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2016新课标创新人教生物选修3 3.2 体外受精和早期胚胎培养


一、试管动物技术?阅读教材P69? 1.含义:指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并通过培养发育为 早期胚胎后,再经移植产生后代的技术。 2.技术手段:体外受精、早期胚胎的培养和移植入母体子宫。 3.应用 (1)实现良种动物的快速大量繁殖。 (2)解决动物生育率低的问题。 二、体外受精?阅读教材P69~72? 1.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。 2.卵母细胞的采集 (1)用促性腺激素处理排卵后,再从输卵管中冲取卵子的方法。 (2)直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞,卵母细胞需在体外经人工培养成熟后,才能 受精。 3.精子的收集与获能 (1)收集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法。 (2)精子体外获能的方法有培养法、化学诱导法两种。 4.受精 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。 三、胚胎的早期培养?阅读教材P72~73? 1.胚胎培养液成分一般含有一些无机盐、有机盐和维生素、激素、氨基酸、核苷酸等 营养成分,以及动物血清等物质。 2.胚胎发育到适宜阶段,可以取出移植或冷冻保存。

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[共研探究] (一)试管动物技术

如图中的两头小牛就是试管牛。 试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条 件下成熟和受精,并通过培养发育为早期胚胎后,再经移植产生后代的技术。结合图示,阅 读教材,回答以下问题。 1.试管动物技术属于有性生殖。 2.试管动物就是在试管中产生的动物吗? 提示:培育试管动物时,受精作用和早期胚胎培养是在试管中进行的,胚胎的继续发育 是在雌性动物的子宫中完成的,并且最终由雌性动物产出。 3.试管牛的培养首先要做的两项技术是体外受精和早期胚胎的培养。

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(二)根据示意图完善哺乳动物体外受精过程

1.体外受精 (1)概念: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)基本原理是人工模拟体内环境,包括营养、温度、pH 等,使初级卵母细胞成熟,同 时使精子获能,最终完成受精作用,并有计划地保存胚胎等。 (3)哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能及受精等 几个主要步骤。 2.卵母细胞的采集和培养 (1)对于小鼠、兔等动物,常用促性腺激素处理,再从输卵管中冲取卵子,卵子可直接 与获能的精子在体外受精。对于牛等大型动物,可以从卵巢中采集卵母细胞,在体外培养成 熟后才能与获能的精子受精。 (2)为获得更多的卵子,常给一些动物注射促性腺激素,该激素能否口服? 提示:不能,因为促性腺激素是肽类化合物,口服会因消化道的消化作用而失去原有的 效应。 (3)判断正误 ①由超数排卵处理采集的卵母细胞可直接与获能的精子受精。(√) 提示: 由超数排卵处理采集的卵母细胞已在体内发育成熟, 不需培养可直接与获能的精 子受精。 ②从卵巢中采集的卵子能与获能精子直接受精。(×) 提示:从卵巢中采集的卵子不成熟,需要培养到 MⅡ中期才具有受精能力。 3.精子的采集和获能 (1)精子的采集

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(2)精子的获能 获能 方法 培养法 化学诱 导法 4.体外受精 概念 适用动物

将精子放入人工配制的获能液中培养, 使其获能, 精子获能是指精子获得与成熟卵母细胞进行受精 啮齿动物、家兔和猪等 的能力,而不是获得能量 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 牛、羊等家畜

[总结升华] 1.试管动物与克隆动物的不同 (1)起点不同:试管动物是受精卵,克隆动物是经核移植形成的重组细胞。 (2)遗传物质来源不同:试管动物来源于双亲,克隆动物主要来源于供核一方。 (3)生殖方式不同:试管动物为有性生殖,克隆动物为无性生殖。 2.自然受精、人工授精和体外受精的异同 项目 过程 不 同 点 自然受精 雌雄动物 交配完成 雌性动物 输卵管中 人工授精 用人工的方法将公畜的精液 注入母畜生殖道内, 完成受精 雌性动物 输卵管中 体外受精 人工获取精子、卵子,在 体外培养液中完成受精过 程 体外培养液中

场所 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 精子的采集 精子获能 采集后的精子进行人工处理, 使其获得受 精能力 培养法、化学诱导法

3.精子的采集和获能

过程 方法

人为地使动物精子从体内射出然后收集 假阴道法、手握法和电刺激法等

[对点演练] 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.从输卵管中采集的卵母细胞经培养后才能与获能的精子受精 C.获能的精子和成熟的卵子,不能在获能溶液中完成受精 D.卵母细胞与精子受精后才能完成减数第二次分裂
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解析:选 D 在哺乳动物进行体外受精时,先对母体做超数排卵处理;从输卵管中采集 的卵母细胞可直接与获能的精子受精;获能的精子和成熟的卵子能够在获能溶液中完成受 精; 次级卵母细胞发育到减数第二次分裂中期时才能与精子受精, 然后完成减数第二次分裂。

[共研探究] 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,这就是早期胚胎培养。阅读教材,结合“试管牛”工厂化生产的技术流 程图回答下列问题。

1.培养液的成分:一般包括无机盐、有机盐类、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营 养成分,以及血清等物质。 2.不同动物胚胎移植的时间不同:牛、羊等一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段进行 移植。人的体外受精胚胎,可在 8~16 个细胞阶段移植。 3.完善试管牛工厂化生产的技术流程

(1)结果:实现良种牛的快速、大量繁殖。 (2)所用技术:体外受精、早期胚胎培养。 [总结升华] 1.胚胎早期培养液(发育培养液)成分与动物细胞培养液成分的比较

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项目 盐类 营养物质 调节物质 特有成分 2.试管动物的培育过程

动物胚胎培养液 无机盐、有机盐 氨基酸、核苷酸 维生素、激素 血清

动物细胞培养液 无机盐、微量元素 糖、氨基酸 促生长因子 血清、血浆

[对点演练] 2.培育“试管山羊”的基本过程如图所示,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相同成分的培养液 D.丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内 解析:选 A 甲为获取卵母细胞的过程,用促性腺激素处理母山羊,使其超数排卵;乙 过程的目的之一是促进卵母细胞成熟和使精子获能, 利于精卵细胞结合, 而不是使精子成熟; 乙过程中使精子获能需要获能溶液,丙过程为培养早期胚胎,需用发育培养液,两者成分不 同;丁过程中早期胚胎需移植到与供体生理状态相同而不是性状相同的代孕母羊子宫内。

1.超数排卵的做法正确的是( A.口服促性腺激素 B.注射促性腺激素 C.口服或注射促性腺激素 D.以上方法均不正确

)

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解析:选 B 促性腺激素的化学成分是多肽,只可注射,不能口服,若口服会被消化酶 消化而失去生理作用。 2.下列关于卵母细胞采集的叙述,不正确的是( ) A.有些动物在采集时要用促性腺激素处理 B.从输卵管中取出的卵子,可直接与获能的精子在体外受精 C.对有些动物可以直接从活体卵巢中吸取卵母细胞 D.采集的卵母细胞都可直接与获能的精子在体外受精 解析: 选 D 卵子采集方法有两种: ①先用促性腺激素处理供体, 从输卵管中冲取卵子, 直接与获能的精子在体外受精; ②从屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞或直接从活体动物的卵 巢中吸取卵母细胞, 通过这种方式获得的卵母细胞要在体外人工培养成熟后才能与获能的精 子受精。 3.下列关于牛体外受精胚胎的工厂化生产的叙述,正确的是( ) A.精子和卵子受精后即可移入母牛子宫 B.采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液才能形成受精卵 C.成熟卵子与获能的精子相遇形成的受精卵,需培养到一定阶段才可移植 D.体外受精胚胎的工厂化生产即受精过程和胚胎发育只需在体外进行 解析:选 C 卵母细胞要在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受精,受精卵发 育到桑椹胚阶段或囊胚阶段才能进行移植,早期胚胎需移植入母体后继续发育形成幼体产 出。 4.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 效的性别控制方法。 例如, 牛的含 X 染色体的精子的 DNA 含量比含 Y 染色体的精子的 DNA 含量高出 4%左右,利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来,再通过胚胎工程技术 就可培育出所需性别的试管牛(如图所示)。

根据以上信息回答下列相关问题: (1)图中过程①采集精子时,常采用________法,获得的精子经________诱导后才能受 精。 (2)图中过程③通常采用________技术。在这个过程中________的精子与卵子相遇时, 首先发生________反应释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质。 防止多精入卵的生理 反应有________________________________________________________________________。 (3)在体外培养受精卵时, 除了给予一定量的 O2 以维持细胞呼吸外, 还需要提供________ 气体以维持______________。 (4)为了确保得到所需性别的试管牛,往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定,请举出 一 种 对 早 期 胚 胎 进 行 性 别 鉴 定 的 方 法 : ________________________________________________________________________。 解析:(1)采集精子的方法主要有三种:手握法、假阴道法和电刺激法,对于牛常采用 的方法是假阴道法,且采集后的精子需经化学药物诱导使之获能。 (2)精子和卵子受精时会 发生一些重要的生理反应,如顶体反应、透明带反应、卵细胞膜反应,其中后两者是防止多 精入卵的主要生理过程。(3)在体外培养受精卵时,需要提供一定量的 CO2 以维持培养液的 pH。(4)取早期胚胎细胞进行检测,如果含有 Y 染色体,一定是雄性,否则为雌性。 答案:(1)假阴道 化学药物(一定浓度的肝素或钙离子载体 A23187 溶液) (2)体外受精
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获能 顶体 透明带反应和卵细胞膜反应 染色体组型(答案合理即可)

(3)CO2 培养液(基)的 pH

(4)分析胚胎细胞的

【基础题组】 1.发展试管动物技术具有重要意义,下列关于这方面叙述错误的是( ) A.试管动物技术可解决动物生育率低的问题 B.试管动物技术可以更多、更有效地利用动物卵母细胞 C.试管动物技术可以通过普通家畜繁育良种家畜 D.试管动物技术不能实现家畜的快速繁殖 解析: 选 D 试管动物技术能够将优良品种的雌雄生殖细胞体外受精并发育成一个个小 胚胎,然后将这些小胚胎移植到普通个体子宫内“借腹怀胎”,从而实现家畜的快速繁殖, 也能够解决动物生育率低的问题。 2.下列有关试管婴儿的叙述,正确的是( ) A.它是无性生殖的产物 B.它的个体发育在体外进行 C.其本质是一种有性生殖 D.它的胚胎发育都在体外进行 解析:选 C 试管婴儿是体外受精和胚胎移植的产物。它是通过人工操作使卵子和精子 在体外条件下成熟和受精,并通过培养发育为早期胚胎后,再经移植产生的。因此其本质是 有性生殖,它的早期胚胎发育在体外进行。 3.下列关于体外受精技术的说法,错误的是( ) A.体外受精技术前需对精子进行获能处理 B.体外受精是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的 C.体外受精技术已成为一项常规的动物繁殖生物技术 D.体外受精技术可用于研究动物生殖细胞的发生机制 解析:选 B 体外受精时,精子是成熟的,而采集的卵细胞成熟程度不同,但都要进行 培养,使之发育到次级卵母细胞阶段才可进行体外受精。 4.如图是试管婴儿培育过程示意图,下列有关叙述错误的是( )

A.过程①中可通过注射促性腺激素增加排卵数量 B.过程②在培养细胞的培养液中就可以完成 C.过程③的培养液中应该添加动物血清 D.过程④成功的条件之一是受体对供体胚胎没有排斥反应 解析:选 B 在完成过程②之前,需要将采集的精子放在人工合成的获能溶液中培养一 段时间,完成精子的获能。获能的精子和培养成熟的卵子,一般情况下在获能溶液或专用的 受精溶液中完成受精。 5.从卵巢中直接采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受 精。以下叙述正确的是( ) A.从卵巢中采集的卵母细胞是动物正常排卵过程收集的卵母细胞 B.体外培养至减数第二次分裂中期,才算成熟
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C.体外培养过程需在含促性腺激素的培养液中进行 D.经促性腺激素处理,从输卵管中冲取的卵子也要在体外人工培养才能与获能的精子 受精 解析:选 B 从卵巢中采集的卵母细胞是动物的非正常排卵过程的卵母细胞,这些卵母 细胞还未从卵泡中排出;体外培养不需加促性腺激素,促性腺激素的靶器官是性腺,不能直 接作用于卵母细胞;经促性腺激素处理,从输卵管中冲取的卵子可直接与获能的精子受精。 6.胚胎早期培养需要用液体培养基,其成分是( ) A.水、无机盐、维生素、激素、有机盐、氨基酸、核苷酸、血清等 B.蔗糖、水、无机盐、维生素、激素 C.蔗糖、水、无机盐、氨基酸、核苷酸、血清 D.水、无机盐、维生素、有机盐、淀粉等 解析:选 A 胚胎早期培养需要用液体培养基,其成分应当包括水、无机盐、维生素、 激素、有机盐、氨基酸、核苷酸等营养物质,还应当含有动物血清等物质。 7.下列关于胚胎工程的叙述,错误的是( ) A.体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精 B.受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植 C.早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清 D.试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术 解析:选 B 一般要将胚胎培养至桑椹胚或囊胚期时进行胚胎移植,原肠胚阶段细胞分 化程度高,移植成功率低。 8. 试管婴儿之父——爱德华兹因体外受精技术获得 2010 年诺贝尔生理学或医学奖。 体 外受精技术又称试管婴儿技术,包括超数排卵、取卵、体外受精、胚胎培养、胚胎移植等相 关技术。下列有关叙述不正确的是( ) A.使用一定的激素才能实现超数排卵 B.采集的卵母细胞经培养后才能完成受精 C.卵母细胞达到减数第二次分裂中期时,才具备受精能力 D.受精卵需要导入抗病毒基因才能正常发育 解析: 选 D 为了获得更多的卵母细胞, 常用促性腺激素处理供体动物, 使其超数排卵, 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 正确;动物排出 的卵子都要在输卵管内进一步成熟,当达到减数第二次分裂的中期时,才具备受精能力,C 正确;受精卵的正常发育需要无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分 和血清物质,不需要导入外源基因,D 错误。 【能力题组】 9.下列哪项不是人工授精和体外受精的区别( ) A.人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性 B.体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能 C.人工授精和体外受精的本质不同 D.人工授精的精卵结合在母畜体内,而体外受精的这一过程在母畜体外 解析: 选 C 人工授精是用人工的方法, 把公畜的精液注入母畜生殖道内, 使精卵结合; 体外受精是将人工获取的精子和卵子在体外完成受精。 这两者的本质都是两性生殖细胞的结 合,只不过前者是在体内完成的,后者是在体外完成的。 10.试管婴儿、试管苗和克隆羊三者均属于生物工程技术的杰出成果,下列叙述正确的 是( ) A.都属于无性生殖,能保持母本性状
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B.后两者是细胞工程的技术范围,前者为胚胎工程的技术范围 C.都充分体现了体细胞的全能性 D.都不会发生基因重组 解析:选 B 试管婴儿属于有性生殖,具有双亲的遗传特性;试管婴儿与克隆羊不能体 现体细胞的全能性;试管婴儿可发生基因重组。 11.(2015· 天津高考)2015 年 2 月 3 日,英国议会下院通过一项历史性法案,允许以医 学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用图示技术路线。

据图分析,下列叙述错误的是( ) A.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 B.捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿 C.三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核 D.三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术 解析:选 C 受精卵的细胞质几乎全部来自于捐献者的卵母细胞,故避免了母亲的线粒 体遗传病基因遗传给后代。 红绿色盲为细胞核基因遗传病, 捐献者仅提供了卵母细胞的细胞 质, 故捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿。 受精卵的细胞质几乎全部来自于捐 献者,但细胞核中的染色体一半来自父方,一半来自母方。三亲婴儿的培育是体外受精,所 以需要在体外培养至早期胚胎阶段再进行胚胎移植。 12.如图为某哺乳动物生殖过程示意图(b 为卵子),下列相关叙述错误的是( )

A.动物个体①②的产生分别属于有性生殖和无性生殖 B.动物个体②的产生表明,高度分化的动物细胞核也具有发育成完整个体的潜在能力 C.按照动物个体②的产生方式,后代的性别比例仍为 1∶1,但这对于动物的进化则是 不利的 D.图中 a、b、c 三种细胞的产生方式,仅 c 为有丝分裂 解析:选 C 动物个体①是由精、卵细胞结合而形成的个体,属于有性生殖过程;动物 个体②是由去核卵细胞与另一细胞的细胞核重组成的一个新细胞,进而发育成一个新的个 体,故此方式属于克隆(无性繁殖)。动物的性别由核中的染色体决定,故个体②的性别与提 供细胞核的个体相同。 13.如图是通过体外受精培育小鼠的过程图,请据图回答下列问题:

(1)①采用的方法是用____________处理,从________采集卵子。
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(2)②是________过程,因此小鼠是________生殖方式,其常见的可遗传的变异类型有 ________________________________________________________________________ ________________________。 (3)③ 过 程 是 ________________________ , 其 培 养 液 成 分 含 有 ________________________________________________________________________。 (4)若培育牛、羊等家畜,④过程移植的胚胎是在______________________________。 解析:小鼠常用的采集卵母细胞的方法是用促性腺激素处理,促进其超数排卵,然后从 其输卵管中收集卵母细胞。卵子与精子结合的过程称为受精, 因此小鼠的生殖方式为有性 生殖。进行有性生殖的动物,其可遗传的变异类型有基因突变、基因重组、染色体变异。受 精卵到早期胚胎的培养称为体外早期胚胎的培养,在该过程中培养液的成分主要有两 “盐”(有机盐和无机盐)、两“素”(维生素和激素)、两“酸”(氨基酸和核苷酸),还有水及 动物的血清等。 答案: (1)促性腺激素 输卵管 (2)受精 有性 基因突变、 基因重组、 染色体变异 (3) 体外早期胚胎的培养 无机盐、有机盐类、维生素、激素、核苷酸、氨基酸、血清等 (4) 桑椹胚阶段或囊胚阶段 14.为了加快优良种牛的繁殖速度,科学家采用了以下两种方法。请根据图示信息回答 问题:

(1)试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的生物技术有 ________________________________________________________________________。 (2)用来促进 B 多排卵的激素可能是________分泌的促性腺激素。E 的性别是________。 (3)产生 F 的理论依据是________________,其生殖方式属于________________。 (4)要培育产奶率高的转基因牛,则目的基因的受体细胞一般是________。转基因牛乳 腺细胞中含有较多的参与分泌物加工的________________________等细胞器。 解析:试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的生物技术有动物细胞培养、胚胎移植等; F 产生的过程是克隆的过程,利用的原理是细胞核的全能性,生殖方式为无性生殖。对动物 来说,受精卵体积大,易操作,经培养后可直接表达性状,因此受精卵是基因工程的常用受 体细胞。 答案:(1)动物细胞培养、胚胎移植等 (2)垂体 雌性或雄性 (3)细胞核的全能性 无 性生殖 (4)受精卵 内质网、高尔基体、线粒体 15.人的血清白蛋白在临床上的需求量很大。将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中, 就可以利用牛的乳腺细胞生产血清白蛋白,大致过程如图所示。据图回答问题:

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(1)要实现过程②超数排卵,应在性成熟母牛发情期的某一阶段用____________处理, 然后在恰当时期进行胚胎收集, 即________。 通过过程①采集的精子不能直接与成熟的卵细 胞受精,原因是______________________________________________。 (2)要使人的血清白蛋白基因在奶牛乳腺细胞中特异性表达,完整的基因表达载体要包 括目的基因、________、________、标记基因等部分。在过程⑤之前要检测早期胚胎细胞是 否已经导入人的血清白蛋白基因,宜采用________技术。 (3) 过 程 ⑤ 要 选 择 “ 雌 性 奶 牛 胚 胎 ” 的 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)卵母细胞是由卵巢产生的,而促性腺激素的靶器官是卵巢,它可以促进卵巢 排卵。精子要经过获能处理才具备受精能力。(2)含目的基因的表达载体由目的基因、启动 子、终止子及标记基因等部分组成。检测目的基因是否导入受体细胞时,可以用 DNA 分子 杂交技术。(3)只有母牛才能分泌乳汁,进而从其乳汁中获得人的血清白蛋白。 答案: (1)促性腺激素 冲卵 精子没有获能 (2)启动子 终止子 DNA 分子杂交 (3) 雌性转基因牛进入泌乳期后,可以从其乳汁中获得人的血清白蛋白

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