第8课时 胚胎工程 学案（含答案）

1、第第 8 课时课时 胚胎工程胚胎工程 学习目标 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.说出胚胎干细 胞的培养和胚胎干细胞核移植。4.举例说出胚胎工程的应用。5.活动：胚胎干细胞研究进展资 料的搜集。 一、体外受精和胚胎体外培养 1.胚胎工程 (1)含义：通常指各种胚胎操作技术。 (2)研究对象：主要限定于高等脊椎动物，特别是哺乳动物。 (3)研究的重点内容：体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。 2.体外受精 (1)概念：采集雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子，使其在试管中受精。 (2)过程 精子的采集及获能 从附睾中取出成熟的精子，放入培养液中

2、培养，使其达到获能状态 卵细胞 的采集 最常用的方法是卵巢经超数排卵处理后，用穿刺针吸取 卵泡液，取出卵母细胞，在体外进行人工培养，促进其成熟 受精 获能的精子和成熟后的卵细胞在体外合适的 环境下共同培养一段时间，便可受精 3.胚胎体外培养 (1)概念：通过人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。 (2)要求：必须配制一系列含有不同成分的培养液，用以培养不同发育时期的胚胎。 归纳提升 胚胎体外培养的三点说明 (1)理论基础：细胞增殖和细胞分化。 (2)培养目标：8 个细胞以上胚胎，如早期囊胚。 (3)培养液 成分：一般包括无机盐、有机盐类、维生素、激素、氨基酸、核苷酸及血清等。 功能：为

3、胚胎发育提供营养，提供胚胎发育的液体环境，接受胚胎代谢废物。 例 1 关于牛体外受精形成胚胎的叙述，正确的是( ) A.精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母牛子宫 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.成熟卵细胞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.胚胎发育和受精过程只需在体外进行 答案 C 解析 卵母细胞必须在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，受精卵必须发育 到囊胚阶段才能进行移植，移植到母体子宫后继续发育，形成幼体产出。 方法技巧 比较人工授精、自然受精和体外受精 比较项目 自然受精 人工授精 体外受精 不 同 点 过程不同

4、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、卵细胞， 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 精子获能，卵细胞成熟后方能完成受精过程；都是有性生殖 例 2 根据图示“试管牛”工厂化生产的技术流程图解，回答下面的问题： (1)根据_(填标号)判断，此种繁殖方式是_生殖。 (2)过程中，通常每个卵巢平均可采集 10 枚左右可用的卵母细胞，最终可能产下_ 头犊牛。 (3)卵母细胞体外培养时必须培养到_阶段才具有受精能力，过程为 _，通常采用_法。 (4)过程分别代表_和_，发育阶段一般为_。 答案

5、(1) 有性 (2)12 (3)减数第二次分裂中期 精子获能处理 化学诱导 (4)体外 受精 早期胚胎培养 卵裂球或早期囊胚 方法技巧 多角度区别试管动物和克隆动物 比较项目 试管动物 克隆动物 概念 通过人工操作使精子和卵细胞在体外条 件下获能和成熟及受精，并通过培养发育 成早期胚胎后，再经移植产生后代的技术 将经过核移植得到的重组细胞发 育而来的胚胎进行胚胎移植产生 新个体的技术 技术基础 体外受精、胚胎移植 细胞核移植、胚胎移植 实例 试管牛 多莉羊 过程 生殖方式 有性生殖 无性生殖 遗传物质来源 来自两个亲本个体 大部分来自核供体 意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 加速家畜遗传改

6、良进程，挽救濒 危物种 二、胚胎移植和胚胎分割 1.胚胎移植 (1)概念：将经济价值较高、遗传性状优良的母畜，经过激素处理，使其超数排卵后受精，然 后将发育的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫内，通过代孕母妊娠产仔的技术， 也被称做“借腹怀胎”。 (2)移植原因： 由于无法进行全体外胚胎培养， 胚胎移植成为胚胎工程中获得后代的唯一方法。 (3)基本过程 2.胚胎分割 (1)含义：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 同卵多仔后代的技术。 (2)优点：可成倍增加胚胎数量，是一种快速繁殖良种畜的方法。 (3)基本过程 将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿

7、中。 在显微镜下用切割针或切割刀把胚胎分割开，或者采用酶处理等方式将卵裂球中的细胞分 散开。 分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养至囊胚阶段。 移植到受体内，着床发育产仔。 归纳总结 有关胚胎移植和胚胎分割的 6 个注意点 (1)移植胚胎的来源 雌性动物体内的早期胚胎。 通过体外受精和早期胚胎的培养得到。 通过哺乳动物体细胞核移植及培养得到。 (2)胚胎移植的对象 早期胚胎(如桑椹胚或囊胚)，受精卵或原肠胚均不可作为移植对象。 (3)超数排卵和同期发情处理所用激素种类不同：超数排卵所用激素为促性腺激素，同期发情 处理所用激素为孕激素。 (4)胚胎分割的基础和特点 理论基础：细胞的全能性

8、。 特点：每个后代具有相同的遗传特性。 (5)对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团，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，甚至不能发育等问题。 (6)胚胎分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率 自然会越低。 例 3 牛胚胎移植的基本程序如下图，请据图回答： (1)图中 a、b、c 过程分别是指_、_、_。 (2)供体牛的主要职能是_， 受体牛必须和供体牛属于_。 (3)在胚胎移植过程中，供、受体母牛选择好后，要用动物激素进行同期发情处理，这样处理 的目的是_，以保证移植的胚胎能够继续正常发育。 (4)你认为

9、胚胎移植技术在生产实践中的主要意义有哪些？ _。 答案 (1)超数排卵处理 胚胎的收集 胚胎移植 (2)产生具有优良遗传特性的胚胎 同一物种 (3)使供、受体母牛处于相同的生理状态 (4)胚胎移植技术可以加快优良种畜的繁殖速度，迅速推广新品种 解析 (1)图示 a、b、c 过程依次为对供体母牛进行超数排卵处理、配种后胚胎的收集和向受 体母牛进行胚胎移植。(2)供体牛主要是提供具有优良遗传特性的胚胎，受体牛必须和供体牛 属于同一物种。(3)为使受体接受胚胎应对供、受体进行同期发情处理。(4)胚胎移植技术可以 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，加快优良种畜的繁殖速度，迅速推广新品种。 例 4 (20

10、19 金华高二检测)如图为经过体外受精、胚胎分割和胚胎移植培育优质奶牛的过 程，请回答下列问题： (1)A 细胞是_，在进行体外受精前可以使用培养法或_使精子获 能。 (2)进行胚胎分割时，应选择发育到_时期的胚胎进行操作。 (3)指的是_。 (4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意_。 (5)受体母牛必须和供体母牛是同种，并且要经过_处理，移植后的胚胎能在受体子宫 中继续发育的生理基础是_。 (6)将胚胎移植入受体后，还要对受体母牛进行是否_的检查。 答案 (1)卵母细胞(或次级卵母细胞或卵子) 化学诱导法 (2)桑椹胚或囊胚 (3)胚囊腔 (4) 要将内细胞团均等分割 (5)同期发情 供

11、体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系 (6)妊娠(怀孕) 解析 (1)A 是卵母细胞；在进行体外受精前可以使用培养法或化学诱导法使精子获能。 (2)进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行操作。 (3)是胚囊腔。 (4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意要将内细胞团均等分割，以免影响胚胎的恢复和 进一步发育。 (5)受体母牛必须和供体母牛是同种，并且要经过同期发情处理，移植后的胚胎能在受体子宫 中继续发育的生理基础是供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系。 (6)将胚胎移植入受体后，还要对受体母牛进行是否妊娠的检查。 方法技巧 胚胎移植成功的四个基础 (1)发情

12、排卵后，在一段时间内，供、受体生殖器官的生理变化相同，能为胚胎的生长发育提 供相同的生理环境。 (2)早期胚胎没有与母体子宫建立组织联系，为胚胎收集提供了可能。 (3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎的存活提供了可能。 (4)胚胎能与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其遗传特性不受影响。 三、胚胎干细胞及胚胎工程的应用 1.胚胎干细胞 (1)含义：是一种未分化细胞，具有发育全能性和二倍体核型。在适当条件下，胚胎干细胞可 被诱导分化为多种细胞、组织。 (2)来源：当受精卵分裂发育成早期胚胎(囊胚)时，内细胞团的细胞为胚胎干细胞。 (3)培养关键：需要一种能促进胚胎干细胞

13、的生长，同时还要抑制其分化的培养体系，这种体 系中用于饲养层的细胞一般是胚胎成纤维细胞。 2.胚胎干细胞核移植：把胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，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的技术。 3.胚胎工程的应用 (1)大大加快了畜牧业的发展速度。 (2)保护珍稀动物和挽救濒临灭绝的野生动物。 拓展提升 胚胎干细胞及其应用价值 (1)胚胎干细胞的种类 胚胎发育过程中不同干细胞的发育分化过程 受精卵全能干细胞多能干细胞专能干细胞。 三种干细胞的比较 名称 全能干细胞 多能干细胞 专能干细胞 特点 具有形成机体的任何组织 或器官直至形成完整个体 的潜能 具有分化成多种细胞或 组

14、织的潜能， 但不能发育 成完整的个体 只能分化成某一种类型或功能 密切相关的两种类型的细胞 举例 胚胎干细胞 造血干细胞 神经干细胞 应用 用于病人的器官移植等 造血干细胞移植是治疗 血液系统疾病、 遗传性血 液病等的有效手段 通过神经干细胞移植治疗脑 瘫、头颅外伤等病症 (2)干细胞研究的应用价值 进行基因敲除，获得基因敲除动物，如用基因敲除手段可以获得适合人体移植的猪器官， 减弱或消除排斥反应。 培育用于移植的细胞、组织或器官。 在试管中改良并创造动物新品种，再结合基因工程等技术培育出生长快、抗病力强、高产 的家畜品种，生产有价值的动物等。 例 5 下列关于胚胎干细胞特点的叙述中，不正确的

15、是( ) A.当受精卵发育成囊胚时，所有的细胞都是胚胎干细胞 B.胚胎干细胞是一种未分化的细胞，具有发育的全能性 C.在适当的条件下，胚胎干细胞可以分化为多种细胞和组织 D.培养胚胎干细胞的关键是需要一种必须能促进干细胞的生长同时还要抑制干细胞分化的培 养体系 答案 A 解析 当受精卵发育成囊胚时，内细胞团细胞是胚胎干细胞，具有发育的全能性，滋养层细 胞不具有全能性。 易混易错 胚胎干细胞的特点 (1)形态上：体积小，细胞核大，核仁明显，具有二倍体核型。 (2)功能上：具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。 (3)在体外培养的条件下，胚胎干细胞可以只增殖而不分化。对它可以

16、进行冷冻保存，也可以 进行遗传改造。 例 6 Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES 细胞)对 Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗，其技术流程如图(图中数字序号表示的是相关过程)。请回 答下列有关问题： (1)过程利用的技术是_，过程利用的技术是_，过程 中涉及基因工程技术，其中作为受体细胞的是_。 (2)过程中获取的目的基因是_，可以根据该基因的_ 设计引物，利用 PCR 技术扩增目的基因片段。按此方法和图示技术流程，完成 Rag2基因缺 失小鼠的基因治疗，涉及的酶有_ 和耐高温的 DNA 聚合酶(Taq 酶)等。 (3)图中造血干细胞中的遗传物质至少有_(A

17、.2 个 B.3 个 C.4 个 D.5 个)来源。为检测 Rag2基因的表达情况， 可提取治疗后小鼠骨髓细胞的蛋白质， 用_进行杂交实验。 答案 (1)(体细胞)核移植 早期胚胎培养 ES 细胞 (2)正常的 Rag2基因 脱氧核苷酸序列 (或碱基对序列或遗传信息) 限制性核酸内切酶、DNA 连接酶、胰蛋白酶 (3)B 抗 Rag2 蛋白的抗体 解析 (1)过程是将培养的上皮细胞的细胞核移入去核的卵细胞形成重组细胞，进而得到重 组胚胎，因此利用的技术是(体细胞)核移植技术。过程利用的是早期胚胎培养技术。过程 是借助基因工程技术，将目的基因导入 ES 细胞，即作为受体细胞的是 ES 细胞。 (

18、2)过程中获取的目的基因是正常的 Rag2基因，扩增 Rag2基因，需根据一段已知 Rag2基因 的脱氧核苷酸序列(或碱基对序列或遗传信息)设计引物。图示中，获得单个的上皮细胞需用 胰蛋白酶； 在将正常的 Rag2基因导入 ES 细胞前需要用到限制性核酸内切酶、 DNA 连接酶构 建重组 DNA 分子；利用 PCR 技术扩增目的基因片段的过程中离不开耐高温的 DNA 聚合酶 (Taq 酶)等酶。 (3)图中造血干细胞中的遗传物质至少有 3 个来源，分别是 Rag2基因缺失小鼠的上皮细胞中 的核基因、 卵母细胞的细胞质基因和目的基因(正常的 Rag2基因)。 为检测 Rag2基因的表达情 况，可

19、提取治疗后小鼠骨髓细胞的蛋白质，用抗 Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。 1.判断正误： (1)早期胚胎体外培养必须配制一系列含有不同成分的培养液，用以培养不同发育时期的胚胎 ( ) (2)早期胚胎培养和动物细胞培养的培养液通常都需加入血清( ) (3)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎( ) (4)胚胎移植是所有动物获得后代的唯一方法( ) (5)胚胎分割只能借助显微操作利用切割针或切割刀进行分割( ) (6)在培养胚胎干细胞时，首先要在培养皿底部制备一层滋养层细胞( ) (7)试管婴儿的受精、发育都是在体外进行的( ) (8)试管婴儿属于无性生殖( ) (9)目前，胚胎移植是胚

20、胎工程获得后代的唯一方法( ) (10)体外受精获得的受精卵可以直接移植到母体子宫内( ) (11)原肠胚细胞也属于胚胎干细胞( ) (12)胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑制细胞分化的物质( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 2.(2019 杭州高二检测)胚胎早期培养需要用液体培养基，其成分是( ) A.水、无机盐、维生素、激素、有机盐、氨基酸、核苷酸、血清等 B.蔗糖、水、无机盐、维生素、激素 C.蔗糖、水、无机盐、氨基酸、核苷酸、血清 D.水、无机盐、维生素、有机盐、淀粉 答案 A 解析 胚胎早期培养中液体培养基

21、不应包括蔗糖和淀粉，其成分包括水、无机盐、维生素、 激素、有机盐、氨基酸、核苷酸等，还应当含有血清等物质，选项 A 正确。 3.(2018 学军中学期中)如图表示改造哺乳动物遗传特性的三种途径。下列相关叙述错误的是 ( ) A.获得动物 1 的受体细胞通常是受精卵 B.动物 2 体内各体细胞的基因种类相同 C.获得动物 3 的重组细胞具有全能性 D.上述动物的获得均需运用胚胎移植 答案 B 解析 分析题图可知，获得动物 1 利用转基因操作，受体细胞通常是受精卵，A 正确；从动 物 2 的形成过程看，导入外源基因的受体细胞注入囊胚后，由注入的细胞不断增殖分化而成 的细胞的基因种类与其他细胞有所不

22、同，B 错误；获得动物 3 的重组细胞具有类似受精卵的 全能性，能够发育成完整个体，C 正确；胚胎工程中，胚胎移植是哺乳动物获得后代的唯一 方法，D 正确。 4.下列哪项不是人工授精和体外受精的区别( ) A.人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性 B.体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能 C.人工授精和体外受精的本质不同 D.人工授精的精卵结合在母畜体内，而体外受精的这一过程在母畜体外 答案 C 解析 在人工授精时，一般选择优良品种公牛的精液进行受精作用，因此人工授精能更有效 地发挥公畜的优良特性， A 正确； 体外受精是分别将卵细胞与精子取出后， 在体外(培养皿中) 使其受精，能更有效地发挥

23、母畜的繁殖潜能，B 正确；二者的本质都是两性生殖细胞的结合， C 错误；人工授精的精卵结合在母畜体内，而体外受精的这一过程在母畜体外，D 正确。 5.科研工作人员利用胚胎干细胞(ES 细胞)通过胚胎工程克隆鼠，以供医学治疗需要，其技术 流程如下图： (1)图中的 X 细胞可以称为_细胞。 (2)图中 X 细胞依次经_后由代孕母鼠产生克隆鼠。 A.核移植、胚胎培养、胚胎移植 B.胚激活、胚胎培养、胚胎移植 C.胚胎培养、胚激活、胚胎移植 D.核移植、胚激活、胚胎体外培养 (3)在克隆胚胎的培养基中以_作为能源物质。 (4)为了提高已有胚胎的利用率，可采取_技术。进行胚胎移植时，代孕母鼠对 移入子

24、宫的克隆胚胎基本上不发生_，这为克隆胚胎在代孕母鼠体内的存活 提供了可能。 (5)若对分离出的内细胞团进行胚胎干细胞培养，当干细胞达到一定的密度时，需进行 _培养以得到更多数量的细胞。还可以对胚胎干细胞进行_，通过一系列 的培育过程，以获得适合人体移植的动物器官，减弱或消除免疫排斥反应。 答案 (1)重组(或重建) (2)B (3)葡萄糖 (4)胚胎分割 免疫排斥反应 (5)传代 基因敲 除 解析 (1)分析图示可知，X 细胞为去核卵细胞和胚胎干细胞核构成的重组(或重建)细胞。(2) 由重组(或重建)细胞获得克隆个体，需要经过胚激活、胚胎培养和胚胎移植过程，B 项符合 题意。(3)动物细胞培养或克隆过程中，以葡萄糖为能源物质。(4)胚胎工程中为提高胚胎的利 用效率，可以对早期胚胎进行胚胎分割。进行胚胎移植时，受体(代孕母鼠)对移入子宫的克 隆胚胎基本上不发生免疫排斥反应。(5)若对分离出的内细胞团进行胚胎干细胞培养，当干细 胞达到一定的密度时，需进行传代培养以获得数量更多的细胞。干细胞研究在生物科学基础 研究中具有极为重要的作用，并且具有广阔的应用前景。对胚胎干细胞可以进行基因敲除， 获得基因敲除动物，如用基因敲除手段可以获得适合人体移植的猪器官，减弱或消除免疫排 斥反应。