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

该高中生物学课件聚焦胚胎工程技术及其应用，涵盖体外受精、胚胎移植、胚胎分割等核心内容。通过良种奶牛繁殖效率低的情境导入，引导学生从自然繁殖局限出发，逐步学习试管动物流程、各技术操作原理及注意事项，构建完整知识脉络。 其亮点在于融合情境探究与科学思维，如通过不同受精方式对比表格培养分析能力，结合胚胎分割中内细胞团均等分割的结构与功能观渗透生命观念，借冷冻胚胎保存濒危物种实例强化社会责任。助力学生提升科学探究能力，为教师提供系统教学资源，提高课堂效率。

2.3.2 胚胎工程技术及其应用 手术法移胚 胚胎分割 一头良种成年奶牛需3万---5万元，一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。牛的自然繁殖的速度太慢，不能满足生产需要。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。 创设情境 1982年世界首例“试管牛” 犊问世 1、“试管牛”是怎么回事？ 2、“试管牛”是应用哪些技术生产的？ 背景资料2： 试管动物: 是指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 胚胎工程技术 （二） 胚胎移植 （三） 胚胎分割 （一） 体外受精 2.3.2 胚胎工程技术及其应用 体外受精的步骤 卵母细胞的采集 精子的获取 受精 （一） 体外受精 卵巢中采集 体外培养成熟（MⅡ期卵母细胞） 从输卵管中采集的卵母细胞可直接受精 透明带 卵细胞膜 第一极体 促性腺激素处理排出更多卵子 超数排卵 体外培养 （一） 体外受精 1、卵母细胞的采集和培养 1．卵母细胞的采集：⑴超数排卵：对于实验动物如小鼠、兔，以及家畜猪、羊等采用的主要方法是；用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取成熟卵子可直接与获能精子受精。 ⑵从活体卵巢中采集卵母细胞 ：这种方法是借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。 在家畜中， 牛和马等大家畜常用超声波探测仪辅助取卵，其方法是用手从直肠把握卵巢，经阴道壁穿刺插入吸卵针，借助B型超声波图像引导，吸取大卵泡中的卵母细胞。有些国家已用于商业化生产。 ⑶从屠宰后母畜卵巢上采集卵母细胞 牛卵母细胞 牛卵巢 1．卵母细胞的采集：卵母细胞的采集方法通常有三种。 ⑴超数排卵：对于实验动物如小鼠、兔，以及家畜猪、羊等采用的主要方法是；用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取成熟卵子可直接与获能精子受精。在大家畜中，由于操作程序复杂，成本较高，很少使用。这种方法的关键是掌握卵子进入输卵管和卵子在输卵管中维持受精能力的时间，一般要求在卵子具有旺盛受精力之前冲取。 ⑵从活体卵巢中采集卵母细胞 ：这种方法是借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。 在家畜中， 牛和马等大家畜常用超声波探测仪辅助取卵，其方法是用手从直肠把握卵巢，经阴道壁穿刺插入吸卵针，借助B型超声波图像引导，吸取大卵泡中的卵母细胞。按照技术水平，一头健康母牛每周可获得5~10枚卵子。在家畜中，活体采集的卵母细胞一般要经成熟培养后才能与精子受精。这种方法对扩繁优良母畜具有重大意义，在有些国家已用于商业化生产。 ⑶从屠宰后母畜卵巢上采集卵母细胞：这种方法是从刚屠宰母畜体内摘出卵巢，经洗涤、保温（30℃~37℃）后，快速运到实验室，在无菌条件下用注射器或真空泵抽吸卵巢表面一定直径卵泡中的卵母细胞（牛卵泡直径要求3-10mm）也可对卵巢进行切片，收集卵母细胞。用此方法获得的卵母细胞多数处于生发泡期（GV期），需要在体外培养成熟后才能与精子受精。从废弃卵巢中采集卵母细胞的关键是注意卵巢的保温和防止细菌污染。因此卵巢从畜体摘取后须放入含有生理盐水或磷酸缓冲液（PBS）的保温瓶中；吸卵前卵巢要用生理盐水或PBS多次洗涤；所用溶液都要添加抗生素。 这种方法的最大优点是材料来源丰富，成本低廉，但确定母畜的系谱困难。 3．卵母细胞的成熟培养：由超数排卵采集的卵母细胞已在体内发育成熟，不需培养可直接与精子受精，对未成熟卵母细胞需要在体外培养成熟。培养时，先将采集的卵母细胞在实体显微镜经过挑选和洗涤后，然后放入成熟培养液中培养。家畜卵母细胞的成熟培养液普遍采用TCM199添加孕牛血清、促性腺激素、雌激素和抗生素成份。通常采用微滴培养法，微滴体积为50-200微升，每滴中放入的卵母细胞数按每5微升一个计算单位。卵母细胞移入小滴后，放入二氧化碳培养箱中培养，培养条件为39℃、100%湿度和5%二氧化碳的空气。牛的培养时间为20-24小时，卵丘卵母细胞复合体经成熟培养后，卵丘细胞层扩散靠近卵母细胞周围的卵丘细胞呈放射状排列，出现放射冠，用DNA特意性染料染色后，在显微镜下进行核相观察，可见卵母细胞处于第2次成熟分裂中期。 促性腺激素(GnH)包括卵泡刺激素(FSH)及黄体生成激素(LH) GnH的生理作用(1)FSH：①促进卵泡发育成熟，与LH一起促使雌激素分泌，进一步引起排卵。又能刺激卵泡液分泌增加，促进颗粒细胞的增殖。②协同睾酮促进睾丸精曲小管的生长及精子生成。 (2)LH：①参与FSH的促卵泡成熟，排卵。随后使卵泡转变为黄体，并促进雌激素及孕激素的合成分泌。②促使睾丸间质细胞增殖，并合成分泌雄激素，故LH又名促间质细胞激素(ICSH)。 2、精子的采集和获能 精子在进行体外受精前需要精子获能处理 新鲜或解冻的精液 离心获取精子 精子获能 肝素、Ca2+载体 获能液 注意：精子离心处理的目的是，去除精清中的抑制获能的物质。 体外受精 适当的培养液共同培养 受精卵培养 获能液或专用的受精溶液 获能的精子 培养成熟的卵子 3、体外受精 体外受精技术 提高动物繁殖能力的有效措施 1.起保温作用，使温度控制在合适范围内。 2.作为缓冲液，维持PH值。 3.促进细胞分裂，促进呼吸作用。 CO2培养箱 二氧化碳培养箱（ 95%空气和5% CO2 ）作用： 胚胎移植 采集卵母细胞 体外培养 采集精子 体外获能 体外受精 早期胚胎培养 受体牛 （时期： ） 1）超数排卵（试剂） 2）活体取卵 3）从屠宰的卵巢取卵 试剂 成熟的卵子 获能的精子 MII中期 方法 （1）体外受精 13 （2）胚胎的早期培养 精子和卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。 发育培养液成分： 两盐：无机盐、有机盐 两酸：氨基酸、核苷酸 两素：维生素、激素 动物血清 胚胎培养发育到适宜阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。 14 两盐：无机盐、有机盐 两酸：氨基酸、核苷酸 两素：维生素、激素 动物血清 葡萄糖、氨基酸、促生长因子、 无机盐、微量元素、动物血清等 动物细胞培养液成分： 发育培养液成分： （3）培养液成分比较 15 获能液： 受精溶液： 发育培养液： ①用培养法使精子获能； ②在获能溶液中完成受精作用； 是专门的，精子、卵子完成受精的溶液； 是进行早期胚胎培养的； （4）几种溶液作用比较 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、卵母细胞,在体外分别经处理后完成受精过程 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精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程;②都是有性生殖 （二） 胚胎移植 1、概念 是指将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的体内，继续发育为新个体的技术。 繁重而漫长的妊娠和育仔任务 产生具有优良遗传特性的胚胎 接受胚胎的个体 受体 提供胚胎的个体 供体 充分发挥雌性优良个体的繁殖能力 优势 1、供、受体的选择和处理 2、配种或人工受精 3、胚胎的收集、检查、培养或保存 4、胚胎的移植及移植后的检查等 生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代 胚胎移植的 基本程序： （二） 胚胎移植 2、实质： 3、胚胎移植的基本程序 （二） 胚胎移植 胚胎培养发育到适宜阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。 不同动物胚胎移植时间不同： 牛、羊： 小鼠、家兔： 试管婴儿： 桑椹胚或囊胚阶段 可在更早的阶段移植 8~16个细胞阶段 注：胚胎发育的主要场所是母体。 胚胎移植的步骤 遗传性状优良、 生产能力强 健康的体质、 正常的繁殖能力 优良公牛 供体 母牛 受体 母牛 超数排卵（促性腺激素) 发情配种或人工授精 受体发情 胚胎收集和检查 发育到囊胚或桑葚胚 同期发情 激素处理 胚胎移植实质是早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移。 培养或保存的胚胎 胚胎冷冻保存 是否妊娠 胚胎移植 移植后检查 优良性状的后代 母牛的发情周期中卵巢要经过卵泡期和黄体期两个期。两期交替、反复出现就形成了发情周期。但两期中的黄体期的控制对发情周期的控制是关健。 控制黄体的做法大体说来主要有两种，一种是施用孕激素，另一种是施用前列腺素来打断牛自然发情周期规律。利用孕激素孕酮及其类似物的效果在于连续使用使血液中的孕激素保持一定水平，抑制了卵巢上卵泡的生长发育和发情，老是处于人为的黄体期，有时卵巢上的黄体已经消失，这也意味着内源性激素水平下降，但由于外源性激素仍在起作用，母牛不会发情，这就等于延长了发情周期，推迟了发情期。第二种方法是利用前列腺素，如前列腺素F2。及其类似物。目的是溶解黄体降低孕酮水平，停止黄体期，促进脑下垂体促性腺激素的释放，使发情来临。这样就缩短了发情周期，使发情期提前到来。 母牛的生殖生理中卵巢的形状与机能起重要作用，母牛的发情周期中卵巢要经过卵泡期和黄体期两个期。两期交替、反复出现就形成了发情周期。但两期中的黄体期的控制对发情周期的控制是关健。牛群中的每头母牛都是处在发情周期的不同阶段，控制发情就是通过激素或药物处理控制黄体期黄体的寿命，使所有母牛发情周期调整到相同的阶段，达到同期化发情的目的。 控制黄体的做法大体说来主要有两种，一种是施用孕激素，另一种是施用前列腺素来打断牛自然发情周期规律。利用孕激素孕酮及其类似物的效果在于连续使用使血液中的孕激素保持一定水平，抑制了卵巢上卵泡的生长发育和发情，老是处于人为的黄体期，有时卵巢上的黄体已经消失，这也意味着内源性激素水平下降，但由于外源性激素仍在起作用，母牛不会发情，这就等于延长了发情周期，推迟了发情期。第二种方法是利用前列腺素，如前列腺素F2。及其类似物。目的是溶解黄体降低孕酮水平，停止黄体期，促进脑下垂体促性腺激素的释放，使发情来临。这样就缩短了发情周期，使发情期提前到来。 第一次对受、供体进行同期发情处理； 第二次用于供体的超数排卵。 第一次对收集的胚胎进行检查； 第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。 胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。 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： 2. 该过程中的两次检查： 3. 胚胎移植成功与否要有两个条件： 学科网原创 【归纳】 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； 第二次用于供体的超数排卵。 ②该过程中的两次检查： 第一次对收集的胚胎进行检查； 第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。 ③产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体牛， 性别取决于公牛提供何种类型的精子。 ④冲卵的含义是从子宫中冲出胚胎，而非冲出卵子。 冲卵 胚胎检查 检查胚胎的发育状况， 处于桑椹胚或囊胚时期 胚胎移植或保存 手术法移胚 已配种母牛，在右肋部切口，找到非排卵侧子宫角，再把吸有胚胎的注射器或移卵管刺入子宫角前端，注人胚胎；未配母牛在每侧子宫角各注入一个胚胎；然后将子宫复位，缝合切口。 非手术法移胚 在发情后第六至第九天(即胚泡阶段)进行，过早移植会影响受胎率。采用胚胎移植枪和0．25毫升细管移植的效果较好。将细管截去适量，吸入少许保存液，吸一个气泡，然后吸人含胚胎的少许保存液，吸人一个气泡，最后再吸取少许保存液。将装有胚胎的吸管装入移植枪内，通过子宫颈插入子宫角深部，注入胚胎。 胚胎移植 不受时间地域限制，节省购买种畜的费用。 利用胚胎冷冻技术，建立胚胎库，保存品种资源和濒危物种。 胚胎移植现场 世界首例冷冻胚胎克隆水牛“盼盼” 与“代孕妈妈” 盼盼”在植入娘胎之前，在实验罐度过了2个月的冷冻期。 胚胎冷冻技术的研究成功，可以长时间保存优良品种的遗传资源和濒危物种；突破了时间和地域的限制，便于胚胎运输，大量节省购买种畜的费用。 生理学基础 意义 哺乳动物发情排卵后,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相同的生理环境 哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是处于游离状态 提供胚胎收集的基础 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 提供移入胚胎存活的基础 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响 提供保留遗传特性的基础 4、胚胎移植的主要生理学基础 ⑴加速育种工作和品种改良； ⑵大量节省购买种畜的费用； ⑶一胎多产； ⑷保存品种资源和濒危物种； ⑸可充分发挥优秀个体的繁殖潜能缩短繁殖周期，增加一生繁殖的后代数量。 （二） 胚胎移植 5、意义 拓展：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、胚胎移植 核移植技术、胚胎移植 来自2个亲代 主要来自核供体 遵循 不遵循 1、概念: （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。 繁殖方式 无性繁殖（克隆） 内细胞团 发育良好、形态正常的囊胚或桑葚胚。 为什么分割桑葚胚或囊胚的内细胞团？ 分割的胚胎细胞需具有全能性 选择胚胎 （三） 胚胎分割 2、使用的主要仪器： 实体显微镜和显微操作仪。 实体显微镜 显微操作仪 分割刀、分割针 6、操作注意事项： 对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。 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。 用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植给受体。 胚胎分割 显微操作仪 显微镜下切割胚胎 培养后移植 注意：分割囊胚时，要将内细胞团均等分割；否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。 分割针 内细胞团 DNA分析 性别鉴定 囊胚腔 透明带 滋养层 内细胞团 分割针 滋养层 分割针 牛胚胎性别鉴定和分割示意图 刚出生动物体重偏低;毛色、斑纹存在差异;同卵多胎成活比例小 促进优良动物品种的繁殖;产生遗传性状相同的后代; 提高胚胎的利用率 胚胎分割的优势和问题 同卵双犊 优势 缺点 体外受精 试管动物 精子的获取 卵母细胞的采集 受精 胚胎移植 体外受精 动物细胞培养 培养成熟 精子获能 受精卵培养 课堂总结 胚胎分割 胚胎移植 选择胚胎和仪器用具 定义 过程 生理学基础 定义和优势 优势和问题 1 2 移植后检查 供、受体的选择和处理 胚胎移植 步骤 配种或人工受精 胚胎的收集、检查、培养和保存 课堂总结 体外受精 试管动物 精子的获取 卵母细胞的采集 受精 胚胎移植 体外受精 动物细胞培养 培养成熟 精子获能 受精卵培养 代孕母牛 犊牛 知识点一　胚胎移植 1.移植胚胎的来源及生殖方式: (3)体内受精→冲卵→移植→有性生殖 3.胚胎移植时两次激素的使用: (1)第一次用激素:对供、受体进行同期发情处理。 (2)第二次用激素:对供体进行超数排卵处理。 4.胚胎移植过程中的两次检查: (1)第一次检查:在收集胚胎后,对胚胎进行质量检查。 (2)第二次检查:在胚胎移植后,对受体母牛进行妊娠检查。 【特别提醒】 有关胚胎移植的两点提醒 (1)“移植的胚胎在受体内存活的基础条件”是指受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。 (2)雌性动物发情排卵后,不管是否妊娠,都会产生黄体,并维持一段时间,称为黄体期。在这段时间里,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。 知识点二　胚胎分割 1.胚胎分割的基础: 2.胚胎分割的实例(哺乳动物胚胎分割和性别鉴定) 【特别提醒】 有关胚胎分割的三点提醒 (1)分割要均等。分割囊胚的内细胞团时,一定要均等,若分割不均,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。 (2)分割份数不能过多。分割的份数越多,每一份的细胞数会越少,不但难以做到均等分割,而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此,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越大,移植成功率降低。 (3)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质,该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合,属于无性繁殖或克隆。 例.胚胎分割是一种现代生物技术。关于这一技术的叙述正确的是（ ） A.胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份 B.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎 C.胚胎分割技术属于有性生殖方式，因此不属于克隆 D.胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎 B 牛刀小试 表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是（ ） A.试管动物培养 B.胚胎的移植 C.胚胎的分割移植 D.受精卵的移植 C 牛刀小试 $