1、3.2 体外受精和早期胚胎培养 概念认知自主学习一、试管动物技术1.含义:指通过_使卵子和精子在_下成熟和受精,并通过培养发育为_后,再经移植产生后代的技术。2.主要技术:_、早期胚胎培养、_。3.意义:(1)解决动物_的问题。(2)实现良种动物的_。人工操作体外条件早期胚胎体外受精胚胎移植生育率低快速大量繁殖二、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适用动物用激素处理用_处理,使其排出更多的卵子,从_中冲取卵子无需体外培养,可直接与_在体外_实验动物,如_、兔及家畜猪、羊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_采集的卵母细胞需在_
2、培养成熟后,才能与_受精大家畜或大型动物,如牛活体采卵借助_、_或腹腔镜等工具,直接从活体动物的_中吸取卵母细胞促性腺激素输卵管获能的精子受精小鼠卵母细胞超声波探测仪内窥镜卵巢体外获能的精子2.精子的采集和获能:3.受精:获能的精子和培养成熟的卵子,一般在_或专用的受精溶液中完成受精过程。获能溶液三、胚胎的早期培养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_或_。受体移植冷冻保存【易错辨析】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
3、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。()【分析】体外受精获得的受精卵需要移入发育培养液中培养一段时间,以检查受精状况和受精卵的发育能力。受精卵发育到适宜阶段才能进行胚胎移植。4.早期胚胎培养的培养液中,应含有一定量的CO2。()5.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。()能力形成合作探究一、体外受精1.卵母细胞的采集和培养方法:(1)超数排卵技术: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
4、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:3.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。4.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【易错提醒】促性腺激素的使用方法和精子获能前的处理(1)用促性腺激素处理时,只能注射不能饲喂:促
5、性腺激素的化学本质是蛋白质,饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的效用。(2)精子获能处理前应离心处理: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。离心处理: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。【选修对接必修】对接必修2:为什么说有性生殖加快了生物进化?(1)减数分裂过程中同源染色体分离,非同源染色体自由组合,联会四分体时期同源染色体非姐妹染色单体可能发生交叉互换,有性生殖使生物的变异类型增加。(2)受精过程中卵细胞和精子结合的随机性,导致同一双亲的后代呈现多样性,有利于生物在自然选择中的进化,体现了
6、有性生殖的优越性。(3)减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,对于生物的遗传和变异,都十分重要,有性生殖加快了生物进化。【素养案例】(2020三亚高二检测)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS),继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下:(1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为_,培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂,这种现象称为_。(2)图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为_;也可从灰鼠体内取出卵子,通过_后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续
7、发育,暂不移入的胚胎可使用_方法保存。【解题关键】题干信息的准确获取是解答本题的关键。如对体细胞进行的初次培养,铺满培养皿底时停止分裂,2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,将图示流程和问题对应是准确答题的前提。【解析】(1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为原代培养,培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂,这种现象称为接触抑制。(2)图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为冲卵;也可从灰鼠体内取出卵子,培养到一定时期再通过体外受精后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续发育,暂不移入的胚胎可使用冷冻(或低温)方法保
8、存。答案:(1)原代培养 接触抑制(2)冲卵(或冲胚)体外受精(3)冷冻(或低温)【误区警示】(1)原代培养:细胞悬液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养;传代培养:原代培养的细胞生长、繁殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致接触抑制影响细胞的生长,因此需要重新用胰蛋白酶等处理,进行分瓶扩大培养,即传代培养。(2)排卵是指卵子从卵泡中排出,冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。【跟踪小练】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
9、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)试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下_和受精,并通过培养发育成早期胚胎后,再经胚胎移植产生后代的技术。(2)图中过程是采集精子,获得的精子经_后才能受精。(3)图中过程通常采用_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_。(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)结合分析可知,试管动物技术通
10、常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,受精卵通过培养发育为早期胚胎后,再经胚胎移植产生后代的技术。(2)图中过程为采集精子,获得的精子必须经过获能处理才能与卵细胞结合。(3)图中过程为体外受精,在这个过程中获能的精子与卵子相遇时,首先发生顶体反应释放出顶体酶,直接溶解卵丘细胞之间的物质。在受精过程中会发生透明带反应和卵细胞膜反应,这是防止多精入卵的两道屏障。(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,对早期胚胎进行性别鉴定通常采用DNA分子杂交技术(利用基因探针鉴定)和分析胚胎细胞的染色体组成来完成。答案:(1)成熟(2)获能处理(3)体外受精 获能
11、 顶体 透明带反应和卵细胞膜反应(4)分析胚胎细胞的染色体组成(答案合理即可)【补偿训练】哺乳动物体外受精的过程是()卵母细胞的采集 精子的采集卵母细胞的人工培养 精子的获能处理精子与成熟的卵子在受精溶液中共同培养用CaCl2处理精子用一定浓度的肝素溶液处理卵母细胞体外受精 受精卵培养A.B.C.D.【解题关键】解答本题要注意:哺乳动物精子在获能溶液或专用的受精溶液中与培养到减数第二次分裂中期的卵母细胞进行体外受精。【解析】选B。一定浓度的肝素溶液用于精子的体外获能。CaCl2可用于基因工程处理细菌细胞,以利于基因表达载体的导入。二、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
12、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.早期胚胎培养液与动物细胞培养液成分的比较:项目早期胚胎培养液动物细胞培养液盐类无机盐、有机盐无机盐、微量元素营养物质氨基酸、核苷酸糖、氨基酸调节物质维生素、激素促生长因子特有成分血清血清、血浆4.四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
13、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5.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816个细胞阶段移植。三、克隆动物、试管动物的比较项目克隆动物试管动物生产 流程项目克隆动物试管动物遗传 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椹胚或囊胚期的胚胎【素养案例】以羊为材料,
14、通过多项技术可以培育出新的品种,如“转基因羊”“克隆羊”和“试管羊”。请回答下列问题:(1)转基因羊发生的变异属于_,获得转基因羊的最后一道工序是_。(2)克隆羊培育的原理是_,其繁殖方式属于_。(3)试管羊的培育过程包括_、体外受精和胚胎移植等步骤,将体外受精的两个受精卵培育成的胚胎移植到同一头母牛体内,产生的两只试管羊的基因型_(填“一定”或“不一定”)相同,其原因是_。【解题关键】根据题干信息分析,转基因羊是利用基因工程技术产生的,原理是基因重组;克隆羊是利用核移植技术产生的,属于无性繁殖;试管羊是利用体外受精技术、早期胚胎培养技术等产生的,属于有性生殖。【解析】(1)转基因羊是利用基因
15、工程技术产生的,原理是基因重组;获得转基因羊的最后一道工序是胚胎移植。(2)克隆羊是利用核移植技术产生的,属于无性繁殖,原理是动物细胞的全能性。(3)试管羊的培育过程包括精子和卵母细胞的采集和培养、体外受精和胚胎移植等步骤;将体外受精的两个受精卵培育成的胚胎移植到同一头母牛体内,由于体外受精形成的两个受精卵的基因型不一定相同,因此发育而来的胚胎的基因型也不一定相同,即产生的两只试管羊的基因型不一定相同。答案:(1)基因重组 胚胎移植(2)动物细胞核的全能性 无性繁殖(3)精子和卵母细胞的采集和培养 不一定 这些胚胎是由不同的受精卵发育形成的,其基因型可能相同,也可能不同【跟踪小练】(2021济
16、南高二检测)2018年中科院神经科学研究所攻克了克隆灵长类动物这一世界难题,首次成功以体细胞克隆出了两只猕猴“中中”和“华华”,流程如图。下列相关叙述错误的是()A.采集的卵母细胞应该培养到M中期B.过程操作一般不晚于囊胚期C.克隆猴的性状与核供体性状完全相同D.克隆猴的成功说明动物体细胞的细胞核具有全能性【解析】选C。卵母细胞培养到M中期才具有受精能力,故采集的卵母细胞应该培养到M中期,A正确;由于囊胚期后的原肠胚期与母体建立联系,不宜进行胚胎移植,过程表示胚胎移植过程,故一般不晚于囊胚期,B正确;由于卵母细胞细胞质中遗传物质的作用,克隆猴的性状与核供体性状不完全相同,C错误;克隆猴的成功证明了已分化的动物细胞核具有全能性,D正确。