2.2.1 人工授精、胚胎体外培养和胚胎移植 学案（含答案）

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1、第第 2 节节 胚胎工程实验技术胚胎工程实验技术 第第 1 课时课时 人工授精人工授精、胚胎体外培养和胚胎移植胚胎体外培养和胚胎移植 目标导读 1.结合教材 P3133图文，简述哺乳动物人工授精技术的主要步骤。2.通过教材 P33第 3、4 段内容，简述哺乳动物胚胎体外培养的方法。3.阅读教材 P3335内容，阐明胚胎移 植前的准备。4.结合教材 P36图 216，理解胚胎移植的实施和胚胎移植技术的应用。 重难点击 1.人工授精技术的主要步骤。2.哺乳动物胚胎体外培养的方法。3.胚胎移植的准 备、实施及应用。 “超时空女婴” 1986 年白血病患者克里斯在 16 岁时(接受放疗前)冷冻了部分自

2、己的精子。2008 年，克里斯 与妻子梅洛迪决定用 22 年前保存的冷冻精子接受试管受精手术。2008 年 6 月，医生从梅洛 迪的卵巢中提取出 15 枚卵细胞。 最后共有 7 枚卵细胞受精发育成胚胎， 医生将两枚胚胎植入 到梅洛迪的子宫中。2009 年 2 月 25 日，梅洛迪在一家医院中顺利生下了 3.37 千克重的女婴 斯特拉。 美国医学专家称，冷藏了 22 年的精子依然能够孕育生命，创下了一项世界医学史纪录，斯特 拉也被称作是“来自 1986 年的超时空女婴”。 这个奇迹的诞生离不开体外授精及胚胎的早期 培养等胚胎工程的实验技术，让我们一起来学习这些知识吧。 一、人工授精和胚胎体外培养

3、 1.精子的获取 (1)采精方法：胚胎工程中通常使用射出精子，有时也使用附睾精子。常用人工采集的方式采 集精液。 (2)精液的保存：采集的精液，通常需要加入特殊的稀释液，并在低温下保存，如果需要长时 间保存，则须将精液保存在液氮(196 )环境中。 2.卵细胞的获取 (1)采集部位：卵巢、输卵管、子宫内。 (2)采集方法 超数排卵：注射外源促性腺激素(垂体产生的促卵泡激素和促黄体生成激素)，促使卵巢排 出更多的成熟卵细胞。 采卵技术 a.手术采卵：冲洗输卵管采卵，针对一些家兔、绵羊等中小型家畜。 b.非手术采卵：从子宫冲卵，针对于牛这样的大型家畜。 3.人工授精 (1)体外授精 精子获能：取成

4、熟的附睾精子，在 CO2培养箱中培养，利用化学药物(如咖啡因、肝素)等 使精子达到获能状态。 采集成熟的卵细胞，放入含有精子的卵细胞培养液中。 检查受精情况，如果看到第二极体和雌雄原核形成，则已经受精。 (2)显微授精 又称辅助授精，将完整精子或精核用显微操作仪注入卵周隙或卵胞质，激活卵母细胞并完成 受精作用。优点是不受精子的数量、活力等因素的影响。 4.胚胎的体外培养 (1)概念：应用人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。 (2)培养液：由于胚胎不同发育时期生理代谢的需求不同，进行胚胎体外培养时，必须配制一 系列含有不同成分的培养液，培养不同发育时期的胚胎。 (3)发展现状：由于哺乳

5、动物胚胎发育条件异常复杂，胚胎培养比组织培养和细胞培养困难得 多。目前，只能对少数物种不同阶段的胚胎进行培养，尚无从受精卵到新生儿的全体外胚胎 培养技术。 下图是某种家畜体外受精的示意图，请分析： 1.要想获得较多的卵细胞，应对雌性动物作何处理？ 答案 注射促性腺激素进行超数排卵处理。 2.为什么采集到的卵母细胞要进行培养？ 答案 采集到的卵母细胞发育时期可能不一样，需要培养到减数分裂的中期，才能进行体 外授精。 3.受精前要对精子进行处理的目的是什么？ 答案 利用化学药物使精子达到获能状态，获得受精的能力。 4.怎样判断体外授精的卵细胞已经受精了？ 答案 在卵细胞膜和透明带间观察到 2 个极

6、体或者雌雄原核形成。 5.如果要对获得的胚胎进行早期培养，能否只用一种培养液完成？ 答案 不能。要用不同成分的培养液培养不同发育阶段的胚胎。 1.下列化学物质中可使精子获能的是( ) A.氯化钙溶液 B.肝脏提取液 C.肝素溶液 D.氨基酸营养液 答案 C 解析 一定浓度的肝素或钙离子载体 A23187 溶液可诱导精子获能。 2.下图是通过体外授精培育小鼠的过程图，请据图回答下列问题： (1)所用的方法是用_处理，从_中采集卵细胞。 (2)是_过程，因此小鼠是_生殖方式，其常见的可遗传变异类型 有_。 (3)过程是_。 答案 (1)促性腺激素 输卵管 (2)受精 有性 基因突变、染色体变异、基

7、因重组 (3)早期胚胎体外培养 题后归纳 体外培养过程 检查筛选获得可移植的早期胚胎(或受精卵) 培养受精卵移入发育培养液 可移植阶段 人胚胎达到816个细胞 牛羊：桑椹胚或囊胚 早期胚胎移植或冷冻保存 二、胚胎移植技术 1.胚胎移植的概念 从经济价值较高、遗传性状优秀的母畜体内获取经过激素处理超数排卵受精发育的胚胎，移 植到同期发情的代孕母的子宫内，经过妊娠产仔的技术。 2.胚胎移植前的准备 (1)胚胎的采集 来源：超数排卵技术、体外授精技术培育的胚胎。 采集方法 手术采集法，如小鼠、兔、羊和猪 非手术采集法，如马、牛等大型动物 检查胚胎：只有完整的胚胎才能移植或保存。整个过程必须保持无菌条

8、件，快速移植。 (2)供体、受体动物的准备 供体动物的选择：应从那些遗传性能优良而稳定的健康母畜中选择。 受体动物的选择：选择那些生产性能较低、数量较多、健康无病、发情周期正常的适龄母 畜作为移植受体。 同期发情处理 a.方法：除了对自然发情家畜进行选择外，还通常采用孕激素(黄体酮)使受体家畜发情同步。 b.目的：让供给胚胎的母牛和接受胚胎的母牛的生殖器官处于相同的生理状态下，移植的胚 胎才能存活。 c.注意：不同的供体和受体动物使用超数排卵的激素和诱导发情的激素不同，处理的方法也 不同。 (3)胚胎的保存 概念：在一定条件下使胚胎停止发育并保持重新恢复发育活性的一种方法。 方法：短期保存，放

9、在 0_5_的培养液中；长期保存，冷冻在液氮(196_)中。 3.胚胎移植的实施 (1)方法 手术法：中小型动物常用方法 非手术法：大家畜采用的方法 (2)移植部位 输卵管：胚胎发育在8个细胞以内 子宫角：胚胎发育多于8个细胞 4.胚胎移植技术的应用 (1)充分发挥优良母畜的繁殖潜力，迅速扩大优良种群。 (2)保存品种资源，建立优良种质资源基因库。 (3)代替优良种畜的引进。 如图为胚胎移植过程示意图，请探究以下问题： 1.图中 A、B、C 分别是哪种处理？其中 A、B 过程常用的激素是哪种？ 答案 A：同期发情处理，一般用孕激素；B：超数排卵处理，一般用促性腺激素；C：胚胎 移植。 2.为什

10、么同种动物之间进行胚胎移植易于成功？ 答案 这里的“同种”是指“同一物种”，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。 3.为什么应对供体和受体母畜进行同期发情处理？ 答案 同期发情处理使供、受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎提供相同的生理环境。 4.胚胎移植的后代具有供体和受体共同的遗传性状吗？ 答案 不具有，后代的遗传性状是由供体决定的，受体只是提供了胚胎发育的场所，不影响 后代的遗传特性。 3.下列对于优良种畜的胚胎移植的说法，不正确的是( ) A.供体母牛必须是同一物种的良种 B.受体母牛必须是同一物种的良种 C.供体公牛必须是同一物种的良种 D.受体母牛可以是同一物种的一般健康牛 答

11、案 B 解析 胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序，提供精子和卵细胞的供体必须是同一物种的良 种，而受体只要求同种的健康牛即可。 4.进行动物胚胎移植时，必须要考虑的事项是( ) A.供体动物与受体动物生理状态的一致性 B.受体动物对供体胚胎的免疫排斥反应 C.受体动物的子宫与供体胚胎建立组织上和生理上的联系 D.早期胚胎能否从供体子宫内完整地分离出来 答案 A 知识拓展 (1)胚胎移植的生理学基础 胚胎移入的基础 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 胚胎收集的基础 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 移入胚胎存

12、活的基础 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 保留遗传特性的基础 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 (2)胚胎移植成功与否要有两个条件 胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。 进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。供、 受体母畜的发情时间要一致， 移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。 1. 人工授精 和胚胎体 外培养 人工授精 精子的获取 采精方式：人工采集 精液的长期保存：液氮环境中 卵细胞的获取：冲洗输卵管采卵和子宫冲卵 方法 体外授精：若已受精可看到第二极体， 雌雄原核形成 显微授精 胚

13、胎体外培养 2. 胚 胎 移 植 技 术 概念：是指从经济价值较高、遗传性状优秀的母畜体 内获取经过激素处理超数排卵受精发育的胚胎，移 植到同期发情的代孕母的子宫内，经过妊娠产仔的 技术 胚胎采集 手术法：适用于小鼠、兔、羊和猪等动物 非手术法：适用于牛、马等大型动物 胚胎移植：整个过程保持无菌操作 供体、受体动物准备：不同的供体和受体动物 使用超数排卵的激素和诱导发情的激素不同， 处理的方法不同 胚胎的保存：液氮中长期保存，培养液中0 5 下暂时保存 胚胎移植的实施：胚胎的移入位置有输卵管 膨大部分和子宫角 应用 一是充分发挥优良母畜的繁殖潜力，迅速扩大优 良种群 二是保存品种资源，建立优良

14、种质资源基因库 三是代替优良种畜的引进 1.体外授精常用的采卵方式有( ) 用促性腺激素处理后，从输卵管冲取卵细胞 化学诱导法 电刺激法 从活体动物 卵巢中吸取卵母细胞 A. B. C. D. 答案 D 解析 采用注射激素的方法，使母畜产生更多的卵细胞；利用超声波引导法，从母畜体内采 集卵母细胞或直接从屠宰母畜的卵巢内获取卵母细胞。 2.杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，被称为“钻石级”肉用绵羊。科研工作者通过胚 胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示，相关叙述不正确的是( ) A.为了获得更多的卵母细胞，需用雌性激素对雌性杜泊羊进行处理 B.卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可以从处死的雌羊

15、卵巢中获取 C.从输卵管中采集的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精 D.绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性 答案 A 解析 用促性腺激素促进雌性个体超数排卵，而不是雌性激素，故 A 错误；采集卵母细胞的 方法：用促性腺激素处理母畜，然后从输卵管中冲取卵子；从屠宰场已屠宰母畜的卵巢 中采集卵母细胞；直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞，故 B 正确；从输卵管中采集的 卵母细胞，可直接与获能的精子在体外受精，故 C 正确；同种生物的精子和卵细胞一般可以 互相识别，发生融合，故 D 正确。 3.将雌性动物的早期胚胎或者通过体外授精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状 态相同的其他雌性动物的

16、体内，以下说法不正确的是( ) A.这里说的同“种”是指同一“物种” B.加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，证明移植成功 C.同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功 D.不管是否妊娠，同种动物生殖器官的生理变化都是一样的 答案 D 解析 雌性哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物生殖器官的生理 变化是一样的。 4.不同动物胚胎移植的时间不同，但一般不会在下列哪个时期移植( ) A.卵裂期 B.桑椹胚期 C.囊胚期 D.原肠胚期 答案 D 解析 一般来说胚胎分化程度越低，越有利于移植，按照哺乳动物胚胎发育的顺序：受精卵 卵裂桑椹胚囊胚原肠胚。在原肠胚

17、期细胞出现了三胚层的分化，故不宜在此时期移 植。 5.培育“试管山羊”的基本过程如图所示。据图回答下列问题： (1)甲过程为_，其过程中可通过给母山羊注射_使其超数排 卵。 (2)乙过程的目的之一是_处理。 (3)乙过程与丙过程中采用的培养液成分不同，乙过程的培养液为_或专用的受精 溶液，丙过程的培养液为_。 (4)丁过程是_，是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的代孕母羊子宫内。 答案 (1)卵母细胞的采集 促性腺激素 (2)对精子进行获能 (3)获能溶液 发育培养液 (4)胚胎移植 解析 分析图示可知，甲过程为卵母细胞的采集，一般用促性腺激素处理良种母山羊，使其 超数排卵。乙过程为精子获能以及受精，获能的精子和成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受 精溶液中完成受精。丙过程为早期胚胎培养，在发育培养液中进行。丁过程为胚胎移植，是 指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同(而不是性状相同)的其他雌性动物子宫内使之继 续发育为新个体。