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 2.3.2 胚胎工程技术及其应用 1 1.简述体外受精的主要操作步骤。 2.简述胚胎移植的生理学基础和基本流程。 3.简述胚胎分割的概念。 一、学习目标 二、重点 1、胚胎工程的主要技术及其原理。 2、胚胎工程在生产实践中的应用。 三、难点 胚胎工程中胚胎移植的生理学基础和基本操作步骤。 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： 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 情境导入 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。 【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 重组细胞 5 一、体外受精 思考：自主阅读教材P60，思考下列问题: 1.体外受精技术主要包括哪几个步骤？ 2.卵母细胞的培养的目的是什么？ 3.离心的目的是什么？ 4.精子与卵细胞如何完成体外受精？ 5.受精卵如何培养？ 6 MII期卵母细胞 卵母细胞的采集 新鲜或解冻的精液 精子离心处理 精子的获取 受精卵培养 体外受精 哪里？ 1.过程： 包括 、 和 等步骤 卵母细胞的采集 精子的获取 受精 一、体外受精 在人工配制的获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。 培养条件:营养条件、无菌、无毒的环境、适宜的温度、pH和渗透压、适宜的气体环境 将精子培养在人工配制的获能液（肝素、Ca2＋载体）中使其获能 获能精子 卵巢 去除精浆（含有抑制精子获能的物质），提取纯度较高精子，以利于精子获能 。 目的 补充：卵母细胞的采集方法 方法一：输卵管采卵(冲取卵子)： 利用 促使雌性动物超数排卵，从输卵管中冲取卵子。适合实验动物(兔、鼠)以及家畜猪、羊等。 方法二：屠宰动物的卵巢采卵： 从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。适合大型动物或大家畜，如：牛、马等。 方法三：活体采卵(卵巢中)： 借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞。适合大型动物或大家畜，如：牛、马等。 促性腺激素 成熟卵子，可直接与获能精子受精。 体外培养至MⅡ，再与获能精子受精。 体外培养至MⅡ，再与获能精子受精。 8 方法 操作过程 适用动物 培养法 将精子放入人工配制的获能液中使其获能 啮齿动物、家兔及猪等动物 化学 诱导法 将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体中，用化学药物诱导精子获能 牛、羊等家畜 精子在进行体外受精前需要精子获能处理 精子的采集 补充：精子的采集和获能 假阴道法、手握法和电激法。 精子的获能 3.体外受精技术的意义 ①提高动物繁殖能力的有效措施 ②为胚胎移植提供可用的胚胎 4.比较自然受精、人工授精和体外受精 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 一、体外受精 10 D 例.试管动物技术是指通过人工操作使精子和卵子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后再经移植产生后代的技术。下列关于试管动物技术的叙述，不正确的是 A.该技术可以更多、更有效地利用动物卵细胞 B.运用该技术繁育后代的过程属于有性生殖 C.可实现优良品种的快速、大量繁殖 D.运用试管动物技术培育动物的过程全部在体外进行 后期在体内进行 11 例.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 例．下列有关人工授精、体外受精和自然受精的叙述，错误的是(　　 ) A．人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性 B．体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能 C．人工授精、体外受精的本质与自然受精不同 D．人工授精过程中的精卵结合发生在母畜体内，而体外受精中这一过程发生在体外培养液中 C 思考：受精卵体外培养到什么时期可进行胚胎移植？ 不同动物胚胎移植时间不同： 牛、羊： 小鼠： 试管婴儿： 桑葚胚或囊胚阶段 可在更早的阶段移植 8-16个细胞阶段 什么是胚胎移植？ 14 请同学们自主阅读教材P61-62，思考下列问题： 1，胚胎移植的概念？ 2，什么是供体和受体？对供，受体选择标准是？ 3，用关键词，箭头等构建胚胎移植的示意图 4，在胚胎移植前应对受体进行怎样处理？目的是？ 4，如何进行超数排卵？目的是？ 5，进行胚胎移植的优势是什么？ 6，胚胎移植的生理学基础是？（P62 思考与讨论） 二、胚胎移植 1. 胚胎移植的概念： 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 ，生产能力 。 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 和 任务 选择标准： 职能： 2. 胚胎移植的实质： 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 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 优良 强 妊娠 育仔 二、胚胎移植 优良供体母牛 受体母牛 同期发情处理 超数排卵 受体发情 利用某些激素（孕激素或雌激素）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。 （1）什么是同期发情处理？ 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。 （2）同期发情处理的目的是什么？ 诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵细胞。 （3）超数排卵的目的是？如何处理？ 3. 胚胎移植的过程： （4）为什么注射促性腺激素而不是性激素呢？ 直接注射性腺激素，通过负反馈调节会导致性腺萎缩。 注射外源促性腺激素。 优良供体母牛 受体母牛 受体发情 超数排卵处理 发情配种 或人工授精 优良公牛 收集胚胎并检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 胚胎移植 对受体进行妊娠检查 具有优良性状的后代 同期发情处理 (雌激素、孕激素) （5）提供精子的公牛如何选择？ 3. 胚胎移植的过程： （6）如何收集胚胎？ 冲卵：是指用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，将供体母畜子宫或输卵管中的胚胎冲洗出来。 （7）胚胎移植前检查的目的？ 检查胚胎质量和发育时期 桑葚胚或囊胚， 若没发育到适合移植的阶段，还要进行胚胎培养。 冷冻保存：短期→在0~5℃培养液中可存活12~20h。 长期→液氮中保存。 （遗传性状优良，生产能力强）供体母牛 （有健康体质和正常繁殖能力）受体母牛 多种激素同期发情处理 促性腺激素 超数排卵 供体公牛 发情配种或 人工受精 收集胚胎并检查 胚胎移植 妊娠检查 分娩 （胚胎移植的犊牛） ②进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。 1.该过程中两次使用激素： 第一次对受、供体进行同期发情处理（雌激素或孕激素）； 2.该过程中的两次检查： 第一次对收集的胚胎进行检查； 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。 第二次用于供体的超数排卵（促性腺激素）。 第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。 总结胚胎移植过程 1.将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？ 2.受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？ 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？ 不一定，需要移植到同种的、生理状态相同的受体体内。同期发情处理。 基本不会 和供体保持一致。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。其遗传物质在孕育过程中不会发生任何变化。 思考讨论—胚胎移植的生理学基础 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。 思考讨论—胚胎移植的生理学基础 生理学基础 意义 胚胎移入 为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境 胚胎收集 为胚胎的收集提供可能 移入胚胎 存活 为胚胎在受体内存活提供了可能 保留胚胎遗传特性 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 免疫排斥反应 相同 游离 遗传物质 总结：胚胎移植的生理学基础 同种动物的供、受体排卵后(同期发情)生殖器官的生理变化是_______的 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_______状态 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生_________________ 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，其_________不会发生改变 a.胚胎移植一般应在同种雌雄供体和受体之间进行。这里的“同种”是指“同物种”。 b.胚胎移入受体子宫的位置应该与其在供体子宫内的位置相同或相似。 【注意】 （1）充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力； 4.意义： （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 （2）缩短供体繁殖周期,增加一生繁殖后代数量。 二、胚胎移植 地位：胚胎工程的最终技术环节。 例.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 例.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 代孕母体仅为植入的胚胎提供营养物质及适宜的发育环境，一般不会影响其遗传特性 25 思考：你能想到进一步提高荷斯坦奶牛的繁殖率的思路吗？ 内细胞团 内细胞团分开，形成一模一样的双胞胎 同卵双胞胎的形成示意图 可以分割胚胎，让其各自发育成新的个体。 26 1.什么是胚胎分割？需要什么设备？ 2.什么时期的胚胎适合分割，分割时需要注意什么？ 3.胚胎分割的理论依据是什么？特点、对象？胚胎分割有什么应用？ 4.胚胎分割有哪些优点和不足？ 请同学们自主阅读教材P62-63，思考讨论下列问题： 三、胚胎分割 27 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 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。 来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，可产生遗传性状相同的后代。 3.特点: 可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。 三、胚胎分割 4. 胚胎分割的设备： 显微操作仪 体视显微镜 分割刀 分割针 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。 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，或经体外培养到囊胚阶段后，再移植给受体。 胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等。 三、胚胎分割 5.过程： 进行DNA分析目的：进行遗传病筛查，以防止产生的后代具有严重的遗传病 29 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 6. 意义 三、胚胎分割 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。 应用胚胎分割技术获得的三卵六羔羊 7.胚胎分割技术的发展 三、胚胎分割 8. 胚胎分割的局限性： 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。 胚胎分割动物 体细胞核移植动物 相同点 不 同 点 胚胎的来源 遗传物质 起点 理论基础 都属于无性生殖，都需要进行胚胎移植等 雌性动物体内的早期胚胎或通过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(重构胚) 胚胎分割动物具有相同的遗传物质，亲本提供的核遗传物质一样多 克隆动物的核遗传物质由供体细胞核提供 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 【拓展】胚胎分割动物和体细胞核移植动物的异同 例．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 例.下图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程，下列相关说法正确的是( )   A.①代表体外受精，与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能 B.②代表早期胚胎培养，该过程中细胞进行有丝分裂，无细胞分化 C.③代表胚胎分割，需均等分割桑葚胚的内细胞团，以免影响胚胎发育 D.为选育出能泌乳的母奶牛，移植前需从胚胎的滋养层部位取样，做DNA 分析鉴定性别 D 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。 35 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 $$