高中生物第2章胚胎工程实验技术第1课时人工授精、胚胎体外培养和胚胎移植学案北师大版

第1课时人工授精、胚胎体外培养和胚胎移植[目标导读] 1.结合教材P31～33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P33～35内容，阐明胚胎移植前的准备。

4.结合教材P36图2－16，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①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。

②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①精子获能：取成熟的附睾精子，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。

②采集成熟的卵细胞，放入含有精子的卵细胞培养液中。

③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Ⅱ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)①所用的方法是用____________处理，从__________中采集卵细胞。

(2)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)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8～16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 ①来源：超数排卵技术、体外授精技术培育的胚胎。

②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 ③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件，快速移植。

(2)供体、受体动物的准备 ①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。

②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。

③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 ①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。

②方法：短期保存，放在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(2)胚胎移植成功与否要有两个条件①胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。

②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胎体外培养2.胚胎移植技术错误!1.体外授精常用的采卵方式有( )①用促性腺激素处理后，从输卵管冲取卵细胞 ②化学诱导法 ③电刺激法 ④从活体动物卵巢中吸取卵母细胞A.①②B.②③C.③④D.①④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：①用促性腺激素处理母畜，然后从输卵管中冲取卵子；②从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；③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。