3.4 对动物早期胚胎或配子进行处理可获得目标个体-2023-2024学年高二下学期生物学浙科版（2019）选择性必修三

第三章 动物细胞工程 第四节 对动物早期胚胎或配子进行处理可获得目标个体 素养目标 科学思维 归纳与概括胚胎发育过程中不同时期的细胞特点。 科学思维 通过胚胎工程多种技术的学习，培养创造性思维。 社会责任 通过多种胚胎工程技术的应用场景的学习，认同科技造福人类，关爱生命的理念。 教学重难点 简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。 01 简述胚胎工程包括胚胎移植、体外受精、胚胎移植和胚胎分割、胚胎干细胞培养等多项技术。 02 课程导入 我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？ 可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。这个工程就是胚胎工程。 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 受精作用 概念：精子与卵细胞结合形成受精卵的过程。 精卵识别 精子入卵 雌雄原核形成 雌雄原核的染色体会合，形成新核 受精卵 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 受精前的准备 精子的获能：精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象 卵子的准备：在输卵管中发育成熟到减数第二次分裂的中期）（MⅡ中），才具有与精子受精的能力 精卵识别：精子和卵细胞利用表面的特异性识别蛋白进行精卵识别 精子和卵子相互识别 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 雌雄原核形成 精子的头部进入卵细胞后不久，精核与卵核相遇，精核的核膜溶解，并且体积变大，形成雄原核； 卵子完成减数第二次分裂，释放第二极体后，卵细胞核核膜溶解，体积变大，形成雌原核。 受精的标志是观察到两个极体或雌雄原核 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 雌雄原核的染色体会合，形成新核 精子入卵后，尾部脱离，原有核膜破裂，形成新的核膜，最后形成一个比原来精子核还大的核，叫做雄原核。 精子入卵后，激活卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核。 受精过程结束的标志是雌、雄原核融合 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 人卵细胞的形成及受精作用过程示意图 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 卵裂 分裂方式：有丝分裂。 特点：卵裂过程所产生的细胞会越来越小，但总体积基本不变。胚胎发育的2-8细胞期，其中的每一个细胞都具有全能性，即均可以发育成一个完整的个体。 桑葚胚 概念：当卵裂进行到16~32个细胞时，细胞紧密连接成一个细胞团，此时称桑葚胚 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 囊胚：（进入子宫定植） 囊胚具有内细胞团、滋养层和囊胚腔。 内细胞团 完整的胚胎 发育 滋养层 发育形成 绒毛膜、胚盘等 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 原肠胚： 囊胚进一步发育形成具有内胚层、外胚层和中胚层的原肠胚。 胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 原肠胚： 三个胚层分裂分化为相应的细胞和组织即器官原基。 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 胚胎工程 胚胎工程 体外受精 胚胎体外培养 胚胎分割 胚胎移植 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 体外受精 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 体外受精 是人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞发育成熟，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。 基本原理 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。 概念 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 人工采集精子 常用人工采集的方式采集精液； 将成熟的精子放入培养液中培养，使精子达到获能状态。 精子获能：精子必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。 采集卵细胞 超数排卵：注射外源促性腺激素，促使卵巢排出较正常情况下更多的成熟卵细胞的方法。 超数排卵：注射外源促性腺激素，促使卵巢排出较正常情况下更多的成熟卵细胞的方法。 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 体外受精 体外受精 适当的培养液共同培养 受精卵培养 以检查受精状况和受精卵的发育能力 获能液或专用的受精溶液 获能的精子 培养成熟的卵子 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 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 不 同 点 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 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 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 概念 是指将雌性动物的早期胚胎或通过体外受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，使之继续发育为个体的技术。其中，提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体” 。 实质 生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。 意义 胚胎工程的最后一道“工序” 优势 充分发挥优良母畜的繁殖潜力，在短期内获得大量目标个体。 胚胎移植 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 优良供体母牛 优良公牛 （遗传性状优良，生产能力强） 受体母牛 （有健康体质和正常繁殖能力） 具有优良性状的后代 进行同期发情处理 超数排卵 受体发情 发情配种或人工受精 移植胚胎 收集胚胎并检查 对受体进行妊娠检查 以牛的胚胎移植为例 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 胚胎分割的过程 发育良好的 早期胚胎（囊胚或囊胚期以前的胚胎） 用切割针或切割刀把胚胎分割开 采用酶处理等方式将早期胚胎中的细胞分散开 受体 产仔 胚胎移植 机械法 直接移植给受体，或在体外培养到早期囊胚阶段再移植 指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕动物子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术。 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 胚胎分割可成倍增加胚胎数量，可看作无性繁殖或克隆 后代具有相同的遗传物质（基因型相同） 1 对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。 （否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步的发育，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。） 2 胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低。 （切割损伤或营养物质过少细胞不能发育）同卵双生成功率最高。 3 胚胎分割注意事项 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 快速繁殖优良种畜。 1 培养遗传特性相同的动物群，为生物相关学科的研究提供实验动物。 2 用于胚胎性别的鉴定及遗传检测。 3 胚胎分割的应用 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 分割针 内细胞团 DNA分析性别鉴定 囊胚腔 透明带 滋养层 内细胞团 分割针 滋养层 分割针 牛胚胎性别鉴定和分割示意图 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 胚胎分割可成倍增加胚胎数量，可看作无性繁殖或克隆 后代具有相同的遗传物质（基因型相同） 1 对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。 （否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步的发育，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。） 2 胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低。 （切割损伤或营养物质过少细胞不能发育）同卵双生成功率最高。 3 胚胎分割的注意事项 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 试管动物技术 核移植 体外受精 早期胚胎培养 胚胎移植 克隆牛 无性生殖 重组细胞 受精卵 试管牛 有性生殖 比较项目 试管动物(婴儿) 克隆动物 技术基础 体外受精 胚胎早期培养 胚胎移植 体外受精 胚胎早期培养 胚胎移植 生殖类型 有性生殖 无性生殖 后代性状的继承特点 继承双亲的的特性 与核供体亲本基本一样 通过体外受精、胚胎移植和胚胎分割可对胚胎进行处理并发育成个体 胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同 项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物 相同点 都属于无性生殖或克隆，最终技术是胚胎移植 不同点 胚胎的来源 雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎 通过核移植技术获得的重组胚胎 遗传物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多 克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞核提供 起点 经过受精作用或其他方式形成的一个细胞 经过核移植技术形成的一个细胞 课堂练习 1.下列有关胚胎发育的叙述，错误的是（ ） A.受精过程的结束即胚胎发育的开始 B.胚胎发育的初期是在输卵管中进行的 C.桑葚胚期的胚胎从透明带中伸展出来，称为孵化 D.高等动物早期胚胎发育的顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚 C 解析：AB、卵子和精子在输卵管完成受精后，发育也就开始了，因此胚胎发育的初期是在输卵管中进行的，AB正确；C、早期胚胎发育过程中，囊胚期由于细胞增殖使细胞数量增多，且出现了囊胚腔，因此体积进一步扩大，会从透明带中伸展出来，这一过程称孵化，C错误；D、高等动物早期胚胎发育的顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚，D正确。故选C。 D 课堂练习 2.目前研究人员可通过体外受精和胚胎分割移植技术培育优质奶牛，下列有关叙述错误的是（ ） A.在进行体外受精前要对精子进行获能处理 B.进行胚胎分割时，应该选择发育到原肠胚期的胚胎进行分割 C.受精后，体外培养受精卵时提供CO2的目的主要是维持培养液的pH D.胚胎移植后，要对受体母牛进行是否妊娠检查，以确保移植成功 B 解析：进行体外受精前，需要对精子进行获能处理，从而保证能与培养成熟的卵子受精，A正确；进行胚胎分割时，应该选择发育到囊胚期或桑葚胚期的胚胎进行分割，而非原肠胚期，B错误；体外培养受精卵时，通入一定浓度CO2的目的主要是维持培养液的pH,C正确；胚胎移植后，需要对受体母牛进行妊娠检查，确保移植的胚胎能够在受体子宫中正常发育，D正确。 D 课堂练习 3.“国宝”熊猫一直深受大家的喜爱。熊猫在自然条件下受精困难，产子率较低，可以通过胚胎工程提高熊猫的产子率。下列说法错误的是（ ） A.自然条件下，熊猫的受精作用是在雌性熊猫的输卵管内完成的 B.在精子的刺激下，卵子完成减数分裂，排出第二极体后形成雌原核 C.胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚进行分割 D.体外受精时，从卵巢内获得的卵母细胞能直接与获能精子完成受精 D 解析：A、自然条件下，哺乳动物（比如熊猫）的受精作用在输卵管内完成，受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体，A正确；B、精子入卵后，被激活的卵母细胞完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核，雌原核一般略小于雄原核，B正确；C、进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，对囊胚阶段的胚胎进行分割时要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，C正确。D、体外受精时，从卵巢中采集的卵母细胞，一般都要体外经人工培养成熟至MⅡ时，才能与获能的精子受精，D错误；故选：D。 D 课堂练习 4.下列关于胚胎工程理论及应用的叙述中，正确的是（ ） A.在优良母畜的饲料中添加一定量的促性腺激素从而达到超数排卵的目的 B.理论上胚胎干细胞能被诱导分化为机体内所有的细胞 C.若对囊胚进行胚胎分割，滋养层和内细胞团都需要均等分割 D.移植的胚胎只能来自体内受精或者体外受精直接产生的胚胎 B 解析：A、促性腺激素属于蛋白类激素，能被消化道中的蛋白酶分解，因此在动物的饲料中添加一定量的促性腺激素不能达到超数排卵，需要用注射法，A错误；B、胚胎干细胞具有发育的全能性，能分化形成机体内所有的细胞，B正确；C、胚胎分割若在囊胚期，内细胞团需均等分割，滋养层则不必，C错误；D、移植的胚胎能来自体内受精或者体外受精直接产生的胚胎，也能来自转基因、核移植形成的胚胎，D错误。故选B。 D 总结归纳 胚胎工程技术 理论基础 包括 受精作用 早期胚胎发育 体外受精 概念 基本原理 过程 胚胎体外培养 培养条件 胚胎去向 胚胎移植 胚胎分割 概念 意义 优势 概念 过程 应用 $$