2.3 胚胎工程技术及其应用 第2课时 学案 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修3（含答案）
文档属性
| 名称 | 2.3 胚胎工程技术及其应用 第2课时 学案 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修3（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 350.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-07 23:32:25 | ||
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文档简介
第3节 胚胎工程
第2课时 胚胎工程技术及其应用
【
学习目标】
1.以文字和图示形式表示哺乳动物的体外受精和胚胎移植的过程。(科学思维)
2.说明体外受精、胚胎移植和胚胎分割技术在畜牧业生产中的应用。(社会责任)
【自主预习】
一、体外受精
1.过程
(1)过程A为 卵母细胞的采集 ,从卵巢中获取的卵母细胞需要培养到 MⅡ期 才具有受精的能力。
(2)精子的获取过程中,采集的精液先进行 离心 处理,然后再进行B 获能处理 后才具有受精的能力。
(3)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,促使它们完成C 体外受精 过程。
2.意义
(1)是提高动物 繁殖能力 的有效措施。
(2)为胚胎移植提供可用的 胚胎 。
二、胚胎移植
1.概念: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.对胚胎移植概念的理解
(1)胚胎来源:体内早期胚胎、体外受精得到的胚胎、其他方式(转基因、核移植等)得到的胚胎。
(2)供体:提供胚胎的个体。
(3)受体:接受胚胎的个体。
(4)移植条件:供体与受体为同种且生理状态相同。
3.过程(以牛胚胎移植为例)
4.优势:可以充分发挥 雌性优良个体的繁殖潜力 。
三、胚胎分割
1.概念: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。
对象 早期胚胎
方法 机械方法
目的 获得同卵双胎或多胎
特点 来自同一胚胎的后代具有 相同 的遗传物质
实质 可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
2.仪器设备:体视显微镜和显微操作仪。
3.操作程序: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→在显微镜下用分割针或分割刀分割胚胎。
4.注意事项:分割囊胚时要将 内细胞团 均等分割。
【合作探究】
任务 了解胚胎工程技术及应用
活动1 探究体外受精技术
体外受精技术的基本原理是人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等),使卵母细胞成熟和精子获能,最终完成受精过程,得到的胚胎暂时保存或进行移植等。下图为体外受精过程的流程图,讨论并回答下列问题:
1.精子获能处理前为什么要进行离心处理
提示 精液由精子和精清两部分组成。精清中含有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,目的是除去精清以利于精子获能。
2.从卵巢中采集的卵子为什么不能与获能的精子直接受精
提示 卵巢中的卵子不成熟,需培养到MⅡ期才具有受精能力。
3.受精过程体现了细胞膜的哪种功能和哪种特性
提示 受精过程体现了细胞膜的进行细胞间信息交流的功能,精子和卵子的融合利用了细胞膜具有流动性的结构特性。
4.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。
5.体外受精技术为何能提高优良动物的繁殖潜力
提示 体外受精中用到的精子采自优良品种雄畜,每次采集的精子可与多个卵子受精,提高了精子的利用率;可从屠宰场已屠宰母牛的卵巢中获取卵母细胞,也可从活体母牛输卵管中获取卵母细胞,这样卵子的来源就比较充足。
例1 (改编)下图表示利用高等哺乳动物的生殖细胞通过体外受精技术培育试管动物的大致流程。下列说法错误的是( )。
A.哺乳动物的体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤
B.在体外受精前,要对精子进行获能处理,从而使精子具有与卵子受精的能力
C.胚胎早期发育的顺序是受精卵→囊胚→桑葚胚→原肠胚
D.除图中所示用途外,胚胎发育到一定阶段还可以用于胚胎分割
【答案】 C
【解析】 培育试管动物首先要做的就是体外受精,哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤,A正确;刚刚排出的精子,不能立即与卵子受精,必须在雌性动物生殖道中发生相应的生理变化后,才能获得受精能力,因此在体外受精前,要对精子进行获能处理,B正确;胚胎发育的顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚,C错误;图中所示用途为胚胎移植,除了胚胎移植,发育到一定阶段的胚胎还可以用于胚胎分割,D正确。
知识拓展 比较自然受精、人工授精和体外受精的异同点
项目 自然受精 人工授精 体外受精
不 同 点 过程 不同 雌雄动物 交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精 人工获取精子、卵子,在体外培养液中完成受精过程
场所 不同 雌性动物 输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程; ②都是有性生殖
对点练1 体内受精、体外受精的共同点是( )。
A.均需在输卵管中完成受精
B.均需采集卵母细胞
C.均需采集精液
D.受精前精子均需获能
【答案】 D
【解析】 体外受精在体外专门的培养液中进行,A错误;体内受精不需要采集卵母细胞,B错误;体内受精不需要采集精液,C错误;任何形式的受精作用过程中,精子都需要获能,D正确。
活动2 探究胚胎移植技术
胚胎移植是胚胎工程的核心技术,下图表示胚胎移植的操作流程。请据图思考下列问题。
1.胚胎移植过程中,对供、受体的选择有哪些要求 要进行什么处理
提示 供体:遗传性状优良、生产能力强。受体:有健康的体质和正常繁殖能力。
2.什么是同期发情处理 同期发情处理的目的是什么
提示 同期发情是指利用某些激素人为地控制并调整一群母牛发情周期的进程,使其在预定时间内集中发情。同期发情处理的目的是使胚胎在移植前后所处的生理条件达到同步或一致,供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件,这是胚胎移植成功的关键。
3.超数排卵的目的是什么 如何进行超数排卵
提示 目的是使一头母牛一次排出比自然情况下更多的成熟卵子,其用于配种或者人工授精,可获得多枚胚胎,经胚胎移植可得到多个后代。超数排卵可用外源促性腺激素处理供体母牛,诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
4.进行胚胎移植时应选择发育到什么阶段的胚胎 受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应
提示 动物的早期胚胎一般在桑葚胚或囊胚阶段进行移植。受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。
5.胚胎移植后,经受体孕育的后代的遗传特性与供体还是受体保持一致 为什么
提示 胚胎移植产生的后代的遗传特性与供体保持一致,受体母畜只提供胚胎发育的场所(子宫)和营养,不影响供体胚胎的遗传特性。
认知生成
胚胎移植的生理学基础和实质
1.生理学基础
(1)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 。(能移植)
(2)哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内 不会与母体子宫建立组织上的联系 ,而是处于 游离 状态,为胚胎的收集提供了可能。(能收集)
(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。(能存活)
(4)供体胚胎可与受体子宫建立正常的 生理和组织联系 ,且供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响。(能发育)
2.实质
(1)从过程看,实际上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。
(2)从结果看,是早期胚胎在相同生理环境条件下 空间位置 的转移。
例2 (2022·盐城期中)牛胚胎移植的主要流程如下,下列相关叙述正确的是( )。
①超数排卵→②配种→③胚胎收集→④ →⑤胚胎移植→⑥子代小牛
A.①过程供、受体母牛都需要处理,目的是获得更多的卵母细胞
B.③过程是以哺乳动物早期胚胎未与子宫建立组织上的联系为前提的
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阶段
D.⑤过程成功率的高低主要取决于受体的排斥程度
【答案】 B
【解析】 ①过程仅需对供体母牛进行超数排卵处理,A错误;③过程是以哺乳动物早期胚胎未与子宫建立组织上的联系,处于游离状态为前提的,B正确;经过④过程,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚阶段,C错误;⑤过程成功率的高低主要取决于供、受体生理状况是否一致,D错误。
方法技巧 胚胎移植中的三个注意点
两次使 用激素 第一次:用相关激素对供、受体进行同期发情处理; 第二次:用外源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
生殖 方式 胚胎由受精卵形成,属于有性生殖; 胚胎由核移植或胚胎分割形成,属于无性生殖
对点练2 (2023·临沂期中)和牛是世界公认的高档肉牛品种,其体型小、肉质鲜嫩、营养丰富。我国科学家通过胚胎工程技术,利用本地黄牛代孕来繁育和牛,主要步骤如下图所示。下列叙述正确的是( )。
A.科学家可通过给和牛饲喂外源促性腺激素,促使其超数排卵
B.将采集到的卵母细胞和精子置于适当的培养液中共同培养一段时间即可完成体外受精
C.为避免代孕黄牛对植入的和牛胚胎产生免疫排斥反应,应注射免疫抑制剂
D.胚胎移植后仍需对代孕黄牛进行定期检查
【答案】 D
【解析】 诱导超数排卵用的是外源促性腺激素,外源促性腺激素的本质是蛋白质(多肽),饲喂给药会使其因水解而失去作用,A错误;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,B错误;受体子宫一般不会对植入的胚胎产生免疫排斥反应,因此不需要给代孕黄牛注射免疫抑制剂,C错误;胚胎移植后仍需对代孕黄牛进行定期检查,以确保胚胎正常发育,D正确。
素能提升 分析胚胎工程在医学等方面的应用,培养生命观念、科学思维和社会责任等核心素养
现代生物工程技术推动了医药学等领域的发展。为解决不孕不育夫妇的生育问题而出现的试管婴儿技术,给千万家庭带来了福音。试管婴儿是采用人工方法让卵细胞和精子在体外受精,并进行早期胚胎培养,然后将早期胚胎移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿。下图表示移植卵裂期胚胎和囊胚期胚胎的流产率与受孕妇女年龄的关系。
根据以上材料,分析并回答下列问题:
(1)下图表示人体受精作用及胚胎早期发育的部分过程。下列叙述正确的是( )。
A.图1中的卵子已经完成减数分裂Ⅱ
B.图2中胚胎需转移至子宫内继续发育
C.图3中各细胞内的DNA分子数目相等
D.图4中胚胎可以用于分离胚胎干细胞
(2)据图分析实验的自变量是什么 因变量是什么 。
(3)分析实验结果可得出哪些结论 。
【答案】 (1)D (2)自变量为受孕妇女年龄和胚胎发育阶段。因变量为流产率 (3)卵裂期胚胎移植的成功率低于囊胚期胚胎;受孕妇女年龄越大,胚胎移植的流产风险越高
【解析】 (1)图1中精子刚进入卵细胞内,还没有刺激卵母细胞完成减数分裂Ⅱ,A错误;图2中胚胎不能直接移入子宫,需进行早期胚胎培养后才能移入子宫继续发育,B错误;图3表示含有两个细胞的卵裂期胚胎,此时期在卵细胞膜和透明带之间可观察到两个极体,一个为第一极体,一个为第二极体,第二极体细胞内的核DNA数量是其他细胞的一半,C错误;图4表示囊胚,从其内细胞团中可以分离得到胚胎干细胞,D正确。(2)实验的自变量为受孕妇女年龄和胚胎发育阶段,因变量为流产率。(3)由题图可知,卵裂期胚胎移植的成功率低于囊胚期胚胎;受孕妇女年龄越大,胚胎移植的流产风险越高。
活动3 探究胚胎分割技术
为提高胚胎的利用率,科学家们又研究了胚胎分割技术,阅读教材,据图回答下列问题:
1.应选择发育到什么阶段的胚胎进行胚胎分割 原因是什么
提示 桑葚胚或囊胚阶段的胚胎。桑葚胚阶段尚未出现细胞分化,细胞具有全能性;囊胚阶段的内细胞团具有全能性。
2.对囊胚阶段的胚胎进行分割时,为什么要将内细胞团均等分割
提示 内细胞团一般到囊胚阶段才出现,它将来会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能正常发育,含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良,甚至出现不能发育等问题。
3.在胚胎移植前常需要对胚胎进行检测,为什么要对胚胎进行检测 检测什么 应选择什么细胞进行鉴定 为什么选这种细胞
提示 在胚胎移植时常要选择特定性别且不患遗传病的胚胎,如培养高产奶牛,需要选择能发育成雌牛的胚胎。为达到目的,可分别对胚胎进行染色体检测和DNA检测。应选择滋养层的细胞进行鉴定。滋养层细胞以后会发育成胎盘和胎膜,对个体的影响较小。
4.为了获得更多的胚胎,能否把胚胎多分割几份 分割完的胚胎能否直接移植
提示 不能使胚胎分割的份数过多,因为分割份数越多,移植的成功率越低。分割完的胚胎可直接移植给受体或经体外培养后再移植给受体。
例3 (2022·长沙期中)下图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程,下列相关说法正确的是( )。
A.②过程中细胞进行有丝分裂,无细胞分化
B.③代表胚胎分割,需均等分割原肠胚的内细胞团,以免影响胚胎发育
C.④过程是培育优质奶牛必不可少的步骤
D.⑤代表胚胎移植,胚胎移植能否成功与供体和受体的生理状态有关
【答案】 D
【解析】 ②过程中细胞进行有丝分裂和细胞分化,A错误;③代表胚胎分割,需均等分割囊胚的内细胞团,以免影响胚胎发育,B错误;④代表分割后胚胎的恢复过程,并不是培育优质奶牛必不可少的步骤,C错误。
归纳总结
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,最终用到的技术手段都是胚胎移植
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 胚胎分割得到的动物都具有相同的遗传物质 克隆动物的核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
对点练3 (2022·常德质检)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割的原因是( )。
A.以免影响胚胎的恢复和进一步发育
B.保证遗传物质的平均分配及个体性状完全相同
C.确保胚胎发育后期营养物质的供应
D.防止分割而来的两个个体遗传物质产生差异
【答案】 A
【解析】 若胚胎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能正常发育,含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题。因此,胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,以免影响胚胎的恢复和进一步发育,A符合题意。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.为了获得更多的卵母细胞,需用性激素对供体进行处理。 (×) 2.移植的胚胎只能来自体内受精或者体外受精直接产生的胚胎。 (×) 3.受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。 (×) 4.胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行,因为两者生理特征相近,易于成功。 (√) 5.胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。 (×) 6.采用胚胎分割技术产生的同卵多胚的数量是有限的。 (√) 7.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
第2课时 胚胎工程技术及其应用
【
学习目标】
1.以文字和图示形式表示哺乳动物的体外受精和胚胎移植的过程。(科学思维)
2.说明体外受精、胚胎移植和胚胎分割技术在畜牧业生产中的应用。(社会责任)
【自主预习】
一、体外受精
1.过程
(1)过程A为 卵母细胞的采集 ,从卵巢中获取的卵母细胞需要培养到 MⅡ期 才具有受精的能力。
(2)精子的获取过程中,采集的精液先进行 离心 处理,然后再进行B 获能处理 后才具有受精的能力。
(3)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,促使它们完成C 体外受精 过程。
2.意义
(1)是提高动物 繁殖能力 的有效措施。
(2)为胚胎移植提供可用的 胚胎 。
二、胚胎移植
1.概念: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.对胚胎移植概念的理解
(1)胚胎来源:体内早期胚胎、体外受精得到的胚胎、其他方式(转基因、核移植等)得到的胚胎。
(2)供体:提供胚胎的个体。
(3)受体:接受胚胎的个体。
(4)移植条件:供体与受体为同种且生理状态相同。
3.过程(以牛胚胎移植为例)
4.优势:可以充分发挥 雌性优良个体的繁殖潜力 。
三、胚胎分割
1.概念: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。
对象 早期胚胎
方法 机械方法
目的 获得同卵双胎或多胎
特点 来自同一胚胎的后代具有 相同 的遗传物质
实质 可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
2.仪器设备:体视显微镜和显微操作仪。
3.操作程序: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→在显微镜下用分割针或分割刀分割胚胎。
4.注意事项:分割囊胚时要将 内细胞团 均等分割。
【合作探究】
任务 了解胚胎工程技术及应用
活动1 探究体外受精技术
体外受精技术的基本原理是人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等),使卵母细胞成熟和精子获能,最终完成受精过程,得到的胚胎暂时保存或进行移植等。下图为体外受精过程的流程图,讨论并回答下列问题:
1.精子获能处理前为什么要进行离心处理
提示 精液由精子和精清两部分组成。精清中含有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,目的是除去精清以利于精子获能。
2.从卵巢中采集的卵子为什么不能与获能的精子直接受精
提示 卵巢中的卵子不成熟,需培养到MⅡ期才具有受精能力。
3.受精过程体现了细胞膜的哪种功能和哪种特性
提示 受精过程体现了细胞膜的进行细胞间信息交流的功能,精子和卵子的融合利用了细胞膜具有流动性的结构特性。
4.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。
5.体外受精技术为何能提高优良动物的繁殖潜力
提示 体外受精中用到的精子采自优良品种雄畜,每次采集的精子可与多个卵子受精,提高了精子的利用率;可从屠宰场已屠宰母牛的卵巢中获取卵母细胞,也可从活体母牛输卵管中获取卵母细胞,这样卵子的来源就比较充足。
例1 (改编)下图表示利用高等哺乳动物的生殖细胞通过体外受精技术培育试管动物的大致流程。下列说法错误的是( )。
A.哺乳动物的体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤
B.在体外受精前,要对精子进行获能处理,从而使精子具有与卵子受精的能力
C.胚胎早期发育的顺序是受精卵→囊胚→桑葚胚→原肠胚
D.除图中所示用途外,胚胎发育到一定阶段还可以用于胚胎分割
【答案】 C
【解析】 培育试管动物首先要做的就是体外受精,哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤,A正确;刚刚排出的精子,不能立即与卵子受精,必须在雌性动物生殖道中发生相应的生理变化后,才能获得受精能力,因此在体外受精前,要对精子进行获能处理,B正确;胚胎发育的顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚,C错误;图中所示用途为胚胎移植,除了胚胎移植,发育到一定阶段的胚胎还可以用于胚胎分割,D正确。
知识拓展 比较自然受精、人工授精和体外受精的异同点
项目 自然受精 人工授精 体外受精
不 同 点 过程 不同 雌雄动物 交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精 人工获取精子、卵子,在体外培养液中完成受精过程
场所 不同 雌性动物 输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程; ②都是有性生殖
对点练1 体内受精、体外受精的共同点是( )。
A.均需在输卵管中完成受精
B.均需采集卵母细胞
C.均需采集精液
D.受精前精子均需获能
【答案】 D
【解析】 体外受精在体外专门的培养液中进行,A错误;体内受精不需要采集卵母细胞,B错误;体内受精不需要采集精液,C错误;任何形式的受精作用过程中,精子都需要获能,D正确。
活动2 探究胚胎移植技术
胚胎移植是胚胎工程的核心技术,下图表示胚胎移植的操作流程。请据图思考下列问题。
1.胚胎移植过程中,对供、受体的选择有哪些要求 要进行什么处理
提示 供体:遗传性状优良、生产能力强。受体:有健康的体质和正常繁殖能力。
2.什么是同期发情处理 同期发情处理的目的是什么
提示 同期发情是指利用某些激素人为地控制并调整一群母牛发情周期的进程,使其在预定时间内集中发情。同期发情处理的目的是使胚胎在移植前后所处的生理条件达到同步或一致,供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件,这是胚胎移植成功的关键。
3.超数排卵的目的是什么 如何进行超数排卵
提示 目的是使一头母牛一次排出比自然情况下更多的成熟卵子,其用于配种或者人工授精,可获得多枚胚胎,经胚胎移植可得到多个后代。超数排卵可用外源促性腺激素处理供体母牛,诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
4.进行胚胎移植时应选择发育到什么阶段的胚胎 受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应
提示 动物的早期胚胎一般在桑葚胚或囊胚阶段进行移植。受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。
5.胚胎移植后,经受体孕育的后代的遗传特性与供体还是受体保持一致 为什么
提示 胚胎移植产生的后代的遗传特性与供体保持一致,受体母畜只提供胚胎发育的场所(子宫)和营养,不影响供体胚胎的遗传特性。
认知生成
胚胎移植的生理学基础和实质
1.生理学基础
(1)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 。(能移植)
(2)哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内 不会与母体子宫建立组织上的联系 ,而是处于 游离 状态,为胚胎的收集提供了可能。(能收集)
(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。(能存活)
(4)供体胚胎可与受体子宫建立正常的 生理和组织联系 ,且供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响。(能发育)
2.实质
(1)从过程看,实际上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。
(2)从结果看,是早期胚胎在相同生理环境条件下 空间位置 的转移。
例2 (2022·盐城期中)牛胚胎移植的主要流程如下,下列相关叙述正确的是( )。
①超数排卵→②配种→③胚胎收集→④ →⑤胚胎移植→⑥子代小牛
A.①过程供、受体母牛都需要处理,目的是获得更多的卵母细胞
B.③过程是以哺乳动物早期胚胎未与子宫建立组织上的联系为前提的
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阶段
D.⑤过程成功率的高低主要取决于受体的排斥程度
【答案】 B
【解析】 ①过程仅需对供体母牛进行超数排卵处理,A错误;③过程是以哺乳动物早期胚胎未与子宫建立组织上的联系,处于游离状态为前提的,B正确;经过④过程,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚阶段,C错误;⑤过程成功率的高低主要取决于供、受体生理状况是否一致,D错误。
方法技巧 胚胎移植中的三个注意点
两次使 用激素 第一次:用相关激素对供、受体进行同期发情处理; 第二次:用外源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
生殖 方式 胚胎由受精卵形成,属于有性生殖; 胚胎由核移植或胚胎分割形成,属于无性生殖
对点练2 (2023·临沂期中)和牛是世界公认的高档肉牛品种,其体型小、肉质鲜嫩、营养丰富。我国科学家通过胚胎工程技术,利用本地黄牛代孕来繁育和牛,主要步骤如下图所示。下列叙述正确的是( )。
A.科学家可通过给和牛饲喂外源促性腺激素,促使其超数排卵
B.将采集到的卵母细胞和精子置于适当的培养液中共同培养一段时间即可完成体外受精
C.为避免代孕黄牛对植入的和牛胚胎产生免疫排斥反应,应注射免疫抑制剂
D.胚胎移植后仍需对代孕黄牛进行定期检查
【答案】 D
【解析】 诱导超数排卵用的是外源促性腺激素,外源促性腺激素的本质是蛋白质(多肽),饲喂给药会使其因水解而失去作用,A错误;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,B错误;受体子宫一般不会对植入的胚胎产生免疫排斥反应,因此不需要给代孕黄牛注射免疫抑制剂,C错误;胚胎移植后仍需对代孕黄牛进行定期检查,以确保胚胎正常发育,D正确。
素能提升 分析胚胎工程在医学等方面的应用,培养生命观念、科学思维和社会责任等核心素养
现代生物工程技术推动了医药学等领域的发展。为解决不孕不育夫妇的生育问题而出现的试管婴儿技术,给千万家庭带来了福音。试管婴儿是采用人工方法让卵细胞和精子在体外受精,并进行早期胚胎培养,然后将早期胚胎移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿。下图表示移植卵裂期胚胎和囊胚期胚胎的流产率与受孕妇女年龄的关系。
根据以上材料,分析并回答下列问题:
(1)下图表示人体受精作用及胚胎早期发育的部分过程。下列叙述正确的是( )。
A.图1中的卵子已经完成减数分裂Ⅱ
B.图2中胚胎需转移至子宫内继续发育
C.图3中各细胞内的DNA分子数目相等
D.图4中胚胎可以用于分离胚胎干细胞
(2)据图分析实验的自变量是什么 因变量是什么 。
(3)分析实验结果可得出哪些结论 。
【答案】 (1)D (2)自变量为受孕妇女年龄和胚胎发育阶段。因变量为流产率 (3)卵裂期胚胎移植的成功率低于囊胚期胚胎;受孕妇女年龄越大,胚胎移植的流产风险越高
【解析】 (1)图1中精子刚进入卵细胞内,还没有刺激卵母细胞完成减数分裂Ⅱ,A错误;图2中胚胎不能直接移入子宫,需进行早期胚胎培养后才能移入子宫继续发育,B错误;图3表示含有两个细胞的卵裂期胚胎,此时期在卵细胞膜和透明带之间可观察到两个极体,一个为第一极体,一个为第二极体,第二极体细胞内的核DNA数量是其他细胞的一半,C错误;图4表示囊胚,从其内细胞团中可以分离得到胚胎干细胞,D正确。(2)实验的自变量为受孕妇女年龄和胚胎发育阶段,因变量为流产率。(3)由题图可知,卵裂期胚胎移植的成功率低于囊胚期胚胎;受孕妇女年龄越大,胚胎移植的流产风险越高。
活动3 探究胚胎分割技术
为提高胚胎的利用率,科学家们又研究了胚胎分割技术,阅读教材,据图回答下列问题:
1.应选择发育到什么阶段的胚胎进行胚胎分割 原因是什么
提示 桑葚胚或囊胚阶段的胚胎。桑葚胚阶段尚未出现细胞分化,细胞具有全能性;囊胚阶段的内细胞团具有全能性。
2.对囊胚阶段的胚胎进行分割时,为什么要将内细胞团均等分割
提示 内细胞团一般到囊胚阶段才出现,它将来会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能正常发育,含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良,甚至出现不能发育等问题。
3.在胚胎移植前常需要对胚胎进行检测,为什么要对胚胎进行检测 检测什么 应选择什么细胞进行鉴定 为什么选这种细胞
提示 在胚胎移植时常要选择特定性别且不患遗传病的胚胎,如培养高产奶牛,需要选择能发育成雌牛的胚胎。为达到目的,可分别对胚胎进行染色体检测和DNA检测。应选择滋养层的细胞进行鉴定。滋养层细胞以后会发育成胎盘和胎膜,对个体的影响较小。
4.为了获得更多的胚胎,能否把胚胎多分割几份 分割完的胚胎能否直接移植
提示 不能使胚胎分割的份数过多,因为分割份数越多,移植的成功率越低。分割完的胚胎可直接移植给受体或经体外培养后再移植给受体。
例3 (2022·长沙期中)下图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程,下列相关说法正确的是( )。
A.②过程中细胞进行有丝分裂,无细胞分化
B.③代表胚胎分割,需均等分割原肠胚的内细胞团,以免影响胚胎发育
C.④过程是培育优质奶牛必不可少的步骤
D.⑤代表胚胎移植,胚胎移植能否成功与供体和受体的生理状态有关
【答案】 D
【解析】 ②过程中细胞进行有丝分裂和细胞分化,A错误;③代表胚胎分割,需均等分割囊胚的内细胞团,以免影响胚胎发育,B错误;④代表分割后胚胎的恢复过程,并不是培育优质奶牛必不可少的步骤,C错误。
归纳总结
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,最终用到的技术手段都是胚胎移植
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 胚胎分割得到的动物都具有相同的遗传物质 克隆动物的核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
对点练3 (2022·常德质检)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割的原因是( )。
A.以免影响胚胎的恢复和进一步发育
B.保证遗传物质的平均分配及个体性状完全相同
C.确保胚胎发育后期营养物质的供应
D.防止分割而来的两个个体遗传物质产生差异
【答案】 A
【解析】 若胚胎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能正常发育,含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题。因此,胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,以免影响胚胎的恢复和进一步发育,A符合题意。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.为了获得更多的卵母细胞,需用性激素对供体进行处理。 (×) 2.移植的胚胎只能来自体内受精或者体外受精直接产生的胚胎。 (×) 3.受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。 (×) 4.胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行,因为两者生理特征相近,易于成功。 (√) 5.胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。 (×) 6.采用胚胎分割技术产生的同卵多胚的数量是有限的。 (√) 7.利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。 (√)
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