2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第三章 胚胎工程 第2節(jié) 良種化胚胎工程學案 中圖版選修3

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1、 第二節(jié)　良種化胚胎工程 1．比較人工授精和胚胎移植在家畜良種改造中的優(yōu)缺點。(重難點) 2．通過互聯(lián)網(wǎng)或其他途徑獲取有關(guān)胚胎工程及其應用的資料。 　 人 工 授 精 與 胚 胎 移 植 1．人工授精 (1)概念 指用相應的器械采集公畜的精液，再將其注入到正在發(fā)情的母畜的生殖道中，使母畜受孕的過程。 (2)步驟 ①選用具有優(yōu)良性狀的公畜進行人工采精。 ②對獲取的精液樣品進行檢查以確定精液的質(zhì)量，高質(zhì)量的精液可以放入液氮罐中凍存(備用和運輸)或直接用于授精。 ③將鮮精或凍存復蘇的精液用人工方法注入正在發(fā)情的母畜生殖道中，使精子和卵細胞結(jié)合受精。 ④母畜經(jīng)自

2、然妊娠后，生出具有優(yōu)良性狀的幼仔。 (3)意義 ①可以有效地發(fā)揮優(yōu)良公畜的特性，顯著提高配種效率。 ②最大限度地減少種公畜的飼養(yǎng)數(shù)量，節(jié)約飼養(yǎng)成本。 ③優(yōu)良公畜的精液可長期保存并易于運輸。 2．胚胎移植 (1)過程 ①給良種母畜注射適宜劑量的促性腺激素，使其排出眾多的卵細胞，稱為超數(shù)排卵。 ②采用人工授精或自然交配的方式，使良種公畜的精子在良種母畜體內(nèi)同眾多的卵細胞受精，并發(fā)育成早期胚胎。 ③用人工方法取出這些早期胚胎(稱為沖胚)，移植到多個“代孕媽媽”的子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，最后分娩出良種個體。 ④良種母畜經(jīng)一段時間恢復后可繼續(xù)進行超數(shù)排卵，以提供盡可能多的優(yōu)質(zhì)胚胎供移植使用。

3、 (2)輔助手段 ①胚胎凍存：將早期胚胎置于一定的培養(yǎng)液中，再加入一定量的防凍保護劑，然后緩慢地降溫，最后放入液氮中保存，這些胚胎解凍后，洗去防凍保護劑，經(jīng)適當培養(yǎng)后就可用于移植了。 ②胚胎分割：將早期胚胎分成 2等份或更多，分別移植到不同的“代孕媽媽”體內(nèi)獲得“人工同卵多胎的技術(shù)”。 ③植入前性別的鑒定：通過不同的手段對胚胎性別進行鑒定，按限定性別進行移植以生產(chǎn)所需性別的幼仔。 探討：人工授精和受精作用的場所一樣嗎？ 提示：一樣，場所都是輸卵管。 探討：你能讓普通黃牛一胎產(chǎn)下奶牛、良種肉牛等多品種小牛嗎？如何才能實現(xiàn)這種“多子”現(xiàn)象呢？ 提示：能，可以通過體外授精、早

4、期胚胎的培養(yǎng)、胚胎移植共同結(jié)合來實現(xiàn)。 探討：讓一普通黃牛一胎產(chǎn)生多個品種完全一樣的小牛，可采用哪些技術(shù)？ 提示：胚胎分割、胚胎移植。 1．胚胎移植的生理學基礎 (1)哺乳動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時間內(nèi)，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的，這為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境。 (2)哺乳動物的早期胚胎形成后，在一定時間內(nèi)不會與母體子宮建立組織上的聯(lián)系，而是處于游離狀態(tài)，這為胚胎的收集提供了可能。 (3)受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應，這為胚胎在受體內(nèi)的存活提供了可能。 (4)供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但移入受

5、體的供體胚胎的遺傳特性，在孕育過程中不受任何影響。 2．胚胎移植的基本程序 說明： (1)對供體、受體選擇的要求 ①供體：要選擇具有人類所需優(yōu)良遺傳性狀的公畜和母畜。 ②受體：選擇具有正常孕育、生殖后代能力的同種健康母畜。 (2)兩次激素處理 ①用孕激素對受體母畜和供體母畜進行同期發(fā)情處理。 ②用促性腺激素對供體母畜進行超數(shù)排卵處理。 (3)獲取胚胎供體的方法 ①雌性動物體內(nèi)的早期胚胎。 ②通過體外授精和早期胚胎的培養(yǎng)得到。 ③通過哺乳動物體細胞核移植及培養(yǎng)得到。 (4)實質(zhì) 早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。 3．胚胎移植成功與否的兩個重要條件

6、(1)胚胎移植一般應在同種的雌性供體和受體之間進行。這里的“同種”是指“同物種”。 (2)進行胚胎移植的供、受體生理狀態(tài)要相同 ①供、受體雌性動物的發(fā)情時間一致。 ②移入受體子宮內(nèi)胚胎的位置應與其在供體子宮內(nèi)的位置相同或相似。 4．胚胎移植的意義 (1)加速育種工作和品種改良。 (2)節(jié)省大量購買種畜的費用。 (3)一胎多產(chǎn)。 (4)保存優(yōu)良品種資源和瀕危物種。 (5)可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力 ①大大縮短了供體本身的繁殖周期。 ②增加供體一生繁殖后代的數(shù)量。 5．胚胎分割 (1)胚胎分割的基礎和特點 ①理論基礎：細胞的全能性。 ②物質(zhì)基礎：每個細胞核內(nèi)具有

7、相同的遺傳物質(zhì)。 ③特點：每個后代具有相同的遺傳特性。 (2)胚胎的選擇：發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。 (3)基本操作程序： 良種胚胎多個胚胎受體良種個體 1．下列有關(guān)胚胎移植的敘述，錯誤的是(　　) A．胚胎移植是胚胎工程其他技術(shù)的最后一道工序 B．胚胎移植將早期的胚胎移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物體內(nèi) C．胚胎移植實際上是孕育胚胎的受體繁殖后代的過程 D．胚胎工程中通過任何一項技術(shù)獲得的胚胎，都必須移植給受體才能獲得后代 【解析】　胚胎移植實際上是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。在胚胎工程中通過任何一項技術(shù)，如轉(zhuǎn)基因、核移植或體外授

8、精等技術(shù)獲得的胚胎，都必須移植給受體才能獲得后代。因此，胚胎移植又是胚胎工程其他技術(shù)的最后一道工序。 【答案】　C 2．某女性患有輸卵管阻塞和紅綠色盲，其丈夫表現(xiàn)正常，該夫婦借助試管嬰兒技術(shù)，“借腹生子”，一次生殖過程中生出的兩個孩子，如圖所示。請分析回答： (1)過程X若想順利進行必須滿足兩個條件： A來自父方的精子要進行________。 B來自母方的卵子要______________________________________________。 (2)過程Y的細胞分裂方式是________。該過程早期在________進行。(填“體內(nèi)”或“體外”) (3)_____

9、___(生物技術(shù))是甲、乙產(chǎn)生的最后一道工序。一般來說，該技術(shù)操作比較合適的時期是________。 (4)這兩個孩子性別是否相同？________(填“是”或“否”)。若借助人工手段獲得這樣兩個胎兒，需要用到的技術(shù)手段是________。 (5)如果你是醫(yī)生，在設計試管嬰兒的時候你應該建議這對夫婦選擇生下哪種性別的孩子？________；為什么？____________________________________。 (6)代孕母親開始階段要和該女性患者同時注射某種激素，進行這一操作的目的是______________________________________________

10、_______________。 【答案】　(1)獲能　培養(yǎng)至M Ⅱ 中期　(2)有絲分裂　體外　(3)胚胎移植　桑椹胚或囊胚 　(4)是　胚胎分割　(5)女性　母親色盲父親正常生下女兒必正常生下兒子必為色盲 (6)使供受體生理變化相同，提供胚胎發(fā)育所需的生理環(huán)境 　體 外 授 精 和 胚 胎 培 養(yǎng) 1．原因 在正常繁育中，母畜的生殖潛能沒有充分發(fā)揮出來，使良種母畜的卵母細胞沒有充分利用。 2．過程 (1)注射激素，使良種母畜同時產(chǎn)生更多的卵母細胞，利用超聲波引導法從母畜體內(nèi)采集這些細胞，或從屠宰母畜的卵巢中獲取。 (2)在人工模擬環(huán)境下使卵母細胞成熟獲得受精的能力。

11、 (3)在適合精卵結(jié)合的體外條件下使成熟的卵母細胞受精。 (4)培養(yǎng)受精卵，使之完成卵裂和早期發(fā)育。 (5)采用胚胎移植的方法繁育優(yōu)質(zhì)的后代。 探討：哺乳動物的體外授精包括哪些主要的步驟？ 提示：哺乳動物的體外授精主要包括卵母細胞的采集、精子的獲能和授精等主要步驟。 探討：采集的卵母細胞，都要體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精，可能的原因有哪些？ 提示：①卵子從輸卵管中沖出也要經(jīng)歷類似精子獲能的過程。 ②體外人工培養(yǎng)至減數(shù)第二次分裂中期時，才算成熟。 探討：從澳大利亞和新西蘭引進國際一流良種無角道賽特肉用綿羊和布爾肉用山羊，你能否設計一種快速繁殖子代個體，而

12、又大大縮短良種本身繁殖周期的方法？簡述其具體過程。 提示：分別取道賽特肉用綿羊和布爾肉用山羊的卵母細胞和精子，然后做如圖處理： 1．體外授精 (1)含義：指哺乳動物的精子和卵細胞在體外人工控制的環(huán)境中完成受精的過程。 (2)基本原理：人工模擬體內(nèi)環(huán)境，包括營養(yǎng)、溫度、pH等，使卵細胞成熟，同時使精子獲能，最終完成受精作用，并有計劃地保存胚胎等。 (3)操作 ①卵母細胞的采集和培養(yǎng)：卵巢經(jīng)超數(shù)排卵處理后，使用超聲監(jiān)視器確定卵泡的位置，插入穿刺針吸取卵泡液，取出卵母細胞，在體外進行人工培養(yǎng)，促進其成熟。 ②精子的采集和獲能：從附睪中取出成熟的精子，放入培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使精子達到

13、獲能狀態(tài)。 ③受精：獲能的精子和成熟后的卵細胞在體外合適的環(huán)境下共同培養(yǎng)一段時間，便可受精。 (4)圖示如下： 2．胚胎的早期培養(yǎng) (1)培養(yǎng)液的成分及用途 ①成分 兩“鹽”：無機鹽和有機鹽； 兩“素”：維生素和激素； 兩“酸”：氨基酸和核苷酸； 另有水、血清等。 ②用途：當精子與卵子在體外授精后，應將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。當胚胎發(fā)育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植，或冷凍保存。 1.以下是制定并研究設計的“試管牛”工廠化生產(chǎn)技術(shù)流程，其中正確的順序應是(　　) ①卵母細胞的采集和培養(yǎng)?、诰拥牟杉瞳@能 ③

14、畫出“試管?！惫S化生產(chǎn)技術(shù)流程圖?、苁芫? ⑤胚胎的早期培養(yǎng) A．①②③④⑤　　　　　 B．①②④⑤③ C．①②④③⑤ D．①②⑤④③ 【解析】　本題考查“試管?！钡润w外授精和早期胚胎培養(yǎng)的程序。一般流程是先獲取卵母細胞和精子并處理，再經(jīng)受精后，進行早期胚胎培養(yǎng)，并畫出流程圖。 【答案】　B 2．一對表現(xiàn)正常的夫婦，其家族中都有遺傳性囊性纖維化病(常染色體隱性遺傳病)患者。醫(yī)生對他們進行了遺傳咨詢后，決定運用試管嬰兒的方法實現(xiàn)他們的優(yōu)生愿望。 (1)醫(yī)生首先為女性注射____________，刺激卵泡成長，實現(xiàn)控制性超數(shù)排卵，然后在局部麻醉下從卵巢中吸取________，并在

15、顯微鏡下將其移到含特殊培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中，置于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。 (2)從男性體內(nèi)采集精子經(jīng)過________處理，其方法通常采用________和____________。處理后的精子與卵子放在含有____________的同一培養(yǎng)皿中完成____________。 (3)將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，檢查____________________，分別對多個胚胎的細胞進行基因檢測，選擇出無致病基因的胚胎(________個細胞階段)植入母親________內(nèi)，避免遺傳病孩子的出生。 【解析】　試管嬰兒技術(shù)是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎

16、后，再經(jīng)移植后產(chǎn)生后代的技術(shù)。具體過程是：(1)醫(yī)生首先為女性注射促性腺激素，從而促進超數(shù)排卵；然后從卵巢中吸取卵母細胞，并在顯微鏡下將其移到含特殊培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中，置于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。(2)再從男性體內(nèi)采集精子并進行獲能處理，使精子獲能的方法 有培養(yǎng)法和化學誘導法；處理后的精子與卵子放在含有受精培養(yǎng)液(或獲能液)的同一培養(yǎng)皿中完成體外授精。(3)然后將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，檢查受精狀況和發(fā)育能力，待發(fā)育到桑椹胚或囊胚時，為避免遺傳病孩子的出生，分別對多個胚胎的細胞進行基因檢測，選擇出無致病基因的胚胎(8～16個細胞階段)植入母親子宮內(nèi)。 【答案】　(1)促性腺激素　卵母細

17、胞 (2)獲能　培養(yǎng)法　化學誘導法　受精培養(yǎng)液(或獲能液)　體外授精 (3)受精狀況和發(fā)育能力　8～16　子宮 1．下列說法中正確的是(　　) A．從動物體內(nèi)獲取的精子不能直接與卵細胞結(jié)合完成受精過程 B．體外授精的胚胎必須培養(yǎng)到桑椹胚才可移植到母體內(nèi) C．胚胎移植可移植到其他任一動物體內(nèi) D．同卵雙生是由于1個卵子與2個精子完成了受精過程所致 【解析】　從體內(nèi)獲取的精子必須經(jīng)獲能處理后才能與卵細胞結(jié)合形成受精卵，所以A項正確。對于不同生物而言，胚胎移植的時間不同，有些在幾個細胞時期進行，有些在桑椹胚期進行。同卵雙生是由于1個受精卵經(jīng)過細胞分裂分成兩部分，各部分單獨發(fā)育成

18、一個新個體所致。 【答案】　A 2．關(guān)于早期胚胎培養(yǎng)的說法，不正確的是(　　) A．發(fā)育培養(yǎng)液的成分通常含有血清 B．發(fā)育培養(yǎng)液的成分較一般動物細胞培養(yǎng)液的成分簡單 C．動物種類不同，進行胚胎移植的早期胚胎所處階段不同 D．進行胚胎移植之前，可將培養(yǎng)到適宜時期的早期胚胎進行保存。 【解析】　進行胚胎早期培養(yǎng)的發(fā)育培養(yǎng)液，與動物細胞培養(yǎng)液相似，但成分稍復雜。 【答案】　B 3．如圖所示，經(jīng)過胚胎移植，荷斯坦小奶牛具有與供體母牛相似的特性。因此，它對充分發(fā)揮優(yōu)良母牛的繁殖潛力，推廣利用優(yōu)良雌性配子，加速畜群改良等都有極其重要的實際生產(chǎn)價值，在動物遺傳學和繁殖生理學的研究中也具有重

19、要作用。 胚胎移植示意圖 (1)你認為黃牛生出荷斯坦小奶牛的生殖方式是________________。 (2)在選擇優(yōu)秀種公牛的精子時，應選擇含________染色體的精子才可繁育出良種雌性小奶牛。 (3)優(yōu)秀種公牛精液，要經(jīng)過______________(生理過程)才具有受精能力。 (4)為了獲得較多的卵母細胞，對供體母牛的處理措施是__________________。 (5)胚胎移植的用途有_____________________________________________ ________________。(舉兩例) 【解析】　黃牛生出荷斯坦小奶牛利用了體外

20、授精技術(shù)，屬于有性生殖。優(yōu)秀種公牛精子中的性染色體有含X的或含Y的，要使繁育出的良種小奶牛為雌性，應選擇含X染色體的精子與成熟的卵細胞體外授精。采集的精子要放入培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使精子達到獲能狀態(tài)，才能夠穿入到卵細胞內(nèi)部。超數(shù)排卵采用給母牛注射促性腺激素的方式，因為該激素本質(zhì)是多肽，口服無效。胚胎移植可用于快速繁育良種家畜、克隆哺乳動物、克服人類的不孕癥等。 【答案】　(1)有性生殖　(2)X　(3)精子獲能　(4)注射促性腺激素　(5)快速繁育良種家畜、克隆哺乳動物 4．隨著人們生活水平的提高，乳制品需求量越來越大，為了擴大生產(chǎn)，提高產(chǎn)崽率，要進行良種牛的培育。下圖為胚胎移植的基本程序及早期

21、胚胎發(fā)育的過程，請據(jù)圖回答： (1)用________處理使供、受體母牛同期發(fā)情。 (2)用________處理供體母牛，使其超數(shù)排卵，以獲取更多的卵(母)細胞。 (3)從A到E中，適宜于牛的胚胎移植的時期有________。 (4)圖中標號3為外部細胞，它將來發(fā)育為____________。 (5)利用____________技術(shù)可以獲得兩個基因型完全相同的胚胎。 (6)若一次給受體母牛移入多個胚胎，產(chǎn)生的多個后代基因型相同嗎？為什么？________________________________________________________________ _____

22、___________________________________________________________ _______________________________________________________________。 【解析】　(1)用孕激素處理可使供、受體母牛同期發(fā)情。 (2)用促性腺激素處理供體母牛，可使其超數(shù)排卵，以獲取更多的卵(母)細胞。 (3)從A到E中，適宜于牛的胚胎移植的時期有D(桑椹胚期)、E(囊胚期)。 (4)圖中標號3為外部細胞，將來發(fā)育為絨毛膜和胎盤。 (5)利用胚胎分割技術(shù)可以獲得兩個基因型完全相同的胚胎。 (6)若一次給受

23、體母牛移入多個胚胎，產(chǎn)生的多個后代基因型不一定相同；因為這些胚胎可能由不同的受精卵發(fā)育而來，它們的基因型可能相同，也可能不同。 【答案】　(1)孕激素　(2)促性腺激素　(3)D、E (4)絨毛膜和胎盤　(5)胚胎分割 (6)不一定相同。因為這些胚胎可能由不同的受精卵發(fā)育而來，它們的基因型可能相同，也可能不同 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡構(gòu)建 核心回扣 1.人工授精技術(shù)是指應用相應的器械采集公畜的精液，再將其注入到正在發(fā)情的母畜生殖道中，使母畜受孕的過程。 2.人工授精的主要步驟：人工采精→精液檢查→人工授精→妊娠產(chǎn)幼仔。 3.胚胎移植的大致步驟：超數(shù)排卵→人工授精或自然交配→胚胎移植→分娩。 10