1、13.2 体外受精和早期胚胎培养学习目标 1.说出卵母细胞、精子的采集和培养方法，简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤和过程。2.概述动物早期胚胎培养的方法。方式一 “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 枚卵子。最后共有 7 枚卵子受精发育成胚胎，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
2、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” 。如何进行体外受精及胚胎的早期培养，让我们一起来学习这些知识吧。方式二 现状：国产奶牛：年均产奶量 3 000 公斤左右；国际良种奶牛：年均产奶量 10 000 公斤左右；我国蒙古黄牛：均重 300 kg；海福特肉用牛：2 岁体重可达 800 kg。如何实现良种牛快速大量繁殖呢？问题：(1)引进一头良种成年奶牛需要 35 万元。(2)牛的生育率低，一头牛一胎只生一个，一生只能生育 45 次。牛的生育率虽然很低，但是牛的卵母细胞却相当的多，其卵巢中卵母细胞数目要比一生中排卵数多 1 000 倍
3、左右。公牛产生的精子数目就更多了。设想：通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经过移植产生后代，这就是试管动物技术。实现良种牛快速大量繁殖首先要做的是(体外受精)和(早期胚胎)的培养。2一、试管动物技术与体外受精1试管动物技术(1)概念：通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。(2)重要应用良种培育：实现良种动物的快速大量繁殖。(3)技术手段：首先要做的是体外受精和早期胚胎的培养。2体外受精(1)基本步骤：卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精。(2)卵母细胞的采集和培养采集方法适用范围采
4、集过程 采集后的操作 举例输卵管冲取法实验动物利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子可直接与获能的精子在体外受精小鼠、兔、猪、羊等已屠宰动物卵巢内采集从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞活体采卵大型动物或大家畜借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中采集卵母细胞采集后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牛(3)精子的采集和获能收集精子的方法：假阴道法(牛、马等体型大的动物)、手握法(猪、犬等体型较小的动物)、电刺激法(野生或经济动物)。精子体外获能的方法方法 操作过程 适用动物培养法 将精子放入人工配制的获能液
5、中使其获能 啮齿动物、家兔及猪等动物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 化学药物诱导精子获能牛、羊等家畜(4)受精：获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液3中完成受精过程。归纳总结 比较自然受精、人工授精和体外受精的异同点项目 自然受精 人工授精 体外受精过程不同 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、卵子，在体外培养液中完成受精过程不同点场所不同 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(1)精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程；(2)都是有性生殖例 1 哺乳动物体外受
6、精的过程是( )卵母细胞的采集 精子的采集 卵母细胞的人工培养 精子的获能处理 精子与成熟的卵子在受精溶液中共同培养 用 CaCl2溶液处理精子 用一定浓度的肝素溶液处理卵母细胞 体外受精 受精卵培养A.B.C.D.答案 B解析 体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的获取及获能处理、受精等三个阶段。精子的体外获能可用一定浓度的肝素溶液或钙离子载体处理。CaCl 2溶液可用于基因工程中处理细菌细胞，以利于重组载体的导入。例 2 爱德华兹以他在体外受精技术领域做出的开创性贡献而获得 2010 年诺贝尔生理学或医学奖。关于体外受精技术的叙述正确的是( )A获取的精子经获能后才能进行体外受精B采
7、集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵C精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫D精子与卵子相遇后，会发生顶体反应，防止多精入卵答案 A解析 卵子必须处于减数第二次分裂中期才能进行受精，直接从卵巢中采集的卵母细胞要4在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精；成熟的卵子与收集来的精子相遇形成受精卵，需培养到一定阶段才可移植；防止多精入卵主要通过透明带反应和卵细胞膜反应两道屏障。拓展提升 体外受精技术的两个注意点(1)用促性腺激素处理时，只能注射不能饲喂：促性腺激素是肽类化合物，饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的效用。(2)精子获能处理前应离心处理：精液由精子和精清两部分
8、组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此在一般情况下，精液中的精子无法获能。精子获能处理前进行离心处理，目的是除去精清以利于精子获能。二、胚胎的早期培养1培养液的成分Error!2胚胎早期培养的目的(1)精子和卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。(2)当胚胎发育到适宜的阶段时可进行受体移植或冷冻保存。3胚胎移植的时间不同动物胚胎移植的时间不同。牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段进行移植；人的体外受精胚胎，可在 816 个细胞阶段移植。归纳总结1胚胎的早期培养液与动物细胞培养液的比较项目 动物胚胎培养液 动物细胞培养液盐类 无机盐、有
9、机盐 无机盐、微量元素营养物质 氨基酸、核苷酸 糖、氨基酸调节物质 维生素、激素 促生长因子特有成分 血清 血清、血浆2.试管牛工厂化生产的技术流程5(1)结果：实现良种牛的快速、大量繁殖。(2)所用技术：体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。3试管动物与克隆动物的三个不同(1)起点不同：试管动物是受精卵，克隆动物是经核移植后的重组细胞。(2)遗传来源不同：试管动物来源于双亲，克隆动物主要来源于供核一方。(3)生殖方式不同：试管动物为有性生殖，克隆动物为无性生殖。例 3 下列各组物质组成不全部属于哺乳动物胚胎的培养液成分的是( )A氨基酸、核苷酸、无机盐、激素B血清、激素、维生素、有机盐C核苷酸、
10、维生素、血清、无机盐D有机盐、维生素、氨基酸、生长素答案 D解析 哺乳动物胚胎的培养液含有水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等，但是不含生长素。例 4 下图所示为绵羊的两种生殖过程(c 为乳腺细胞)，下列相关叙述错误的是( )Aa 细胞获能后才能与 b 细胞融合Bae 细胞中，只有 d 存在同源染色体C个体 1、2 的获得都可能涉及胚胎移植技术D个体 1、2 的形成过程均会发生细胞的分裂、分化、衰老和凋亡答案 B解析 a 是精子，b 是卵细胞，精子必须获能后才能与卵细胞融合；生殖细胞 a 和 b 中均不含同源染色体，细胞 c、d、e 中都存在同源染色体；个体 1 若是
11、在体外受精形成的，则需6要进行胚胎移植，个体 2 是克隆羊，一定需要胚胎移植；个体 1、2 的形成过程都会发生细胞分裂、分化、衰老和凋亡。1下列不属于收集精子的方法的是( )A假阴道法 B手握法C促性腺激素处理法 D电刺激法答案 C解析 收集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法等，用促性腺激素处理是采集卵子时的方法。2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。3(2014江苏，19 改编)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
12、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7D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
13、般可以互相识别，发生融合，故 D 正确。4发展试管动物技术具有重要意义，下列关于这方面叙述错误的是( )A试管动物技术可解决动物生育率低的问题B试管动物技术可以更多、更有效地利用动物卵母细胞C试管动物技术可以通过普通家畜繁育良种家畜D试管动物技术不能实现家畜的快速繁殖答案 D解析 试管动物技术能够将优良品种的雌雄生殖细胞体外受精并发育成一个个小胚胎，然后将这些小胚胎移植到普通个体子宫内“借腹怀胎” ，从而实现家畜的快速繁殖，也能够解决动物生育率低的问题。5根据哺乳动物体外受精的过程回答以下问题：(1)体外受精的过程主要包括_、_及受精等几个步骤。(2)使精子获能的方法有_和_。(3)体外采集小
14、鼠的卵子常用( )A超数排卵处理法B活体采卵法C从早期胚胎中采集D从屠宰后的母畜卵巢中采集(4)请用一个流程图表示体外受精过程。答案 (1)卵母细胞的采集和培养 精子的采集和获能(2)培养法 化学诱导法 (3)A(4)如图解析 体外受精的步骤主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能以及受精等，使精子获能的方法主要有培养法和化学诱导法；卵子的采集方法主要有：对小型实验动物8采用超数排卵处理法、对大家畜或大型动物采用活体采卵法和从已屠宰母畜的卵巢中采集。对点训练题组一 体外受精1可以与获能精子进行体外受精的卵母细胞需要培养到什么时期( )AM期 BM(中期)C桑椹胚期 D囊胚期答案 B解析
15、卵母细胞培养到 M中期时就可以受精了，因为 M中期卵母细胞细胞核、细胞质已成熟，而 M期卵母细胞细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育。2从家兔体内获取的精子不能与卵子在体外直接受精，需要对精子进行获能处理。一般宜采用的方法是( )A用化学药物诱导精子获能B将精子放入一定浓度的肝素溶液中获能培养C将精子放入人工配制的获能液中培养获能D采用电刺激法获能答案 C解析 通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法两种。对于啮齿动物、家兔和猪等动物的精子，一般采用培养法，即将取自附睾的精子，放入人工配制的获能液中，培养一段时间后，精子就可获能。3从卵巢中直接采集的卵母细胞都要在体外经人工
16、培养成熟后，才能与获能的精子受精。以下叙述正确的是( )A从卵巢中采集的卵母细胞是动物正常排卵过程收集的卵母细胞B体外培养至减数第二次分裂中期，才算成熟C体外培养过程需在含促性腺激素的培养液中进行D经促性腺激素处理，从输卵管中冲取的卵子也要在体外人工培养才能与获能的精子受精答案 B解析 从卵巢中采集的卵母细胞是动物的非正常排卵过程的卵母细胞，这些卵母细胞还未从卵泡中排出；体外培养不需加促性腺激素，促性腺激素的靶器官是性腺，不能直接作用于卵母细胞；经促性腺激素处理，从输卵管中冲取的卵子可直接与获能的精子受精。94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
17、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，而体外受精的过程在母畜体外答案 C解析 人工授精是用人工的方法，将公畜的精液注入母畜生殖道内，使精卵细胞结合；体外受精是将人工获取的精子和卵母细胞在体外完成受精。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的，后者是在体外完成的。题组二 胚胎的早期培养5用于体外培养哺乳动物胚胎的培养液成分应含有( )无机盐 有机盐 激素 蛋白质 蔗糖维生素 氨基酸 核苷酸 脂肪酸 血清ABCD答案 D解析 精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。哺
18、乳动物胚胎的培养液成分包括两盐、两素、两酸和水、血清等物质，具体包括水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、动物血清等。6下列有关体外受精和早期胚胎培养的说法，正确的是( )A精子与卵子在发育培养液中完成受精B培养液的成分一般包括无机盐、维生素、激素、氨基酸、蔗糖C胚胎发育到一定阶段，可将其向受体移植或冷冻保存D动物胚胎移植的时间都是桑椹胚阶段，此时的细胞是全能细胞答案 C解析 精子和卵子一般在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程；哺乳动物胚胎培养液的成分一般比较复杂，除一些无机盐和有机盐外，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，没有蔗糖；不同动物胚胎移植
19、的时间不同。题组三 试管动物的培育7据报道，一名高龄妇女顺利产下一名试管婴儿，为这个家庭带来了福音，在生物学上试管婴儿技术属于( )A有性生殖、体外受精 B无性生殖、体内发育10C有性生殖、体内受精 D无性生殖、体外发育答案 A解析 试管婴儿技术是精子和卵细胞在体外培养条件下受精，属于有性生殖。8下图是试管婴儿培育过程的示意图。有关叙述不正确的是( )A过程中可通过注射促性腺激素增加排卵数量B过程与细胞膜的流动性有关C过程的培养液中应该添加血清D过程要到桑椹胚或囊胚阶段才能进行答案 D解析 过程涉及细胞膜的融合，与细胞膜的流动性有关。过程为胚胎移植，不同动物胚胎移植的时间不同，人的体外受精胚胎
20、可在 816 个细胞阶段移植。9下列关于屠宰场和“胚胎工厂”合建的说法中，正确的是( )可为屠宰场提供优质肉牛 有利于生产大量的胚胎和胚胎工程所需要的原材料 不够卫生，不能合建 从屠宰场废弃的卵巢中可直接获取卵母细胞A BC D答案 B解析 在现代化的工业生产中，为了更好地进行战略合作与资源利用，往往会进行集团化的生产。例如屠宰场和“胚胎工厂”就可以合建，这样可以让双方都得到更好的利益。从刚屠宰母畜的卵巢中可直接采集卵母细胞。综合强化10(2011浙江，2 改编)培育“试管山羊”的基本过程如下图所示，若要培育成功，下列叙述正确的是( )A甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵B乙过程的
21、目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟C丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液D丙过程中的细胞分裂方式为有丝分裂，从原肠胚阶段开始出现细胞分化答案 A解析 甲过程的目的是采集卵母细胞并培养成熟，可通过注射促性腺激素促进母山羊超数11排卵；乙过程的目的是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用；受精是在获能溶液或专用的受精溶液中进行，而早期胚胎培养是在发育培养液中进行；胚胎发育过程中的细胞分裂方式均为有丝分裂，从囊胚阶段开始出现细胞分化。11关于牛体外受精胚胎工厂化生产的叙述正确的是( )A目前牛的体外受精技术水平最低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成熟卵子与获能的精子相遇形成的
22、受精卵，需培养到一定阶段才可以移植D体外受精胚胎的工厂化生产中胚胎发育和受精过程都需在体外进行答案 C解析 目前以牛的体外受精技术水平最高；采集的卵母细胞需要培养成熟才能与获能的精子受精；胚胎体外培养是应用人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。12下列关于体外受精技术(试管婴儿技术)的叙述不正确的是( )A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的步骤B卵母细胞的采集往往需要进行超数排卵处理C体外受精作用要模拟体内受精所需要的环境条件D体外受精后获得的受精卵需要立即移入母体子宫进行妊娠，以保证成活率答
23、案 D解析 哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的采集和获能、受精等几个主要的步骤。为了获得更多的受精卵，通常给母体注射促性腺激素，进行超数排卵处理。体外受精获得的受精卵需要在体外培养一段时间才能进行胚胎移植。13如图是通过体外受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_中采集卵子。(2)是_过程，因此小鼠的生殖方式是_生殖，其常见的可遗传变异类型有_。(3)过程是_，其培养液成分有_。(4)过程是_，移植的胚胎处在_(时期)。答案 (1)促性腺激素 输卵管 (2)受精作用 有性 基因突变、基因重组和染色体变异 (3)早期胚胎培养 无机盐、有机盐类、维生
24、素、激素、氨基酸、核苷酸以及血清等 (4)胚胎移植 卵裂期或桑椹胚期解析 采集小鼠的卵母细胞常用促性腺激素处理，使其超数排卵，从输卵管中冲取卵子，然后可直接与获能的精子在体外受精。试管鼠属于有性生殖，在有性生殖过程中可发生基12因重组、基因突变和染色体变异。受精卵经早期胚胎培养至一定阶段才可向受体移植。14下图为培养“转基因试管牛”的基本过程示意图，请据图回答下列问题：(1)A 过程一般用_激素处理供体母牛，使其超数排卵。(2)采集到的精子在进行体外受精前必须进行_处理，采集的卵母细胞也需要培养至_期才能受精。(3)B 过程通常用_技术将含有抗凝血酶基因的表达载体导入受精卵，这样培育出来的试管
25、牛进入泌乳期后，即可从其乳汁中分离出来所需的_这一药用蛋白。答案 (1)促性腺 (2)获能 减数第二次分裂中 (3)显微注射 抗凝血酶解析 (1)一般用促性腺激素处理供体母牛，使其超数排卵。(2)采集到的精子必须进行获能处理，卵母细胞也需要培养至减数第二次分裂中期才能发育成熟，具备受精的能力。(3)将目的基因注入动物细胞常用显微注射技术，所培育的转基因牛的乳汁中将含有该目的基因的表达产物抗凝血酶。15控制哺乳动物的性别对于畜牧业生产有着十分重要的意义。目前，分离精子技术是有效的性别控制方法。例如：牛的 X 精子的 DNA 含量比 Y 精子的高出 4%左右，利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离
26、开来，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛(如下图所示)。根据以上信息回答下列相关问题：(1)试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下_和受精，受精卵通过培养发育为早期胚胎后，再经胚胎移植产生后代的技术。(2)图中过程通常采用_技术，在这个过程中_的精子与卵子相遇时，首先发生_反应释放出有关的酶，直接溶解卵丘细胞之间的物质。防止多精入卵的生理反应有_。(3)为了确保得到所需性别的试管牛，往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定，请举出两种对早期胚胎进行性别鉴定的方法(只需写出名称或简要原理)：_，_。答案 (1)成熟 (2)体外受精 获能 顶体 透明带反应和卵细胞膜反应 (3)DNA 分子杂交技术(利用基因探针鉴定) 分析胚胎细胞的染色体组型解析 (1)人工采集的卵子与精子不能直接受精，精子要经过获能处理，卵子要再培养发育13到减数第二次分裂中期才可受精。(2)精卵结合时，首先发生顶体反应放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质，便于精子进入，同时通过透明带反应和卵细胞膜反应防止其他精子再进入。(3)鉴定胚胎性别的最好方法是对胚胎细胞进行染色体分析，也可运用 Y 染色体上的基因制成探针检测 Y 染色体的存在，也可分析胚胎细胞的染色体组型。
