2.3.2胚胎工程技术及其应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节 胚胎工程 （第2课时） 胚胎工程技术及其应用 【本节聚焦】 1、胚胎工程技术主要包括哪些内 容?它们的原理分别是什么? 2、胚胎工程在生产实践中有哪些应用? 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 1 回顾 ⑤雌、雄原核融合， 受精卵形成 受精阶段 ①精子穿越卵细胞膜外结构 ②精子接触卵细胞膜 ③精子入卵 ④雌雄原核的形成 透明带反应 卵细胞膜反应 2 荷斯坦牛 【资料】 实际问题：牛的生育率虽然很低，一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。 科学发现：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。 情境导入 思考：那如何实现良种牛快速繁殖呢? “试管(牛)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 有性生殖 生殖方式？ 注意：试管动物 ≠ 克隆动物 【拓展】试管牛 VS 克隆牛 体外受精 核移植 早期胚胎培养 胚胎移植 试管牛 受精卵 克隆牛 比较项目 试管动物(婴儿) 克隆动物 技术基础 生殖类型 发育起点 遗传物质来源 体外受精、胚胎早期培养、胚胎移植 动物细胞培养、动物体细胞核移植、胚胎移植 有性生殖 无性生殖 受精卵 核移植后的重组细胞 亲本双方 主要来源于供核方 重构胚 5 01 体外受精 一、体外受精p60 卵巢 成熟培养 采集 新鲜或解 冻的精液 精子离心处理 获能精子 获能处理 体外受精 1.过程： 包括 、 和 等步骤 卵母细胞的采集 精子的获取 受精 适当的培养液 2.意义： 目的 培养到MⅡ期卵母细胞 除去精清，以利于精子获能 提高动物___________，为____________提供可用的胚胎。 繁殖能力 胚胎移植 7 02 胚胎移植 二、胚胎移植 p61 是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 1.概念： 转基因、核移植、体外受精等 2.供体和受体: 供体： 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 选择标准： 职能： 受体： 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 选择标准： 职能： 9 发情配种或人工授精 优良公牛 收集胚胎并检查 胚胎移植 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 优良供体母牛 受体母牛 超数排卵 ——————进行同期发情处理—————— 受体发情 发育到桑椹胚或囊胚阶段 (放入-196℃的液氮中保存) (一般用孕激素或雌激素) （注射促性腺激素） 直接注射性激素，通过负反馈调节会导致性腺萎缩。 确保供体和受体的生殖器官处于相同的生理状态，使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致 3.过程： 子宫内膜增厚 怎么收集？什么时候收集？ 超数排卵的目的是？如何处理？诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵细胞。注射外源促性腺激素。 同期发情处理的目的是什么？确保供体和受体的生殖器官处于相同的生理状态，使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，这是胚胎移植成功与否的关键。 胚胎移植前检查的目的？检查胚胎质量和发育时期 10 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 发情配种或人工授精 移植胚胎 收集胚胎并检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 对受体进行妊娠检查 具有优良性状的后代 4.繁殖方式？ 有性生殖 1.胚胎移植中的两次处理是什么？ 对供体和受体进行同期发情处理 用激素对供体母牛进行超数排卵处理 2.胚胎移植中的两次检查是什么？ 对受体母牛是否妊娠进行检查 对收集的胚胎进行质量检查 3.胚胎移植成功与否要有两个条件： ①一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。 ②进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。 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？ 不一定能， 一般情况下合格的胚胎应移植到同种、生理状态相同的受体子宫内，在移植前应对受体进行同期发情处理。目的是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。 【思考 讨论】 3．胚胎移植后，经受体孕育的后代，遗传特性与供体还是受体一致？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，其遗传特性在孕育过程中不发生变化。 胚胎存活的基础 胚胎移入的基础 胚胎发育的基础 6.地位： 5.意义： 胚胎工程的最终技术环节。 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。 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？ 答：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。 胚胎移植的实质 体外受精和胚胎移植·判断正误 (1)采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精(　　) (2)胚胎移植是胚胎工程中的最终技术环节，移植的胚胎一般在原肠胚之前， 也可直接移植受精卵(　　) (3)超数排卵需外源促性腺激素(　　) × √ × 不能直接移植受精卵; 使其发育到MⅡ期； 03 胚胎分割 早期胚胎具有很强的分裂能力，并保持着细胞的全能性，能不能将一个胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率？ 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 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 体视显微镜 显微操作仪 （1）理论基础：细胞的全能性。 （2）物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。 2.基础： 3.繁殖方式： 无性繁殖（克隆） 4.主要仪器设备： 体视显微镜、显微操作仪 分割工具: 分割针或分割刀 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。 三、胚胎分割 p62 囊胚 若没有均等分割，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。 (1)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。 (2)在显微镜下用分割针或分割刀分割，在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。 (3)分割后的胚胎可直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 5.分割过程： 三、胚胎分割p62 5. 过程： 19 分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。 1.胚胎分割是不是分割份数越多越好？ 2.分割囊胚期的胚胎做性别鉴定时应选取哪部分细胞进行鉴定？为什么？ 滋养层细胞 ①内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，如果取了内细胞团细胞，可能会影响胎儿以后的发育。 ②滋养层细胞和内细胞团细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂和细胞分化形成，具有相同的遗传物质。 进行DNA分析目的： 进行性别鉴定目的： 3.进行DNA分析和性别鉴定的目的是什么？ 人工筛选后代动物的性别，如获得母牛进行产奶。 进行遗传病筛查 做DNA分析， 鉴定性别 去向：直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 21 三、胚胎分割p63 4. 意义： ①促进优良动物品种的 。 ③在胚胎移植前，进行 等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。 ②产生的遗传性状 的后代是进行遗传学研究的宝贵材料； 繁殖 相同 性别鉴定、遗传病筛查 5. 局限性（资料卡）： 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。 22 项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物 相同点 不 同 点 胚胎的 来源 遗传 物质 起点 理论 基础 都属于无性繁殖，最终技术是胚胎移植 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 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 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 动物细胞的全能性 动物细胞核的全能性 23 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 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进行遗传学研究的宝贵材料； ③对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义 24 课堂检测p64 【概念检测】 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，苴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。（ ） × × × 25 课堂检测p64 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？ 可以对雌性杜泊羊进行超数排卵处理。 (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？ 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。 体外胚胎培养 胚胎移植 26 1.下图表示通过体外受精和胚胎移植培育牛的过程。下列叙述正确的是（ ） A.采集的精子不经处理就可以进行体外受精 B.②过程需要精子与卵子接触，完成信息传递 C.桑葚胚的形成是细胞分化的结果 D.④过程属于胚胎移植，图中的母体为供体 B 【现学现用】 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。 28 （3）如果A、B分别是取自优良奶牛的卵细胞和精子，在进行体外受精时，一般要把A细胞培养到什么时期? B细胞则要经过什么处理才能与A细胞结合为受精卵? 1.若下图表示细胞工程操作中的某些过程，请回答下列问题。 （1）如果A、B分别是白菜和甘蓝的原生质体，则C细胞再生出细胞壁后需要通过什么技术才能发育成杂种植株“白菜-甘蓝”?若白菜和甘蓝杂交产生了子代，该子代是否可育?为什么? 植物组织培养技术； 减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)； 复习与提高 B淋巴细胞； （2）若该图表示抗丙肝病毒的单克隆抗体制备过程中的一环，A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞表示什么?符合要求的C细胞应具有哪些特点? 能大量增殖并能产生抗丙肝病毒的抗体。 获能处理。 白菜和甘蓝杂交产生的子代没有同源染色体，进行减数分裂时联会发生紊乱，不能形成正常的配子，所以该子代一般不可育。 29 3. 在章首页中介绍的体细胞克隆猴的培育过程中，我国科学家经过多年的反复实验，可以在10s之内对卵母细胞进行去核操作，在15s之内将体细胞注入去核的卵母细胞里。有评论者认为：该研究的研究者利用“聪明的化学方法和操作技巧”，攻克了多年来导致体细胞克隆猴失败的障碍。培育克隆猴的流程如下图所示，请结合图回答问题。 复习与提高 30 （1）研究人员在将胎猴的体细胞注入去核的卵母细胞前，用灭活的仙台病毒进行了短暂处理。在此过程中，灭活的仙台病毒所起作用是什么？ 诱导细胞融合 （2）为了调节相关基因的表达，提高胚胎的发育率和妊娠率，研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理了它。这两种物质发挥作用的机制是什么？ 这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达。组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的去甲基化水平；组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。 复习与提高 31 （3）评论者所说的培育过程中用到的“聪明的化学方法和操作技巧”，你认为具体体现在什么地方？ “聪明的化学方法”是指对重构胚的处理用了TSA以及将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，这可以促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率。 “操作技巧”是指科学家经过大量的训练，能在10s内完成对卵母细胞的去核操作，能在15s内将体细胞注入去核的卵母细胞，这样迅速的操作减少了对卵母细胞的损伤。 复习与提高 32 在医学研究中通常需要用到遗传背景相似或相同的实验动物，这样实验组和对照组的比较才更具有说服力。 小鼠因其能快速地进行近亲繁殖，产生大量遗传背景相似的后代，而被广泛用作实验动物。但是小鼠与人的亲缘关系太远，很多在小鼠体内有效的候选药物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠体内存在的致病机制也不一定存在于人体内。由于猴与人的亲缘关系极近，培育大批具有相同遗传背景的克隆猴，对人类疾病致病机制的研究和新药的研发等具有重要意义。 特别是在脑研究方面，克隆猴的培育将大大促进人类脑疾病的研究和治疗。例如，我们可以培育一批“模型猴”标记它们的某一类神经元，追踪其神经连接，由于这些猴的遗传背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差异造成的大脑结构形状不一的问题。克隆猴的成功培育标志着我国在非人灵长类疾病动物模型研究方面处于国际领先水平。 （4）你认为体细胞克隆猴的成功培育有什么意义？ 33 2.2015年10月，我国科学家屠呦呦因发现青蒿素可以有效降低疟疾患者的死亡率而获得了诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素类药物的市场需求很大，请你根据所学内容及以下信息，提出一条提高青蒿素类药物产量的研究思路。 （1）青蒿素的衍生物——双氢青蒿素也是很好的抗疟疾药物，并且它的药物活性比青 蒿素的高很多； （2）青蒿素是从黄花蒿中提取的，在黄花蒿产生青蒿素的代谢过程中，某些酶（如 FPS酶）起决定性作用； 复习与提高 用基因工程技术将青蒿素基因或双氢青蒿素基因导入微生物，利用微生物合成青蒿素。 34 （3）野生黄花蒿在生长过程中，处于花蕾期时体内青蒿素含量最高； （4）研究人员在对黄花蒿进行组织培养时，发现它的愈伤组织中没有青蒿素，但是由 愈伤组织再分化形成的芽和苗中均有青蒿素； 用植物组织培养技术，将外植体脱分化形成愈伤组织，再诱导愈伤组织再分化成胚状体，获取青蒿素。 （5）四倍体黄花蒿体内青蒿素的含量比二倍体高38%，但四倍体植株比二倍体植株矮小很多。 用秋水仙素处理黄花蒿种子或幼苗使之成为四倍体，获取青蒿素。或采用其他合理方法。 35 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$