第2章 第3节 第2课时 胚胎工程技术及其应用（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 不定项）

第2课时　胚胎工程技术及其应用 课时目标 1.采用模型与建模等方法，说明哺乳动物的体外受精、胚胎移植和胚胎分割技术的过程。(科学思维) 2．基于生物学基本原理，科学分析、判断胚胎移植和胚胎分割技术等有关议题。(社会责任) 一、体外受精 1．主要步骤：卵母细胞的采集、精子的获取和受精。 2．哺乳动物体外受精的过程 3．意义：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。 二、胚胎移植 1．概念：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．供体和受体 (1)供体：提供胚胎的个体。 (2)受体：接受胚胎的个体。 3．基本程序(以牛的胚胎移植为例) 4．意义 (1)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 (2)大大缩短了供体本身的繁殖周期。 (3)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，这使供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。 三、胚胎分割 1．概念：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．特点：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质。 3．实质：胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。 4．操作程序 5．意义 (1)可以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。 ◆漫画助学 ◆名师点睛 　胚胎移植成功的两个条件 (1)供体与受体必须是同种生物，异种生物之间很难成功。 (2)供、受体生理状况要相同，因此供体和受体需要进行同期发情处理。 ◆思维启迪 1．试管动物技术属于有性生殖还是无性生殖？为什么？ 提示：属于有性生殖。其过程是精子和卵子在体外受精形成受精卵，再将受精卵发育成的早期胚胎移植到受体子宫中。 2．胚胎分割是不是分割的份数越多，效率越高？为什么？ 提示：不是。分割的次数越多，分割后胚胎成活的概率越小。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．试管动物的制备属于无性繁殖。(　　×　　) 2．胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移。(　　√　　) 3．胚胎移植是胚胎工程中最终技术环节，移植的胚胎一般在原肠胚之前，也可直接移植受精卵。(　　×　　) 4．桑葚胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割。(　　×　　) 5．对桑葚胚进行胚胎分割时，应将内细胞团均等分割。(　　×　　) 6．胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性繁殖。(　　√　　) 任务一__体外受精和胚胎移植 1．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。 答案：不相同。一般情况下，体外受精是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。而人工授精过程中精子和卵子的结合是在雌性动物的输卵管中完成的。 2．胚胎移植的生理学基础 (1)将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理？ 答案：不一定能正常发育。在移植前应对受体进行同期发情处理。 (2)受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？ 答案：受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。 (3)胚胎移植后，经受体孕育的后代，遗传特性与供体，还是受体保持一致？为什么？ 答案：与供体保持一致。因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系，其遗传特性在孕育过程中不会发生任何变化。 1．体外受精的原理 人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等)，使卵母细胞成熟、精子获能，最终完成受精和胚胎保存。 2．胚胎移植的生理学基础 3．胚胎移植中的四个注意点 两次使用 激素 第一次：用孕激素对受、供体进行同期发情处理 第二次：用促性腺激素处理使供体超数排卵 两次 检查 第一次：对收集的胚胎进行检查 第二次：对受体母畜是否妊娠进行检查 移植 时间 不同 ①牛、羊至少要培养到8～16细胞或16细胞阶段 ②小鼠至少要培养到桑葚胚阶段 ③几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植 繁殖 方式 ①胚胎由受精卵形成，属于有性生殖 ②胚胎由核移植或胚胎分割形成，属于无性生殖 1．下列有关哺乳动物体外受精的叙述，正确的是(　　) A．给实验动物注射促性腺激素，使其产生更多的精子 B．采集的卵母细胞可直接与获能的精子受精 C．获能的精子和成熟的卵子要在适当的培养液中完成受精 D．卵母细胞与精子受精前均已完成减数分裂 Ⅱ C　解析：给实验动物注射促性腺激素，目的是使其产生更多的卵细胞，A错误；从卵巢中采集的卵母细胞培养成熟后才与获能的精子受精，B错误；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一段时间，来促使它们完成受精，C正确；次级卵母细胞减数分裂 Ⅱ 是在精子和卵子结合过程中完成的，D错误。 2．下列关于胚胎移植的叙述，错误的是(　　) A．在胚胎移植中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体” B．胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程 C.胚胎移植是胚胎工程其他技术的第一道“工序” D．胚胎移植能否成功，与供体和受体的生理状态有关 C　解析：胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”，C错误。 3．(不定项)下图表示牛胚胎移植的基本程序，下列说法正确的是(　　) A．供体母牛的主要职能是产生具有优良性状的胚胎 B．图中a指的是超数排卵，可用激素促进该过程 C．图中c表示胚胎移植 D．上述胚胎移植后产生的犊牛，其遗传物质有三个来源，分别是供体母牛、供体公牛和受体母牛 ABC　解析：受体母牛只提供胚胎发育的场所，没有给犊牛提供遗传物质，D错误。 任务二__胚胎分割 1．胚胎分割时对胚胎的品质和时期有何要求？ 答案：在进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。 2．胚胎移植前，为什么要对胚胎进行DNA分析和性别鉴定？ 答案：进行DNA分析的目的是进行遗传病筛查，以防止产生的后代具有严重的遗传病；进行性别鉴定是为了人工筛选后代动物的性别。 胚胎分割动物与体细胞克隆动物的比较 1．(2024·济南高二检测)央视纪录片《种子　种子》中展示了位于山东东营的国家级奶牛核心育种场利用胚胎移植和胚胎分割等技术繁育优良奶牛的过程，下列说法错误的是(　　) A．在采卵前，可注射促性腺激素来诱发母牛产生比自然状态下更多的成熟卵子 B．体外受精之后，如果在卵子中观察到两个极体说明受精成功 C．对囊胚阶段的胚胎进行分割时要注意将内细胞团进行均等分割 D．通过体外受精或者胚胎分割技术获得新个体的过程都属于有性繁殖过程 D　解析：进行超数排卵处理时通常给雌性动物注射外源促性腺激素，A正确；受精后在卵子中观察到两个极体或雌、雄原核是受精完成的标志，说明受精成功，B正确；在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团进行均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，C正确；体外受精获得新个体的过程属于有性繁殖过程，但胚胎分割得到的胚胎培育成新个体属于无性繁殖过程，D错误。 2．下图表示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．甲所表示的细胞一定是受精卵 B．图中a过程包括桑葚胚、囊胚和原肠胚等阶段 C．胚胎移植技术可以定向改变动物的遗传性状 D．图示过程使用了动物细胞培养、胚胎分割、胚胎移植等生物技术 D　解析：题图中甲所表示的细胞不一定是受精卵，也可能是核移植形成的重组细胞，A错误；题图中a过程包括2细胞、4细胞……桑葚胚阶段，B错误；胚胎移植是早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移，该技术不能改变动物的遗传性状，C错误；题图所示过程使用了细胞培养、胚胎分割、胚胎移植等生物技术，D正确。 胚胎移植的应用——科学探究与社会责任 和牛是世界公认的高档肉牛品种，其体型较小，肉质鲜嫩，营养丰富。我国科研人员利用胚胎移植技术，按如图所示流程操作，成功地批量培育了和牛这一优良品种。 设计1：考查基础知识的识记和理解能力 (1)用________激素处理，可使供体母牛超数排卵，过程①中产生的精子需要进行____________处理后才具有与卵母细胞受精的能力。 (2)试管牛的培育需要的工程技术有________________和胚胎移植等。 设计2：考查知识迁移能力 (3)图中移植的胚胎处于____________期，移入的胚胎能在代孕雌牛子宫中存活的生理基础是________________________________________；为培育子代雌性小牛，胚胎移植前需进行性别鉴定，宜取________________细胞进行DNA分析。 设计3：考查长句表达能力与原因分析能力 (4)为提高胚胎利用效率，尽快获得数量较多的子代和牛，图中甲环节是对牛胚胎所做的处理，使用的技术称为__________________，最终目的是________________________；这一过程中，要特别注意将内细胞团________________分割，其原因是_______________________ _______________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)促性腺　获能 (2)体外受精、早期胚胎培养 (3)囊胚　代孕雌牛子宫对外来胚胎基本不发生免疫排斥反应　滋养层 (4)胚胎分割　产生多个基因型相同的后代　均等　若分割不均匀，将影响分割后的胚胎恢复和发育，如含内细胞团少的部分发育不良或不发育 解析：(1)用促性腺激素处理雌牛后，可使供体母牛一次性排出多个卵细胞；采集的精子往往需要经过获能处理后才具有与卵细胞受精的能力。(2)试管牛的培育需要体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。(3)题图中移植的胚胎处于囊胚期；移入的胚胎能在代孕雌牛子宫中存活，其生理基础是代孕雌牛子宫对外来胚胎基本不会发生免疫排斥反应；另外，为培育雌性小牛，胚胎移植前需进行性别鉴定，应取早期胚胎的滋养层细胞进行DNA分析。(4)胚胎分割是借助显微操作技术或徒手操作方法切割早期胚胎成二、四等多等份再移植给受体母畜，从而获得同卵双胎或多胎的生物学新技术。为提高胚胎利用效率，尽快获得数量较多的子代和牛，应对胚胎进行胚胎分割处理，此操作的最终目的是获得多个基因型相同的后代。该处理过程需特别注意的是要将内细胞团均等分割，否则将影响分割后胚胎的恢复和发育，比如含内细胞团少的部分发育不良或不发育。 1．罗伯特·爱德华兹因在体外受精技术领域作出的开创性贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖。下列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，精子会释放多种水解酶，防止多精入卵 A　解析：获取的精子经获能后才能进行受精，A正确；采集的卵母细胞要在体外培养成熟后，才能与获能的精子受精，B错误；精子和卵细胞形成受精卵后，需培养到一定阶段才可移植，C错误；精子与卵子相遇后，主要通过透明带和卵细胞膜两道屏障防止多精入卵，D错误。 2．北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛死亡，该物种仅剩下两头雌性个体。在此之前，研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。下列相关叙述正确的是(　　) A．精子应置于与北方白犀牛体温相同的环境下保存 B．可以通过细胞核移植技术“克隆”出雌、雄北方白犀牛 C．采用体外受精的方式繁殖北方白犀牛，应运用到胚胎移植技术 D．保护大熊猫、北方白犀牛最好的方法是采用胚胎工程技术进行繁殖 C　解析：精子应置于低温环境下保存，A错误；因为剩下的两头北方白犀牛都是雌性个体，所以用细胞核移植技术只能克隆出雌性北方白犀牛，B错误；采用体外受精获得的受精卵，经过体外培养至早期胚胎后，要通过胚胎移植技术移植到受体体内发育，C正确；保护大熊猫的最好方法是就地保护，D错误。 3．(2024·昆明高二检测)大多数哺乳动物的晚期桑葚胚分割后，分离的卵裂球仍具有调整发育的能力，重新致密化使卵裂球重新分布而发育至囊胚。该调节能力随发育进程逐渐减弱甚至消失。下列说法错误的是(　　) A．胚胎分割属于无性繁殖或克隆的范畴 B．卵裂过程中所需营养主要来源于培养液 C．桑葚胚及囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性 D．囊胚期的细胞出现了细胞分化，但遗传物质未发生改变 B　解析：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，经移植可获得同卵双胎或多胎的技术，属于无性繁殖或克隆的范畴，A正确；胚胎发育早期所需要的营养来自卵黄，B错误；在桑葚胚以前的细胞(包括桑葚胚细胞)没有发生分化，每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，具有全能性，囊胚的内细胞团将来可以发育成胎儿的各种组织，因此也具有全能性，C正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，囊胚期的细胞出现了细胞分化，但遗传物质并没有变化，D正确。 4．(2024·福州高二检测)梅花鹿胚胎移植实验的主要流程如下。下列相关叙述正确的是(　　) A．①过程需要注射有关激素，目的是获得更多的卵原细胞并完成减数分裂 B．③过程是以哺乳动物早期胚胎与子宫建立了组织上的联系为前提 C．④过程是对胚胎进行质量检查，可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚 D．⑤过程成功率的高低主要取决于供、受体生理状况的一致性 D　解析：对供体进行超数排卵处理需要注射促性腺激素，目的是获得更多的卵细胞，而不是卵原细胞，A错误；③过程为胚胎收集，前提是早期胚胎形成后，在一定时间内处于游离状态，没有与母体子宫建立组织上的联系，B错误；④过程为胚胎质量检查，可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚，C错误；⑤过程为胚胎移植，成功率的高低与供体、受体的生理状况是否相同有关，D正确。 5．(不定项)研究人员欲采用“异源囊胚补全法”将人源iPS细胞培育出的肾元祖细胞导入囊胚，培育出100%人源iPS细胞来源的肾单位并应用于实际移植医疗(如下图所示)。下列说法错误的是(　　) A．培育人源肾元祖细胞需向iPS细胞培养液中加入定向诱导分化剂 B．过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入囊胚的内细胞团 C．过程③操作之前需对代孕猪进行超数排卵和同期发情处理 D．该技术培育的人源肾脏需要考虑肾移植个体之间的遗传差异 C　解析：培育人源肾元祖细胞需向iPS细胞培养液中加入定向诱导分化剂，A正确；过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入囊胚的内细胞团，从而保证人源肾细胞的正常发育，因为内细胞团会发育成完整胚胎，B正确；过程③操作之前需对代孕猪进行同期发情处理，但不需要进行超数排卵处理，因为代孕猪不提供卵母细胞，C错误；该技术培育的人源肾脏依然需要考虑肾移植个体之间的遗传差异，D正确。 6．Leigh氏综合征是一种神经系统疾病，其致病基因位于线粒体DNA中。一位母亲约有1/4的线粒体携带有这种致病基因，她的前两个孩子因为患有Leigh氏综合征而夭亡。她的第三个孩子因为接受另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。请根据男婴孕育过程回答下面的问题： (1)该母亲的前两个孩子患病夭亡的原因是______________________________________ ______________。该健康男婴孕育过程中依次使用了________、体外受精、早期胚胎培养和____________等技术。 (2)图示过程中代表该母亲的卵母细胞的是______(填“A”或“B”)。取卵之前，该母亲需要注射________激素。 (3)在胚胎孕育过程中医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育的原因是__________________________________________________。 答案：(1)含较多缺陷线粒体的卵细胞参与受精产生后代　核移植　胚胎移植 (2)B　促性腺 (3)男性的线粒体不会遗传给后代 解析：(1)依据题干信息可知，Leigh氏综合征的致病基因位于线粒体DNA中，该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全部来自卵细胞，因此导致前两个孩子患病夭亡。该健康男婴孕育过程中依次使用了核移植、体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。(2)该母亲的卵母细胞是提供细胞核的卵母细胞，即题图中的B。取卵之前，该母亲需要注射促性腺激素，以实现超数排卵。(3)因为男性的线粒体不会遗传给后代，为使后代尽可能不患病，在胚胎孕育过程中医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育。 学科网（北京）股份有限公司 $$