第3章 第4节 对动物早期胚胎或配子进行处理可获得目标个体（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（浙科版2019）

第四节　对动物早期胚胎或配子进行处理可获得目标个体 课程内容标准 核心素养对接 1.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。 2．简述胚胎工程包括胚胎移植、体外受精、胚胎移植和胚胎分割、胚胎干细胞培养等多项技术。 1.归纳与概括胚胎发育过程中不同时期的细胞特点。(科学思维) 2．通过胚胎工程多种技术的学习，培养创造性思维。(科学思维) 3．通过多种胚胎工程技术的应用场景的学习，认同科技造福人类，关爱生命的理念。(社会责任) [对应学生用书P59] 1．胚胎工程 (1)主要是指针对胚胎发育过程的生物技术。 (2)主要技术有胚胎移植、体外受精、胚胎体外培养、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。 (3)操作的主要对象是生殖细胞、受精卵和早期的胚胎细胞。 2．受精作用 (1)定义：精子与卵细胞结合形成受精卵的过程。 (2)过程：①精卵识别—精子和卵细胞会利用特异性识别蛋白进行精卵识别。②精子入卵—精子的头部开始通过与卵细胞膜融合进入卵细胞。此时，卵细胞会形成受精膜，阻止后续精子入卵、激活受精卵分裂等。③原核形成—精核与卵核相遇，精核的核膜溶解，体积变大形成雄原核；同时卵子完成第二次减数分裂，释放了第二机体后，卵细胞核核膜溶解，体积变大形成雌原核。④形成新核—雌雄原核的染色体会合在一起最终形成新核。 (3)场所：输卵管 3．早期胚胎发育 卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚 二、通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 1．体外受精 (1)定义：指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。 (2)基本原理：人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞发育成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用。 (3)利用体外受精获得试管动物的过程如下 (4)优点：①不仅可以使优良的公畜繁育更多的后代，还可以最大限度地减少种公畜的饲养数量，节约饲养成本。②同时优良公畜的精液可长期保存且易于运输，这也省去了大型公畜运输的麻烦。 2．胚胎移植 (1)定义：指将雌性动物的早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为个体的技术。 (2)过程 (3)意义：在胚胎工程中通过任何一项技术，如转基因、核移植或体外受精等获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。因此，移植是胚胎工程的最后一道“工序”。 3．胚胎分割 (1)定义：指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕动物子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。 (2)过程 1．判正误 (1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管。(√) (2)卵裂阶段的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂。(×) (3)卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量增多，细胞体积增大。(×) (4)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。(√) 2．微思考 (1)试管动物是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，由受精卵形成的早期胚胎移植到受体中。 (2)胚胎移植过程中，对供、受体的选择，有哪些要求？ 提示　①供体：遗传性状优良，生产能力强。②受体：有健康的体质和正常繁殖能力。 (3)胚胎发育卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么？ 提示　卵裂阶段细胞中有机物减少、每个细胞中DNA的含量基本不变，细胞体积减小。从受精卵到囊胚阶段总体积不变或略有缩小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因为细胞一直通过呼吸消耗有机物但不从外界吸收有机物。 [对应学生用书P60] 任务驱动一　早期胚胎发育 动物的受精卵一旦形成，便进入胚胎发育阶段。下图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段，请据图回答问题。 (1)写出以上各阶段胚胎的名称。 提示　A.桑葚胚；B.囊胚；C.原肠胚。 (2)早期胚胎发育的起点是什么？胚胎发育的场所是什么？ 提示　受精卵。最初几次的卵裂发生在母体的输卵管中，然后逐渐迁入到子宫中进行进一步的胚胎发育。 (3)A阶段的胚胎具有什么特点？ 提示　桑葚胚内的细胞排列比较紧密，是由受精卵通过有丝分裂产生的，细胞的功能和发育潜能没有发生变化，仍然具有发育的全能性。 (4)细胞①和②有什么区别？ 提示　①是滋养层细胞，形状扁平，将来发育成胚胎的附属结构或胚外结构；②是内细胞团细胞，能够不断地增殖分化，将来发育成完整的胚胎。 (5)C阶段的细胞是否具有全能性？ 提示　原肠胚时期出现了3个胚层的分化，各个胚层将来发育成不同的组织和器官，因此不具有全能性。 1．胚胎早期发育场所：输卵管、子宫。 2．胚胎早期发育过程 发育过程 特点 受精卵 受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育 卵裂期 细胞在透明带中进行有丝分裂，细胞数量不断增加，胚胎的总体积不增加 桑葚胚 卵裂产生的子细胞形成致密的细胞团，形似桑葚 囊胚 ①细胞开始出现分化(内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层将来发育为胚胎的附属结构或胚外结构如绒毛膜，胚盘等)； ②出现囊胚腔 原肠胚 ①分化为内胚层、中胚层和外胚层三个胚层；②逐渐形成各种器官原基； ③最先形成的是神经管 发育过 程图示 [特别提醒]　受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。一般来说，细胞的全能性随发育的深化而降低。 下图是胚胎发育过程中某阶段示意图，下列有关叙述错误的是(　　 ) A．图中②将发育为绒毛膜、胚盘等结构 B．图中③可发育成完整的胚胎 C．高等哺乳动物细胞分化开始于桑葚胚期 D．此时的胚胎开始出现空腔，称为囊胚腔 C　[图中②是滋养层，将来发育成绒毛膜、胚盘等结构，A项正确；③是内细胞团，将来发育成完整的胚胎，B项正确；高等哺乳动物细胞分化开始于囊胚期，C项错误；此时的胚胎开始出现空腔，称为囊胚腔，D项正确。] [借题发挥] 1．(长句专练)何谓卵裂？此时期细胞有何特点？ 提示　受精卵的早期分裂称为卵裂。此时细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。 2．(科学思维)胚胎发育的营养物质来自哪里？ 提示　早期胚胎发育的营养物质来自卵子，后期通过胎盘从母体吸收营养物质。 1．在动物的胚胎发育过程中，早期原肠胚的细胞从一个部位移植到另一个部位时，被移植的细胞能适应新的部位并参与那里的器官形成。但如果在原肠胚的末期，未来发育为蝾螈下肢的部分移植到蝾螈胚胎不长下肢的部分，将发育为一条额外的腿，这说明(　　 ) A．原肠胚末期已出现了组织和器官的形成 B．原肠胚末期开始出现细胞分化 C．原肠胚末期确定了细胞发育的方向 D．原肠胚末期的细胞开始具有了全能性 C　[原肠胚末期组织和器官并未形成，但是出现了细胞的分化，A项错误；原肠胚末期之前，细胞已经开始分化，B项错误；根据题干信息可知，原肠胚末期时细胞已确定了发育的方向，C项正确；原肠胚末期的细胞移植后只发育成特定的组织器官，不能体现细胞的全能性，D项错误。] 2．能正确表示高等动物胚胎发育顺序的是(　　 ) A．受精卵→卵裂→囊胚→原肠胚→组织器官的分化 B．卵→卵裂→囊胚→原肠胚→组织器官的分化 C．受精卵→囊胚→原肠胚→幼体 D．受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化 D　[高等动物胚胎发育：受精卵首先通过卵裂形成32个细胞的桑葚胚，桑葚胚细胞再进一步发育成具有囊胚腔的囊胚，囊胚继续分化形成具有三个胚层分化的原肠胚，然后出现组织器官的分化，最后形成幼体。] 任务驱动二　胚胎移植 下图为胚胎移植的流程图解，据图回答： (1)胚胎移植的繁殖方式一定是有性生殖吗？为什么？ 提示　不一定。胚胎移植的繁殖方式取决于胚胎是由受精卵形成的，还是由核移植技术形成的重组细胞发育而成的。若是由受精卵形成的，则为有性生殖，否则为无性生殖。 (2)人工体外受精之前需要采集精子和卵细胞，人工采集到的精子和卵细胞能否直接发生受精作用？ 提示　不能。精子需要进行获能处理，卵细胞需要在体外培养至成熟(培养至减数第二次分裂中期)。 (3)胚胎移植的对象是受精卵还是早期胚胎？ 提示　早期胚胎。受精卵发育到一定阶段才能进行胚胎移植。 (4)胚胎移植的后代具有供体和受体共同的遗传性状吗？ 提示　不具有，后代的遗传性状是由供体决定的，受体只是提供了胚胎发育的场所，不影响后代的遗传特性。 (5)若想获得遗传特性相同的动物群，如何实现？ 提示　在胚胎移植之前，将发育良好的早期胚胎进行胚胎分割，然后分别进行胚胎移植。 1．胚胎移植中胚胎来源归纳 (1)核移植早期胚胎培养——无性繁殖。 (2)体外受精早期胚胎培养——有性生殖。 (3)体内受精→冲卵→移植——有性生殖。 2．胚胎移植的流程 [特别提醒] (1)作为胚胎受体的条件 (2)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。 3．有关胚胎分割的三点提醒 (1)分割要均等。分割囊胚的内细胞团时，一定要均等，若分割不均，会导致含内细胞团多的部分正常发育，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育。 (2)分割份数不能过多。分割的份数越多，每一份的细胞数会越少，越难做到均等分割，而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此，分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度越大，移植成功率越低。 (3)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质，该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合，属于无性繁殖或克隆。 随着我国奶牛养殖业的蓬勃发展，胚胎工程的应用日益广泛，下列有关胚胎工程的叙述，不正确的是(　　) A．需要选择遗传性能和生产性能都优秀的母牛做受体牛 B．需要对供、受体母牛用激素进行同期发情处理 C.胚胎移植的对象应是同种雌性动物 D．胚胎移植可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 A　[胚胎移植时，需要选择有健康的体质和正常繁殖能力的母牛作为受体牛，需要选择遗传性能和生产性能都优秀的母牛做供体牛，A项错误；需要对供、受体母牛用激素进行同期发情处理，以便使供、受体生殖器官的生理变化相同，为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境，B项正确；胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术，可见，胚胎移植的对象应是同种雌性动物，C项正确；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，其优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁育周期，D项正确。] [借题发挥] 1．(长句专练)胚胎移植成功的标志是什么？ 提示　移植的胚胎在受体内正常发育并分娩。 2．(科学思维)为什么同种动物之间进行胚胎移植易于成功？ 提示　这里的“同种”是指“同物种”，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。 1．对进行胚胎移植的优点，叙述不正确的是(　　) A．充分发挥雌性优良个体的繁殖能力 B．大大缩短了供体本身的繁殖周期 C．经移植可得到多个后代 D．胚胎移植可以提取药物 D　[胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。胚胎移植可加速育种工作和品种改良；大量节省购买种畜的费用；一胎多产；保存品种资源和濒危物种；可充分发挥优秀个体的繁殖潜力，即缩短繁殖周期，增加一生繁殖的后代数量。] 2．红安格斯牛因肉质鲜美、营养全面而被称为“贵族牛”，某示范养殖基地利用本地黄牛作受体牛“借腹生子”，同期移植接种了150枚的纯种胚胎。下列相关叙述错误的是(　　 ) A．红安格斯牛的主要职能是提供具有优良遗传特性的胚胎 B．对本地黄牛要进行超数排卵 C．“借腹生子”可以充分发挥红安格斯牛的繁殖潜力 D．本地黄牛作受体牛应具有健康的体质和正常繁殖能力 B　[红安格斯牛因肉质鲜美、营养全面被称为“贵族牛”，所以在胚胎移植中红安格斯牛应作为供体，供体的主要职能是提供具有优良遗传特性的胚胎，A项正确；本地黄牛只是为优良胚胎的发育提供子宫环境，故不需要对其进行超数排卵，B项错误；胚胎移植中供体提供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，大大缩短了供体本身的繁殖周期，所以胚胎移植可充分发挥雌性优良动物个体的繁殖潜力，C项正确；对受体的选择，应选择有健康的体质和正常繁殖能力的受体，D项正确。] 知识网络构建 关键知识积累 1.受精作用的实质是雄原核与雌原核彼此的染色体会合，最终形成新细胞核。 2.哺乳动物的胚胎培养液的成分：无机盐、有机物，维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。 3.不同动物胚胎移植的时间不同，牛、羊一般要培养到16细胞阶段(桑葚胚)或囊胚阶段才能进行移植。 4.胚胎分割是指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕动物子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。 [对应学生用书P64] 1．动物的受精过程包括下列基本步骤，其受精作用的实质是(　　 ) A．精子和卵子相互识别 B．精子头部侵入卵细胞内 C．卵子和精子结合 D．卵核和精核互相融合 D　[受精作用是精子和卵细胞相互识别、融合成为受精卵的过程，其实质是精核和卵细胞核互相融合，D项正确。] 2．下列有关胚胎移植的叙述，错误的是(　　 ) A．用激素处理胚胎移植的供体使其超数排卵 B．用激素处理胚胎移植的受体使其同期发情 C．对胚胎移植的供体和受体进行免疫检查，以防发生免疫排斥 D．克隆动物的培育和转基因动物的培育都需借助胚胎移植技术 C　[用激素处理胚胎移植的供体使其超数排卵，A项正确；胚胎移植前要对供体和受体使用激素进行同期发情处理，以保证胚胎移植入相同的生理环境，B项正确；不需要对胚胎移植的供体和受体进行免疫检查，因为受体子宫对移入的胚胎基本上不发生免疫排斥反应，C项错误；胚胎移植是克隆动物的培育和转基因动物培育的最后环节，D项正确。] 3．“试管婴儿”技术是目前解决不孕症的有效手段，这项技术实际上是指受精卵在体外培养3～5 d，形成胚胎后移植回母体子宫，着床后继续发育形成胎儿直至分娩。下列有关“试管婴儿”的叙述中，正确的是(　　 ) A．该技术属于胚胎工程的技术范围 B．该技术充分体现了动物体细胞的全能性 C．该技术依据的原理是无性生殖，子代能保持母体的性状 D．“试管婴儿”的形成及发育过程中不会发生基因重组和突变 A　[“试管婴儿”运用了体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术，属于胚胎工程的技术范围，A项正确。该技术是精子和卵细胞在体外结合受精，属于有性生殖，不能体现体细胞的全能性，B、C项错误；“试管婴儿”的形成及发育过程中会发生基因重组和突变，D项错误。] 4．表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛。产生这一结果最可能的原因是(　　 ) A．试管动物培养　　　　　 B．胚胎移植 C．胚胎分割移植 D．受精卵移植 C　[表现型不同的母牛，其基因型不一定不同，生育出基因型完全相同的小牛的可能性非常小；根据题目给出的选项，很可能是胚胎分割移植，该技术可提高牛的产仔率，这种情况下得到的后代基因型一定相同。] 5．(2021·浙江6月高考)采用CRISPR/Cas9 基因编辑技术可将增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因定点插入到受精卵的Y染色体上，获得转基因雄性小鼠。该转基因小鼠与野生型雌性小鼠交配，通过观察荧光可确定早期胚胎的性别。下列操作错误的是(　　 ) A．基因编辑处理的受精卵在体外培养时，不同发育阶段的胚胎需用不同成分的培养液 B．基因编辑处理的受精卵经体外培养至2细胞期，须将其植入同期发情小鼠的子官，才可获得表达 EGFP的小鼠 C．分离能表达EGFP的胚胎干细胞，通过核移植等技术可获得大量的转基因小鼠 D．通过观察早期胚胎的荧光，能表达 EGFP 的即为雄性小鼠胚胎 B　[依据胚胎在不同发育阶段对培养条件的特定需要，受精卵在体外培养时，不同发育阶段的胚胎需用不同成分的培养液，A正确；基因编辑处理的受精卵一般经体外培养至桑葚胚或囊胚阶段，进行胚胎移植，可获得表达EGFP的小鼠，B错误；分离能表达EGFP的胚胎干细胞，通过核移植、早期胚胎培养、胚胎移植等技术，可获得大量的转基因小鼠，C正确；由题意可知，通过基因编辑技术将Y染色体用绿色荧光蛋白基因标记，通过观察早期胚胎的荧光，能表达EGFP的个体含有Y染色体，即为雄性小鼠胚胎，D正确。] 6．(2022·全国卷)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___________________________________；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是________(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)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有________________________________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。 (3)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_______________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 解析　(1)一般采取冷冻保存的方法对采集的精液进行保存。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，因此，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两种：培养法和化学诱导法。对于牛、羊等家畜的精子常采用化学法，即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。当卵母细胞达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。(2)精子与卵子在体外受精后，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。哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂，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。(3)为了获得具有该公羊优良性状的后代，应先用相关激素对非繁殖期的受体母羊进行同期发情处理，再将保存的囊胚进行胚胎移植。 答案　(1)冷冻保存　只有获能的精子才能和培养成熟的卵子完成受精过程　肝素或钙离子载体A23187溶液　减数第二次分裂的中期(MⅡ中期)　(2)有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸等　(3)用相关激素对非繁殖期受体母羊进行同期发情处理→(将保存的囊胚进行)胚胎移植 学科网（北京）股份有限公司 $$