2.3.2 胚胎工程技术及其应用（情境教学课件）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

第2章 细胞工程 第3节 胚胎工程 第2课时 胚胎工程技术及其应用 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 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，引进一头成年奶牛的成本高昂。能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢？ 牛的生育率很低，一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。研究发现，一头母牛一生排出的卵细胞约200个左右，卵巢中卵母细胞数量是它的1000倍（20万）；母牛其实是有很强的生殖潜能的，只是没有激发出来。 如何才能实现良种牛快速繁殖呢？ 从社会中来 思考 中国良种荷斯坦奶牛 课程标准内容要求 素养目标 1.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。 2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。 1.生命观念：通过受精过程的学习，认同生命的结构与功能观。 2.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；通过胚胎工程多种技术的学习，培养创造性思维。 3.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。 教学目标 课程标准内容、素养目标 体外受精 1 胚胎移植 2 目录 CONTENTS 胚胎分割 3 目录页 4 一、体外受精 1.概念 包括 、 和 等步骤。 卵母细胞的采集 精子的获取 受精 新鲜或解冻的精液 精子离心处理 获能精子 体外受精 受精卵培养 卵巢 MⅡ期卵母细胞 成熟培养 去除精清，以利于精子获能 (提取纯度较高精子) 在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程 胚胎早期培养的基本条件：营养条件、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。 5 一、体外受精 2.应用 体外受精、体外胚胎培养、胚胎移植 涉及的胚胎工程技术： 生殖方式： 有性生殖 提高动物繁殖能力，为胚胎移植提供可用胚胎。 培育试管动物 3.意义 优质种牛的繁育 拓展：比较自然受精、人工授精和体外受精 项目 自然受精 人工授精 体外受精 不同点 过程 场所 相同点 雌雄动物交配完成 雌性动物输卵管中 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 雌性动物输卵管中 体外培养液中 (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。 体外受精 1 胚胎移植 2 目录 CONTENTS 胚胎分割 3 目录页 9 二、胚胎移植 受精卵 桑葚胚 原肠胚 孵化 囊胚 幼体 出生 生长发育 性成熟个体 卵裂 受精卵体外培养到什么时期可进行胚胎移植？ 不同动物胚胎移植时间不同： 牛、 羊： 小 鼠： 试管婴儿： 桑葚胚或囊胚阶段 可在更早的阶段移植 8-16个细胞阶段 思考 二、胚胎移植 活动 任务：牛胚胎移植的过程 在胚胎移植中，牛的胚胎移植技术较为成熟。目前已实现平均每次处理一头供体奶牛收集到的胚胎，经移植可产下3～4头犊牛，由于每年可处理4～5次，这样，一头良种母牛一年由代孕母牛生下的后代可达十几头，远远超过一头良种母牛在自然状态下一生所得的后代数量。羊的胚胎移植效率比奶牛还要高。 阅读教材61~62，思考： 1.什么是胚胎移植？ 2.试管动物是有性生殖还是无性生殖？ 3.胚胎移植的步骤。 二、胚胎移植 1.概念 胚胎移植是指将通过体外受精及其他方法得到的胚胎，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。 转基因技术、动物细胞核移植技术、胚胎分割等 实质： 意义： 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 ①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力； ②缩短供体繁殖周期,增加一生繁殖后代数量。 供受体 供体 受体 概念 选择标准 职能 二、胚胎移植 2.步骤（以试管牛为例） 供体、受体的选择和处理 配种或人工授精 胚胎的收集、检查、培养或保存 胚胎的移植 移植后的检查 供体、受体的选择和处理 提供胚胎的个体 遗传性状优良，生产能力强 产生具有优良遗传特性的胚胎 接受胚胎的个体 有健康体质和正常繁殖能力 承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务 朋友，谢啦！ 优良供体母牛 受体母牛 2.步骤（以试管牛为例） 供体、受体的选择和处理 配种或人工授精 胚胎的收集、检查、培养或保存 胚胎的移植 移植后的检查 供体、受体的选择和处理 处理 同期发情处理 超数排卵处理 处理对象 目的 方法 供体母牛和受体母牛 使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。 一般用孕激素 供体母牛 诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 外源促性腺激素 优良供体母牛 受体母牛 二、胚胎移植 同期发情处理 超数排卵处理 受体发情 二、胚胎移植 2.步骤（以试管牛为例） 供体、受体的选择和处理 配种或人工授精 胚胎的收集、检查、培养或保存 胚胎的移植 移植后的检查 配种或人工授精 优良供体母牛 受体母牛 同期发情处理 超数排卵处理 受体发情 优良公牛 发情配种或 人工受精 二、胚胎移植 2.步骤（以试管牛为例） 供体、受体的选择和处理 配种或人工授精 胚胎的收集、检查、培养或保存 胚胎的移植 移植后的检查 胚胎的收集、检查、培养或保存 优良供体母牛 受体母牛 同期发情处理 超数排卵处理 受体发情 优良公牛 发情配种或 人工受精 收集胚胎并检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 收集胚胎的方法——冲卵，是指用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，将供体母畜子宫或输卵管中的胚胎冲洗出来。 检查胚胎质量和发育时期 胚胎的保存： 短期保存：在0~5℃可存活12~20h 长期保存：液氮中 二、胚胎移植 2.步骤（以试管牛为例） 供体、受体的选择和处理 配种或人工授精 胚胎的收集、检查、培养或保存 胚胎的移植 移植后的检查 优良供体母牛 受体母牛 同期发情处理 超数排卵处理 受体发情 优良公牛 发情配种或 人工受精 收集胚胎并检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 移植胚胎 动物的早期胚胎一般在桑葚胚或囊胚阶段进行移植 胚胎的移植 二、胚胎移植 2.步骤（以试管牛为例） 供体、受体的选择和处理 配种或人工授精 胚胎的收集、检查、培养或保存 胚胎的移植 移植后的检查 优良供体母牛 受体母牛 同期发情处理 超数排卵处理 受体发情 优良公牛 发情配种或 人工受精 收集胚胎并检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 移植胚胎 对受体进行妊娠检查 具有优良性状后代 胚胎的移植 二、胚胎移植 1.将胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？ 2.如不能正常移植胚胎，需要在胚胎移植前对受体进行怎样的操作？ 不能，需要移植到同种的、生理状态相同的受体体内。 同期发情处理 3. 若要获得更多的卵子，一般对供体母牛如何处理？ 超数排卵；注射外源促性腺激素。 4.受体母牛产下的犊牛的性状和性别取决于谁？ 性别取决于公牛提供的精子类型 性状取决于供体母牛和公牛 直接注射性腺激素，通过负反馈调节会导致性腺萎缩。 思考 二、胚胎移植 思考·讨论 1.将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗? 如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理? 不一定能正常发育。一般情况下检验合格的胚胎需要移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。在胚胎移植前要对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器官的生理变化同步,为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。 2.受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应? 受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。 3.胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性与供体还是受体保持一致?为什么? 与供体保持一致。因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系。 其遗传物质在孕育过程中不会发生任何变化。 二、胚胎移植 思考·讨论 4.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移。你认为这样的概括正确吗?为什么? 正确。因为胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境条件的一致性密切相关。只有供体、受体生理环境条件高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并能继续发育。所以，我们可以把胚胎移植简单概括为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 胚胎移入 的基础 胚胎收集 的基础 移入胚胎 存活的基础 保留胚胎遗传特性基础 排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。 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，为胚胎的收集提供可能。 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内存活提供了可能。 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，其遗传物质不会发生改变，为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障，同时保障了供体优良遗传性状。 胚胎移植的生理学基础 体外受精 1 胚胎移植 2 目录 CONTENTS 胚胎分割 3 目录页 23 三、胚胎分割 1.理论依据 2.概念 3.生殖方式 4.所需主要仪器和设备 早期胚胎干细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。 采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等， 经移植获得同卵双胎或多胎的技术。 无性生殖（克隆） 体视显微镜、显微操作仪、分割针或分割刀。 桑葚胚或囊胚 三、胚胎分割 囊胚腔 透明带 滋养层 内细胞团 分割针 分割针 做DNA分析，鉴定性别 二分胚 内细胞团 胚胎移植 已知性别胚胎 牛胚胎性别鉴定和分割示意图 取样滋养层 内细胞团要均等分割 或经体外培养后，再移植给受体 三、胚胎分割 5.优点 ①提高优良动物品种的繁殖率 ②为遗传学研究的提供宝贵材料 ③通过鉴定，对繁育健康后代及人为控制动物性别有重要意义。 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。 6.意义 随堂检测 1．下图为受精作用及早期胚胎发育示意图，下列叙述不正确的是(　　) A.①过程需要依赖细胞表面糖蛋白的识别 B.②过程通过有丝分裂方式增殖 C.③过程细胞的核质比逐渐变小 D.④过程细胞的基因表达发生了差异 C 随堂检测 2．下图表示精子入卵后，发生(或引起)的一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是(　　) D A.图中X指卵细胞膜反应，Y指卵子的减数分裂Ⅱ B.经图中Y过程只形成了雌原核 C.精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合 D.精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶 随堂检测 3.如图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程，下列相关说法正确的是 (　　) D A.①代表体外受精，与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能 B.②代表体外胚胎培养，该过程中细胞进行有丝分裂，无细胞分化 C.③代表胚胎分割，需均等分割桑葚胚的内细胞团，以免影响胚胎发育 D.⑤代表胚胎移植，胚胎移植能否成功，与供体和受体的生理状态有关 课堂小结 胚胎工程技术及其应用 体外受精 胚胎分割 步骤：卵母细胞的采集、精子的获取、受精 胚胎分割的概念：对早期胚胎切割 胚胎分割的基础：细胞的全能性、每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质 胚胎分割的步骤：选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植 体外受精技术的意义：是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 胚胎分割的意义 胚胎移植 胚胎移植的步骤 胚胎移植的概念：移植到同种的、生理状况相同的雌性动物体内 胚胎移植的意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖能力 感谢聆听！ 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 31 Lavf58.20.100 $$这个牧场是国家级奶牛核心育种场，有上万头奶牛，几乎每天都有小牛出生。今天这头可爱的小牛犊有些特别，它是自主培育、通过体外胚胎移植生产出来的试管奶牛。小牛们要在这里进行基因组的各种检测，根据数据来确定它能否成为一头种牛。这头牛挺漂亮，你的出生体重知道吗？记不住是吧？我的话高运东他的畜牧种业公司与牧场合作自主培育的优质种子母牛已经达到300头. 带红耳标的都标志是我们的种子母牛群。你像这头牛，它的PPS达到了2904，他可以进入美国的前1%的这种优秀的群体。奶牛TPI综合性状指数包含了产奶量、健康繁殖和体型外貌等十几项指标，指数越高奶牛越优秀。PPI指数最高的是美国奶牛，已经超过了3000。美国奶牛每天平均产奶量约36公斤，而我国是27公斤。我们这两年的育种已经上了一个大的台阶。我们自主培育东西和国外的差别，我认为只有二百多个点了，这已经差别已经越来越小了。我们原来差别500到600个点。缩小到200点的差距，高运东用了五年时间，关键一招就是试管奶牛技术。今天技术员马庆涛要进行活体采卵，这是试管奶牛能否成功的关键一步。五年的探索尝试，马清涛已经熟练的掌握了这项技术，对五百多头奶牛进行了活体采卵。我们是全国第一家开始做的，也是所有的东西都是从零开始，前提是必须留的，这个繁殖的结构是非常清楚。的这是一项高难度的操作。马敬涛需要快速准确地找到卵巢，并通过手的触摸判断出有多少卵泡。你看这几个大卵泡旁边还有几个小卵泡就在这里，看见了吗？虽然有B超的帮助，但找到并锁定卵泡并不容易。这种卵巢是游离的，我只能是揪着拿两个指头揪着他。再次找到卵泡后，马清涛精准的把空心针管扎进去。你看扎到里面去了，他就往上吸了，他这个卵泡就他卵泡它没了，收回了。将采集的卵细胞体外培养成熟后，与公牛精子进行体外受精，经过七天的培养，才有可能成功变成胚胎。今天几个月前冷冻的一批胚胎要进行解冻移植，三份不同的解冻液需要依次设定好一分钟、三分钟和5分钟的不同解冻时间。将冷冻胚胎从零下196摄氏度的液氮中取出，要恢复到正常的37摄氏度需要缓慢解冻，过快过慢都有可能造成胚胎死亡。那么我们18年应该做了好，做了好几批，数量应该是在二三百名。这个冷冻胚胎都没有成立。胚胎细胞极其微小，科研人员只有通过吸管靠嘴轻微的呼吸对它进行移动和吸收。吸管前端的拉针需要根据胚胎细胞的大小随时更换，消耗量大，成本高高运东买来十几箱吸管，训练技术员通过火烧手动拉针。就这样，高运东硬是将每根拉针的成本从五元降到了0.5元。这个技术的应用，它的关键点就是什么呢？它的效率提高，成本的下降，才能产业化。体外胚胎移植在生殖科学领域是一项尖端的技术，在人类医学方面已经相对成熟。但在奶牛业，中国的育种家是从零做起。将今天一家奶牛养殖场负责人从泰安赶来，希望高运东帮他解决一个难题。他想在两年内将奶牛从2000头快速扩展到5000头，这在过去至少需要六七年的时间。现在高运东这个神奇的试管奶牛技术却可以帮他解决这个难题，并且能精准控制性别种。公牛站正在采集精液，这些活力旺盛的精子会被进行XY分离，只挑选决定生母牛的X精子和卵细胞进行受精，以便培育出更多母牛。我们每次分离，你像这个X精子达到1000万，这个X这个纯度是保证在85以上的。那么在使用过程中，用这个X精准去配种的话，它的母族率是能达到90%以上。像这样的奶牛种公牛站，全国已经有22家，国家奶牛核心育种场十家，年产冻晶能力达1500万斤。