高中生物第三章胚胎工程第2节胚胎工程浙科版3

第二节 胚胎工程

课 标 解 读 1.描述体外受精和胚胎体外培养。 2.简述胚胎移植和胚胎分割。 3.了解胚胎干细胞的培养和胚胎干细胞核移植。 4.举例说出胚胎工程的应用。 5.尝试搜集胚胎干细胞研究进展的资料。 重 点 难 点 1.胚胎干细胞核移植和胚胎干细胞的培养。(重难点) 2.胚胎体外培养和胚胎移植技术。(重难点)

体外受精和胚胎体外培养 1.体外受精 (1)概念：采集雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子，使其在试管中受精。 (2)过程：

1．(1)试管牛是在试管中发育成的吗？

(2)精子不经过获能处理，可以用来进行体外受精吗？

【提示】 (1)不是。试管牛是人工采集牛的卵母细胞和精子，让它们在体外(试管中)完成受精作用并发育成早期胚胎，然后再移植到受体母牛子宫内发育，直到分娩。

(2)不可以。只有经过获能处理的精子才能够穿入到卵细胞内部。 2．胚胎体外培养

(1)概念：通过人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。

(2)特点：必须配制一系列含有不同成分的培养液，用以培养不同发育时期的胚胎。

胚胎移植 1.作用

1

胚胎工程中获得后代的唯一方法。 2．过程

指将经济价值较高、遗传性状优良的母畜，经过激素处理，使其超数排卵后受精，然后将发育的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫内，通过代孕母妊娠产仔的技术。

3．优点：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 (1)供体的职能：专门产生具有优良遗传特性的胚胎。 (2)受体的职能：担任繁重而漫长的妊娠和育仔的任务。

胚胎分割 1.概念

指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。

2．基本过程

(1)分割：将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿中，在显微镜下用切割针或切割刀将胚胎分割开，或者采用酶处理等方式将卵裂球中的细胞分散开。

(2)移植：分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚阶段，再移植到受体内，着床发育产仔。

2．胚胎分割是什么生殖方式？(有性生殖、无性生殖) 【提示】 无性生殖，没有经过精卵结合。

胚胎干细胞 1.特点

胚胎干细胞是一种未分化细胞，具有发育全能性和二倍体核型。 2．作用

胚胎干细胞在适当条件下，可被诱导分化为多种细胞、组织，具有重要的生产和临床医学价值。

3．胚胎干细胞培养

(1)关键：需要一种必须能促进胚胎干细胞的生长，同时还要抑制其分化的培养体系。 (2)过程：受精卵早期胚胎―→转入培养皿中培养―→分离内细胞团―→胰蛋白酶处

理―→

4．胚胎干细胞核移植

(1)概念：指把胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移

2

植后直接由受体完成克隆动物的技术。

(2)用途：获得基因敲除动物；培育用于移植的细胞、组织或器官；在试管中改良并创造动物新品种。

3．2009年12月2日，美国政府认可首批13个人体胚胎干细胞系，允许它们用于联邦资助的研究活动。但干细胞必须捐赠自生育诊所废弃胚胎，捐赠父母必须在同意书上签字等。那么，胚胎干细胞有什么用途呢？

【提示】 (1)基因敲除，获得基因敲除动物；(2)培育出人造组织、器官，用于器官移植；(3)改良并创造动物新品种。

1．采集到的精子与体外培养到成熟的卵母细胞在体外合适的环境下共同培养一段时间，便可受精。(×)

【提示】 采集到的精子需体外获能才可进行受精的操作。 2．胚胎移植的供体为良种雄性动物。(×) 【提示】 应为良种雌性动物。

3．胚胎分割时被切割的胚胎最适宜用发育良好的原肠胚。(×) 【提示】 应选择发育良好的桑椹胚或囊胚。

4．胚胎干细胞移植涉及动物细胞培养、胚胎培养、胚胎移植等技术。(√) 5．通过胚胎干细胞培养出的个体的性状与细胞核供体完全相同。(×) 【提示】 与细胞核供体极为相似。

从体外受精到早期胚胎 【问题导思】 ①体外受精的原理和操作是怎样的？

②早期胚胎培养液的成分有哪些？选择什么时期的胚胎进行胚胎移植？ 1．体外受精的原理及方法

(1)原理：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，最终完成受精和胚胎保存。

(2)主要操作步骤 ①卵母细胞的采集

方法一：对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后从输卵管中冲取卵细胞直接与获

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能的精子在体外受精。

方法二：对大型动物一般采用从活体的卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能的精子在体外受精。

②精子的体外获能

获能方法：培养法和诱导法。 ③受精

获能的精子和成熟的卵细胞在共同培养一段时间后便可受精。

1．从卵巢中取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成减数第一次分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。

2．选取具有优良性状的公畜进行人工采精，并且要对采集的精液进行检查，确保精液的质量。

2．胚胎的早期培养 (1)培养液成分

盐类：无机盐和有机盐；营养物质：氨基酸、核苷酸；调节物质：维生素、激素；特有物质：血清。

(2)胚胎移植的时间：不同动物其胚胎移植的时间不同。牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段，小鼠、家兔在桑椹胚前，人胚胎可在4个细胞阶段移植，几乎所有的动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。

(3)胚胎发育到适宜阶段时，一般为桑椹胚、囊胚或2～8期细胞的早期胚胎。既可向受体移植，也可冷冻保存。

请根据流程图回答以下问题。

(1)①所做的处理是________过程，②是________过程，③是______过程，④是__________________________________________________________过程。

(2)完成③过程所需的培养液配制有何要求？_________________________ ______________________________________________________________。 (3)④过程进行的最适宜时期是________________________。 (4)试用流程图表示体外受精过程。

______________________________________________________________。 【思维导图】解答此题的思维流程如下：

4

—①为精子的获能

哺乳动物体外受精—②为受精作用

和胚胎的培养和移植—③为体外早期胚胎的培养

—④为胚胎移植

【精讲精析】 (1)读图知受精作用前对于精、卵细胞都应进行获能处理即①为获能过程，经卵裂形成的早期胚胎植入母体，因此④为胚胎移植。(2)对早期胚胎进行体外培养时应根据其发育所需要求配制含有不同成分的培养液，以利用早期胚胎的生长发育。(3)胚胎移植时选择的胚胎应是全能性较高且分化程度很低的细胞，即卵裂球分裂为2～8期或囊胚期为最适宜。(4)体外受精过程包括精子的采集、获能、卵母细胞的采集和培养以及获能后的精、卵细胞的结合等。

【答案】 (1)获能 受精 体外早期胚胎的培养 胚胎移植 (2)配制一系列含有不同成分的培养液。 (3)发育到2～8个细胞或早期囊胚 (4)

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

( )

甲

良种母山羊――→卵母细胞采集良种公山羊――→精子

?乙丙丁

――→受精卵――→早期胚胎――→代孕母羊??

繁育――→试管山羊

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

【审题导析】 解答此题应注意以下两点：①受精作用与胚胎早期发育所需营养成分不同。②胚胎移植成功的关键在于供体与受体应处于同期发情状态。

【精讲精析】 甲过程的目的是采集卵母细胞并培养成熟，可通过注射促性腺激素促进母山羊超数排卵。乙过程的目的是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用。丙过程的目的是使受精卵发育成早期胚胎，此过程涉及细胞分裂和分化，其培养液的成分不同于乙过程的培

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养液。丁过程将早期胚胎移植到代孕母羊子宫内，要求代孕母羊与供体母羊处于同期发情状态，以利于接纳外来早期胚胎。

【答案】 A

胚胎移植和胚胎分割 【问题导思】 ①胚胎移植时对供体和受体分别有哪些要求？ ②胚胎移植的实质是什么？其基本操作程序如何？ ③胚胎分割的实质和要求是什么？ ④胚胎分割的基本操作程序如何？ 1．胚胎移植—“借腹怀胎”(如图示)

(1)胚胎移植的实质

胚胎移植实质上是早期胚胎在相同的生理环境条件下空间位置的转换，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不变。

(2)胚胎移植成功的保障(生理学基础) ①供体公、母牛和受体母牛的选择

供体公、母牛应该是人类所需优良遗传性状的个体，而受体母牛必须具有正常的孕育、生殖后代的能力。

②同期发情

在胚胎移植操作中应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们的生理条件达到同步或一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。

1．供体公、母畜和受体母畜的选择要求不同，供体公、母畜应该是人类所需具有优良遗传性状的个体，而受体母畜必须具有正常的孕育、生殖后代的能力。

2．胚胎移植操作的对象是早期胚胎而不是受精卵。 2．胚胎分割——“动物克隆”(如图示)

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(1)实质

胚胎分割(embryo division)技术是把一个胚胎的细胞分成两组或多组，经过短暂培养使其修复、发育后，再一同或分别移植到不同的代孕母体中妊娠并产生多胎的技术，这种技术又称做人工同卵多胎技术。胚胎分割可成倍增加胚胎数量，是一种快速繁殖种畜的方法，属于动物无性繁殖或克隆的方法之一，其他方法还有核移植。

(2)要点

①材料选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

②囊胚期分割要求：内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 (3)存在问题

采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性是有限的，到目前为止，最常见的是经分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小。

如图为胚胎移植过程示意图，请回答以下问题。

(1)胚胎移植对甲、乙、丙牛的要求分别是________、 ________和________。丁牛为________。

(2)过程①、②分别是__________________和____________________。 (3)欲得到更多的后代丁牛，可将收集到的胚胎进行______________________。 (4)过程③常用________________方法对甲牛进行处理。 【思维导图】 解答此题的思维流程如下：

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【精讲精析】 仔细观察图解，可知过程①、②、③分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵，从而确定对甲牛超数排卵处理的方法是注射促性腺激素。胚胎移植时所用的供体公牛和母牛均为优质牛，受体牛为普通牛即可。

【答案】 (1)优质母牛 普通母牛 优质公牛 有价值的后代(优质牛) (2)同期发情处理 胚胎移植

(3)胚胎分割 (4)注射促性腺激素

胚胎干细胞 【问题导思】 ①胚胎干细胞有什么特性？ ②如何获取胚胎干细胞？ 1.来源

哺乳动物的胚胎干细胞简称ES，来源于早期胚胎(囊胚的内细胞团)。 2．特性

(1)在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显。

(2)在功能上，具有发育的全能性，可诱导分化为多种细胞、组织。

(3)另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。

3．培养流程

4．用途

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(1)获得基因敲除动物。

(2)培育用于移植的细胞、组织或器官。 (3)在试管中改良并创造动物新品种。

下图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所作的一系列研究，请据图分析回答：

(1)过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上，并加入动物血清、抗生素等物质，在此过程中加入饲养层是为了________________，加入抗生素是为了________________，这对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义。

(2)过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响的因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有________________的特点。在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的下一个阶段是________。

(3)过程Ⅲ中将基因导入胚胎干细胞最常用的方法是________，将目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体，其目的是_______________________

______________________________________________________________。

(4)过程Ⅳ必须用去除胸腺的免疫缺陷小鼠，得到的小鼠畸胎瘤中全是神经管、横纹肌、骨

骼

等

人

类

组

织

和

器

官

。

该

研

究

的

目

的

是

__________________________________________________________

___________________________________________________(两方面)。 【审题导析】 解答此题应注意以下两点： (1)ES细胞的特点及培养。 (2)ES细胞的移植与应用研究。

【精讲精析】 图中过程Ⅰ是胚胎干细胞的培养；过程Ⅱ是胚胎干细胞的移植；过程Ⅲ中以胚胎干细胞为受体细胞进行转基因的研究；过程Ⅳ是胚胎干细胞的应用研究。

【答案】 (1)维持细胞不分化的状态 防止杂菌污染 (2)发育的全能性 原肠胚 (3)显微注射法 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时使目的基因能够发挥作用

(4)解决临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥等问题

本 课 知 识 小 结

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网 络 构 建

结 论 语 句

1．体外受精和胚胎体外培养可以获得试管动物。

2．胚胎移植技术是指将经济价值较高、遗传性状优良的母畜经过激素处理，使其超数排卵后受精，然后将发育的胚胎移植到同期发情的代孕母体的子宫内，经过妊娠产仔的技术。

3．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，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。

4．胚胎干细胞是从早期胚胎的内细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞，具有很强的分化能力，胚胎干细胞具有全能性。

1．下列超数排卵的做法，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

【解析】 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则失去生理作用。

【答案】 B

2．胚胎干细胞的特点是( )

A．在形态上，表现为体积大、细胞核大、核仁明显；在功能上，具有发育的全能性

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B．在形态上，表现为体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上，具有发育的全能性 C．在形态上，表现为体积小、细胞核小、核仁明显；在功能上，具有发育的全能性 D．在形态上，表现为体积大、细胞核小、核仁明显；在功能上，具有发育的全能性 【解析】 胚胎干细胞具有发育全能性，能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。胚胎干细胞的分化程度很低，分裂能力很强。具有发育全能性，其形态特点有体积小、细胞核大、核仁明显。

【答案】 B

3．我国引进良种红安格肉牛后，使其快速繁殖使用的方法有( ) ①发酵工程 ②组织培养 ③基因工程 ④克隆 ⑤细胞工程 ⑥体外受精和胚胎移植 A．①③ C．④⑤

B．②④ D．④⑥

【解析】 可以利用无性繁殖(克隆)和试管动物加快繁殖速度。 【答案】 D

4．下列关于胚胎分割的叙述正确的是( ) A．选择发育良好、形态正常的原肠胚 B．需在电子显微镜下进行操作 C．用解剖刀切开后用镊子迅速取出 D．囊胚阶段分割时注意内细胞团要等分

【解析】 胚胎分割应选桑椹胚或囊胚，而不能选原肠胚。分割时应将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

【答案】 D

5．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 C．胚胎分割和胚胎移植

B．胚胎移植 D．受精卵移植

【解析】 基因型完全相同的小牛，表明两头小牛遗传物质相同。胚胎分割是指借助显微操作技术将早期胚胎分割几等份，经移植获得同卵双胞或多胎的技术。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质。试管动物、胚胎移植和受精卵移植是指通过人工操作，使精子和卵细胞在体外成熟和完成受精，并发育为早期胚胎后再经移植产生后代的技术，所以，其生殖方式为有性生殖，后代的基因型不同。

【答案】 C

6．如图是牛胚胎分割示意图，请据图回答问题：

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(1)胚胎分割是指_______________________________________________。 (2)①指的是____________；②指的是____________。

(3)通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有的特点是_________________ ______________________________________________________________。

(4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意什么问题？为什么？____________________________________________________________________

______________________________________________________________。

【解析】 胚胎分割是指借助显微操作技术(或采用机械方法)将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。进行胚胎分割时，应选发育良好的早期胚胎，并注意将内细胞团均等分割，以免影响胚胎的进一步发育。

【答案】 (1)借助显微操作技术(采用机械方法)将早期胚胎分割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术

(2)内细胞团 胚囊腔 (3)具有相同的遗传物质

(4)胚胎分割要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育

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