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

第二章 细胞工程 第三节 胚胎工程 2.3.2胚胎工程技术及其应用 第二章 细胞工程 第三节 胚胎工程 2.3.2胚胎工程技术及其应用 新课标 核心素养 1.简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。 2.运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。 3.认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。 1.科学思维——构建胚胎移植技术繁育良种种畜的流程图。 2.社会责任——关注试管动物技术在促进家畜快速繁殖中的应用。关注胚胎工程与畜牧业发展。 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，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢?遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢? 良种荷斯坦奶牛 从社会中来 快速、大量繁育荷斯坦奶牛的简单思路： 荷斯坦奶牛 荷斯坦奶牛 收集精子 收集卵子 受精卵 体外受精 早期胚胎 子宫 胚胎移植 两个或多个 胚胎 胚胎分割 方法 场所 是否培养 小型动物 大型动物 输卵管 卵巢 借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜 否，直接与获能的精子受精 是，需培养至 MⅡ中期 注射促性腺激素 ①卵母细胞的采集和培养 一、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 摘取卵巢 应用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况更多的成熟卵子。 垂体 促性腺激素 分泌 (+) 卵巢中卵泡 发育成熟 排卵 超数排卵 新鲜或解冻的精液 精子离心处理 获能精子 精子离心处理的目的： 精液由精子和精清两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质。精子获能前进行离心处理，目的是除去精清以利于精子获能。 取沉淀进行获能处理 ②精子的获取和获能处理 一、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 置于适当的培养液中共同培养一段时间，促使它们完成体外受精。 受精卵培养 获能精子 MⅡ期 卵母细胞 ③体外受精 一、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 试管动物: 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。 个体 精子 卵子 受精卵 体外受精 早期胚胎 子宫 胚胎移植 早期胚胎发育 一、体外受精 2.意义： 是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎。 如何提高胚胎的利用率？ 对早期胚胎进行分割，经移植获得同卵双胎或多胎。 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 理论基础： 早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性 采用________将_________切割成___________________等，经移植获得_______________的技术。 二、胚胎分割 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.繁殖方式： 无性繁殖（克隆） 3.主要仪器设备： 体视显微镜、显微操作仪 体视显微镜 显微操作仪 分割工具: 分割针或分割刀 4.适合分割的胚胎： 发育良好的、形态正常的 桑葚胚或囊胚 5.注意事项： 分割囊胚时，要将内细胞团均等分割 6.分割后胚胎去向： 直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体 若不能将内细胞团均等分割，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。 7.过程： 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 盛有操作液的培养皿中，在显微镜下分割 已知性别胚胎 牛胚胎性别鉴定和分割示意图: 技术：DNA分子杂交技术 原理：碱基互补配对原则 思考：可否通过显微镜观察MⅠ四分体时期，从而判断性别？ 不行，此时胚胎不进行减数分裂。 对内细胞团不均等分割会导致发育能力不同，会影响胚胎的恢复和进一步发育 11 胚胎分割动态演示 8.胚胎分割的优点 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 9.胚胎移植的局限性 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。 体外受精 体内受精(配种) 核移植 胚胎分割 早期胚胎 有性 生殖 无性 生殖 思考：用于胚胎移植的胚胎有哪些来源？ 早期胚胎 早期胚胎 早期胚胎 胚胎 移植 1.概念： 指将通过___________________得到的胚胎，移植到_______、____________的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 体外受精及其他方式 同种的 生理状态相同 （1）胚胎来源： 体外受精及其他方式得到的胚胎 体内受精、转基因技术（转入目的基因的受精卵）、 动物细胞核移植技术、胚胎分割技术等 （2）供体和受体 供体： 提供胚胎的个体 选择标准： 遗传性状优良，生产能力强 职能： 产生具有优良遗传特性的胚胎 受体： 接受胚胎的个体 选择标准： 职能： 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 三、胚胎移植 胚胎移植主要包括_____、_____的选择和处理，_____或人工受精，胚胎的_____、_____、培养和保存，胚胎的移植，以及移植后的_____等步骤。 供体 受体 配种 收集 检查 检查 2.过程： 优良供体母牛 优良公牛 （遗传性状优良，生产能力强） 受体母牛 （有健康体质和正常繁殖能力） 具有优良性状的后代 进行同期发情处理 超数排卵 受体发情 发情配种或人工受精 移植胚胎 收集胚胎并检查 对受体进行妊娠检查 （以牛的胚胎移植为例） 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 （激素处理） （促性腺激素） （发育到囊胚或桑葚胚） 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。 思考：产下的犊牛性状、性别取决于谁？ 性状：取决于供体母牛和公牛 性别：取决于公牛提供的精子类型 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，使之在预定时间内集中发情。 冲卵后，对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应该发育到桑椹胚或囊胚阶段。 若没有发育到适合移植的阶段，还要进行胚胎的培养。 将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存。 16 受体 供体 （1）对供体和受体母牛进行选择，并用激素进行同期发情处理 （2）供体母本用促性腺激素处理使之超数排卵 （3）超数排卵的母牛发情后，选择 同种优良的公牛进行发情配种或人工授精。 （4）配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宮或输卵管内的胚胎冲洗出来（也叫冲卵） （5）冲卵后，对胚胎进行检查。这时的胚胎应该发育到桑椹胚或囊胚阶段。 （6）将收集的胚胎直接向受体移植或放入 -196℃的液氮中保存。 （7）手术法:引出受体子宫和卵巢,将胚胎注入子宫角,缝合创口。 （7）非手术法:将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。 （8）对受体母牛进行是否妊娠检查。 （9）受体母牛生下胚胎移植的小牛犊。 2.过程： 17 3.实质： 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 4.地位： 胚胎工程的最终技术环节。 5.意义： ①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。 对供体施行________处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代，使供体生产下的后代数量是自然繁殖的十几倍到几十倍。 超数排卵 ②胚胎移植作为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。 三、胚胎移植 胚胎移植的生理学基础 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； 一般情况下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 在胚胎移植前应该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，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? 遗传特性与供体保持一致，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任何变化 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； 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 胚胎移植的生理学基础总结 排卵后，同种动物的供、受体生殖系统的生理变化是相同的。为胚胎移植入提供基础。 早期的胚胎处在游离状态。为胚胎收集提供了可能。 胚胎可与受体子宫建立联系，但不改变遗传特性。 受体对外来胚胎不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内的存活提供可能。 如何使供、受体达到相同的生理状态？ 处理：进行同期发情处理 目的：为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境。 1)胚胎环境： 2)胚胎收集： 3)胚胎存活： 4)遗传特性： 有性生殖 无性生殖 体细胞 重构胚 体外早期胚胎培养 （代孕）母牛体内 普通牛，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 去核的卵母细胞 去核 高产奶牛（供体） 克隆牛 胚胎移植 分娩 核移植 动物细胞培养 胚胎移植 高产奶牛 采集卵母细胞 卵母细胞，体外培养至MⅡ期 优良性状公牛 精子采集 精子体外获能 体外受精 体外早期胚胎的培养 （代孕）母牛体内 试管牛 分娩 受精卵 动物细胞培养 思考：请分别写出克隆动物与试管动物的流程，两者的生殖方式是否相同？两者用到的技术手段有何异同？ 【典例】爱德华兹以他在体外受精技术领域做出的开创性贡献而获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。关于体外受精技术的叙述正确的是(　　) A.获取的精子经获能后才能进行体外受精 B.采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵 C.精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫 D.精子与卵子相遇后，精子会释放多种水解酶，防止多精入卵 A 解析　获取的精子经获能后才能进行受精，A正确；直接从卵巢中采集的卵母细胞要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，B错误；成熟的卵子与收集来的精子相遇形成受精卵，需培养到一定阶段才可移植，C错误；主要通过透明带反应和卵细胞膜反应两道屏障防止多精入卵，D错误。 23 【典例】下列关于胚胎移植的叙述错误的是(　　) A.在胚胎移植中提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体” B.胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程 C.胚胎移植是胚胎工程其他技术的第一道“工序” D.胚胎移植能否成功，与供体和受体的生理状态有关 C 【典例】对胚胎分割技术的叙述错误的是(　　) A.胚胎分割技术已在多种动物中取得成功 B.采用胚胎分割技术产生的同卵多胎的可能性是有限的 C.分割的胚胎直接移植给受体或在体外培养到囊胚阶段再移植到受体内 D.对移植的胚胎进行性别鉴定时，应选取囊胚期内细胞团的细胞进行鉴定 D 解析　胚胎分割技术已在多种动物中取得成功，A正确；实践证明，采用胚胎分割技术产生的同卵多胎的可能性是有限的，到目前为止，最常见的是经胚胎分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例都很小，B正确；分割的胚胎直接移植给受体或在体外培养到囊胚阶段再移植到受体内，C正确；对移植的胚胎进行性别鉴定时，应选取囊胚期滋养层的细胞进行鉴定，D错误。 25 【典例】科学家运用不同的生物工程技术培育具有优良性状的牛，下列说法不正确的是(　　) A.体外受精等技术可培育出与母本遗传物质相同的试管牛 B.核移植等技术可培育具有亲本优良性状的克隆牛 C.胚胎分割等技术可提高优良牛胚胎的利用率 D.胚胎移植等技术可充分发挥优良雌性个体的繁殖潜力 A 解析　体外受精经过精子和卵细胞的结合，故试管牛的遗传物质与母本不同，只含有母本一半的核基因，A错误；核移植属于无性繁殖，可培育具有亲本优良性状的克隆牛，B正确；胚胎分割可以把胚胎分为若干份，经移植可以获得同卵双胎或多胎，可提高优良牛胚胎的利用率，C正确；胚胎移植中，供体母牛只需要提供有优良性状的胚胎，育仔的任务由受体取代，可充分发挥优良雌性个体的繁殖潜力，D正确。 26 【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：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 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 (1)从动物卵巢中获得的卵母细胞需要进行成熟培养到卵细胞阶段，才能进行体外受精。( ) 解析：从动物卵巢中获得的卵母细胞需要进行成熟培养到M Ⅱ期，才能进行体外受精。 (2)体外受精和核移植都能为胚胎移植提供可用的胚胎。( ) (3)胚胎移植技术中，提供精子的一方为供体，提供卵母细胞的一方为受体。( ) (4)胚胎移植时，可以将早期胚胎移植入生理状况相同的异种雌性动物体内。( ) × √ × × 【基础过关】 (5)同一胚胎经分割产生的双胎或多胎，含有相同的遗传物质。( ) (6)桑葚胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割移植。( ) 解析：用于分割的胚胎应是发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。 (7)对桑葚胚分割移植时，应将内细胞团均等分割。( ) 解析：桑葚胚还没有内细胞团和滋养层的分化。 (8)用于分割的胚胎是由体外受精产生的受精卵发育而来，所以胚胎分割技术是一种动物有性生殖的繁殖方法。( ) 解析：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。 (5)分割后的胚胎，不能直接移植给受体，往往需要经过体外培养后才能移植给受体。( ) 解析：分割后的胚胎，可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 √ × × × × 【当堂检测】 1.可以与获能精子进行体外受精的卵母细胞需要培养到(　　) A.MⅠ期 B.MⅡ期 C.桑葚胚期 D.囊胚期 B D 2.发展试管动物技术具有重要意义，下列有关叙述错误的是(　　) A.试管动物技术可解决动物生育率低的问题 B.试管动物技术可以更多、更有效地利用动物卵母细胞 C.试管动物技术可以通过普通家畜繁育良种家畜 D.试管动物技术不能实现家畜的快速繁殖 解析　卵母细胞要培养到MⅡ期时才可以受精，因为MⅡ期卵母细胞细胞核、细胞质已成熟，而MⅠ期卵母细胞细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育。解析　试管动物技术能够将优良品种的雌雄生殖细胞体外受精并发育成大量胚胎，然后将这些胚胎移植到普通个体子宫内发育，从而实现家畜的快速繁殖，也能够解决动物生育率低的问题。 30 3.下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是(　　) A.采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理 B.体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植 C.使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应 D.利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高 A 解析　用促性腺激素对良种奶牛进行注射处理，可促使其超数排卵，A正确；进行移植的胚胎是桑葚胚或囊胚，B错误；受体对移植的胚胎几乎不发生免疫排斥反应，因此无需使用免疫抑制剂，C错误；利用胚胎分割技术，同卵双胎较同卵多胎成功率更高，D错误。 31 4.中国科学家利用猕猴体细胞的细胞核移植和胚胎移植技术，最终培育出体细胞克隆猴“中中”和“华华”，过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) C A.核移植获得的克隆猴体细胞的染色体数目是核供体的一半 B.重组细胞体外培养发育到原肠胚阶段即可进行胚胎移植 C.为获得更多克隆猴可在胚胎移植前对胚胎进行分割 D.利用某一胚胎的干细胞进行多组核移植，理论上产生的雌雄动物数量比为1∶1 5.Leigh氏综合征是一种攻击神经系统的严重神经障碍，其致病基因位于线粒体DNA中。一位母亲约有1/4的线粒体携带有这种致病基因，她的前两个孩子因为患有Leigh氏综合征而夭亡。她的第三个孩子因为接受另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。请根据男婴孕育过程回答下面的问题： (1)该母亲的前两个孩子患病夭亡的原因是_____________________________ _________________________________________________________。 该健康男婴孕育过程中依次使用了________、体外受精、早期胚胎培养和______________等技术。 该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全部来自卵细胞，导致前两个孩子患病夭亡 核移植 胚胎移植 解析　(1)依据题干信息，其致病基因位于线粒体DNA中，该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全部来自卵细胞，导致前两个孩子患病夭亡。为了生育健康的孩子，该健康男婴孕育过程中依次使用了核移植、体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。 (2)该母亲的卵细胞是提供细胞核的卵细胞，即图示中的B。取卵之前，该母亲需要注射促性腺激素。 (3)进行胚胎移植，细胞必须要发育到桑葚胚或囊胚。 (4)因为男性的线粒体不会遗传给后代，为使后代的后代尽可能不患病，在胚胎孕育过程中医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育。 33 (2)图示过程中代表该母亲卵母细胞的________(填“A”或“B”)。取卵之前，该母亲需要注射________激素。 (3)将受精卵移入发育培养液中继续培养至桑葚胚或________，再进行胚胎移植。 (4)在胚胎孕育过程中医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育原因是______________________________________________________________。 B 促性腺　 囊胚 因为男性的线粒体不会遗传给后代 $$