2025届高三生物学一轮复习课件 第5讲胚胎工程

第5讲 胚胎工程 一、胚胎工程的概念 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。 工程实质 在体外条件下, 对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作 二、胚胎工程的理论基础 1、受精 指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程 （1）概念： （2）场所： 输卵管 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜的结构特点：具有一定的流动性 （3）过程 准备阶段 受精阶段 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备 实质：精子的雄原核和卵细胞的雌原核融合 二、胚胎工程的理论基础 刚刚排出的精子_________与卵子受精，必须在_________________发生_______________后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能” ①准备阶段1：精子获能 a.概念： 雌性动物的生殖道 相应的生理变化 不能立即 1、受精 （3）过程 直接利用_________________使精子获能 b.精子获能的方法(P56 相关信息)： 将精子培养在________________中使其获能 雌性动物的生殖道 人工配制的获能液 动物种类不同成分有差异，常见有效成分有肝素、Ca2+载体等 头 颈 线粒体鞘 尾 顶体 （高尔基体） （细胞核） （中心体） 变形 细胞核——细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，参与精卵结合，是后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心 线粒体——精子进行有氧呼吸产生能量的主要场所,精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘,可以为精子的运动提供能量,使其能够到达卵子处完成受精 Q:精细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？ 二、胚胎工程的理论基础 1、受精 （3）过程 ①准备阶段2：卵子的准备 a.卵子成熟的场所： 排出的卵子都要在 进一步成熟 输卵管内 卵子一般排出2-3小时后才能被精子穿入，不同动物排出的卵子成熟程度不同。有的是初级卵母细胞，如马、犬等;有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。 b.卵子具备与精子受精能力的时期： M Ⅱ 期 注意：排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。具体的说排出的卵子是初级卵母细胞或次级卵母细胞。正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。 刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数分裂Ⅰ，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数分裂Ⅱ中期才能具备与精子结合的能力。 借助自身的运动 二、胚胎工程的理论基础 1、受精 （3）过程 ②受精阶段 防止多精入卵受精的二道屏障：透明带反应、卵细胞膜反应。其意义是保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。 透明带：非生物膜 ① ② ③ 两个极体 雌雄原核 受精的标志 ④雌雄原核形成： 精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成比原来精子的核还大的核——雄原核。 同时卵子完成减数分裂II，排出第二极体后，形成雌原核。 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂II，因而不会形成两个第二极体 ②受精阶段 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、雄原核融合形成合子 ⑤合子形成：雄雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子，就是受精卵，受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。 二、胚胎工程的理论基础 1、受精 （3）过程 合子——个体发育的起点。 二、胚胎工程的理论基础 2、胚胎早期发育 （1）场所： 胚胎发育的起点是受精卵，受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。 胚胎早期发育至原肠胚过程图 输卵管和子宫 即胚胎发育的最初场所是在输卵管，以后逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。 （2）过程： 原肠胚 桑葚胚 8 细胞 4 细胞 2 细胞 受精卵 囊胚 透明带 内细胞团 囊胚腔 滋养层 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂 二、胚胎工程的理论基础 2、胚胎早期发育 受 精 卵 桑 葚 胚 卵裂 ①卵裂（期） a.概念： 胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 透明带内 有丝分裂 b.位于： c.分裂方式： d.特点： 细胞数量不断 ，胚胎总体积_________， 有机物总量______ 并不增加 增加 8 细胞 4 细胞 2 细胞 受精卵 桑葚胚 透明带 减少 （2）过程： 二、胚胎工程的理论基础 2、胚胎早期发育 核质比变大 【问题探究】请分析胚胎早期发育的卵裂期时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成下表： 项目 变化 细胞数目 每个细胞体积 胚胎总体积 DNA总量 单个细胞DNA量 有机物总量 有机物种类 增多 减小 增多 减少 8 细胞 4 细胞 2 细胞 受精卵 桑葚胚 增多 不变 不变 受 精 卵 桑 葚 胚 卵裂 ②桑葚胚 a.概念：当卵裂产生的子细胞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。 b.特点:这一阶段及之前的每一个细胞均未分化，都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞(胚胎干细胞) （2）过程： 二、胚胎工程的理论基础 2、胚胎早期发育 受 精 卵 桑 葚 胚 囊 胚 卵裂 ③囊胚 a.特点： 细胞开始逐渐出现分化 内细胞团： （可提取进行胎儿的各种鉴定） b.结构： （2）过程： 二、胚胎工程的理论基础 2、胚胎早期发育 滋养层细胞： 囊胚腔： 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。 （内细胞团具有全能性） 受 精 卵 桑 葚 胚 囊 胚 卵裂 ③囊胚 （2）过程： 二、胚胎工程的理论基础 2、胚胎早期发育 孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 桑葚胚时期以前不需要从外界获取营养物质，所需营养主要来自卵黄；囊胚期的滋养层细胞从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。 受 精 卵 桑 葚 胚 囊 胚 原 肠 胚 卵裂 ④原肠胚 囊胚孵化后，将发育形成原肠胚 外胚层:原肠胚表面的细胞层。 内胚层:向内迁移的细胞形成。 中胚层:随着发育的进行，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成。 原肠腔 这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等，最终形成胎儿。 （2）过程： 二、胚胎工程的理论基础 2、胚胎早期发育 结构： 二、胚胎工程的理论基础 注意：高等动物的个体发育过程及关键点： (1)高等动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育，胚胎发育的起点是受精卵，终点是成熟的胎儿; 胎儿出生后的发育过程属于胚后发育。因此,高等动物个体发育的起点是受精卵，终点是性成熟的个体。 (2)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。动物细胞全能性随分化程度的提高而越来越难以表现。 不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间有明显的差异。请分析下表，讨论相关问题(注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间) 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 天 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 精原细胞 卵原细胞 减数分裂 变形 减数分裂 精 子 卵母细胞 受精 作用 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂 准备阶段 受精阶段 早期胚胎发育阶段 包括： 精子获能和 卵子的准备 精子穿越卵细胞膜外的结构、卵细胞膜，精子入卵，形成雌雄原核并融合 细胞分裂、分化 雌性输卵管 雌性输卵管和子宫 受精 小结：哺乳动物体内受精和早期胚胎发育规律 √ 考向1　胚胎发育过程 1．(2024·山东烟台模拟)下图为受精作用及早期胚胎发育示意图，下列叙述错误的是(　　)   A．①过程需依赖细胞表面糖蛋白识别 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 √ 2.高等哺乳动物受精后不久，受精卵开始进行细胞分裂。经桑葚胚、囊胚、原肠胚和组织器官的分化，最后发育成一个完整的幼体。如图是胚胎发育过程中某阶段示意图，有关叙述错误的是(　　) A．此时期之后的时期，表层细胞将发育为外胚层， 向内迁移的细胞形成内胚层，细胞增多，发生孵化过程 B．进行胚胎分割时，应选择该时期的内细胞团进行均等分割 C．①②依次为滋养层、内细胞团 D．高等哺乳动物细胞分化开始于囊胚期，终止于生命结束 三、胚胎工程技术及其应用 目前在医学和生产上应用较多的是___________________等。 体外受精、胚胎移植和胚胎分割 胚胎工程技术： 1、体外受精： (1)体外受精技术：主要包括卵母细胞的采集、____________和______等步骤。 精子的获取 　受精　 三、胚胎工程技术及其应用 1、体外受精： 目的：以利于精子获能 (提取纯度较高精子) 体外受精：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（即动物细胞培养的条件） (2)过程： 三、胚胎工程技术及其应用 1、体外受精： (3)体外受精的意义：体外受精技术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　 [易错提醒]　体外受精技术并非胚胎自始至终都在体外发育，而是胚胎发育的初期在培养皿或试管中，培养一段时间后需移植到母体内继续发育。 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都需在精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程； ②都是有性生殖 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： （4）拓展——自然受精、人工授精和体外受精的异同点 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： ①对象：通过体外受精及其他方式得到的________。 ②条件：________、______________相同的其他雌性动物。 ③供体：在胚胎移植中__________________的个体。 ④受体：在胚胎移植中__________________的个体。 ⑤结果：发育为新个体 ⑥地位：胚胎工程的最后一道“工序” ⑦实质：早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状保持不变。 胚胎　 同种的 生理状态 提供胚胎 接受胚胎 转基因、核移植等 (1)概念辨析： 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： （2）步骤： 供体 受体 a.包括_____、_____的选择和处理， b.配种或人工授精 c.胚胎的收集、检查、培养和保存 d.胚胎的移植，以及移植后的检查等步骤 ①供、受体选择标准是什么？ ②供、受体的处理？ 优良供体母牛 受体母牛 超数排卵处理 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (3)过程： a.对供体、受体的选择和处理： 供体：遗传性状优良，生产能力强 受体：有健康体质和正常繁殖能力 同期发情处理 供体、受体：同期发情处理 供体：超数排卵处理 胚胎移植前 ③同期发情处理的概念： 优良供体母牛 受体母牛 超数排卵处理 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (3)过程： a.对供体、受体的选择和处理： 同期发情处理 利用某些激素(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。 ④同期发情处理的目的： 使供、受体处于相同的生理环境，为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境（这是胚胎移植成功与否的关键) ⑤超数排卵的方法： 优良供体母牛 受体母牛 超数排卵处理 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (3)过程： a.对供体、受体的选择和处理： 同期发情处理 注射外源促性腺激素 诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 ⑥发情配种或人工受精： 方法：选择同种生产性能优秀的公牛进行发情配种或对母牛进行人工授精 优良公牛 b.发情配种或人工授精 ⑦胚胎的收集、检查、培养或保存： 优良供体母牛 受体母牛 优良公牛 超数排卵处理 b.发情配种或人工授精 c.收集胚胎并检查 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (3)过程： a.对供体、受体的选择和处理： 同期发情处理 冲卵 冲卵的目的:排出早期胚胎 用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来( 冲卵);冲卵后对胚胎进行质量检查、培养，胚胎应发育到桑葚胚或囊胚阶段 需长期保存的胚胎需冷冻保存；普通温度时移植较佳，鲜胚胎在体外培养4-8h 优良供体母牛 受体母牛 优良公牛 超数排卵处理 b.发情配种或人工授精 c.收集胚胎并检查 受体发情 d.移植胚胎 对受体进行妊娠检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 具有优良性状的后代 同期发情处理 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (3)过程： 冲卵 ⑧胚胎移植： 精子和卵子受精形成受精卵后需要发育到早期胚胎（桑葚胚或囊胚）才能移入母体子宫。 a.对供体、受体的选择和处理： 第一次是对收集的胚胎进行质量检查， 第二次是对受体母畜是否妊娠进行检查。　　　 ⑨两次检查的目的： 优良供体母牛 受体母牛 优良公牛 超数排卵处理 发情配种或人工授精 收集胚胎并检查 受体发情 移植胚胎 对受体进行妊娠检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 具有优良性状的后代 同期发情处理 ⑩受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？ ⑪产下犊牛性状取决于供体? 受体？ ⑫该图操作中繁殖方式？ 不会 取决于供体母牛和公牛 有性生殖 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (3)过程： 为胚胎继续发育提供了营养等方面的保障 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (4)胚胎移植的生理学基础： 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： (5)意义： 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。 供体 职能 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 受体 职能 三、胚胎工程技术及其应用 2、胚胎移植： （6）胚胎移植的三个关键环节 ！！用于移植的早期胚胎不一定是由受精卵发育而来。如核移植的早期胚胎由重构胚发育而来 ③胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。 ①移植胚胎必须在原肠胚之前进行，但不能直接移植受精卵。 ②移植胚胎的来源及生殖方式 38 三、胚胎工程技术及其应用 3、胚胎分割： (1)概念： 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。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一 (2)基础： 三、胚胎工程技术及其应用 3、胚胎分割： (3)主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪 (4)操作程序： 若分割囊胚阶段的胚胎时，要将内细胞团均等分割。 对于不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作不完全相同。 三、胚胎工程技术及其应用 3、胚胎分割： 进行DNA分析的目的是进行遗传病筛查，以防止产生的后代具有严重的遗传病；进行性别鉴定，是为了人工筛选后代动物的性别。 (4)操作程序： 三、胚胎工程技术及其应用 3、胚胎分割： (5)特点： 后代遗传性状相同。 (6)注意： 尽管胚胎分割技术已经在多种动物中取得成功，但仍存在一些问题，如刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹可能存在差异等。实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性是有限的，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，这成为提高家畜胚胎利用率的手段之一。 三、胚胎工程技术及其应用 3、胚胎分割： (7)意义： ①可以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。 提高胚胎的利用率 通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体 体外受精 早期胚胎发育 受体母牛 (代孕) 精子 卵子 胚胎移植 受精卵 早期胚胎 试管牛 胚胎移植 体外受精 早期胚胎培养 【试管动物】： 有性生殖 生殖方式： 试管牛 ≠ 克隆牛 体外 体内 克隆动物、试管动物与转基因动物的培育过程比较 比较项目 克隆动物 试管动物 转基因动物 实例 多莉羊 试管牛 转基因羊 概念 用核移植的方 法获得的动物 用体外受精的 方法获得的动物 由被转入了目的基因的受精卵发育成的动物 生殖方式 有性生殖 无性生殖 有性生殖 比较项目 克隆动物 试管动物 转基因动物 技术 核移植 体外受精 基因工程 遗传特性 主要与供核个体相同 具备双亲的遗传性状 具备受精卵及被转入的目的基因两方的遗传性状 过程 如图甲所示 如图乙所示 如图丙所示 相同点 三者均涉及体外胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑葚胚或囊胚期的胚胎 比较项目 克隆动物 试管动物 转基因动物   图甲 图乙 图丙 发育起点：分别是重构胚、受精卵、受精卵 （1）若要对囊胚期的早期胚胎进行性别鉴定，可取该时期的 细胞，分子水平的检测利用的是 技术，若出现阳性反应者，则胚胎为 性（填性别）；细胞水平的检测是 。 （2）通过早期胚胎培养处于桑椹胚或囊胚阶段的胚胎，可以采用 技术，培育得到多头相同性状的个体 （3）生殖方式：克隆动物为 ，试管动物技术为 ,胚胎分割为 。 滋养层 DNA分子杂交 雄 用显微镜观察染色体的形态和数目 胚胎分割和胚胎移植 无性生殖 有性生殖 无性生殖 稿定PPT 稿定PPT，海量素材持续更新，上千款模板选择总有一款适合你 02 1．(2022·高考全国卷甲)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__________________________________________________________；精子体外获能可将精子培养在人工配制的获能液中使其获能，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。 冷冻保存　 只有获能的精子才能和培养成熟的卵子完成受精过程(合理即可)　 肝素、Ca2＋载体(答出1点即可)　 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。 解析：哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。 有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸(答出3点即可)　 (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___________________ _________________________________________________________________。 解析：为了获得具有该公羊优良性状的后代，应先用相关激素对非繁殖期的受体母羊进行同期发情处理，再将保存的囊胚进行胚胎移植。 用相关激素对非繁殖期受体母羊进行同期发情处理→(将保存的囊胚进行)胚胎移植 $$