高中生物第三章胚胎工程第2节胚胎工程教案浙科版选修3.docx

第二节 胚胎工程课标解读重点难点1.描述体外受精和胚胎体外培养。2.简述胚胎移植和胚胎分割。3.了解胚胎干细胞培养和胚胎干细胞核移植。4.举例说出胚胎工程应用。5.尝试搜集胚胎干细胞研究进展资料。1.胚胎干细胞核移植和胚胎干细胞培养。(重难点)2.胚胎体外培养和胚胎移植技术。(重难点)体外受精和胚胎体外培养1.体外受精(1)概念：采集雌性动物卵细胞和雄性动物精子，使其在试管中受精。(2)过程：1(1)试管牛是在试管中发育成吗？(2)精子不经过获能处理，可以用来进行体外受精吗？【提示】(1)不是。试管牛是人工采集牛卵母细胞和精子，让它们在体外(试管中)完成受精作用并发育成早期胚胎，然后再移植到受体母牛子宫内发育，直到分娩。(2)不可以。只有经过获能处理精子才能够穿入到卵细胞内部。2胚胎体外培养(1)概念：通过人工创造环境，对获取早期胚胎进行体外培养。(2)特点：必须配制一系列含有不同成分培养液，用以培养不同发育时期胚胎。胚胎移植1.作用胚胎工程中获得后代唯一方法。2过程指将经济价值较高、遗传性状优良母畜，经过激素处理，使其超数排卵后受精，然后将发育早期胚胎分别移植到同期发情代孕母子宫内，通过代孕母妊娠产仔技术。3优点：可以充分发挥雌性优良个体繁殖潜力。(1)供体职能：专门产生具有优良遗传特性胚胎。(2)受体职能：担任繁重而漫长妊娠和育仔任务。胚胎分割1.概念指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代技术。2基本过程(1)分割：将发育良好胚胎移入含有培养液培养皿中，在显微镜下用切割针或切割刀将胚胎分割开，或者采用酶处理等方式将卵裂球中细胞分散开。(2)移植：分割胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚阶段，再移植到受体内，着床发育产仔。2胚胎分割是什么生殖方式？(有性生殖、无性生殖)【提示】无性生殖，没有经过精卵结合。胚胎干细胞1.特点胚胎干细胞是一种未分化细胞，具有发育全能性和二倍体核型。2作用胚胎干细胞在适当条件下，可被诱导分化为多种细胞、组织，具有重要生产和临床医学价值。3胚胎干细胞培养(1)关键：需要一种必须能促进胚胎干细胞生长，同时还要抑制其分化培养体系。(2)过程：受精卵早期胚胎转入培养皿中培养分离内细胞团胰蛋白酶处理4胚胎干细胞核移植(1)概念：指把胚胎干细胞核移植到去核卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物技术。(2)用途：获得基因敲除动物；培育用于移植细胞、组织或器官；在试管中改良并创造动物新品种。32009年12月2日，美国政府认可首批13个人体胚胎干细胞系，允许它们用于联邦资助研究活动。但干细胞必须捐赠自生育诊所废弃胚胎，捐赠父母必须在同意书上签字等。那么，胚胎干细胞有什么用途呢？【提示】(1)基因敲除，获得基因敲除动物；(2)培育出人造组织、器官，用于器官移植；(3)改良并创造动物新品种。1采集到精子与体外培养到成熟卵母细胞在体外合适环境下共同培养一段时间，便可受精。(×)【提示】采集到精子需体外获能才可进行受精操作。2胚胎移植供体为良种雄性动物。(×)【提示】应为良种雌性动物。3胚胎分割时被切割胚胎最适宜用发育良好原肠胚。(×)【提示】应选择发育良好桑椹胚或囊胚。4胚胎干细胞移植涉及动物细胞培养、胚胎培养、胚胎移植等技术。()5通过胚胎干细胞培养出个体性状与细胞核供体完全相同。(×)【提示】与细胞核供体极为相似。从体外受精到早期胚胎【问题导思】体外受精原理和操作是怎样？早期胚胎培养液成分有哪些？选择什么时期胚胎进行胚胎移植？1体外受精原理及方法(1)原理：人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等)，使卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。(2)主要操作步骤卵母细胞采集方法一：对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后从输卵管中冲取卵细胞直接与获能精子在体外受精。方法二：对大型动物一般采用从活体卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能精子在体外受精。精子体外获能获能方法：培养法和诱导法。受精获能精子和成熟卵细胞在共同培养一段时间后便可受精。1从卵巢中取出卵母细胞还没有成熟，尚未完成减数第一次分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前成熟阶段。2选取具有优良性状公畜进行人工采精，并且要对采集精液进行检查，确保精液质量。2胚胎早期培养(1)培养液成分盐类：无机盐和有机盐；营养物质：氨基酸、核苷酸；调节物质：维生素、激素；特有物质：血清。(2)胚胎移植时间：不同动物其胚胎移植时间不同。牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段，小鼠、家兔在桑椹胚前，人胚胎可在4个细胞阶段移植，几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。(3)胚胎发育到适宜阶段时，一般为桑椹胚、囊胚或28期细胞早期胚胎。既可向受体移植，也可冷冻保存。请根据流程图回答以下问题。(1)所做处理是_过程，是_过程，是_过程，是_过程。(2)完成过程所需培养液配制有何要求？_。(3)过程进行最适宜时期是_。(4)试用流程图表示体外受精过程。_。【思维导图】解答此题思维流程如下：【精讲精析】(1)读图知受精作用前对于精、卵细胞都应进行获能处理即为获能过程，经卵裂形成早期胚胎植入母体，因此为胚胎移植。(2)对早期胚胎进行体外培养时应根据其发育所需要求配制含有不同成分培养液，以利用早期胚胎生长发育。(3)胚胎移植时选择胚胎应是全能性较高且分化程度很低细胞，即卵裂球分裂为28期或囊胚期为最适宜。(4)体外受精过程包括精子采集、获能、卵母细胞采集和培养以及获能后精、卵细胞结合等。【答案】(1)获能受精体外早期胚胎培养胚胎移植(2)配制一系列含有不同成分培养液。(3)发育到28个细胞或早期囊胚(4)培育“试管山羊”基本过程如下图所示。若要培育成功，下列叙述正确是()A甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵B乙过程目之一是促进卵母细胞和精子成熟C丙过程与乙过程中应采用相同成分培养液D丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同代孕母羊子宫内【审题导析】解答此题应注意以下两点：受精作用与胚胎早期发育所需营养成分不同。胚胎移植成功关键在于供体与受体应处于同期发情状态。【精讲精析】甲过程目是采集卵母细胞并培养成熟，可通过注射促性腺激素促进母山羊超数排卵。乙过程目是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用。丙过程目是使受精卵发育成早期胚胎，此过程涉及细胞分裂和分化，其培养液成分不同于乙过程培养液。丁过程将早期胚胎移植到代孕母羊子宫内，要求代孕母羊与供体母羊处于同期发情状态，以利于接纳外来早期胚胎。【答案】A胚胎移植和胚胎分割【问题导思】胚胎移植时对供体和受体分别有哪些要求？胚胎移植实质是什么？其基本操作程序如何？胚胎分割实质和要求是什么？胚胎分割基本操作程序如何？1胚胎移植“借腹怀胎”(如图示)(1)胚胎移植实质胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置转换，而胚胎本身遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持不变。(2)胚胎移植成功保障(生理学基础)供体公、母牛和受体母牛选择供体公、母牛应该是人类所需优良遗传性状个体，而受体母牛必须具有正常孕育、生殖后代能力。同期发情在胚胎移植操作中应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们生理条件达到同步或一致，这样才能使供体胚胎移入受体后有相同或相似生存条件，这是胚胎移植成功与否关键。1供体公、母畜和受体母畜选择要求不同，供体公、母畜应该是人类所需具有优良遗传性状个体，而受体母畜必须具有正常孕育、生殖后代能力。2胚胎移植操作对象是早期胚胎而不是受精卵。2胚胎分割“动物克隆”(如图示)(1)实质胚胎分割(embryo division)技术是把一个胚胎细胞分成两组或多组，经过短暂培养使其修复、发育后，再一同或分别移植到不同代孕母体中妊娠并产生多胎技术，这种技术又称做人工同卵多胎技术。胚胎分割可成倍增加胚胎数量，是一种快速繁殖种畜方法，属于动物无性繁殖或克隆方法之一，其他方法还有核移植。(2)要点材料选择：发育良好、形态正常桑椹胚或囊胚。囊胚期分割要求：内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎恢复和进一步发育。(3)存在问题采用胚胎分割技术产生同卵多胚可能性是有限，到目前为止，最常见是经分割产生同卵双胎，而同卵多胎成功比例很小。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、丙牛要求分别是_、_和_。丁牛为_。(2)过程、分别是_和_。(3)欲得到更多后代丁牛，可将收集到胚胎进行_。(4)过程常用_方法对甲牛进行处理。【思维导图】解答此题思维流程如下：【精讲精析】仔细观察图解，可知过程、分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵，从而确定对甲牛超数排卵处理方法是注射促性腺激素。胚胎移植时所用供体公牛和母牛均为优质牛，受体牛为普通牛即可。【答案】(1)优质母牛普通母牛优质公牛有价值后代(优质牛)(2)同期发情处理胚胎移植(3)胚胎分割(4)注射促性腺激素胚胎干细胞【问题导思】胚胎干细胞有什么特性？如何获取胚胎干细胞？1.来源哺乳动物胚胎干细胞简称ES，来源于早期胚胎(囊胚内细胞团)。2特性(1)在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显。(2)在功能上，具有发育全能性，可诱导分化为多种细胞、组织。(3)另外，在体外培养条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。3培养流程4用途(1)获得基因敲除动物。(2)培育用于移植细胞、组织或器官。(3)在试管中改良并创造动物新品种。下图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所作一系列研究，请据图分析回答：(1)过程将胚胎干细胞置于射线灭活鼠胎儿成纤维细胞饲养层上，并加入动物血清、抗生素等物质，在此过程中加入饲养层是为了_，加入抗生素是为了_，这对于研究细胞分化和细胞凋亡机理具有重要意义。(2)过程将带有遗传标记ES细胞注入早期胚胎囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成时间、发育过程以及影响因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有_特点。在哺乳动物早期发育过程中，囊胚下一个阶段是_。(3)过程中将基因导入胚胎干细胞最常用方法是_，将目基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体，其目是_。(4)过程必须用去除胸腺免疫缺陷小鼠，得到小鼠畸胎瘤中全是神经管、横纹肌、骨骼等人类组织和器官。该研究目是_(两方面)。【审题导析】解答此题应注意以下两点：(1)ES细胞特点及培养。(2)ES细胞移植与应用研究。【精讲精析】图中过程是胚胎干细胞培养；过程是胚胎干细胞移植；过程中以胚胎干细胞为受体细胞进行转基因研究；过程是胚胎干细胞应用研究。【答案】(1)维持细胞不分化状态防止杂菌污染(2)发育全能性原肠胚(3)显微注射法使目基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时使目基因能够发挥作用(4)解决临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥等问题本 课 知 识 小 结网 络 构 建结 论 语 句1体外受精和胚胎体外培养可以获得试管动物。2胚胎移植技术是指将经济价值较高、遗传性状优良母畜经过激素处理，使其超数排卵后受精，然后将发育胚胎移植到同期发情代孕母体子宫内，经过妊娠产仔技术。3胚胎分割是指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代技术。4胚胎干细胞是从早期胚胎内细胞团中分离出来尚未分化胚胎细胞，具有很强分化能力，胚胎干细胞具有全能性。1下列超数排卵做法，正确是()A口服促性腺激素B注射促性腺激素C口服或注射促性腺激素D以上方法均不正确【解析】促性腺激素化学成分是多肽，只可注射，不能口服。若口服会被消化酶消化则失去生理作用。【答案】B2胚胎干细胞特点是()A在形态上，表现为体积大、细胞核大、核仁明显；在功能上，具有发育全能性B在形态上，表现为体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上，具有发育全能性C在形态上，表现为体积小、细胞核小、核仁明显；在功能上，具有发育全能性D在形态上，表现为体积大、细胞核小、核仁明显；在功能上，具有发育全能性【解析】胚胎干细胞具有发育全能性，能被诱导分化为机体几乎所有细胞类型。胚胎干细胞分化程度很低，分裂能力很强。具有发育全能性，其形态特点有体积小、细胞核大、核仁明显。【答案】B3我国引进良种红安格肉牛后，使其快速繁殖使用方法有()发酵工程组织培养基因工程克隆细胞工程体外受精和胚胎移植ABCD【解析】可以利用无性繁殖(克隆)和试管动物加快繁殖速度。【答案】D4下列关于胚胎分割叙述正确是()A选择发育良好、形态正常原肠胚B需在电子显微镜下进行操作C用解剖刀切开后用镊子迅速取出D囊胚阶段分割时注意内细胞团要等分【解析】胚胎分割应选桑椹胚或囊胚，而不能选原肠胚。分割时应将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎恢复和进一步发育。【答案】D5表现型不同母牛生育出基因型完全相同小牛，产生这一结果最可能原因是()A试管动物培养B胚胎移植C胚胎分割和胚胎移植D受精卵移植【解析】基因型完全相同小牛，表明两头小牛遗传物质相同。胚胎分割是指借助显微操作技术将早期胚胎分割几等份，经移植获得同卵双胞或多胎技术。来自同一胚胎后代具有相同遗传物质。试管动物、胚胎移植和受精卵移植是指通过人工操作，使精子和卵细胞在体外成熟和完成受精，并发育为早期胚胎后再经移植产生后代技术，所以，其生殖方式为有性生殖，后代基因型不同。【答案】C6如图是牛胚胎分割示意图，请据图回答问题： (1)胚胎分割是指_。(2)指是_；指是_。(3)通过胚胎分割产生两个或多个个体具有特点是_。(4)在对囊胚阶段胚胎进行分割时，应注意什么问题？为什么？_。【解析】胚胎分割是指借助显微操作技术(或采用机械方法)将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代技术。进行胚胎分割时，应选发育良好早期胚胎，并注意将内细胞团均等分割，以免影响胚胎进一步发育。【答案】(1)借助显微操作技术(采用机械方法)将早期胚胎分割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代技术(2)内细胞团胚囊腔(3)具有相同遗传物质(4)胚胎分割要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎恢复和进一步发育