【同步学案】2.3胚胎工程(课件版共82张PPT)

(共82张PPT)
2.3 胚胎工程
2019版新教材高中生物
选择性必修3精品学案
目 标 素 养
1.简述受精前精子和卵子的准备以及受精的过程。
2.简述胚胎早期发育的过程及各时期的特点。
3.理解体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值,说出胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。
4.结合胚胎移植、胚胎分割的基本程序及应用,形成结构与功能观。
5.认同体外受精、胚胎移植在家畜快速繁殖中的重要意义。
知 识 概 览
一、胚胎工程的概念
1.操作对象
对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理。
2.操作目的
将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
3.操作技术
体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
二、受精
1.概念
受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程,包括受精前的准备阶段和受精阶段。
2.场所
在自然条件下,哺乳动物的受精在输卵管内完成。
3.过程
(1)准备阶段1——精子获能。
精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力。
(2)准备阶段2
——卵子的准备。
(3)受精阶段。
获能后的精子与卵子相遇,释放出多种酶,溶解卵细胞膜外的一些结构
↓
在精子触及卵细胞膜的瞬间,卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应,阻止后来的精子进入透明带
↓
精子入卵
↓
↓
卵细胞膜立即发生生理反应,拒绝其他精子再进入卵内
↓
雄原核和雌原核形成
↓
雄、雌原核融合
↓
受精过程结束
微思考1受精的标志和受精完成的标志相同吗
提示:受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核。受精完成的标志是雌、雄原核的融合。
微判断1
1.刚排出的精子并不具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。( )
2.透明带和卵细胞膜会依次发生生理反应,以防止多精子入卵。( )
√
√
三、胚胎早期发育
1.起点
受精卵。
2.场所
先是输卵管,后是子宫。
3.分裂方式
有丝分裂。
4.过程
5.早期发育的胚胎的几个阶段
(1)桑葚胚:卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团,形似桑葚。
(2)囊胚:
①囊胚期细胞逐渐分化,聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团,将来发育成胎儿的各种组织;而沿透明带内壁扩展和排列的细胞,称为滋养层细胞,它们将来发育成胎膜和胎盘。
②胚胎的内部出现了含有液体的囊胚腔。
③孵化:囊胚进一步扩大,会导致透明带破裂,胚胎从其中伸展出来。
(3)原肠胚:出现三个胚层,将逐渐分化形成各种组织、器官等。
微判断2在胚胎早期发育过程中,细胞分化出现在桑葚胚阶段。( )
×
四、体外受精
1.步骤
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.处理
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。
3.优点
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。
微点拨1卵母细胞的采集方法
①对实验动物以及家畜羊等用促性腺激素处理,使其排出更多的卵子,然后从输卵管中冲取卵子。
②对较大家畜或大型动物:从已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞或者直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。
五、胚胎移植
1.概念
(1)对象:通过体外受精及其他方式(如转基因、核移植等)得到的胚胎。
(2)条件: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。
(3)供体:在胚胎移植中提供胚胎的个体。
(4)受体:在胚胎移植中接受胚胎的个体。
(5)地位:是胚胎工程的最终技术环节。
2.步骤
以牛的胚胎移植为例,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。
3.优点、意义
(1)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殖周期。
(2)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。
微点拨2供体家畜应该是遗传性状优良、生产能力强的个体,而受体家畜必须具有健康的体质和正常繁殖能力。
微判断3在胚胎移植中,对供体母羊要做超数排卵处理,对供、受体要做同期发情处理。( )
√
六、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.选材
选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚,将它移入盛有操作液的培养皿中,然后在显微镜下用分割针或分割刀分割。
3.处理
在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割。
4.繁殖方式
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。
微思考2做性别鉴定时,为什么要取滋养层细胞
提示:因为滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘,取滋养层细胞不影响胚胎发育。
微训练胚胎工程的最终技术环节是(　　)
A.胚胎分割　　　 B.体外受精
C.胚胎性别鉴定 D.胚胎移植
答案:D
一 受精
重难归纳
1.受精过程
2.关于受精过程的说明
(1)成熟的生殖细胞并不代表具有受精的能力,成熟的精子必须获能后才具备受精能力(精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量),而排出的卵子本身就不是成熟的生殖细胞。
(2)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核,而是在原来细胞核的基础上形成的新核,原核膜已破裂。
(3)精子的核形成雄原核,卵子的核形成雌原核,充分发育后,雌、雄原核融合形成受精卵的细胞核。
规律总结 受精卵的遗传物质中,核遗传物质一半来自精子(父方),一半来自卵子(母方);细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵子(母方)。
同卵双胞胎并不是两个精子进入同一个卵子形成的,而是一个精子与一个卵子结合形成一个受精卵,而这个受精卵一分为二,形成了两个胚胎。那么受精时卵子是如何防止多精入卵的呢
提示:(1)透明带发生生理反应:在精子触及卵细胞膜的瞬间,卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应,阻止后来的精子进入透明带。
(2)卵细胞膜发生生理反应:在精子入卵后,卵细胞膜会立即发生生理反应,拒绝其他精子再进入卵内。
典例剖析
下列过程中,哪些发生在精子入卵后 (　　)
①精子继续完成减数分裂Ⅱ　
②精子获能　
③卵细胞膜发生生理反应　
④卵子完成减数分裂Ⅱ,形成雌原核
A.③④ B.①③④
C.②③ D.①④
答案:A
解析:精子入卵后,尾部脱离,原有的核膜破裂并形成一个新的核膜,最后形成一个比原来精子的核还大的核,叫作雄原核。与此同时,精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ,排出第二极体后,形成雌原核。
学以致用
下列关于受精过程的叙述,错误的是(　　)
A.刚刚排出的精子可立即与卵子受精
B.透明带发生生理反应可阻止后来的精子进入透明带
C.精子入卵后,尾部会脱离
D.雄原核形成的同时,卵子完成减数分裂Ⅱ
答案:A
解析:刚刚排出的精子不能立即与卵子受精,必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力。
二 体外受精
重难归纳
1.试管动物
(1)概念: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)所需操作:体外受精、胚胎移植。
(3)生殖方式:有性生殖。
(4)应用:主要用于优良动物的快速大量繁殖。
2.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。
3.试管动物与克隆动物的比较
(1)在体外受精过程中,精子获能处理前为什么要进行离心处理
提示:精液由精子和精浆两部分组成。精浆中含有一种能抑制精子获能的物质,因此在一般情况下,精液中的精子无法获能。精子获能处理前进行离心处理,目的是除去精浆以利于精子获能。
(2)“试管牛”生产的技术流程是怎样的
提示:
典例剖析
下图是哺乳动物体外受精过程示意图。据图分析,下列叙述错误的是(　　)
A.Ⅰ表示卵母细胞的成熟培养
B.Ⅲ表示精子的获能过程
C.Ⅱ是成熟的卵子,一般处于MⅡ期
D.Ⅰ中培养液和Ⅲ中培养液的成分
没什么区别
答案:D
解析:体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。采集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,卵母细胞要培养到MⅡ期才具备受精能力。题图中Ⅰ表示卵母细胞的成熟培养;Ⅱ是培养成熟的卵子,一般处于MⅡ期;Ⅲ表示精子的获能过程。精子获能所用的培养液是专门的获能液,Ⅰ中培养液与Ⅲ中培养液的成分不同。
学以致用
体内受精、体外受精的共同点是(　　)
A.均需在输卵管完成受精
B.均需采集卵母细胞
C.均需采集精子
D.受精前精子均需获能
答案:D
解析:体外受精的场所为体外环境。体内受精不需要采集卵母细胞与精子。受精的前提条件是精子获能和卵子培养成熟。
三 胚胎早期发育与胚胎移植
重难归纳
1.早期发育的胚胎各阶段的特点
规律总结 (1)卵裂期细胞或物质的变化规律
项目 变化
细胞数目 增加
每个细胞体积 减小
胚胎总体积 基本不变
DNA总量 增多
每个细胞的DNA含量 基本不变
有机物总量(能量) 减少
物质种类 增多
(2)胚胎早期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。
2.胚胎移植的本质
(1)胚胎移植是产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程,是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状能保持其原来的优良特性。
(2)胚胎移植的后代的遗传性状由供体决定,受体只是提供了胚胎发育的场所,不影响后代的遗传特性。性别取决于雄性供体提供的精子的种类。
易错提醒 (1)胚胎移植涉及的供体一般有两个,一个是供体母畜,提供卵子;一个是供体公畜,提供精子。受体有一个,提供胚胎发育的场所——子宫。
(2)如果是将通过体细胞核移植技术得到的胚胎进行胚胎移植,属于无性繁殖。
3.胚胎移植的生理基础
(1)动物发情排卵后,在一段时间内同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的,为供体胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
(2)早期胚胎处于游离状态,为胚胎的收集提供了可能。
(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,为胚胎在受体内的存活提供了可能。
(4)供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
4.胚胎移植的基本程序
特别提醒 受精卵发育到一定阶段才能进行胚胎移植,胚胎移植的对象是早期胚胎。胚胎移植一般选择桑葚胚或囊胚阶段的胚胎,原因是其分化程度低。
5.排卵与超数排卵
(1)排卵:是指卵子从卵泡中排出,排出的是初级卵母细胞或次级卵母细胞。
(2)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。
单峰骆驼曾经分布于阿拉伯半岛,濒危动物保护组织宣布单峰骆驼野外灭绝(只生活在圈养条件下即认为该分类单元属于野外灭绝,但在人类活动区会有驯养)。近些年,在我国干燥、缺水的戈壁无人区,科学家又发现了小规模野化单峰骆驼群。科学家欲通过胚胎移植等方法拯救野化单峰骆驼,并进行了研究。
(1)保证胚胎移植成功的关键是什么
提示:保证胚胎移植成功的关键:胚胎移植一般在同种(同一物种)的雌性供体和受体之间进行。这是因为同种动物间的生理特征相近,进行胚胎移植容易成功;进行胚胎移植的供、受体的生理状态要相同。
(2)超数排卵处理中为什么使用的是促性腺激素而不是性激素
提示:性激素是由性腺产生并释放的,性激素对下丘脑和垂体分泌相应激素存在反馈调节,若注射一定量的性激素会抑制下丘脑和垂体的活动,从而导致相关激素分泌量下降,进而引起自身性激素分泌量减少,长期注射会导致性腺萎缩,影响排卵。
(3)胚胎移植过程中有两次使用激素、两次检查,其目的分别是什么
提示:①两次使用激素的目的:第一次是使用激素对供、受体进行同期发情处理,使它们的生理状态达到同步或一致,使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件;第二次是用促性腺激素处理使供体母畜超数排卵。
②两次检查:第一次对收集的胚胎进行质量检查;第二次在移植后,对受体进行妊娠检查。
典例剖析
培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功,下列叙述正确的是(　　)
A.甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B.乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C.丙过程与乙过程中应采用成分相同的培养液
D.丁过程中早期胚胎须移植到与
供体性状相同的代孕母羊子宫内
答案:A
解析:分析图示可知,甲过程为卵母细胞的采集,一般用促性腺激素处理良种母山羊,使其超数排卵,A项正确。乙过程为精子获能、卵母细胞的成熟培养以及受精,获能的精子和成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精,并且精子已经是成熟的细胞,B项错误。丙过程为早期胚胎培养,在发育培养液中进行,C项错误。丁过程是胚胎移植,是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物子宫内使之继续发育,D项错误。
学以致用
下列关于胚胎移植优点的叙述,错误的是(　　)
A.充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
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.胚胎移植可以提供药物
答案:D
解析:胚胎移植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殖周期;同时经移植可得到多个后代,使供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。胚胎移植不可以提供药物。
四 胚胎分割
重难归纳
胚胎分割与胚胎移植的比较
比较项目 胚胎分割 胚胎移植
生殖方式 无性繁殖 有性繁殖或无性繁殖(取决于胚胎是由受精卵发育而成的还是通过核移植技术形成的重组细胞发育而成的)
后代的遗 传特点 后代都具有相同的遗传物质 后代不一定具有相同的遗传物质
处理(或移植)的时期 一般是桑葚胚或囊胚 原肠胚之前(卵裂期、桑葚胚或囊胚)
比较项目 胚胎分割 胚胎移植
意义 ①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 ①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殖周期;
②经移植可得到多个后代;
③促进了我国畜牧业的发展
比较项目 胚胎分割 胚胎移植
举例 应用胚胎分割技术获得的三卵六羔羊 试管动物和克隆动物
共性 胚胎分割和胚胎移植最终都涉及胚胎的移植。胚胎移植是胚胎工程的最终技术环节 实践证明,采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的,到目前为止,胚胎分割以二分胚胎的分割和移植效率最高。
(1)进行胚胎分割操作时应注意什么
提示:在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,若分割时不能将内细胞团均等分割,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育。
(2)对用于胚胎分割的胚胎有什么要求
提示: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进行操作。桑葚胚阶段前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能,属于全能细胞。桑葚胚进一步发育,细胞开始分化,逐渐形成囊胚,囊胚阶段的细胞全能性仍然很高,可用于胚胎分割。原肠胚阶段是早期胚胎发育过程中分化程度最高的阶段,已分化形成外、中、内三个胚层,不能用于胚胎分割。
典例剖析
下列关于胚胎分割的说法,错误的是(　　)
A.目前,以二分胚胎的分割和移植效率最高
B.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
C.可在囊胚阶段将胚胎随机分割成两份或多份,然后移植
D.用分割针将桑葚胚均分成两部分,可直接将分割后的胚胎移植给受体
答案:C
解析:在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割。
学以致用
胚胎分割技术是一种现代生物技术,下列关于这一技术的叙述,正确的是(　　)
①胚胎分割是将早期胚胎任意分割成多份　②胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎　③胚胎分割技术属于无性繁殖,因此属于克隆　④胚胎分割可以分割任意时期的胚胎
A.①②　　　　 B.②③
C.①③④ D.①②③④
答案: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,经移植获得同卵双胎或多胎的技术,但不能任意分割成多份,因为分割次数过多可能会造成不能发育成新个体。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。
1.下列有关受精的叙述,错误的是(　　)
A.合子中全部的遗传物质,一半来自父方,一半来自母方
B.受精时,精子和卵细胞的染色体会合在一起
C.合子中的染色体,一半来自父方,一半来自母方
D.合子中的染色体数与本物种体细胞的染色体数相同
答案:A
解析:受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程,精子入卵后形成雄原核;同时卵子完成减数分裂Ⅱ,排出第二极体后,形成雌原核。雌、雄原核靠近,核膜消失,形成受精卵的细胞核,所以合子中的染色体一半来自父方(精子),一半来自母方(卵细胞),使合子中的染色体恢复到体细胞的数目,B、C、D三项正确。因为遗传物质并不是全部存在于染色体上(即细胞核中),在细胞质内的线粒体中也有少量的遗传物质,而合子中的细胞质几乎全部来自卵细胞,所以合子中的全部遗传物质并不是一半来自父方,一半来自母方,A项错误。
2.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将来发育成胎膜和胎盘
B.图中③可发育成胎儿的各种组织
C.高等哺乳动物胚胎发育过程中,
细胞分化始于桑葚胚期,终止于生命结束
D.胚胎从①中伸展出来的过程发生于囊胚期
答案:C
解析:题图表示胚胎发育过程中的囊胚阶段,其中②所示的滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘,A项正确。③所示的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,B项正确。高等哺乳动物胚胎发育过程中,细胞分化始于囊胚期,终止于生命结束,C项错误。胚胎从①所示的透明带中伸展出来的过程发生于囊胚期,D项正确。
3.下列关于“试管牛”培养流程的叙述,错误的是(　　)
A.过程①可对供体母牛注射促
性腺激素,使其排出更多的卵子
B.过程②发生的标志是可以观
察到两个极体或者雌、雄原核
C.过程③应对代孕母牛注射免疫抑制剂,以防止发生免疫排斥反应
D.“试管牛”的遗传性状只取决于供体,与代孕母牛完全无关
答案:C
解析:进行胚胎移植时,受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,因此③胚胎移植时不需要对代孕母牛注射免疫抑制剂。
4.下列过程在胚胎移植中没有必要进行的是(　　)
A.对供体和受体进行选择
B.用激素对供体进行超数排卵处理
C.对供体和受体进行免疫检查,以防止发生免疫排斥反应
D.对胚胎进行质量检查
答案:C
解析:进行胚胎移植时,应选择有健康体质和正常繁殖能力的个体作为受体,选择遗传性状优良和生产能力强的个体作为供体,A项不符合题意。在用激素对供体和受体进行同期发情处理的同时,还要用促性腺激素对供体进行超数排卵处理,以获取更多的卵子,B项不符合题意。大量的研究已经证明,受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,在进行胚胎移植时没有必要对受体进行免疫检查,C项符合题意。应对早期胚胎进行质量检查,D项不符合题意。
5.胚胎移植的基本程序是(　　)
①配种或人工授精　②对胚胎进行质量检查　③对胚胎进行移植　④移植后的检查　⑤对供、受体的选择和处理　⑥胚胎的收集　⑦对胚胎进行培养或保存
A.⑤①⑥②⑦③④
B.①⑤⑥②⑦③④
C.⑤①⑥⑦②③④
D.①⑤⑥⑦②③④
答案:A
解析:胚胎移植的基本程序:对供、受体进行选择和同期发情处理→进行配种或人工授精→收集胚胎→对胚胎进行检查→培养或保存→胚胎的移植→移植后的检查。
6.牛胚胎移植的基本程序如下图所示,请据图回答下列问题。
(1)图中a、b、c过程分别是指　　　　　　、收集胚胎(冲卵)、　　　　　　。
(2)供体牛的主要职能是　　　　　　　　　　　　;受体母牛必须具备　　　　　　　　　　　　。
(3)为了提高牛胚胎的利用率,常采取的方法是　　　　　　;处理的时期是　　　　　　。
(4)你认为胚胎移植技术在生产实践中的主要意义有哪些
　。
答案:(1)超数排卵　胚胎移植
(2)产生具有优良遗传特性的胚胎　健康的体质和正常的繁殖能力
(3)胚胎分割　桑葚胚或囊胚期
(4)胚胎移植技术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殖周期