2.3.2 胚胎工程技术及其应用-2024-2025学年高二生物同步高效教学课件（人教版2019选择性必修3）

第2课时：胚胎工程技术及其应用 胚胎工程 引进一头良种成年奶牛需要3万－5万元 牛的生育率低，一头牛一胎只一个，一生只能生育四五次。 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1000倍左右。 国产奶牛：年均产奶量3000公斤左右 国际良种奶牛：年均产奶量10000公斤左右 我国蒙古黄牛：均重300Kg 澳大利亚海福特肉用牛：2岁体重可达800Kg 到社会中去 1982年世界首例“试管牛” 犊问世 “试管牛”是如何生产的？ 思考： 精子 卵子 受精卵 早期胚胎 受体母牛 代孕 个体 胚胎移植 体外受精 早期胚胎发育 克隆牛？ 1.体外受精技术主要包括哪几个步骤？ 2.卵母细胞的培养的目的是什么？ 3.离心的目的是什么？ 4.精子与卵细胞如何完成体外受精？ 5.受精卵如何培养？ 阅读P60文字及图2-22，思考以下问题： 一. 体外受精 卵母细胞 成熟培养 成熟卵母细胞 精子 获能处理 获能的精子 体外受精 受精卵 雌性哺乳动物 雄性哺乳动物 卵母细胞的采集 精子的获取 一. 体外受精 卵巢 MⅡ期卵母细胞 体外受精 获能精子 精子离心处理 新鲜或解冻的精液 受精卵培养 去除精浆， 使精子获能 早期胚胎培养的基本条件: 营养条件（添加血清）；环境条件是无菌、无毒的环境；适宜的温度、pH和渗透压；适宜的气体环境。 目的 在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程 采集 培养 1.过程： 包括 、 和 等步骤 卵母细胞的采集 精子的获取 受精 体外受精技术： 提高动物繁殖能力的有效措施； 还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。 1.在生物学上试管婴儿技术属于（ ） A.有性生殖、体外受精 B.无性繁殖、体内发育 C.有性生殖、体内受精 D.无性繁殖、体外发育 A 当堂检测 2. 关于试管动物技术概念的叙述,正确的是( ） A. 通过人工操作使卵子和精子在体内成熟,在体外受精,并将受精卵移植产生 后代的技术 B. 通过人工操作使卵子和精子在体内成熟,在体外受精,并通过培养发 育为早期胚胎后,再经过移植产生后代的技术 C. 通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并将受精卵移植产 生后代的技术 D. 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的技术 D 二. 胚胎移植 1、胚胎移植定义？胚胎移植对供体、受体的选择有哪些要求？ 2、怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？ 3、进行胚胎移植时应选择发育到什么阶段的胚胎？ 4、胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性？ 5、超数排卵处理中为什么使用的是促性腺激素而不是性激素？ 1.概念： 胚胎移植是指将通过 及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 ②供体： 提供胚胎的个体 ③受体： 接受胚胎的个体 ①胚胎来源： 转基因、核移植和体外受精获得的胚胎 遗传性状优良、生产能力强 选择标准： 职能： 产生具有优良遗传特性的胚胎 选择标准： 职能： 同种、健康的体质和正常繁殖能力 承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务 体外受精 2.实质： 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 二. 胚胎移植 优良供体母牛 受体母牛 受体发情 同期发情处理 超数排卵处理 发情配种 或人工授精 胚胎移植 收集胚胎并检查 对受体进行妊娠检查 具有优良性状的后代 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 优良公牛 1.什么是同期发情处理？ （遗传性状优良，生产能力强） （有健康体质和正常繁殖能力） 2.同期发情处理的目的是什么？ 利用某些激素（雌/孕激素）人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。 使供受体处于相同的生理环境，使供体胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，胚胎移植成功的关键。 3.如何进行超数排卵？ 注射外源促性腺激素 冲卵 4.冲卵的目的是什么？ 排出早期胚胎（桑葚胚或囊胚） 若没有发育到适合移植的阶段，还要进行胚胎的培养。 3.过程： 优良供体母牛 受体母牛 受体发情 同期发情处理 超数排卵处理 发情配种 或人工授精 胚胎移植 收集胚胎并检查 对受体进行妊娠检查 具有优良性状的后代 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 优良公牛 思考·讨论：胚胎移植的生理学基础 （遗传性状优良，生产能力强） （有健康体质和正常繁殖能力） 冲卵 ②供体/受体会不会发生排斥？ ③为什么移植的胚胎能保持供体 双亲的特性？ ①移植到任何一头动物的子宫都 能发育吗？ 同种受体对供体胚胎一般不排斥。 同种生物发情排卵后，在一段时间 内供体/受体具有相同的生理环境。 胚胎虽然与受体有生理和组织上的 联系，但遗传特性不受受体的影响。 3.过程： 小 结： （1）该过程中两次使用激素： 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）胚胎移植成功与否要有两个条件： 胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。 进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同（关键）。 4.意义： 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期。 供体 受体 产生具有优良遗传特性的胚胎 负责繁重而漫长的妊娠和育仔任务 胚胎移植是胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。 练. 牛胚胎移植的基本程序如图所示，下列说法正确的是（ ） A. 图中a指的是超数排卵，可用雌激素促进该过程 B. 图中b收集胚胎的前提是早期胚胎在输卵管或子宫中处于游离状态 C. 图中c表示胚胎移植，移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚 D. 移植的胚胎必须与受体血型相同 B 当堂检测 同卵双胞胎自然形成示意图 内细胞团 内细胞团分裂，形成一模一样的双胞胎 1978年，科学家将小鼠的桑椹胚一分为二，获得了成功。 1979年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。 20世纪80年代后，人们建立了系统的胚胎分割法，并相继得到1/4和1/8分割胚胎后代。 我国的胚胎工程专家也进行了分割胚胎移植的实验研究，成功地对小鼠、家兔、绵羊、山羊和牛等动物进行了分割胚胎移植，并将二分胚胎分割技术应用到牛和羊的胚胎移植中。 胚胎分割技术的发展 P63 应用胚胎分割技术获得的三卵六羔羊 采用___________将____________切割成_______________________等，经移植 获得__________________的技术 1.概念： 机械方法 早期胚胎 2等份、4等份或8等份 同卵双胎或多胎 2.理论依据: 早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞的全能性。 后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。 体视显微镜和显微操作仪 3.特点: 4.适合分割的胚胎: 5.主要仪器设备: 发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。 注：分割囊胚时，要将内细胞团均等分割 三. 胚胎分割 6.操作过程： 若不均等分割，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 6.操作过程： 胚胎分割操作程序 做DNA分析， 鉴定性别 分割后的胚胎直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 7.胚胎分割的优点： ①提高胚胎利用率，促进优良动物品种的繁殖 ②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料 ③在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义 8.胚胎分割的局限性： 实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。 1.胚胎分割技术是一种现代生物技术，下列关于这一技术的叙述正确的是（ ） ①胚胎分割是将早期胚胎任意分割成多份　 ②胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎　 ③胚胎分割技术属于无性繁殖，因此属于克隆　 ④胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎　　 A.①② B.②③ C.①③④ D.①②③④ B 当堂检测 2.如图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列不正确的是（ ） A.甲所表示的细胞不一定是受精卵细胞 B.图中a过程包括桑葚胚、囊胚阶段 C.胚胎移植技术可以定向改变动物的遗传性状 D.图示过程使用了动物细胞培养、胚胎分割、胚胎移植等生物技术 C 还可能是核移植形成的杂种细胞 3.“试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵细胞取出，在试管中完成受精，并在试管中培养使其发育到如图所示的时期，再将胚胎植入女性子宫内发育成胎儿，该技术使一部分不能生育的夫妇重新获得了生育的机会。下列叙述正确的是（ ） A.“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是无性生殖 B.如图所示时期是胚胎发育的囊胚期，①代表内细胞团，② 　代表囊胚腔，③代表滋养层 C.“试管婴儿”的形成用到的技术有人工授精、体内培养、核移植 D.“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿”技术，二者对人 类的作用是相同的 B 设计试管婴儿多一步：遗传学诊断。可用于治疗白血病等。 为了给已有的孩子治病而设计试管婴儿，在胚胎植入母体前需要进行遗传学诊断，以确定这个胚胎是否符合要求，符合要求的胚胎被植入母体并生出婴儿，取其某些细胞如造血干细胞用于治疗是多数人能够接受的。 4.(2023·衡水金卷)下列关于牛体外受精及胚胎工厂化生产的叙述，正确的是(　　) A.将采集的卵母细胞立即与精子在获能培养液中共同培养即可受精 B.精子和卵子结合形成受精卵后应立即移入受体母牛子宫 C.用性激素处理，可使供体母牛排出更多的卵子 D.早期胚胎的培养通常需要在培养液中加入血清 D 5. (2020·山东卷)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是(　　) A.用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子 B.体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理 C.胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植 D.遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得 C 6.(2019·江苏卷，29)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题： 促性腺激素 减数第二次分裂中期 胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)　 维持培养液的pH 分割 2 (1)对1号猪使用 处理，使其超数排卵， 收集并选取处在___________________________时期的卵母细胞 用于核移植。 (2)采集2号猪的组织块，用 处理 获得分散的成纤维细胞，放置于37 ℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是______________________。 (3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行________。产出的基因编辑猪的性染色体来自于________号猪。 7.(2023·宁夏石嘴山期末)下图是科学家采用不同方法培育良种牛的过程，a～h为操作过程，回答有关问题： (1)图中A牛和B牛的性别________(填“相同”“不同”或“不一定相同”)。 (2)c过程一般是将发育到_____________(阶段)的早期胚胎进行处理，再植入到受体内。操作过程中应注意将③_________均等分割，以免影响胚胎的恢复和进一步发育，该技术的意义在于____________________。 相同 桑葚胚或囊胚　 内细胞团 提高胚胎的利用率　 (3)用于移植的胚胎除了图中所示的途径外，还可以来自_________；胚胎移植能否成功依赖于一定的生理学基础：____________________________________ _____________________________________，为胚胎的收集提供了可能。 核移植 早期胚胎(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 (4)图中C牛的培育过程属于________生殖，D牛的培育过程属于________生殖。 有性 有性 8.(2022·全国甲卷，38)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题： (1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是___________________________________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是 ；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是________________ (答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__________时才具备与精子受精的能力。 放入－196 ℃的液氮中保存(或冷冻保存) 刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精 肝素或Ca2＋载体 MⅡ期 (2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有________________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。 (3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是________________________________ _____________________________________________________________________ __________________________________。 维生素、氨基酸、核苷酸　 对受体母羊进行同期发情处理，将 保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代 胚胎工程 理论基础 常用技术及应用 1.体外受精 2.胚胎移植 3.胚胎分割 1.生理学基础 2.步骤 终端技术 终端技术 1.分别采集精子和卵母细胞 2.成熟培养和精子获能 3.在培养液中培养，促使完成受精 定义、选择胚胎和仪器用具、过程、优势和问题 胚胎工程小结 练习与应用（P64） 1. 体外受精和胚胎移植都是在医学和农业生产上应用较多的胚胎工程技术。判断下列相关表述是否正确。 (1) 采集来的卵母细胞和精子可以直接用于体外受精。（ ） (2) 经胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体保持一致。（ ） (3) 进行胚胎移植前，要对供体和受体进行免疫检査，以防止发生免疫排斥反应。（ ） × × 一、概念检测 × 2.杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，成为受广大消费者喜欢的绵羊品种。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示。 （1）请将图中括号内的内容补充完整。 （2）为了获得数量较多的卵母细胞，可以对雌性杜泊羊进行怎样的处理? （3）在进行体外受精操作之前，还要对获得的卵母细胞和精子进行怎样的处理? 体外胚胎培养 胚胎移植 可以对雌性杜泊羊进行超数排卵处理。 要对采集到的卵母细胞进行成熟培养，对采集到的精子进行获能处理。 二、拓展应用 北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛去世，该物种仅剩下两头雌性。在此之前，研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。请回答下列问题。 （1）我们可以使用哪些现代生物技术来人工繁育北方白犀牛?运用这些技术一定能繁育成功吗?请说出你的理由。 （2）如果繁育成功，这样人工繁育的种群与野生种群相比，有什么区别? （3）如果繁育不成功，这一物种将永远从地球上消失，从中我们能得到怎样的教训? 可以使用人工授精、体外受精、胚胎移植、体细胞核移植等技术来人工繁育北方白犀牛。运用这些技术不一定能成功繁育北方白犀牛，因为任何一项技术都不能保证百分之百的成功率，何况现存的北方白犀牛数量极少。 这样人工繁育的种群与野生种群相比，遗传多样性会降低，野外生存能力也会下降。 多种多样的生物是生态系统的重要成员，是一个个独特的基因库。任何一个物种的灭绝都可能产生多米诺效应，使其他相关物种受到影响，进而威胁到生态系统的平衡与稳定。保护濒危的野生动物，保护生物多样性刻不容缓。 $$