专题3-3.2体外受精和早期胚胎培养

生物选修3（人教版）专题3胚胎工程3.2体外受精和早期胚胎培养[目标导航]1.了解哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。2.知道哺乳动物胚胎的早期培养方法。3.理解体外受精在家畜快速繁殖中的重要作用。知识梳理一、试管动物技术1．概念：试管动物技术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．主要技术：体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植。3．意义。(1)解决动物生育率低的问题。(2)实现良种动物的快速大量繁殖。二、体外受精1．卵母细胞的三种采集方法和培养方法的比较。采集方法采集过程培养方法适用动物用激素处理用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子无须体外培养，可直接与获能的精子在体外受精实验动物，如小鼠、兔及家畜猪等从已屠宰母畜的卵巢中采集从刚屠宰母畜体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞活体采卵借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具，直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞采集的卵母细胞需在体外培养成熟后，才能与获能的精子受精大家畜或大型动物，如牛2.精子的采集和获能。(1)精子的采集方法：将方法与对应的例子用线连起来。①假阴道法a．体型较小，易于控制的家畜②手握法b．野生或经济动物③电刺激法c．大型家畜或大型动物答案：(1)①—c②—a③—b(2)精子体外获能的方法。方法培养法化学诱导法操作过程将精子放入人工配制的获能液中培养，使其获能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适用动物啮齿动物、家兔和猪等动物牛、羊等家畜3.受精：获能的精子和培养成熟的卵子，一般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1．培养液成分两盐：无机盐和有机盐两酸：氨基酸、核苷酸两素：维生素、激素特有物质：动物血清2．培养目的：检查受精状况和受精卵的发育能力。3．胚胎去向：当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。预习反馈判断正误1．试管动物就是在试管中发育成熟的动物。(×)提示：试管动物是在体外(试管中)完成受精作用并发育成早期胚胎，然后移植到受体动物的子宫内发育。2．人工获取的精子，只有获能后才可以完成受精作用。(√)3．试管动物技术用于繁育优良家畜的生殖方式为无性生殖。(×)提示：试管动物要经过体外受精，有精子与卵细胞的融合，属于有性生殖方式。4．目前，人们可以通过体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术实现用普通黄牛繁育优质奶牛的目标。(√)5．从卵巢中取出的卵子不需做任何处理即可与精子结合。(×)提示：卵子需在体外人工模拟输卵管环境进行培养使其成熟。精子在体外需做获能处理，以获得受精能力。要点一体外受精1．卵母细胞的采集方法有哪些？2．精子获能的方法有哪些？归纳提升1．哺乳动物体外受精过程图解2．体外受精的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、精子获能，最终完成受精和胚胎保存。3．比较自然受精、人工授精和体外受精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(1)用促性腺激素处理时，只能注射不能饲喂，因为促性腺激素是肽类化合物，饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的效用。(2)精子获能处理前的离心处理原因：精液由精子和精清两部分组成。精清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，目的是除去精清以利于精子获能。典例研析【典例1】第三十届奥运会今年在英国伦敦举行，其中的马术比赛被称为贵族的运动，英国纯血马是世界顶级马术比赛的常用马种，其数量少，生育力低。现代生物工程能有效提高优质马的生育效率。请回答。(1)用________激素处理适龄纯血母马，使其一次性排出比自然情况下多几倍到几十倍的卵子。采集的卵母细胞人工培育至减数第二次分裂的中期，该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和________________。(2)体外受精前要对精子进行一定的处理，使其________。(3)为取得同卵双胎或多胎，可以在胚胎发育至________阶段用机械方法将胚胎分割。(4)随着动物克隆技术的发展，人们可以将纯血马体细胞的________移入其他马的________细胞中，将其激活并发育成胚胎，植入代孕母马体内。为保证胚胎移植的成功，胚胎的供体和受体应保持____________________。解析：本题主要考查胚胎移植时的要求及注意事项。(1)促进雌性动物排卵的方法是用促性腺激素处理，处于减Ⅱ中期的卵母细胞在显微镜下可以观察到次级卵母细胞和第一极体。(2)体外受精的前提条件是精子获能。(3)胚胎分割时一般在桑葚胚或囊胚阶段进行。(4)细胞核移植技术是取体细胞细胞核移入其他同种生物去核卵母细胞中，同时还要保证胚胎的供体和受体处于相同的生理环境。答案：(1)促性腺第一极体(2)获能(3)桑葚胚或囊胚(4)细胞核去核卵母相同的生理环境即时演练1．下面是以小鼠为对象进行的研究工作，请分析回答问题。(1)进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下(光照14h，黑暗10h)饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是________________。然后从雌鼠输卵管中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是使____________。再在37℃、5%CO2条件下，精卵共同作用4h，冲洗后继续培养。定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部出现裂隙，这是胚胎________期开始的标志。(2)如果体外受精后，在精核与卵核融合之前，用微型吸管吸除精核，再用细胞松弛素B处理(作用类似于用秋水仙素处理植物细胞)，处理后的受精卵可发育成小鼠。这种方法在动物新品种选育中的显著优点是______________________________________________________。(3)如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于_________________________________________________________________________________________。解析：体外受精需要获得卵母细胞，可用促性腺激素促进雌性动物超数排卵。获得的精子必须经获能处理才具有受精能力。一般早期胚胎发育至囊胚阶段进行胚胎移植。由(2)题意可知，细胞松弛素B处理使未受精的卵细胞染色体加倍，由形成的细胞发育成的个体类似于植物单倍体育种技术，因此优点是后代都是纯合体，明显缩短育种年限。小鼠丙的基因大部分来自甲的细胞核，少部分来自乙的线粒体。答案：(1)促进超数排卵精子获能囊胚(2)后代都是纯合体，明显缩短育种年限(3)甲的体细胞核和乙的细胞质中的线粒体要点二早期胚胎培养和生产试管牛的技术流程1．早期胚胎培养与动物细胞培养所使用的培养液成分相同吗？2．你知道生产“试管牛”的技术流程吗？归纳提升1．胚胎的早期培养(1)发育培养液的用途：用于受精卵的继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。(2)胚胎早期培养液(发育培养液)成分及其作用。盐类无机盐、有机盐维持培养液一定的渗透压营养物质氨基酸、核苷酸用于蛋白质、核酸合成调节物质维生素、激素维持、调节细胞生理活动特有物质血清含有细胞生命活动必需成分(3)胚胎移植的时间不同动物胚胎移植的时间不同：①牛、羊一般要培养到桑葚胚阶段或囊胚阶段进行移植。②人的体外受精胚胎，可在8～16个细胞阶段移植。2．克隆动物、试管动物的比较项目克隆动物试管动物技术原理或手段细胞核的全能性、核移植等体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植生产流程生殖方式无性生殖有性生殖遗传特性主要与供核个体相同具备双亲的遗传性状意义加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力相同点两者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑葚胚或囊胚期的胚胎典例研析【典例2】下图是通过体外受精培育小鼠的过程图，请据图回答下面的问题。(1)①所用的方法是用________处理，从________采集卵子。(2)②是________过程，因此该过程中小鼠的生殖方式是________生殖，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)④过程是____________。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，促使其超数排卵，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，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。从受精卵到早期胚胎的培养称为早期胚胎的体外培养，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)早期胚胎的体外培养无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等(4)胚胎移植即时演练2．下图表示畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答下列有关问题：(1)方法I和方法Ⅱ培育优良种牛的本质区别是_________________________________________________。(2)过程①技术为___________________________。(3)过程②目的是使B牛________。(4)A牛的精子必须在B牛的生殖道中经过相应的生理变化后，才能与B牛的卵子结合，完成受精作用，这个过程叫________。卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙能够观察到________________。解析：(1)方法Ⅰ是试管牛由受精卵发育而来，为有性生殖；方法Ⅱ为克隆牛通过核移植方式培育而来，为无性生殖。(2)图中①过程为体细胞核与去核卵母细胞的融合过程，称为动物体细胞核移植技术。(3)过程②通常用促性腺激素处理，以达到一次性排出多个卵子的目的，即超数排卵。(4)精子必须在母牛的生殖道内获能才能与卵子结合，卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙能够观察到两个极体。答案：(1)方法Ⅰ的培育为有性生殖过程，方法Ⅱ的培育为无性生殖过程(2)动物体细胞核移植技术(3)超数排卵(4)精子获能两个极体【网络构建】填充：①受精②卵母细胞③采集和获能④受精⑤早期培养【必背语句】1．由超数排卵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，而未成熟卵母细胞需要在体外培养成熟。2．胚胎早期培养所用培养液成分较复杂，除了一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。3．收集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法等。4．试管动物技术的主要技术操作是体外受精和胚胎移植。