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专题3胚胎工程3.2体外受精和早期胚胎培养[学习目标][核心素养]1.简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。2.卵细胞的采集和培养、精子的采集和获能。3.简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。4.认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。1.科学思维：用文字和图示表示哺乳动物体外受精过程。2.社会责任：关注试管动物技术在生产生活中的应用。读教材、抓双基自主预习一、试管动物技术1．含义：试管动物技术是指通过1__________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2__________后，再经移植产生后代的技术。2．技术：3__________、早期胚胎培养和胚胎移植技术。3．意义：实现良种动物的快速、大量繁殖。人工操作早期胚胎体外受精二、体外受精1．卵母细胞的采集和培养采集方法适用范围采集过程采集后的操作举例输卵管冲取法实验动物利用4__________处理使雌性动物排出更多的卵子，然后从输卵管中冲取卵子直接与获能的精子在体外受精小鼠、兔、猪、羊等促性腺激素采集方法适用范围采集过程采集后的操作举例从已屠宰母畜的卵巢中采集从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞5___________大型动物或大家畜借助超声波探测仪、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，都要在体外经过人工培养成熟后，才能与6______的精子受精牛活体采卵获能2．精子的采集和获能(1)精子的采集收集精子的方法有假阴道法、手握法和7__________等。电刺激法(2)精子体外获能的方法方法操作过程适用动物培养法将精子放入人工配制的8________中使其获能啮齿动物、家兔及猪等动物化学诱导法将精子放在一定浓度的9______或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能牛、羊等家畜获能液肝素3．受精获能的精子和10__________的卵子，一般情况下都可以在11__________或专用的12__________中完成受精过程。培养成熟获能溶液受精溶液三、胚胎的早期培养1．培养液成分两盐：无机盐和有机盐两酸：13________、核苷酸两素：维生素、激素特有物质：14__________2．培养目的：检查15__________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16__________或17__________。氨基酸动物血清受精状况受体移植冷冻保存1．判断下列叙述的正误。(1)试管动物技术在操作过程中要严格进行无菌操作。()(2)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步骤。()(3)体外受精后获得的受精卵需要立即移入母体子宫进行妊娠，以保证成活率。()(4)早期胚胎培养的培养液中，应含有一定量的CO2。()√√×√(5)为了获得更多的卵母细胞，需用性激素对供体进行处理。()(6)卵母细胞除可从活体卵巢中采集外，还可从已屠宰的雌牛卵巢中获取。()(7)从体外受精到完成整个胚胎发育都在体外的“试管”中进行，所得到的动物称为“试管动物”。()×√×(8)采集的卵母细胞都可直接与获能的精子在体外受精。()(9)受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。()(10)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。()××√2．(2019·武汉期末)下列关于哺乳动物的体外受精技术的说法，不正确的是()A．体外受精技术是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的B．体外受精技术已成为一项常规的动物繁殖生物技术C．体外受精技术涉及动物细胞培养技术D．“试管婴儿技术”应用到了体外受精解析：选A哺乳动物的体外受精技术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步骤。该技术已成为一项常规的动物繁殖生物技术。解疑难、提能力课堂探究探究点一|体外受精技术|核心探究|1．卵母细胞的采集和培养方法(1)超数排卵：促性腺激素可作用于卵巢，促进雌激素的分泌，进而促进卵子的排出，从输卵管中冲取的卵子，已发育至减数第二次分裂中期，可直接与获能的精子进行受精作用。(2)从卵巢中采卵：卵巢中的卵母细胞为初级卵母细胞，需在体外培养至减数第二次分裂中期，才能进行体外受精。2．哺乳动物体外受精过程图解(1)卵母细胞的采集①对实验动物如小鼠、兔，以及家畜猪、羊等利用促性腺激素诱导其超数排卵。②对于大家畜或大型动物一般从屠宰场已屠宰的母畜卵巢中采集卵母细胞。③大家畜或大型动物也可以借助超声波探测仪、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。(2)精子的采集和获能①精子的采集收集精子的几种方法的比较名称含义适宜动物假阴道法采用仿生学的方法，模仿发情雌性动物阴道环境设计的装置，它能满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求，同时配有与采精动物相适应的活台畜或假台畜，以借助假阴道收集精液大型家畜或大型动物名称含义适宜动物手握法徒手或戴上乳胶手套，直接把握雄性动物的阴茎，给予适当的压力和刺激，即可引起射精体型较小、易于控制的动物电刺激法用特制的电极伸入动物的直肠，直接刺激位于腰间部的射精中枢神经，引起射精野生或经济动物②体外受精用的精子，必须在体外获能，并且受精过程必须在获能溶液或专用的受精溶液中完成。③对精子进行获能处理前进行离心处理的原因精液由精子和精清两部分组成。对精子进行获能处理前进行离心处理的目的是除去精清以利于精子获能。(3)获能的精子和培养成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中受精，其过程概括如下：[拓展提升]精子的采集和获能的区别精子的采集精子获能过程人为地使动物精子从体内射出，然后收集对采集后的精子进行人工处理，使其获得受精能力方法假阴道法、手握法和电刺激法等放入人工配制的获能液中培养或用化学药物诱导|探究演练|1．一对夫妇因不孕症向医生求助，医生利用试管婴儿技术帮助他们拥有了自己的孩子。在培育试管婴儿的过程中，下列技术中不是必须使用的是()A．体外受精B．胚胎的体外培养C．植入前胚胎的遗传学检测D．精子的采集和获能解析：选C题干只是涉及夫妇的不孕问题，没有证据说明夫妇患有遗传病，所以对胚胎在植入前不必进行遗传学检测。2．关于牛体外受精胚胎的工厂化生产的叙述，正确的是()A．精子和卵子受精形成受精卵后可移入母牛子宫内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．成熟卵子与收集来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胚胎发育和受精过程只需在体外进行解析：选C体外受精的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。因此卵母细胞必须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或囊胚阶段才能移植，移入母体后继续发育形成幼体并产出。3．爱德华兹以他在体外受精技术领域做出的开创性贡献而获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。关于体外受精技术叙述正确的是()A．获取的精子经获能后才能进行体外受精B．采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵C．精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫D．精子与卵子相遇后，会发生顶体反应，防止多精入卵解析：选A卵子必须处于减数第二次分裂中期才能进行受精，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，B错误；成熟的卵细胞与收集来的精子相遇形成受精卵，需培养到一定阶段才可移植，C错误；防止多精入卵主要通过透明带反应和卵细胞膜作用两道屏障，D错误。探究点二|胚胎的早期培养|核心探究|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3.四种培养方式的培养液(基)的成分培养方式培养液(基)成分植物组织培养大量元素、微量元素、植物激素(生长素、细胞分裂素等)、蔗糖、维生素等精子获能培养一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液动物细胞培养糖、氨基酸、无机盐、微量元素、促生长因子、血清、血浆等早期胚胎培养无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等4.不同动物胚胎移植的时间不同(1)牛、羊一般要培养到桑椹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。[特别提醒](1)早期胚胎培养的培养液成分巧记：两“盐”——无机盐和有机盐，两“素”——维生素和激素，两“酸”——氨基酸和核苷酸，另有水、血清等。(2)用于胚胎移植的胚胎发育程度一般在原肠胚以前。(3)用促性腺激素时，只能注射不能饲喂，因为促性腺激素是蛋白质类化合物，饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的功效。5．“试管牛”工厂化生产的技术流程图[易错易混]动物细胞培养与胚胎早期培养的两点不同(1)动物细胞培养与胚胎的早期培养所依据的原理不同：前者依据细胞的生长和增殖，后者依据细胞的生长、增殖和分化。(2)动物细胞培养与胚胎的早期培养的目的不同。①动物细胞培养的目的：a.大规模生产重要的生物制品；b.用于检测有毒物质；c.用于生理、病理、药理等方面的研究。②胚胎的早期培养的目的：检查受精状况和受精卵的发育能力，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。|探究演练|4．(2019·邢台期中)用于哺乳动物早期胚胎培养的培养液所含的成分包括()①无机盐类②有机盐类③胶原蛋白酶④维生素和氨基酸、核苷酸等⑤一定浓度的肝素溶液⑥血清⑦激素A．①④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑥C．①②④⑤⑦D．①②④⑥⑦解析：选D胶原蛋白酶可水解细胞间的蛋白质，使细胞间的黏着度下降，用于制备细胞悬液；一定浓度的肝素溶液可作为精子获能的化学诱导剂。5．精、卵体外受精后得到合子，对合子的处理措施是()A．移入发育培养液中继续培养B．移入新的受精培养液中进行筛选C．移入受体的体内D．冷冻保存解析：选A精、卵体外受精后，应将所得合子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。6．如图是“试管牛”工厂化生产的技术流程图，据图回答问题：(1)根据______(填标号)判断，此种繁殖方式是________生殖，此技术的意义在于____________________________。(2)①过程中通常每个卵巢平均可采集________枚可用的卵母细胞，最终可能产下________头犊牛。(3)②过程通常采用________法。(4)④过程一般要经历哪几个时期：__________________。解析：(1)分析图解可知，该“试管牛”通过了体外受精过程，因此确定此种繁殖方式是有性生殖；此技术能快速大量繁殖良种牛，提高经济效益。(2)目前，从屠宰场废弃的卵巢中，每个卵巢平均可采集10枚左右可用的卵母细胞，经体外培养成熟和受精后约可获4枚可用的胚胎，经过移植给受体母牛，最终可得到1～2头犊牛。(3)对牛、羊等家畜的精子常采用化学法使其获能。(4)体外胚胎培养大约培养到囊胚期后移植到母体。答案：(1)③有性快速大量繁殖良种牛，提高经济效益(2)101～2(3)化学(4)受精卵、卵裂期、桑椹胚期、囊胚期课堂小结|网络构建||巩固基础|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。