1、二胚胎工程技术及其应用必备知识素养奠基一、胚胎工程技术1.技术种类:体外受精、胚胎移植和胚胎分割。2.意义:挖掘动物的繁殖潜力。二、体外受精填一填:基于体外受精技术的步骤,完成填写:(1)过程A为卵母细胞的采集,从卵巢中获取后需要培养到M期才能具有受精的能力。(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精子获能后才具有受精的能力。(3)获能的精子和成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养,进行过程C体外受精。(4)意义:提高动物繁殖能力的有效措施。为胚胎移植提供可用的胚胎。精子获能和体外受精过程模拟的是雌性动物的哪些部位的环境?提示:精子获能模拟的场所是雌性生殖道,体外受精模拟的
2、场所是输卵管。三、胚胎移植1.概念:(1)对象:体外受精及其他方式得到的胚胎。(2)供体:提供胚胎的个体。(3)受体:同种的、生理状态相同的雌性动物。2.程序(以牛胚胎移植为例):3.意义:(1)胚胎移植的优势可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。缩短供体的繁殖周期。使供体后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。(2)胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节,还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。四、胚胎分割1.概念: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.所需的主要仪器:体视显微镜和显微操作仪。3.操作程序:4.意义
3、:(1)可以促进优良动物品种的繁殖,产生的遗传性状相同(填“相同”或“不同”)的后代,是进行遗传学研究的宝贵材料。(2)在胚胎移植前,进行性别鉴定、遗传病筛查等,对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。胚胎分割产生的多个后代遗传物质是否相同?生殖方式属于有性生殖还是无性生殖?提示:遗传物质相同,属于无性生殖。关键能力素养形成知识点一胚胎移植1.移植胚胎的来源及生殖方式:(1)核移植无性生殖(2)体外受精有性生殖(3)体内受精冲卵移植有性生殖2.胚胎移植的生理学基础及意义:生理学基础意义哺乳动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的为供体的胚胎移入受体提供相同的生理
4、环境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,而是处于游离状态提供胚胎收集的基础受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应提供移入胚胎存活的基础供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响提供保留遗传特性的基础3.胚胎移植时两次激素的使用:(1)第一次用激素:对供、受体进行同期发情处理。(2)第二次用激素:对供体进行超数排卵处理。4.胚胎移植过程中的两次检查:(1)第一次检查:在收集胚胎后,对胚胎进行质量检查。(2)第二次检查:在胚胎移植后,对受体母牛进行妊娠检查。【特别提醒】有关胚胎移植的两点提醒(1)“移植的胚胎在
5、受体内存活的基础条件”是指受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。(2)雌性动物发情排卵后,不管是否妊娠,都会产生黄体,并维持一段时间,称为黄体期。在这段时间里,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题:(1)过程分别表示_、_。(2)对供体母牛的要求是_,通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。(3)在体外培养受精卵时,需要满足以下条件:_、营养、温度和pH以及气体环境。(4)生产上常用_期的胚胎进行过程。【解题导引】解答本题思维流程如下:【解析】(1)由题图可知过程分别表示体外受精、胚胎移植。(2)培育试管动物首先选择遗
6、传性能和生产性能优良的母牛。(3)体外培养受精卵时,首先需要无菌无毒的环境,防止被污染,还要有一定的营养物质,及适宜的外界环境条件。(4)等胚胎发育到桑葚胚或囊胚期时进行胚胎移植。答案:(1)体外受精胚胎移植(2)遗传性能和生产性能优秀(3)无菌无毒的环境(4)桑葚胚或囊胚【素养探究母题追问】(1)科学思维批判性思维某同学认为通过上题图中过程获得的受精卵可以直接移入受体动物体内。这种做法是否正确?如果不正确,应该如何操作?提示:不正确,应该先培养到桑葚胚或囊胚期然后再进行移植。(2)科学思维演绎与推理上题图中过程有什么意义?提示:提高优良母畜的繁殖能力。【素养迁移】梅花鹿胚胎移植实验的主要流程
7、如下。下列相关叙述正确的是()供体超数排卵配种胚胎收集_胚胎移植子代梅花鹿A.过程需要注射有关激素,目的是获得更多的卵原细胞并完成减数分裂B.过程是以哺乳动物早期胚胎与子宫建立了组织上的联系为前提C.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D.过程成功率的高低主要决定于供、受体生理状况的一致性【解析】选D。超数排卵处理需要注射促性腺激素,目的是获得更多的卵细胞,而不是卵原细胞,A错误;过程为胚胎收集,前提是早期胚胎处于游离状态,没有与子宫建立组织上的联系,B错误;过程为“胚胎质量检查”,可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚,C错误;过程为胚胎移植,成功率的高低与供体、受体的生
8、理状况是否相同有关,D正确。【补偿训练】下列关于胚胎工程的叙述,正确的是()A.通过胚胎体外培养可直接获得新生儿B.胚胎移植中的受体应与供体同期发情C.胚胎移植中的受体与供体必须都为优良品种D.胚胎移植中的胚胎一定是体外受精而来的【解析】选B。胚胎体外培养可以得到早期胚胎,早期胚胎需要在母体子宫中完成后期的发育过程,因此还要进行胚胎移植。胚胎移植中的受体可以不具有优良性状,一般选择体质健康和有正常繁殖能力的个体。胚胎移植中的胚胎可以是体外受精、自然配种或核移植而来的。知识点二胚胎分割1.胚胎分割的基础:2.胚胎分割的实例(哺乳动物胚胎分割和性别鉴定)【特别提醒】有关胚胎分割的三点提醒(1)分割
9、要均等。分割囊胚的内细胞团时,一定要均等,若分割不均,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育。(2)分割份数不能过多。分割的份数越多,每一份的细胞数会越少,不但难以做到均等分割,而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此,分割的份数越多,技术难度会越大,移植后的恢复和发育的难度越大,移植成功率降低。(3)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质,该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合,属于无性繁殖或克隆。如图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是()A.A所表示的细胞不一定是受精卵细胞B.图中
10、a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段C.应把移植到处于发情状态的母牛的输卵管中D.图示过程应用了细胞培养、胚胎分割、核移植等生物技术【解题导引】解答本题思维流程如下:【解析】选A。图中A所示的细胞不一定是受精卵,还可能是重组细胞或早期还未分化的胚胎细胞,A正确;图中a过程包括卵裂、囊胚阶段,还没有发育到原肠胚阶段,B错误;应把移植到母牛的子宫中而不是输卵管中,C错误;图示中没有显示核移植的过程,D错误。【素养探究母题追问】(1)科学思维分析与推理若题干图中与未均分,可能会导致什么样的后果?提示:若未均分,则可能导致分割后的部分胚胎不能发育成各种组织、器官等。(2)生命观念结构与功能观图示胚胎分割
11、过程与“龙凤胎”在实质上有什么不同?提示:图示过程是将一个胚胎分割成两份,获得的两部分遗传信息完全相同,而龙凤胎属于异卵双胞胎,是由两个精子与两个卵子分别结合得到的两个胚胎发育成遗传物质不同的两个个体。【素养迁移】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)过程分别是_和_。(3)欲得到更多的后代牛丁,可将收集得到的胚胎进行_。【解析】(1)胚胎移植时所用的供体公牛和母牛均为优良牛,受体牛为普通牛即可。(2)仔细观察图解,过程分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵。(3)欲得到更多的后代牛丁,可将收集得到的早期胚胎进行胚胎分割。
12、答案:(1)优良母牛普通母牛优良公牛有价值的后代(优良牛)(2)同期发情处理胚胎移植(3)胚胎分割【补偿训练】胚胎分割是一种现代生物技术,关于这一技术的叙述正确的是()A.胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份B.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎C.胚胎分割技术属于有性生殖方式,因此不属于克隆D.胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎【解析】选B。胚胎分割常选择桑葚胚或囊胚时期的胚胎,早期胚胎不能被任意分割成多份,一般要均分为几等份。胚胎分割可以看作是动物无性繁殖或克隆的方法之一。【课堂回眸】课堂检测素养达标【概念诊断】1.胚胎工程技术可以发挥优良动物个体的繁殖潜力,促进优良动物品种的繁育速度。下列
13、有关胚胎工程技术的描述合理的是_体外受精培养的胚胎并非全部都适合作为移植的材料,需进行筛选。采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精。胚胎移植可移植到其他任一经同期发情处理过的雌性哺乳动物体内。胚胎移植时,供体母畜需要具备优良的遗传性能。胚胎分割时需将囊胚的滋养层均等分割。【解析】选。体外受精培养的胚胎并非全部都适合作为移植的材料,需进行筛选出发育状态良好的胚胎进行移植,正确;采集的卵母细胞需在体外培养到M期,错误;胚胎移植可移植到同一种生物经同期发情处理过的雌性哺乳动物体内,错误;胚胎移植的目的是获得优良后代,因此供体母畜需要具备优良的遗传性能,正确;胚胎分割时需将囊胚
14、的内细胞团均等分割,错误。2.第三代试管婴儿技术包括胚胎植入前遗传学诊断。在胚胎移植前,取胚胎细胞的遗传物质进行分析,筛选出健康胚胎进行移植。下列有关说法错误的是()A.获取的精子一般要放在培养液中培养一段时间才能用于受精B.胚胎植入前遗传学诊断过程需要进行羊膜腔穿刺取羊水细胞C.胚胎移植的生理学基础之一是母体子宫对植入胚胎基本无免疫排斥反应D.试管婴儿技术的成熟并不意味着大家可以随意选择和定制孩子【解析】选B。在体外受精前,要对精子进行获能处理,A正确;胚胎植入前,可直接进行遗传学诊断,不需要从羊水中获取细胞,B错误;胚胎移植的生理学基础之一是母体子宫对植入胚胎基本无免疫排斥反应,这为胚胎在
15、受体的存活提供了可能,C正确;试管婴儿技术的成熟是可以得到健康的胚胎,而不是随意定制,D正确。3.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述,正确的是()A.卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加B.胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割C.胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点D.胚胎移植是胚胎工程最后一道工序,能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力【解析】选D。卵裂期胚胎中细胞通过有丝分裂增加细胞数目,细胞中的有机物通过呼吸作用被消耗,总量不断减少,A项错误;胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割,B项错误;胚胎干细胞具有细胞核大、核仁明显和蛋白质合成旺盛等特点,C项错误;胚胎移植
16、是胚胎工程最后一道工序,让优良雌性个体只负责提供胚胎,让普通雌性个体承担孕育胚胎的任务,能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,D项正确。4.印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物,通过胚胎工程技术,可以让家猫代孕而繁育,主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是()A.步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割B.诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞C.受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液D.步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同【解析】选B。步骤甲、乙分别指受精作用、胚胎移植,A错误;诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素,只能作用于性腺,B正确;受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来自受精卵,C错
17、误;受精过程使用的培养液是获能溶液或专用的受精溶液,与早期胚胎培养液有区别,D错误。5.(2020山东等级考)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚,通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是()A.用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子B.体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理C.胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植D.遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得【解析】选C。本题主要考查胚胎工程。为了获得更多卵子,需要用促性腺激素对雌性个体进行超数排卵,A项正确;刚排出的精子不能与卵子受精,必须进行获能处理即发生相应的生理变化后才能获得受精能力,因
18、此在体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理,B项正确;胚胎移植前要检查胚胎质量,一般动物在桑椹胚或囊胚阶段移植,小鼠可在更早的阶段移植,C项错误;可以通过转基因技术对小鼠胚胎干细胞进行遗传改造,D项正确。【思维跃迁】6.回答下列有关问题:(1)哺乳动物卵子的发生是在雌性动物的卵巢内完成的。减数分裂是在_前后完成的。当观察到卵细胞膜与透明带之间有_时,说明卵子已完成了受精。(2)体外受精是对体内受精的模拟操作,首先对实验动物用_处理,使其排出更多的卵子。(3)精卵体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中培养,它的成分比较复杂,除了一些无机盐和有机盐类外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸、_等物质
19、。(4)对于“试管动物”的正确理解是_(多选)。A.属于无性生殖B.属于有性生殖C.体外受精D.体内受精E.体外发育F.体内发育【解析】(1)初级卵母细胞减数分裂发生在排卵前后。当观察到卵细胞膜与透明带之间有两个极体时,说明卵子已完成了受精。(2)对雌性动物注射促性腺激素可使其超数排卵。(3)动物细胞培养需要添加动物血清,以满足细胞生长发育的需要。(4)“试管动物”经过精卵的体外受精,属于有性生殖过程。精卵体外受精形成受精卵后在体外进行早期胚胎发育,发育到一定阶段后移植到受体子宫中继续发育。答案:(1)排卵两个极体(2)促性腺激素(3)血清(4)B、C、E、F【拓展探究】7.以下是科学家采用不
20、同方法培育良种牛的过程,ag为操作过程,请据图回答有关问题:(1)图中用到的生物技术有:_(写出两种)等。(2)图中用到的激素是_,其目的是获得更多的卵母细胞,经受精后可得到多个早期胚胎。(3)c过程名称为_,一般是对发育到_(阶段)的早期胚胎进行处理,再植入到受体内。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,应注意将_均等分割,以免影响胚胎的恢复和进一步发育。(4)图中A、B牛的遗传物质与性状应该是()A.不同的遗传物质、不同的性状B.不同的遗传物质、相同的性状C.相同的遗传物质、相同的性状D.相同的遗传物质、不同的性状【解析】(1)图中应用的生物技术较多,b是早期胚胎培养,c是胚胎分割,d、f为胚胎移植。(2)用促性腺激素处理良种奶牛,可促使其超数排卵,这样可以获得更多的卵母细胞。(3)c过程为胚胎分割,对发育到桑葚胚或囊胚阶段的早期胚胎进行胚胎分割处理,再植入到受体内,可获得遗传物质完全相同的两个新个体。在操作过程中,要注意将内细胞团均等分割,否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。(4)A、B两牛是由同一胚胎分割而来,遗传物质相同,具有相同的性状。答案:(1)胚胎分割、胚胎移植、胚胎的早期培养(写出两种即可)(2)促性腺激素(3)胚胎分割桑葚胚或囊胚内细胞团(4)C