备课素材：显微注射法 高二下学期生物人教版选择性必修3

显微注射法2019版高中生物学选择性必修三说，将目的基因导入动物细胞受精卵最常用的方法是“显微注射法”：那么，什么是显微注射法？如何操作？显微注射法是研发最早也是最成熟和应用最广的转基因技术，是指在光学显微镜或解剖镜下，进行手术、解剖和注射等试验操作的技术。在模式动物和辅助生殖领域，常用的显微操作技术，包括：原核注射、胞质注射、8-cell注射、囊胚注射、四倍体胚胎注射、2-cell注射和胞质内单精注射（ICSI）等。在注射的过程中，动物细胞膜也会被刺破。但因为动物细胞膜良好的弹性和流动性，在细胞膜被刺破以及细胞内注入或者抽取点物质之后，细胞膜还是可以恢复完整的，恢复好的细胞可以继续存活，正常生长。上述技术的特点，是通过研究配子（精子、卵子和受精卵）、辅助细胞（卵巢或者睾丸支持细胞）和干细胞（多能性或全能性干细胞）等，在细胞或者亚细胞水平，阐明受精和胚胎发育的机制，提供更优的体外培养条件，或者更科学无害的产前诊断方案。而高中生物学教材中是显微注射重组DNA片段，所以属于原核显微注射技术，它的不足之处是：导入外源基因整合位点和拷贝数无法控制；常导致插入位点附近宿主DNA片段缺失、重组等突变，可造成动物严重的生理缺陷。尽管如此，由于显微注射技术直接对基因进行操作，整合率较高，因而仍是目前建立转基因动物极为重要的方法（如图）。原核显微注射技术完成该技术一般过程：将目的样品如重组DNA片段注入小鼠或大鼠的受精卵原核中，选择易于注射的原核，尽量注射在雄原核中（也有资料认为雌原核和雄原核都可以，但看到的资料都是雄原核），注射完毕后，将受精卵或培养至桑葚胚阶段移植入假孕母鼠输卵管内，培养至囊胚期则移植到假孕母鼠子宫，待仔鼠出生后，用PCR方法等方法在染色体及基因水平上进行整合鉴定，筛选整合外源基因的阳性仔鼠。并通过一定的方法在转录及蛋白质水平上进行表达检测，经检测获得阳性首建鼠。完成该技术一般步骤：（1）卵细胞固定针和原核注射针的制作；（2）操作盘的制作；（3）在原核注射针中，用微量加样枪加入样品；（4）调整好显微镜、操作臂和微量样品连续注射仪，将固定针和注射针固定在操作臂上，在操作盘中将针尖碰断成小于1μm的斜口，长按Clean键，排出针中可能存在的气泡；（5）原核期胚胎放到操作盘中，开始原核注射，若针断口合适，1－2秒钟即可以看到原核膨胀，1个小时可以注射约100枚原核期胚胎。转基因的阳性率平均在3%左右，具体项目的成功率高低，与注射片段的大小紧密相关。重组质粒显微注射到鼠雄原核的理由：（1）雄原核相比于雌原核更大，更容易操作；（2）雄原核位置更好，雌原核的位置有极体阻隔，不方便注射；（3）雄原核的基因组物质处于解凝集的状态，更适合外源DNA的重组。雄核和雌核示意图例1、如图是转基因鼠的研制过程，通过这种方法将大鼠生长激素基因导入一个小鼠的受精卵里面去，结果使出生的转基因鼠比与它同胞所生的小鼠生长速度快2～3倍，体积大1倍。（1）以上研究过程所用的技术是

技术。（2）图中B显示，将获得了大鼠生长激素基因的受精卵注入小鼠体内，你认为注入的部位应是

。最终受精卵在小鼠的

内发育成新个体。（3）这个实验说明，在生物代代繁衍的过程中，传下去的是

，而不是

。答案：（1）转基因

（2）输卵管

子宫

（3）基因

性状

解析：该试题考查转基因技术原理和应用。（1）转基因技术就是把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术；该研究过程中，将大鼠生长激素基因吸入显微注射器中，在显微镜下将大鼠生长激素基因注入小鼠核尚未融合的受精卵内的卵细胞核中，是利用了转基因技术。（2）受精卵形成的部位是输卵管，胚胎发育的主要部位是子宫，因此将带有大鼠生长激素基因的受精卵注入小鼠体内，注入的部位应是输卵管；受精卵发育成胚泡并植入小鼠的子宫内进行胚胎发育，最终从小鼠的阴道产出，新个体由此诞生。（3）注射过大鼠生长激素基因的受精卵发育成超级鼠，而未注射大鼠生长激素基因的受精卵发育成普通鼠，通过对比可知鼠的个体的大小（性状）是有生长激素基因控制的。这个实验说明，在生物代代繁衍的过程中，传下去的是控制生物性状的基因，而不是性状。例2、慢性病人常出现白蛋白值偏低的状况(比如慢性肝病、慢性肾病、肿瘤等)，缺乏白蛋白人就容易出现浮肿。人体的白蛋白正常值在每100mL血液中含有3.8－4.8g，如果比正常值低很多时就需要注射人血白蛋白，所以临床上对白蛋白需求量很大。下图是利用崂山奶山羊乳腺生物反应器制备药用白蛋白的流程图。请回答:（1）要实现①超数排卵，应在崂山奶山羊A发情周期的某一阶段用

处理，然后在恰当时期采集卵子。通过②采集的精子不能直接使成熟的卵子受精，要对精子进行

处理，对羊的精子常用化学诱导法，即用一定浓度肝素或钙离子载体A23187溶液对精子进行诱导。

（2）若要大量获得目的基因，可使用

扩增白蛋白基因。要使人的白蛋白基因在奶山羊乳腺细胞中特异性表达，完整的基因表达载体要包括

、

、目的基因、标记基因等部分。

（3）过程④需将重组质粒用

方法注入受精卵的雄原核内,在显微镜下判断是否受精的标志是

。（4）对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的

细胞进行鉴定，一般釆用SRY-PCR方法，选择出现阴性反应的

(性别)胚胎进行移植。（5）在胚胎移植前，通过

技术可获得较多胚胎。移植后的胚胎能在受体子宫中存活，其生理基础是

。进行胚胎移植的优势是可以充分发挥

。答案：（1）促性腺激素

获能（2）PCR

乳腺蛋白基因的启动子

终止子（3）显微注射

在卵细胞膜和透明带的间隙能观察到两个极体（4）滋养层

雌性（5）胚胎分割

受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应

雌性优良个体的繁殖潜能解析：本题主要考查胚胎工程的知识。（1）促性腺激素能促进性腺发育与生殖细胞形成，在崂山奶山羊A发情周期的某一阶段用促性腺激素处理，然后在恰当时期采集卵子。通过②采集的精子不能直接使成熟的卵子受精，要对精子进行获能处理，对羊的精子常用化学诱导法，即用一定浓度肝素或钙离子载体A23187溶液对精子进行诱导。（2）已知目的基因的碱基序列，一般采用PCR扩增获取目的基因。基因表达载体包括目的基因、乳腺蛋白基因的启动子，终止子、标记基因等部分。（3）过程④是将目的基因导入受体细胞，常用显微注射方法注入受精卵的雄原核内，判断是否完成受精作用的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体。（4