2.3.2胚胎工程技术及其应用的学案

2.3.2胚胎工程技术及其应用的学案
【学习目标】
1、简述体外受精的主要操作步骤。
2、简述胚胎移植的生理学基础和基本流程，说出胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。
3、简述胚胎分割的概念、它涉及的操作和应用的价值。
【学习重难点】
教学重点
1.受精的基本过程。
2.胚胎早期发育的基本过程。
3.胚胎工程的主要技术及其原理。
4.胚胎工程在生产实践中的应用。
教学难点
1.受精过程中精子和卵子的生理变化。
2.胚胎工程中胚胎移植的生理学基础和基本操作步骤。
【预习新知】
体外受精
1.试管动物：通过人工操作使卵子在_______受精，经培养发育为___________后，再进行移植产生的个体。
2.体外受精技术的主要步骤：__________________、_____________和_______。
3.过程
胚胎移植
1.原理：早期胚胎细胞具有很强的 能力，并保持着细胞 ，可以将胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率。
2．定义：指采用 方法将 切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得 的技术。
3．特点：来自同一胚胎的后代具有相同的 。
4．主要仪器设备： 和 。
5. 实质：动物的 繁殖或克隆。
6．操作程序
(1)胚胎选择：选择发育良好、形态正常的 胚或 。
(2)胚胎分割
①操作环境：盛有 的培养皿中。
②操作用具： 或 。
③操作要点：分割囊胚阶段的胚胎时，注意将 均等分割。
(3)胚胎移植：分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经 后，再移植给受体。
①胚胎移植前，进行DNA分析的目的是进行 ，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 。
②可用分割针分割 ，做DNA分析，鉴定性别。
③取 细胞进行分析和鉴定可避免损伤内细胞团；滋养层和内细胞团均来自同一个受精卵的有丝分裂，含有 遗传物质。
(4)应用
①可以促进优良动物品种的 ,产生的遗传性状 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 、动物繁育健康后代具有重要意义。
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.主要仪器设备:体视显微镜和显微操作仪。
3.材料: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 。
4.分割要求:在分割囊胚阶段的胚胎时,注意将 　内细胞团 均等分割。
5.意义:提高胚胎的利用率,促进优良动物品种的繁殖,是动物无性繁殖或克隆的方法之一。
6.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用分割针或分割刀片将胚胎切开,吸出其中的半个胚胎,注入预先准备好的
空透明带中,或直接将__祼半胚_____移植入受体。
③还可用分割针分割__滋养层_____,做DNA分析鉴定性别。
【易错提示】
滋养层≠饲养层
(1)滋养层：囊胚时期沿透明带内壁排列的体积较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎盘。
(2)饲养层：饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为干细胞分裂、增殖的营养细胞。
(1)作为胚胎受体的条件
①与供体是同一物种
②与供体处于相同的生理状态
③雌性动物
(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。
【深化探究】
【合作探究】-胚胎移植
中国荷斯坦奶牛是由纯种荷兰牛与本地母牛经多代杂交,长期选育而成的,具有
体型大、产奶量高的特点。雌性奶牛一般在24月龄开始产犊,牛犊出生时体重为
40~50 kg,母牛随即开始泌乳。和牛是世界上公认的高档肉牛品种,体型较小,肉
质鲜嫩,营养丰富,牛犊出生时体重为30 kg左右。我国科研人员利用胚胎工程技
术,成功培育出和牛这一优良品种,培育流程如图所示。
问题
1.和牛的培育过程利用了哪些胚胎工程技术
提示：体外受精、胚胎移植。
2.进行过程④之前,要对代孕母牛用某种激素处理,其目的是什么
提示：进行同期发情处理,使代孕母牛与供体母牛处于相同的生理状态。
3.雌性中国荷斯坦奶牛作为胚胎移植的受体与雌性和牛相比有何优势
提示：分娩更加顺利,新生牛犊存活率高;有利于中国荷斯坦奶牛产奶。
4胚胎移植中的胚胎有哪些来源？
提示：体外受精；胚胎分割；动物细胞核移植。
5.早期胚胎培养所需营养液的成分是什么 (生命观念:结构与功能观)
提示:早期胚胎培养所需培养液的成分有无机盐、有机物、氨基酸、核苷酸、维生素、激素和血清等。
6.不同动物进行胚胎移植时间相同吗 举例说明。(科学思维:分析与综合)
提示:不同。如牛、羊要培养到桑葚胚或囊胚阶段;小鼠、家兔要培养到桑葚胚前。
【合作探究】—胚胎分割
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性，可将一个胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率，请结合教科书第62-63页“胚胎分割”的相关内容，回答下列问题。
1.胚胎分割的意义是什么？为什么要在桑葚胚或囊胚阶段进行分割？
提示：意义是提高胚胎的利用率；在桑葚胚或囊胚阶段进行分割的原因是因为此阶段的内细胞团细胞具有全能性，可以发育成完整个体。
2.阅读教材第63页资料卡“胚胎分割的发展简史”，讨论早期胚胎能不能无限分割？胚胎分割技术还存在那些问题？
提示：不能，实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性有限，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前以二分胚的分割和移植成功率最高。尽管胚胎分割技术已经在多种动物中取得成功，但是仍然存在一些问题，如刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹可能会存在差异。
3.对囊胚阶段的胚胎进行分割时候，为什么要将内细胞团均等分割
提示：内细胞团细胞是具有细胞全能性的细胞，可以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，则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
【巩固训练】
（一）巩固训练
1.精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，下图表示用该方法制备转基因鼠的基本流程。下列叙述正确的是( )
A.①过程需将成熟的精子放入ATP溶液中进行获能处理
B.②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自父母双方
C.②过程所用培养液的成分需加入动物血清
D.④过程需要对受体母鼠用相关激素进行同期发情处理
2.控制哺乳动物的性别对于畜牧生产有着十分重要的意义，目前分离精子技术是有效的控制方法，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管动物。试管牛的培育如下图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.试管牛的培育属于有性生殖
B.过程①指的是体外受精技术和胚胎移植技术
C.采集来的精子和卵母细胞可以直接用于受精
D.经胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体保持一致
3.“虎狮兽”是雄虎的精子和雌狮的卵子“体外受精”而产生的，该“体外受精”的过程是( )
①采集雌狮卵子
②收集雄虎的精子
③卵母细胞的人工培养
④精子获能处理
⑤获能精子和成熟卵子在受精液中共同培养
⑥精子用CaCl2处理
⑦卵母细胞用一定浓度肝素溶液处理
⑧体外受精
⑨受精卵培养
A. B.
C. D.
4.线粒体置换技术是将妈妈携带突变线粒体的卵子细胞核移植到去核的健康线粒体捐赠者卵胞浆中获得的重构卵母细胞,与携带者丈夫精子进行受精，从而获得重构胚胎也就是通常说的“三亲胚胎”,也被称为“第四代试管婴儿”。下列有关说法错误的是( )
A.重构卵母细胞需培养成熟才可以与获能精子受精
B.第四代试管婴儿的DNA来自携带者与其丈夫
C.第四代试管婴儿可避免线粒体疾病
D.第四代试管婴儿的培育还需要经历早期胚胎培养和胚胎移植等技术
5.研究发现，小鼠四倍体胚胎具有发育缺陷，只能发育成胎盘等胚胎以外的结构。ES细胞能够诱导分化形成所有的细胞类型，但很难分化形成胎盘。四倍体胚胎与ES细胞的嵌合体则会使二者的发育潜能相互补偿，可得到ES小鼠，其中的四倍体胚胎只能发育成胚外组织。下列叙述正确的是( )
A.将2细胞期胚胎用灭活病毒诱导法使2细胞融合，可得到一个含四个染色体组的细胞
B.嵌合体中的ES具有自我更新能力并只能分化为胎盘等胚外组织
C.嵌合体胚胎发育至原肠胚时需移植入与之生理状态相同的小鼠子宫内才可以进一步发育
D.嵌合体发育形成的ES小鼠基因型与供体ES细胞的基因型不同
6.下图为利用小白鼠（基因型为cc）和小黑鼠（基因型为CC）形成人工嵌合体小鼠的实验，相关说法错误的是( )
A.图中嵌合体小鼠的基因型为Cc
B.过程①早期胚胎培养时需模拟体内环境
C.代孕母鼠需用激素进行同期发情处理
D.人工嵌合体小鼠含有四个亲本的遗传物质
7.2019年1月24日，中科院神经科学研究所的科学家利用体细胞核移植技术CRISPR/Cas9基因编辑技术，成功构建5只体细胞中某基因敲除的克隆猴，可作为研究人类疾病的动物模型。下列叙述正确的是( )
A.该过程中获得的重构胚可用乙醇、蛋白酶合成抑制剂等处理激活
B.体外培养体细胞时，培养液中通常需加入动物血清、蔗糖等成分
C.体外培养体细胞时，需将其置于含有95%空气和5%O2气体的培养箱中
D.胚胎移植前要对受体猴注射免疫抑制剂，以减弱或消除免疫排斥反应
参考答案
1.答案：D
解析：A、①过程需将成熟的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，A错误； B、②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自于父母双方和外源基因，B错误； C、②为体外受精过程，③为早期胚胎培养过程，前者在获能溶液或专用的受精溶液中进行，后者在发育培养基中进行，这两个过程所用培养液的成分不完全相同，C错误； D、胚胎移植时，需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，D正确。
故选：D。
2.答案：A
解析：
3.答案：B
解析：哺乳动物体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养（①、③）、精子的采集和获能（②、④）、体外受精等主要步骤，B正确。
4.答案：B
解析：体外受精时，卵母细胞需培养成熟至MII期具备受精能力，才可以和获能精子进行体外受精，A正确;第四代试管婴儿的DNA来自携带者及其丈夫和捐赠者线粒体DNA，B错误;第四代试管婴儿是由携带者突变线粒体的卵子供核，捐赠者供质，可避免携带者的线粒体疾病通过母系遗传传递给下一代，C正确;第四代试管婴儿的培育还需要经历早期胚胎培养到适宜时期，再经历胚胎移植等技术移植到母体子宫孕育成熟，D正确。
5.答案：A
解析：A、正常小鼠是二倍体，所以两个2细胞期胚胎用灭活病毒诱导法使细胞融合，可得到一个含四个染色体组的细胞，A正确；B、嵌合体中的ES具有自我更新能力，很难分化形成胎盘，可分化为处胎盘以外的所有细胞类型，B错误；C、嵌合体胚胎发育至桑椹胚或囊胚期再移植入与之生理状态相同的小鼠子宫内才可以进一步发育，C错误；D、四倍体胚胎与ES细胞的嵌合体则会使二者的发育潜能相互补偿，可得到ES小鼠，其中的四倍体胚胎只能发育成胚外组织，所以嵌合体发育形成的ES小鼠基因型与供体ES细胞的基因型相同，D错误。故选A。
6.答案：A
解析：A、图中嵌合体小鼠是由两部分不同细胞共同发育形成的，其体细胞中部分细胞基因型为CC，部分细胞的基因型为cc,A错误； B、过程①早期胚胎培养时需模拟体内环境，以保证胚胎的正常发育所需要的条件，B正确；C、代孕母鼠需用激素进行同期发情处理，使其生理状态具备受孕的基础，C正确； D、由于人工嵌合体小鼠是由两个受精卵发育形成的早期胚胎合并后发育形成的，而每个受精卵中的遗传物质涉及父本和母本共两个亲本，因此人工嵌合体小鼠含有四个亲本的遗传物质，D正确。
故选：A。
7.答案：A
解析：A、用乙醇、蛋白酶合成抑制剂等物质激活重构胚，可使其完成细胞分裂和发育进程，A正确；B、体外培养体动物体细胞时，培养液中通常需加入动物血清等成分，但不能添加蔗糖，B错误； C、体外培养体细胞时，需将其置于含有95%空气（细胞代谢必需的）和5%CO2气体（维持培养液的pH）的培养箱中，C错误； D、子宫不会对外来胚胎发生免疫排斥反应，因此胚胎移植前不需要对受体猴注射免疫抑制剂，D错误。
故选：A。