2.3.2 胚胎工程（第2课时 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（2019）选择性必修3

国产奶牛：年均产奶量3000公斤左右 国际良种奶牛：年均产奶量10000公斤左右 我国蒙古黄牛：均重300Kg 海福特肉用牛：2岁体重可达800盹 荷斯坦牛 1、引进一头良种成年奶牛需3万---5万元 2、一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。 实际问题: 牛的生育率虽然很低，但是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）；公牛平均每次射精5ml,精子数50亿。 那如何实现良种牛快速繁殖呢? 母牛其实是有很强的生殖潜能的，只是没有激发出来。 奶业现状 发现契机: 从社会中来 海福特牛 1982年世界首例“试管牛” 犊问世,我国首例转基因试管牛“滔滔”于1999年2月19日在上海诞生。试管牛(动物)”是什么？“试管牛(动物)”是如何生产的？ 视频：试管牛的工厂化生产 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 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？ 阅读课本P60-63，思考以下问题： 自主探究 1、试管动物是什么？“试管牛”是如何生产的？ 2、体外受精技术主要包括哪几个步骤？有何意义？ 3、胚胎移植的概念、胚胎来源、移植条件、实质是什么？ 4、什么是供体和受体？供体和受体的选择标准和职能分别是什么？ 5、胚胎移植的过程。 6、胚胎移植的意义和地位是什么？ 7、胚胎分割的概念、理论依据、特点、主要仪器、对象及操作、意义？ 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 受体母牛 子宫(代孕) 试管动物 体外受精 胚胎早期发育 胚胎移植 试管动物是什么？“试管牛”是如何生产的？ 一、体外受精 1、试管动物 概念： 过程及相关技术： 比较试管动物和克隆动物 试管动物 克隆动物 发育起点 生殖方式 技术手段 遗传物质 遗传规律 受精卵 重组细胞 有性生殖 无性生殖 体外受精、胚胎早期培养、胚胎移植 动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养、胚胎移植动物、体细胞核移植 来自2个亲代 主要来自核供体 遵循 不遵循 注意：试管动物 ≠克隆动物 一、体外受精 2、体外受精的步骤 体外受精技术主要包括哪几个步骤？有何意义？ 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 采集培养 获能处理 适当的培养液 体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。 目的：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。 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。 3.体外受精的意义: ②为胚胎移植提供可用的胚胎 ①提高动物繁殖能力的有效措施 任务一：体外受精 1.精子获能处理前为什么要进行离心处理?   2.从卵巢中采集的卵子为什么不能与获能的精子直接受精?   3.受精过程体现了细胞膜的哪种功能和哪种特性?   4.试管动物技术属于有性生殖还是无性生殖?为什么? 5.体外受精技术为何能提高优良动物的繁殖潜力? 合作探究【议】 精液由精子和精清两部分组成，精清中含有能抑制精子获能的物质，一般情况下精液中的精子无法获能。离心目的是除去精清，以利于精子获能。 卵巢中的卵子不成熟，需培养到MⅡ期才具有受精能力。 受精过程体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能，体现细胞膜具有流动性的结构特性。 有性生殖；其过程是精子和卵子在体外受精形成受精卵，再将受精卵发育成的早期胚胎移植到受体子宫中。 可以选择优良的精子和卵子进行结合，提高受精率，并通过胚胎移植技术增加优良动物的繁殖数量。 二、胚胎移植 胚胎移植的概念、胚胎来源、移植条件是什么？ 1、胚胎移植概念 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。 概念: 胚胎来源: 移植条件: 体外受精、转基因技术、动物细胞核移植技术、胚胎分割等 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 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 什么是供体和受体？供体和受体的选择标准和职能分别是什么？ 同种的、生理状态相同 2.过程： 优良供体母牛 受体母牛 受体发情 同期发情处理 超数排卵处理 发情配种 或人工受精 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 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 优良公牛 （遗传性状优良，生产能力强） （有健康体质和正常繁殖能力） 冲卵 二、胚胎移植 桑葚胚或囊胚 胚胎移植主要包括 ①供体、受体的选择和处理 ②配种或人工授精 ③胚胎的收集、检查、培养和保存 ④胚胎的移植 ⑤移植后的检查等步骤。 1.同期发情处理的目的是什么？ 使供受体处于相同的生理环境，这样受体对移入的供体胚胎不会发生免疫排斥反应。 3.超数排卵的目的是什么？如何进行超数排卵？ 诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 注射外源促性腺激素。 4.冲卵的卵、冲卵的目的是什么？ 冲卵的卵指早期胚胎，目的是冲出早期胚胎。 2.如何同期发情处理？ 注射雌激素或孕激素； 5.胚胎移植的时期？没有移植的胚胎如何保存? 不同动物胚胎移植时间不同,牛、羊一般是桑葚胚或囊胚阶段。未移植的胚胎冷冻保存。 产下的子代性状取决于父本和供体，性别取决于父本。 6.后代的形状和性别由谁决定？ 合作探究（议） 7、胚胎移植过程中几次使用激素？目的分别是什么？ 第一次对受、供体进行同期发情处理（雌激素或孕激素）；第二次用于供体的超数排卵（促性腺激素）。 第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体是否妊娠进行检查。 9.胚胎移植成功的条件？ ①一般在同种雌性供体和受体之间进行。②胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。 8、胚胎移植过程中几次检查？目的分别是什么？ 任务二：胚胎移植 思考讨论：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。(移入胚胎存活的基础) 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? 胚胎移植后，经受体孕育的后代的遗传特性与供体保持一致（保留遗传特性的基础）。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。 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。（胚胎移入的基础） 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。 3.生理学基础： 二、胚胎移植 实质： 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 项目 自然受精 人工授精 体外受精 不同点 过程不同 场所不同 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 比较自然受精、人工授精和体外受精 4.意义和地位 二、胚胎移植 ①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力； ②供体产生具有优良遗传特性的胚胎，受体承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务，大大缩短供体本身的繁殖周期; ③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，增加供体一生繁殖后代数量。 地位： 胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。 胚胎移植的意义和地位是什么？ 意义： 课后练习（检） 1、牛胚胎移植的基本程序如图所示，下列说法错误的是（ ） A.供体母牛的主要职能是产生具有优良性状的胚胎 B.图中a指的是超数排卵，可用激素促进该过程 C.图中c表示胚胎移植 D.应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的输卵管中 D 2、下列有关牛胚胎移植技术的叙述，不正确的是（ ） A.供体牛应选择具有人类所需优良性状的个体 B.受体牛必须具有正常的孕育、生殖后代的能力 C.胚胎移植前要对受体母牛进行同期发情处理 D.在孕育过程中，移入胚胎的遗传特性受代孕母体的影响 D 4．南京农业大学等的研究人员利用混合体细胞核移植技术成功克隆出苏淮猪“龙凤胎”。该技术的基本流程是：①选取4头猪，其中苏淮猪和二花脸猪每个品种中公、母各一头，分离其体细胞并冷冻保存；②从其他母猪卵巢中获得卵母细胞，在体外进行成熟培养后去除其细胞核，再将①中两个品种、不同性别猪的复苏体细胞分别注射到卵母细胞中形成重构胚，最终，每个品种的每个性别培育了大约250个胚胎，共计1000多个胚胎；③将这些胚胎混合移植到5头大白母猪输卵管内，最终成功生下了14头苏淮小猪，但没有获得二花脸猪。下列有关叙述错误的是（ ） A．实验时，不需要给苏淮母猪注射促性腺激素，但通常需要给大白母猪注射孕激素 B．从卵巢中获得的卵母细胞需要培养到 MⅡ期，对其去核时常采用显微操作法 C．克隆出的苏淮猪的性别、遗传物质均只与提供体细胞的苏淮猪有关 D．没有获得二花脸猪的后代，可能与其胚胎发育时竞争能力较弱有关 C 3．体外受精和胚胎移植都是医学和农业生产上应用较多的胚胎工程技术，相关叙述正确的是（ ） A．从卵巢采集的卵母细胞可以直接用于体外受精 B．可以用子宫液、子宫内膜提取液等在体外培养精子使其获能 C．经过胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体保持一致 D．进行胚胎移植前，要对供体和受体进行免疫检查，以防止发生免疫排斥反应 B 课后练习（检） 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 你知道同卵双胞胎怎么来的吗？ 你能想到进一步提高荷斯坦奶牛的繁殖率的思路吗？ 同卵双胞胎 一个受精卵胚胎一分为二 形成一模一样的双胞胎 异卵双胞胎 两个卵细胞分别受精 形成不同的双胞胎 1978年，科学家将小鼠的桑椹胚一分为二，获得了成功。 1979年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。 20世纪80年代后，人们建立了系统的胚胎分割法，并相继得到1/4和1/8分割胚胎后代。 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 三、胚胎分割 胚胎分割的概念、理论依据、特点、主要仪器、对象及操作、意义？ 三、胚胎分割 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。 1.概念： 2.理论依据: 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。 3.特点: 显微操作仪 体视显微镜和显微操作仪 体视显微镜 4.主要仪器设备: 分割刀 分割针 三、胚胎分割 选择发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。移入盛有操作液的培养皿中，在显微镜下用分割针或分割刀操作。 分割囊胚时注意将内细胞团均等分割，防止影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 桑葚胚 囊胚 5.对象及操作 (1)提高胚胎利用率，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)胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查，对于人工控制动物性别，繁育健康动物后代具有重要意义。 三、胚胎分割 6.胚胎分割的意义和局限性 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。 局限性: 任务三：胚胎分割 1.应选择发育到什么阶段的胚胎进行胚胎分割?原因是什么?   2.对囊胚阶段的胚胎进行分割时,为什么要将内细胞团均等分割?   3.DNA分析鉴定目的是什么？ 4.进行性别鉴定时应选择什么细胞?为什么选这种细胞?   5.为了获得更多的胚胎,能否把胚胎多分割几份?分割完的胚胎能否直接移植? 桑葚胚或囊胚;桑葚胚或囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性。 内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，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。 选取滋养层细胞。①滋养层细胞发育成胎盘和胎膜，不发育胎儿的组织或器官，不会对胎儿产生影响;②同时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。 合作探究（议） 不能分割份数过多，因为分割份数越多，移植成功率越低。 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。 胚胎分割动物与体细胞核克隆动物的联系 项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物 相同点 都属于无性繁殖或克隆，最终技术是胚胎移植 不 同 点 胚胎的 来源 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 遗传 物质 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 起点 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 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 课堂小结 1.胚胎分割技术是一种现代生物技术，下列关于这一技术的叙述正确的是（ ） ①胚胎分割是将早期胚胎任意分割成多份　②胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎　③胚胎分割技术属于无性繁殖，因此属于克隆　④胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎　　 A.①② B.②③ C.①③④ D.①②③④ B 2.下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述，错误的是(　　) A．精子在获能液中于37 ℃、5% CO2 条件下培养的目的是使精子获能 B．小鼠在特定光控周期条件下饲养，注射相关激素有促进超数排卵的作用 C．分割的胚胎细胞有相同的遗传物质，因此发育成的个体没有形态学差异 D．注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育 C　 3.如图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述不正确的是( ) A.甲所表示的细胞不一定是受精卵细胞 B.图中a过程包括桑葚胚、囊胚阶段 C.胚胎移植技术可以定向改变动物的遗传性状 D.图示过程使用了动物细胞培养、胚胎分割、胚胎移植等生物技术 C 课后练习（检） 4.胚胎工程中各种胚胎操作技术如图所示。下列分析正确的是(　　) A．从良种公牛体内获得的精子可以直接与获能的卵细胞结合受精 B．早期囊胚a、b、c基因型相同，但发育得到的个体表型不一定相同 C．d可直接移植给受体，得到小牛的途径属于有性生殖 D．胚胎移植时因代孕牛几乎对胚胎无免疫排斥，因此无需使用免疫抑制剂 D　 5．软骨发育不全为常染色体显性遗传病，基因型为HH的个体早期死亡。一对夫妻均为该病患者（Hh），希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。下列做法不正确的是（ ） A．注射促性腺激素促进超数排卵处理后进行体外受精 B．从囊胚中分离细胞，培养后检测基因型 C．根据检测结果筛选到基因型为hh的胚胎的概率为1/4 D．将胚胎培养至原肠胚期后移植到子宫 D 课后练习（检） 一、概念检测 1.判断下列表述是否正确。 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，其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查，以防止发生免疫排斥反应。( ) × × × 练习与应用 当地普通绵阳 杜泊羊 分娩 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请将图中的括号内的内容补充完整。 雌性杜泊羊 雄性杜泊羊 卵母细胞 精子 采集 采集 受精卵 体外受精 早期胚胎 （ ） 体外胚胎培养 （ ） 胚胎移植 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。 练习与应用 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。 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。 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? 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。 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? 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。 Lavf58.20.100 $$