10.03.30高二生物[选修3专题3胚胎工程](教案)
专题3 胚胎工程
第1节 体内受精和早期胚胎发育 第2节 体外受精和早期胚胎培养 第3节 胚胎工程的应用及前景
复习目标:
1.体内受精和早期胚胎发育 2.体外受精和早期胚胎培养 3.胚胎工程的应用及前景 复习重点:
1.体内受精和早期胚胎发育 2.体外受精和早期胚胎培养 复习难点:
1.精子和卵子的发生 2.受精作用的过程 课时安排:
4课时
【基础知识整合】
一、体内受精和早期胚胎发育
1.精子的发生:精原细胞先进行___有丝分裂___后进行___减数分裂___,最后形成___4___个___精细胞___,再经过___变形___过程形成___精子___。产生部位:___睾丸的曲细精管___;储存部位:___曲细精管的管腔中___;营养来源:___支持细胞___。
2.卵子的发生:卵原细胞先进行___有丝分裂___后进行___减数分裂___,最后形成___1___个___卵子___。
具体过程:卵原细胞进行___有丝分裂___演变成初级卵母细胞(被___卵泡细胞___包围)形成初级卵泡,经过___减数第一次分裂___形成___第一极体___和___次级卵母细胞___,其中,___第一极体___经过减数第二次分裂形成___2___个___第二极体___,而___次级卵母细胞___的减数第二次分裂是在___受精___过程___输卵管___中完成的,形成___1___个___卵子___和___1___个___第二极体___。
3.受精作用
(1)受精作用的定义:卵子和精子相互___识别___、___融合___成为___受精卵___的过程。
(2)受精作用的场所:___输卵管___。
(3)受精标志:___第二极体___的形成;受精完成的标志是___雌雄原核___融合成___合子___。
(4)受精作用的结果:使___单倍体___的精子和卵子结合形成___二倍体___的受精卵,染色体数目恢复到___体细胞___中的数目,其中一半染色体来自___父方___,另一半来自___母方___。
(5)减数分裂和受精作用的意义:对于___维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定___,对于___生物的遗传和变异___,都是十分重要的。
4.哺乳动物胚胎发育的基本过程
起点:___受精卵___;终点:___幼体___;包括___卵裂___(细胞进行___有丝___分裂,数量___增加___,胚胎总体积___不增加___)、___囊胚___(细胞开始___分化___,其中个体
较大的细胞叫___内细胞团___,将来发育成胎儿的各种组织)、___原肠胚___等主要阶段。
二、体外受精和早期胚胎培养
1.胚胎工程的概念及技术手段 对动物___生殖细胞___、___受精卵___和___早期胚胎细胞___所进行的多种显微操作和处理技术,由___体外受精技术___、___胚胎移植技术___、___胚胎分割技术___、___胚胎冷冻保存技术___和___性别控制技术___等组成的现代生物技术。
2.体外受精技术:是指哺乳动物的精子和卵子在___体外人工控制___的环境中完成受精过程的技术(属___有性___生殖过程)。
基本原理:人工模拟___体内___环境,包括___营养___、___温度___、___pH___等,使___初级卵母___细胞成熟,同时使精子___获能___,最终完成___受精___作用,并有计划地保存___胚胎___等。
卵母细胞的采集和培养:对体型小的动物用___促性腺激素___处理,从输卵管冲取卵子(可直接受精);对体型大的动物从___卵巢___中采集卵母细胞(要在体外培养成熟)。
三 、胚胎工程的应用及前景
1.胚胎移植技术
(1)概念:将雌性动物的___早期胚胎___移植到___同种的、生理状态相同___的其他雌性动物的体内,使之继续发育为新个体的技术。
(2)优势:可以充分发挥___雌___性优良个体的繁殖潜力,___缩短___供体本身的繁殖周期。
(3)胚胎移植的生理学基础:同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的(对供体和受体进行___同期发情___处理);早期胚胎形成后处于___游离___状态,为胚胎的收集提供可能;受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生___免疫排斥___反应;移入受体的供体胚胎的遗传特性在孕育过程中___不受影响___。
(4)胚胎移植的程序:①对供、受体母牛进行选择,用___激素___进行同期发情处理;②对供体母牛用激素做超数排卵处理;③选择同种优秀公牛配种(___有性___生殖过程);④对胚胎进行收集(此时胚胎处于游离状态);⑤对胚胎进行质量检查(此时胚胎应发育到___桑椹胚或囊胚___);⑥胚胎移植(或冷冻保存);⑦检查受体母牛是否受孕;⑧产下胚胎移植的犊牛。
2.胚胎分割技术
(1)概念:用___显微手术___方法将___早期胚胎___切割成2、4、8等份,经___体内或体外___培养后植入受体,以获得___同卵双生或同卵多生___后代的技术[可看作是动物无性繁殖或克隆]。
(2)基本过程:选择良好的___桑椹胚或囊胚___移入培养皿中,用分割针或分割刀片将其切开,吸出其中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体。[注意:内细胞团要___均等___分割,否则会影响胚胎的恢复和进一步发育]
3.胚胎冷冻保存技术
(1)概念:将动物的___早期胚胎___,通过特殊的保护剂和降温措施,使其长期保存在___超低温___环境下。
(2)优势:可以使胚胎移植不受___时间和地域___的限制,简化___引种___过程。
4.胚胎干细胞:动物(包括人)胚胎及某些器官中具有___自我复制___和___多向分化___潜能的细胞,是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。
按照___分化潜能___的大小,干细胞基本上可分为___专能___干细胞(只能分化成一种
类型或功能密切相关的两种类型的细胞)、___多能___干细胞(具有分化成多种细胞或组织的潜能却失去发育成完全个体能力的细胞)和___全能___干细胞(可以分化为全身各种细胞,并进一步形成机体的所有组织、器官)。
【知识拓展】
一、体内受精和早期胚胎发育
2.早期胚胎发育
根据胚胎形态的变化,可将早期发育的胚胎分为以下几个阶段:
二、体外受精和早期胚胎培养
1.采集卵母细胞
一是给母畜注射一定量的激素,促使卵巢产生更多的卵母细胞,然后利用超声波引导法从母畜卵巢内采集这些卵母细胞;二是从屠宰的母畜卵巢内直接获取卵母细胞。
2.体外成熟
刚获取的卵母细胞还没有发育成熟,不能与精子受精。在人工模拟环境(如温度、营养、pH等)条件下,使获取的卵母细胞发育成熟。
3.采集精子和获能
常用方法有假阴道法、手握法和电激法。获能方法有培养法和化学诱导法。 4.体外受精
将人工采集的公畜精液与已经成熟的卵母细胞混合,使精子和成熟的卵母细胞在母畜体外完成受精,该过程称体外受精。
三 、胚胎工程的应用及前景
1.胚胎移植的实质
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的转换,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状均能保持其原来的优良特性。
2.胚胎移植成功的保障(生理学基础)
第一,供、受体生殖器官的生理变化是相同的。
第二,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,这就为胚胎的收集提供了可能。
第三,受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
第四,供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但移入受体的供体胚胎的遗传特性,在孕育过程中不受任何影响。
注意为胚胎在受体内的存活提供可能的基础应为外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。 3.胚胎移植的过程 归纳总结
(1)该过程中两次使用促性腺激素:第一次对受、供体进行同期发情处理;第二次用于供体的超数排卵。
(2)该过程中的两次检查:第一次对收集的胚胎进行检查;第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
(3)产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体牛,性别取决于公牛提供何种类型的精子,二者与受体牛没有关系。
(4)冲卵的含义是从子宫中冲出胚胎,而非冲出卵子。 4.胚胎移植的意义
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。因为正常情况下一头牛一生可产下4~5头犊牛,但通过胚胎移植一次可产下3~4头,一生可产下数十头,是自然繁殖的十几倍到几十倍。
衰老细胞、癌细胞和胚胎干细胞的特征
【例题】
【例1】长期以来优良种畜的繁殖速度始终是限制畜牧养殖业发展的瓶颈,近年来发展起来的细胞工程技术和胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机。下面是科学家快速繁殖良种奶牛的两种方法,请据图回答:
(1)在试管牛E和克隆牛G的培育过程中都必须用到的两项技术是动物细胞培养和___胚胎移植___。
(2)成熟的精子必须经过___获能___过程才具有受精能力,___受精___作用激活次级卵母细胞完成减数第二次分裂。
(3)科学家将人的α—抗胰蛋白酶基因转入上图的重构卵中,发现克隆牛G的乳汁中含人的α—抗胰蛋白酶,其原因是___克隆牛的乳腺细胞中含有α—抗胰蛋白酶基因,并能进行表达___。
(4)克隆牛G的性别是___雌性___,试管牛E的性别是___雌性或雄性___。
(5)培育试管牛E时需对母牛B和母牛D注射激素,其目的是___使母牛B和母牛D同期发情___,以便将胚胎移至母牛D的子宫内。
【例2】人的血清白蛋白(HSA)在临床上需求量很大,通常从人血中提取。但由于艾滋病病毒(HIV)等人类感染性病原体造成的威胁与日俱增,使人们对血液制品顾虑重重。如果应用基因工程和克隆技术,将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,那么利用牛的乳汁生产血清白蛋白就成为可能。其大致过程如下:
Ⅰ.采集良种供体奶牛的卵母细胞和精液,通过体外受精,形成奶牛受精卵; Ⅱ.将人血清白蛋白基因导入奶牛受精卵,形成重组细胞; Ⅲ.电脉冲刺激重组细胞促使其形成早期胚胎;
Ⅳ.将胚胎移植到受体母牛的子宫中,最终发育成转基因小牛。 请回答下列问题:
(1)一般情况下,良种奶牛所产生的能用于体外受精的卵母细胞往往数量不足,请举出一种可以获得更多卵母细胞的方法:___①用促性腺激素处理良种母牛(使其超数排卵);②从屠宰场已屠宰母牛的卵巢中采集、培养(答其中之一即可)___。
(2)步骤Ⅰ中,在体外受精前,需要对奶牛的精子进行___获能___处理。受精时,往往一个卵母细胞只能和一个精子结合,受精过程中防止多精入卵的的生理反应包括___透明带___反应和卵黄膜封闭作用。
(3)步骤Ⅱ中,将人的血清白蛋白基因导入奶牛受精卵最为有效的方法是___显微注射技术___。
导入基因前,需要将血清白蛋白基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,这一步骤属于基因工程“四步曲”中的___基因表达载体的构建___,此步骤的目的是___使人血清白蛋白基因能够在奶牛乳腺细胞中稳定存在,并可遗传给下一代。同时能够表达和发挥作用___,其中将血清白蛋白基因与调控组件结合时必须用到限制性核酸内切酶和___DNA连接___酶。
(4)实验步骤Ⅲ中,进行动物早期胚胎的体外培养时,培养液中除了含有各种有机盐类、维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外,还要添加___激素___和动物血清。
(5)实验步骤Ⅳ中,应选择性别为___雌性___的奶牛胚胎进行移植。请举出一种人工控制或筛选胚胎性别的方法:___①X精子与Y精子分离技术(选择X型精子进行体外受精);②显微镜镜检法(利用显微镜观察胚胎细胞性染色体确定胚胎性别);③SRY—PCR胚胎的性别鉴定技术[利用SRY基因(Y染色体上的性别决定基因)作为探针,对胚胎细胞的DNA进
行检测](答一种即可)___。
(6)若需迅速得到大量转基因奶牛,现有两种处理方法:
方法A:在步骤Ⅳ中将早期胚胎分离成若干个胚胎细胞,让其分别发育成一头小牛。进行上述操作时,应选择发育至___桑椹胚或囊胚___阶段的胚胎进行操作,分割时必须注意要将早期胚胎中的___内细胞团___均等分割。
方法B:在步骤Ⅳ中将早期胚胎细胞的细胞核移植到普通黄牛的___去核卵母___细胞中,使其重组并发育成新胚胎。为获得大量可供移植的胚胎细胞核,可将早期胚胎细胞分离出来,在添加了抑制因子的培养液中,将其培养成能够增殖而不发生分化的___胚胎干___细胞,再从该细胞中提取所需的细胞核。
上述两种方法中,最能保持步骤Ⅳ中早期胚胎细胞遗传特征的是方法___A___。
【例3】胚胎移植的基本程序如图(以牛胚胎移植为例),请据图回答:
(1)对供体母牛、供体公牛的要求是___具优良性状的同种牛___。
(2)同期发情处理的方法是___注射促性腺激素___,冲卵中的“卵”是指___胚胎(早期)___。
(3)哺乳动物受精过程有下列中的___B、D___机制阻止多精子入卵受精(多选)。 A.精子获能具有差异性
B.精子穿越卵子透明带触及卵黄膜,导致透明带反应 C.精子触发卵黄膜表面微绒毛的抱合反应 D.精子入卵后,触发卵黄膜封闭作用
(4)受精有关过程有:①释放第二极体,②顶体反应,③穿越透明带,④雌、雄原核的形成,⑤核膜消失,雌、雄原核融合。其正确的顺序为___②③①④⑤___(填序号),受精的标志是___卵黄膜和透明带间出现两个极体___。
(5)若供体母牛具有许多优良性状,可利用体细胞克隆技术加速遗传改良进程,请回答下列有关问题:
①目前核移植技术中普遍使用的去核方法是___显微操作去核法___。 ②用于核移植的供体细胞一般选用___10___代以内的细胞,原因是___10代以内的细胞一般能保证正常的二倍体核型___。
【作业】
完成《名师导学》对应部分