2.3胚胎工程的理论基础课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第2章 细胞工程 选择性必修3--生物技术与工程 第3节 胚胎工程 以流程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程(科学思维) 通过掌握胚胎工程重要的理论基础，阐述细胞的结构与功能的适应观(生命观念) 学习目标 01 02 学习目标 2 牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛,一生生育四五次。 我国奶牛单产水平低，高产奶牛的引进价格昂贵。 我国奶业 现状分析 用什么方案可以实现荷斯坦奶牛的快速大量繁殖呢？ ①核移植技术进行克隆 ②可以通过体外受精、胚胎分割等胚胎工程技术获得多个良种奶牛胚胎，然 后移植给代孕母牛生下后代。 3 大国崛起--国家级奶牛种子库 4 目的 生产后代，以满足人类的各种需求 技术手段 体外受精、胚胎移植、胚胎分割等 理论基础 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律 操作水平 主要集中在细胞水平上 操作对象 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 实质 体外对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作 一、胚胎工程的概述 指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 5 2 3 1 4 探究1：请自主阅读教材P56-57内容，小组合作思考讨论完成问题： 一、胚胎工程的理论基础 受精的场所？包括几个阶段？ 什么是精子获能？获能的方法？ 卵子是否成熟？成熟的场所？卵子发育至哪个时期才具备受精的能力？ 防止多精入卵的屏障有哪些？受精的标志？受精完成的标志？ （一）受精： 定义 阶段 指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程 受精前的准备阶段 受精阶段 准备阶段Ⅰ--精子获能 准备阶段Ⅱ--卵子的准备 场所 输卵管内 一、胚胎工程的理论基础 受精 1.准备阶段Ⅰ--精子获能 科学研究发现，刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能” (1)精子获能的方法 ①直接利用雌性动物的生殖道 ②培养在人工培植的获能液 肝素 Ca2＋载体 （一）受精： 一、胚胎工程的理论基础 变形 细胞核--精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，参与受精过程 线粒体--精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量 1.准备阶段Ⅰ--精子获能 （一）受精： 一、胚胎工程的理论基础 顶体 (高尔基体) 头 (细胞核) 颈 线粒体鞘 尾 (中心体) (不同动物排出的卵子成熟程度不同) 卵原细胞 初级卵母细胞 次级卵母细胞 马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞 猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞 马、犬排卵 猪、羊排卵 排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时，才具备与精子受精的能力 发育 1.准备阶段Ⅱ--卵子的准备 （一）受精： 一、胚胎工程的理论基础 精子穿越卵细胞膜外的结构(如透明带) 精子释放多种酶溶解膜外结构 精子接触卵细胞膜 透明带反应 阻止后来的精子进入透明带 精子入卵 精子入卵形成雄原核 卵子释放第二极体，形成雌原核 卵细胞膜反应 拒绝其他精子再进入卵内 防止多精入卵的两个屏障 雄原核 雌原核 2.受精阶段 （一）受精： 一、胚胎工程的理论基础 第一极体 第二极体 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成含有两个染色体组的合子(受精卵) 受精的标志：观察到两个极体或雌雄原核 受精完成的标志：雌雄原核的融合 3.受精阶段 （一）受精： 一、胚胎工程的理论基础 雄原核 雌原核 第一极体 第二极体 探究2：请自主阅读教材P58内容，小组合作思考讨论完成问题： 一、胚胎工程的理论基础 1 2 4 3 早期胚胎发育的场所？胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？ 囊胚阶段内细胞团会发育成什么？滋养层呢？ 什么是孵化？孵化的意义？ 卵裂期胚胎总体积变化？有机物总量变化？ 有机物种类的变化？ 14 原肠胚 卵裂期 在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂 (1)概念 (2)分裂方式 有丝分裂 (3)特点 项目 变化 细胞数目 胚胎的总体积 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的DNA总量 有机物总量 增加 减小 增多 不变 减少 不增加 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 输卵管、子宫 1.场所 （二）胚胎早期发育： 一、胚胎工程的理论基础 2.过程 (2)特点 当卵裂产生的子细胞数目达到32个，逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚 (1)概念 这一阶段及之前的每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞 桑葚胚 桑葚 原肠胚 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 （二）胚胎早期发育： 一、胚胎工程的理论基础 2.过程 内细胞团 聚集在胚胎一端，将来发育成胎儿的各种组织 沿透明带内壁扩展和排列，将来发育成胎膜和胎盘 胚胎内部含有液体的腔 孵化 囊胚进一步扩大会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。(只有正常孵化，胚胎才能继续发育) 内细胞团细胞具有全能性 原肠胚 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 （二）胚胎早期发育： 一、胚胎工程的理论基础 2.过程 囊胚腔 滋养层细胞 透明带 滋养层 内细胞团 囊胚腔 表面的细胞层 内外两个胚层之间 向内迁移的细胞 逐渐分化形成各种 组织、器官等 出现胚层分化 滋养层 内胚层 外胚层 原肠腔 原肠胚 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 （二）胚胎早期发育： 一、胚胎工程的理论基础 2.过程 外胚层 内胚层 中胚层 不同动物受精卵发育的比较 思考·讨论 不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间表 动物种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 时间/d 发育阶段 小鼠 24-38 38-50 50-60 60-70 68-80 3 桑葚胚 山羊 24-38 48-60 72 72-96 96-120 4 10-16细胞 绵羊 36-38 42 48 67-72 96 3-4 16细胞 猪 21-51 51-66 66-72 90-110 110-114 2-2.5 4-6细胞 马 24 30-36 50-60 72 98-106 6 囊胚 牛 27-42 44-65 46-90 96-120 120-144 4-5 8-16细胞 讨论1:表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段 一、胚胎工程的理论基础 (注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间) 讨论2:将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎?如果换成牛又该怎样处理？ 至少发育到桑葚胚阶段的胚胎进行移植。牛在自然情况下最早可在8-16细胞阶段进入子宫，但为了提高发育率和妊娠率，实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植 讨论3:为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础?请结合所学习的内容举例说明。 胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下受精和胚胎早期发育规律的基础上实现的。如体外模拟使卵母细胞在体外成熟，精子在体外完成获能，获能的精子和培养成熟的卵子在试管内完成受精，获得的受精卵在人工培养条件下继续发育等 不同动物受精卵发育的比较 思考·讨论 一、胚胎工程的理论基础 受精 精子获能 受精前的准备 卵子准备 MⅡ期 生殖道(雌性动物) 获能液(肝素或Ca2+载体) 精子穿过卵细胞膜外结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵--雄原核 卵子释放第二极体--雌原核 雌雄原核靠近 核膜消失 桑葚胚 受精卵 每个细胞能发育成 任何细胞类型及胚外组织 囊胚 原肠胚 卵裂 (细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加) 孵化 内细胞团 滋养层 各种组织细胞 胎盘、胎膜等 外胚层内胚层中胚层 课堂小结 试管牛的工厂化生产 ≠ 注意区别：试管动物 克隆动物 试管动物是通过人工操作使卵子在体外受精，经培育发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体 精子 卵子 受精卵 早期胚胎 子宫 个体 体外受精 早期胚胎发育 胚胎移植 体外受精技术主要包括哪几个步骤？ 精子与卵细胞如何完成体外受精？受精卵如何培养？ 探究1：请自主阅读教材P60内容，小组合作思考讨论完成问题： 离心的目的是什么？ 培养卵母细胞的目的是什么？ 1 2 4 3 一、体外受精 25 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 去除精清，以利于精子获能 (提取纯度较高精子) 胚胎早期培养的基本条件: 营养条件 环境条件--无菌、无毒 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精 采集培养 （一）步骤： 一、体外受精 精子的获取 卵母细胞的采集 受精 （二）意义： 提高动物繁殖能力的有效措施 为胚胎移植提供可用的胚胎 26 探究2：请自主阅读教材P61-62内容，小组合作思考讨论完成问题： 1.胚胎移植的概念、移植条件、实质、地位是什么？ 2.什么是供体和受体？供体和受体的选择标准是什么？ 3.请用文字和箭头表示出胚胎移植的过程。 4.在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理?目的是什么？ 5.如何进行超数排卵？目的是什么？ 6.胚胎移植的意义。 5.冲卵的目的是什么？ 二、胚胎移植 27 （一）概念： 将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，使之继续发育为新个体的技术 供体：提供胚胎 受体：接受胚胎 选择 标准 遗传性状优良，生产能力强 有健康体质和正常繁殖能力 二、胚胎移植 移植条件 供体与受体为同种 且生理状态相同 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 胚胎工程的最后 一道“工序” 实质 地位 （二）过程： 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 受体发情 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 冲卵 正常繁殖或两三个月 后进行另一次移植 （二）过程： 二、胚胎移植 同期发情处理 利用某些激素人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程 使供体、受体处于相同的生理环境(胚胎移入受体后不发生免疫排斥反应) 注射外源促性腺激素 诱发卵巢排出更多的成熟卵子 排出早期胚胎 问题1：什么是同期发情处理？ 问题2：同期发情处理的目的？ 问题3：如何进行超数排卵？ 问题4：超数排卵的目的？ 问题5：冲卵的目的？ 29 两个条件 两次检查 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 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 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 （三）注意事项： 二、胚胎移植 30 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；缩短供体繁殖周期,增加一生繁殖后代数量 产生具有优良遗传特性的胚胎 承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务 对供体施行超数排卵处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代 二、胚胎移植 （四）意义： 受体 职能 供体 职能 胚胎移植的生理学基础 问题6：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? 检查合格的胚胎需要移植到同种的、生理状况相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。移植前应对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器的生理变化同步，为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。 问题7:受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应? 基本上不会(免疫排斥) 移入胚胎存活的基础 二、胚胎移植 思考·讨论 问题8：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? 问题9：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? 与供体保持一致。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发生变化。 保留遗传特性的基础 正确。胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境的一致性密切相关，只有供体、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。 胚胎移入的基础 胚胎移植的生理学基础 二、胚胎移植 思考·讨论 探究2：请自主阅读教材P62-63内容，小组合作思考讨论完成问题： 1.胚胎分割概念？需要什么设备？什么时期的胚胎适合分割？分割时需要注意什 么？ 2.胚胎分割的理论依据是什么？特点、对象？ 3.胚胎分割有什么应用？ 4.胚胎分割的有哪些优点和不足？ 5.冲卵的目的是什么？ 三、胚胎分割 34 （一）概念： 采用机械方法将早期胚胎(桑葚胚或囊胚)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。 理论依据 发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚 早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性 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 注:分割囊胚时，内细胞团要均等分割 三、胚胎分割 特点 对象 体视显微镜 显微操作仪 三、胚胎分割 （二）设备： 分割囊胚阶段胚胎时，要均分内细胞团 选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中 分割后的胚胎可直接移植或经体外培养后再移植 三、胚胎分割 （三）过程： DNA分析是进行遗传病筛查 性别鉴定为人工筛选动物的性别 ①滋养层细胞不发育胎儿的组织或器官，不会对胎儿产生影响。 ②滋养层和内细胞团均来自同一个受精卵的有丝分裂，含有相同的遗传物质。 为什么要取滋养层细胞进行分析和鉴定？ 三、胚胎分割 （三）过程： 做DNA分析 鉴定性别 优点 ①促进优良动物品种的繁殖 ②产生遗传性状相同的后代是遗传学 研究的宝贵材料 ③胚胎移植前进行性别鉴定和遗传病 筛查等，对人工控制动物性别和繁 育健康后代有重要意义 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。 三、胚胎分割 （四）优点和局限性： 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 概念：对早期胚胎切割 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 步骤：选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植 意义：提高动物繁殖能力，为胚胎移植提供可用的胚胎 意义： 胚胎移植 步骤：选择处理供体、受体→配种或人工授精→胚胎收集、检查、培养或保存 →胚胎移植→移植后检查 概念：移植到同种的、生理状况相同的雌性动物体内 意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖能力 ①促进优良动物品种的繁殖； ②产生遗传性状相同的后代是遗传学研究的宝贵材料； ③对人工控制动物性别、繁育健康后代具有重要意义 Lavf58.20.100 Lavf58.33.100 Lavf58.33.100 Lavf58.20.100 $$