作动物克隆的方法之一 D．胚胎分割移植后获得的动物个体之间性状完全相同 答案　D 解析　胚胎分割通常在桑葚胚或囊胚阶段进行，A项正确；胚胎分割可将胚胎分割成2等份、4等份或8等份等，B项正确；胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一，C项正确；胚胎分割移植后获得的动物个体之间遗传物质是相同的，基因的选择性表达可使性状不完全相同，D项错误。 3．三亲婴儿有三个亲代，可避免夫妻将某些致病基因传递给婴儿，下图是三亲婴儿培育流程示意图，有关叙述正确的是(　　) A．精子和两种卵母细胞取出后需要用获能液处理 B．受精卵发育成囊胚或原肠胚都能移植到母亲子宫内且不会发生排斥 C．三亲婴儿DNA、染色体都由母亲、父亲、捐献者共同提供 D．三亲婴儿的培育需要使用核移植、早期胚胎培养、胚胎移植等技术 答案　D 解析　只有精子取出后需要用获能液处理，A项错误；受精卵发育成原肠胚不适宜移植到母亲子宫内，B项错误；三亲婴儿的染色体由母亲、父亲共同提供，少部分DNA由捐献者提供，C项错误；三亲婴儿的培育需要使用核移植、早期胚胎培养、胚胎移植等技术，D项正确。 4．(2024·甘肃)甘加藏羊是甘肃高寒牧区的优良品种，是季节性发情动物，每年产羔一次，每胎一羔，繁殖率较低。为促进畜牧业发展，研究人员通过体外受精、胚胎移植等胚胎工程技术提高藏羊的繁殖率，流程如下图。下列叙述错误的是(　　) A．藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵 B．藏羊乙的获能精子能与刚采集到的藏羊甲的卵母细胞受精 C．受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理 D．后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙 答案　B 解析　促性腺激素能作用于卵巢，藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵，A项正确；从卵巢中刚采集的卵母细胞需培养到MⅡ期后才可与获能的精子进行体外受精，B项错误；在胚胎移植前要对接受胚胎的受体和供体进行同期发情处理，使受体的生理状况相同，因此受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理，C项正确；后代丁是由藏羊甲的卵细胞和藏羊乙的精子结合形成的受精卵发育而来，因此后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙，D项正确。 5．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图所示，请据图回答问题： (1)此过程用到的生物技术有________________________________(答出两个即可)。 (2)为了获得更多的卵母细胞，需用________对雌性杜泊羊进行处理。进行体外受精前，需将卵母细胞培养到____________期；精子需进行____________处理。受精时防止多精入卵的两个细胞结构是____________和____________。 (3)生产上常用____________期的胚胎进行胚胎移植，移植的胚胎在受体绵羊体内存活的生理基础是______________________________。 (4)为了进一步扩大繁殖规模，可通过__________技术获得同卵双胎。 解析　(1)据图分析可知，从采集卵母细胞、精子到受精卵的形成采用的是体外受精技术；将受精卵培养成早期胚胎采用的是早期胚胎培养技术；将早期胚胎移入当地普通绵羊体内，采用的是胚胎移植技术。(2)用促性腺激素处理雌性杜泊羊，使其超数排卵，可以获得更多的卵母细胞。动物排出的卵母细胞还未成熟，在体外受精前需将卵母细胞培养到MⅡ期；精子也需要进行获能处理，才具备与卵细胞结合的能力。受精时防止多精入卵的两个细胞结构是透明带和卵细胞膜。(3)生产上常用桑葚胚和囊胚期的胚胎进行胚胎移植，由于在胚胎移植过程中需要对受体进行同期发情处理，故移植的胚胎在受体绵羊体内存活的生理基础是受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应。(4)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质，故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　(1)体外受精技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植等　(2)促性腺激素　MⅡ　获能　透明带　卵细胞膜　(3)桑葚胚或囊胚　受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应　(4)胚胎分割 学科网（北京）股份有限公司 $$