生物人教版选修3学案3-2体外受精和早期胚胎培养

3．2体外受精和早期胚胎培养知识点一体外受精1．卵母细胞的采集和培养2.精子的采集和获能(1)收集精子的方法：假阴道法、手握法和电刺激法等。(2)对精子进行获能处理方法名称方法内容适用对象培养法将取自附睾的精子，放入人工配制的获能液中，培养一段时间啮齿动物、家兔、猪等化学诱导法将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物进行诱导牛、羊等家畜3.体外受精哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤。1．哺乳动物体内胚胎的形成要经过精子和卵细胞的发生、受精、胚胎发育三个阶段。事实上体外受精技术也是按照这一过程操作的，唯一不同的是采用了人工操作技术。2．获取的卵母细胞必须在体外培养到MⅡ中期。3．获能的精子和培养成熟的卵子的体外受精过程一般在获能溶液或专用的受精溶液中完成。【典题精练1】采集的卵母细胞，有些需要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。以下原因不正确的是()A．从卵巢中采集的卵母细胞还没有自然成熟B．采集到的动物卵母细胞成熟程度不同C．体外人工培养至减数第二次分裂中期时，才算成熟D．采集到的卵母细胞还需要进行有丝分裂【解析】从输卵管中采集的动物卵母细胞，已经达到成熟阶段，可以直接与获能的精子进行受精；但从卵巢中采集的动物的卵母细胞，还没有达到成熟阶段，需要进一步培养，使其达到减数第二次分裂中期，才算成熟，才能与获能的精子受精，所以A、B、C选项正确；卵母细胞已经不能进行有丝分裂，只有在受精作用完成后，受精卵才能进行有丝分裂，D错误。【答案】D解题归纳精子获能处理前对精液进行离心处理的原因精液由精子和精清(精浆)两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，在一般情况下，精液中的精子无法获能。因此，在精子获能前应对精液进行离心处理，除去精清以利于精子获能。【典题精练2】下列关于体外受精技术的说法中，错误的是()A．进行体外受精技术前需对精子进行获能处理B．体外受精是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的C．体外受精技术已成为一项常规的动物繁殖生物技术D．体外受精技术可用于研究动物生殖细胞的发生机制【解析】精子与卵子在体外结合前需对精子进行获能处理，同时需保证卵子发育至减数第二次分裂中期。【答案】B知识点二胚胎的早期培养1．培养液成分哺乳动物胚胎的培养液成分比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。2．胚胎移植时间不同动物胚胎移植的时间不同，如牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才进行移植，小鼠和家兔等实验动物可在更早的阶段移植，人的体外受精胚胎，可在8～16个细胞阶段移植。几乎所有动物都不能在原肠胚阶段移植，因为此时细胞分化程度高，移植成功率很低。3．“试管牛”工厂化生产的技术流程图比较试管牛和克隆牛试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外成熟和受精，并通过培养使受精卵发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。其主要技术操作是体外受精和胚胎移植。克隆动物的培育流程如下图所示：试管牛和克隆牛的培育都属于胚胎工程的范畴，但从生物生殖的角度看，两者有着本质的区别。哺乳动物克隆是对提供体细胞核的动物的无性繁殖，产生的新个体的性别与供核动物相同，因此，培育克隆牛属于无性生殖；而培育试管牛的过程，涉及有性生殖细胞(精子和卵子)的结合，属于有性生殖。【典题精练3】下列关于胚胎工程的叙述，错误的是()A．体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精B．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植C．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清D．试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术【解析】本题考查胚胎工程中的体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等技术，意在考查同学们的分析理解能力。一般要将胚胎培养至桑椹胚或囊胚期时进行胚胎移植，原肠胚阶段细胞分化程度高，移植成功率低。【答案】B解题归纳进行早期胚胎培养的发育培养液，与动物细胞培养液相似，如都含有动物血清等物质。早期胚胎培养在本质上也可看作动物细胞培养。【典题精练4】关于早期胚胎培养的说法，不正确的是()A．发育培养液的成分通常含有血清B．发育培养液的成分较一般动物细胞培养液的成分简单C．动物种类不同，进行胚胎移植的早期胚胎所处阶段不同D．进行胚胎移植之前，可将培养到适宜时期的早期胚胎进行保存【解析】本题考查动物早期胚胎培养的知识，解题关键是掌握动物早期胚胎培养的培养液的成分、胚胎移植的时期、对早期胚胎的处理等知识。进行胚胎早期培养的发育培养液，与动物细胞培养液相似，但成分稍复杂。【答案】B一、选择题1．下列哪项不是人工授精和体外受精的区别(C)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解析：人工授精是用人工的方法，使公畜的精液注入到母畜生殖道内，使精卵结合；体外受精是将人工获得的精子和卵子在体外完成受精。这两者的本质都是两性生殖细胞的结合，只不过前者是在体内完成，后者是在体外完成。2．从大型动物体内采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，以下原因不正确的是(D)A．卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程B．动物排出的卵子成熟程度不同C．体外人工培养至减数第二次分裂中期时才算成熟D．冲出的卵子还需要培养一段时间使其由小变大解析：从大型动物体内采集到的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。因为刚获得的卵母细胞还不能完成受精，只有达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程，动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，有的可能是初级卵母细胞，但它们都要进一步成熟后才能与精子完成受精作用。3．下列有关受精作用的叙述，错误的一项是(A)A．受精卵中的全部遗传物质来自父母双方且各占一半B．受精时，精子和卵子双方的原核相互融合C．受精卵中的染色体数与本物种体细胞中的染色体数相同D．受精卵中的染色体来自父母双方且各占一半解析：当卵子和精子的原核充分发育后，相向移动，彼此接触，合并，形成一个含二倍染色体的合子，即受精卵，因此受精卵中染色体数与本物种体细胞中的染色体数相同，且受精卵中的染色体来自父母双方的各占一半。但是，受精卵中的全部遗传物质不仅包括核遗传物质，还包括质遗传物质，质遗传物质主要来自母方。4．下列关于卵细胞采集的叙述，不正确的是(D)A．有些动物在采集时要用促性腺激素处理B．从输卵管中取出的卵子，可直接与获能的精子在体外受精C．对有些动物可以直接从活体卵巢中吸取卵母细胞D．从卵巢中采集的卵母细胞，也可直接与获能的精子在体外受精解析：采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。5．关于牛体外受精胚胎的工厂化生产，叙述正确的是(C)A．精子和卵子结合形成受精卵后可移入母牛子宫B．采集卵巢的卵母细胞后应立即将其与精子共同放入培养液才能形成受精卵C．体外培养受精卵时，需提供一定量的CO2以维持培养液的pHD．体外受精胚胎的工厂化生产过程中胚胎发育和受精过程均在体外进行解析：从卵巢中采集的卵母细胞必须在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子完成受精作用，受精卵发育到桑椹胚或囊胚阶段才能移植，移入母体后继续发育形成新个体，A、B、D错误。体外培养受精卵时，需提供一定量的CO2以维持培养液的pH，C正确。6．下列有关体外受精的叙述错误的是(D)A．将收集到的精子放在一定浓度的肝素溶液中培养是为了诱导精子获能B．受精过程中防止多精入卵的生理反应包括透明带反应和卵细胞膜反应C．进行早期胚胎培养时，培养液中除加入一些必要的营养成分外，还应添加激素和血清D．试管婴儿细胞中的遗传物质均等地来自卵细胞和精子解析：精子在受精前，要进行获能处理，将精子放入一定浓度的肝素溶液中培养，可使其获能，A正确；透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障，B正确；进行早期胚胎培养时，培养液中除加入一些必要营养成分外，还应添加激素和血清，C正确；试管婴儿细胞核中的遗传物质均等地来自卵细胞和精子，但细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞，D错误。二、非选择题7．下图是“试管牛”工厂化生产的技术流程图，据图完成问题：(1)根据③(填标号)判断，此种繁殖方式是有性生殖，其意义在于快速大量繁殖良种牛，提高经济效益。(2)①过程通常每个卵巢平均可采集10枚可用的卵母细胞，最终可能产下1～2头犊牛。(3)②过程通常采用化学诱导法。(4)④过程一般最常要经历哪几个时期：受精卵、卵裂期、桑椹胚期、囊胚期。解析：此题是学习了体外受精和早期胚胎培养后，结合早期胚胎发育等知识点的一个综合性的考查。精子和卵细胞在体外培养条件下受精，属于有性生殖。目前，从屠宰场废弃的卵巢中，每个卵巢平均可采集10枚左右可用卵母细胞，经体外培养成熟和受精后约可获4枚可用的胚胎，经过移植给受体母牛，最终可得到1～2头犊牛。对牛、羊等家畜的精子常采用化学诱导法使其获能。体外胚胎培养大约培养到囊胚期后移植到母体。8．良种牛繁育的产业化技术的部分过程如图所示。请据图回答下列问题：(1)在产生后代E、F的过程中，图中的A、B、C、D牛中，D牛可以是非良种个体。(2)若①过程表示体外受精，则需要提供发育至减数第二次分裂中期的卵子和已获能的精子。②过程通过显微操作获得无核卵的目的是使重组细胞的核遗传物质完全来自B供体牛；此外，基因工程中，将目的基因导入动物细胞(操作步骤)也会用到显微操作技术。③过程中用物理或化学方法处理重构卵的目的是激活重构卵，使其完成细胞分裂和发育进程。(3)用于移植的胚胎需要用发育培养液培养至适宜的阶段，在使用合成培养基培养时，通常还需加入血清等天然物质。在培养过程中，需要适时更换培养液，以清除代谢产物，防止代谢产物积累对早期胚胎造成危害。(4)与F相比，E更具有多样性，其原因是E是通过有性生殖产生的后代，其亲代减数分裂过程中发生基因重组。解析：(1)要繁育良种牛，A、B、C供体牛要具有优良的遗传特性，D受体牛只需要具有正常的繁殖能力即可，不需要具有优良的遗传特性。(2)体外受精时，需要提供成熟(处于减数第二次分裂中期)的卵子和已获能的精子。②过程通过显微操作获得无核卵的目的是使重组细胞的核遗传物质完全来自B供体牛；基因工程中，将目的基因导入动物细胞也会用到显微操作技术。③过程用物理或化学方法处理重构卵的目的是激活重构卵，使其完成细胞分裂和发育进程。(3)在使用合成培养基培养早期胚胎时，通常还需加入血清等天然物质后再进行培养。在培养过程中，需要适时更换培养液，以清除代谢产物，防止代谢产物积累对早期胚胎造成危害。(4)F是克隆动物，从生殖方式看属于无性生殖，而E属于试管动物