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

二 胚胎工程技术及其应用 目录 CONTENTS 01 体外受精 02 胚胎移植 03 胚胎分割 学习目标 专题内容 01 学习目标 1. 通过梳理体外受精、胚胎移植和胚胎分割的技术流程，构建胚胎工程技术体系，树立结构与功能、生物与环境相统一的观念。 2. 通过分析胚胎移植的生理学基础资料，概括胚胎移植的本质，运用逻辑推理判断胚胎后代遗传特性的来源。 3. 通过观察胚胎工程技术示意图，识别不同技术的关键操作环节，准确区分胚胎工程中供体与受体的职能。 4. 通过了解胚胎工程的应用成果，认同该技术在畜牧业发展及人类辅助生殖中的价值，关注生物技术的伦理规范。 课堂导入 专题内容 01 课堂导入 1978年，科研人员成功将小鼠桑葚胚一分为二获得存活后代，开启胚胎分割技术的实用化探索，此后该技术在绵羊、牛等动物中相继取得突破，大幅提升了优良家畜的繁殖效率。优良个体如何实现快速批量繁育？不同胚胎工程技术间存在怎样的关联？胚胎移植为何能成为胚胎工程的关键环节？ 体外受精 专题内容 01 情境展示 生活中存在试管牛、试管羊等通过人工技术培育的动物，此类动物借助体外受精、早期胚胎培养及胚胎移植等技术产生，体外受精是该技术体系的起始环节，我国在20世纪80年代后期启动体外受精技术研究，目前在多个物种中取得成功，其中人和牛的相关技术达国际先进水平。 思考讨论 问题1 结合动物体内受精过程推测，体外受精时为何要对采集的卵母细胞和精子分别进行成熟培养和获能处理？ 提示： 回忆体内受精时卵母细胞和精子的成熟状态，对比体外采集到的生殖细胞的初始状态。 参考答案： 体内受精时，卵母细胞需在输卵管内发育至减数第二次分裂中期才具备受精能力，精子需经过生殖道获能后才能与卵子结合。体外采集的卵母细胞通常未发育成熟，精子未完成获能过程，因此需分别进行成熟培养和获能处理，以使其达到具备受精能力的状态。 问题2 从提高动物繁殖效率的角度分析，体外受精技术相较于自然交配具备哪些优势？ 提示： 结合教材中体外受精技术的作用，对比自然交配的繁殖特点。 参考答案： 体外受精技术可一次性获取多个卵母细胞和精子，完成多组受精过程，大幅提高单次繁殖的胚胎产出量，突破自然交配中雌性动物繁殖周期和繁殖数量的限制，是提高动物繁殖能力的有效措施，还能为胚胎移植提供充足的可用胚胎。 根据体外受精的操作流程，推测图中各环节对应的具体操作内容是什么？ 提示： 结合教材中体外受精包含的卵母细胞采集、精子获取和受精等步骤，对应分析示意图的流程。 参考答案： 示意图从左到右依次对应卵母细胞采集、卵母细胞成熟培养、精子获取、精子获能处理、成熟卵子与获能精子共同培养完成受精的环节，完整呈现哺乳动物体外受精的操作流程。 问题3 知识小结 （一）体外受精技术的地位： 体外受精是胚胎工程的核心技术之一，是试管动物培育的起始环节，可为胚胎移植提供可用胚胎，是提高动物繁殖能力的有效措施。 1. 卵母细胞的采集与成熟培养： 采集卵母细胞后，需在体外培养至减数第二次分裂中期，使其具备受精能力。 2. 精子的获取与获能处理： 获取精子后，需进行体外获能处理，使精子具备与成熟卵子结合的能力。 3. 体外受精： 将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当培养液中共同培养，完成受精过程。 （二）体外受精的核心步骤 （三）我国体外受精技术的发展 起步于20世纪80年代后期，进展迅速，目前已在羊、牛、猪和人等生物中取得成功，人和牛的体外受精技术达国际先进水平。 胚胎移植 专题内容 01 情境展示 一头良种奶牛自然状态下一生仅能产下数头后代，而通过胚胎移植技术，一头良种母牛一年借助代孕母牛可产下十几头后代，羊的胚胎移植效率更高。该技术可将转基因、核移植、体外受精等技术获得的胚胎培育为新个体，目前牛的胚胎移植技术较为成熟。 思考讨论 问题1 若不对供体和受体母牛做同期发情处理，直接移植胚胎，胚胎能否正常发育？请从生理环境角度分析原因。 提示： 结合胚胎在子宫内发育的前提，分析受体子宫生理状态与胚胎发育的匹配性。 参考答案： 胚胎不能正常发育。胚胎发育需要与供体子宫生理状态一致的受体子宫环境，未做同期发情处理时，供体和受体母牛的生殖器官生理状态存在差异，无法为胚胎提供适宜的发育条件。 问题2 胚胎移植后，受体母牛的免疫系统会对移植的胚胎产生免疫排斥反应吗？请结合胚胎移植的生理学基础说明理由。 提示： 思考同种动物供体和受体生殖器官的生理一致性，以及胚胎在发育初期的免疫特性。 参考答案： 不会。同种动物供体和受体的生殖器官生理环境相同，且胚胎在发育初期处于游离状态，未与受体子宫建立组织上的联系，同时受体子宫对移入的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，为胚胎存活提供了保障。 问题3 胚胎移植产生的后代，其遗传性状更接近供体还是受体？请从遗传物质的来源角度解释。 提示： 明确供体和受体在胚胎形成过程中所提供的物质，分析遗传物质的主要来源。 参考答案： 后代遗传性状更接近供体。供体提供了具有优良遗传特性的胚胎，胚胎的遗传物质主要来自供体的雌雄生殖细胞，受体仅为胚胎提供发育的子宫环境，不改变胚胎的遗传物质组成。 问题4 如何理解“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”？ 提示： 结合胚胎移植的生理学基础和操作流程，对比胚胎在供体和受体子宫内的发育条件。 参考答案： 胚胎移植前通过同期发情处理，使供体和受体的生理环境一致；胚胎的遗传物质未发生改变，仅从供体的子宫或输卵管转移到受体的子宫内，在相同生理环境中继续发育，因此可概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 知识小结 （一）胚胎移植的概念 胚胎移植是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种、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。提供胚胎的个体为供体，接受胚胎的个体为受体。 （二）胚胎移植的应用优势 可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体繁殖周期，大幅增加供体的后代数量，推动转基因、核移植等胚胎工程技术的应用，促进畜牧业发展。 图2-23 牛胚胎移植示意图 1. 供体与受体的选择和处理：选择遗传性状优良、生产能力强的供体母牛，以及体质健康、繁殖能力正常的受体母牛，对二者进行同期发情处理；对供体母牛进行超数排卵处理。 2. 配种或人工授精：供体母牛与优良公牛进行发情配种或人工授精。 3. 胚胎的收集、检查、培养或保存：收集配种后的胚胎并检查质量，合格胚胎可进行培养或短期保存。 4. 胚胎移植与后续检查：将胚胎移植到受体母牛子宫内，对受体进行妊娠检查，确认妊娠后等待具有优良性状的后代诞生。 （三）牛胚胎移植的流程 （四）胚胎移植的生理学基础 1. 供体与受体生殖器官的生理环境一致，为胚胎发育提供相同的生理条件。 2. 早期胚胎处于游离状态，便于胚胎的收集。 3. 受体子宫对移入的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，保障胚胎存活。 4. 胚胎与受体建立生理和组织联系后，其遗传特性不受受体影响。 胚胎分割 专题内容 01 情境展示 优良奶牛品种的单胎繁殖效率较低，难以快速扩大种群规模，而通过胚胎分割技术可将一个早期胚胎分割为多份，经移植获得多胎遗传性状一致的后代。同时，在胚胎移植前结合性别鉴定、遗传病筛查等操作，能精准控制繁育方向，为优良品种快速扩繁及健康后代培育提供可能。 思考讨论 问题1 若选择原肠胚阶段的胚胎进行分割，移植后成活率极低，试分析原因。 提示： 结合不同发育阶段胚胎的细胞分化程度，以及胚胎分割的核心要求思考。 参考答案： 原肠胚阶段的胚胎细胞已发生高度分化，全能性大幅降低，且原肠胚无明确可均等分割的功能结构，分割后胚胎难以正常发育；而桑葚胚细胞未分化或分化程度极低，囊胚的内细胞团细胞具有发育全能性，且能通过均等分割保证后续发育的营养和遗传基础，因此原肠胚不适合用于胚胎分割。 问题2 分割囊胚时若未将内细胞团均等分割，会对胚胎发育产生什么影响？ 提示： 回忆内细胞团在胚胎发育中的功能，分析不均等分割导致的资源分配差异。 参考答案： 内细胞团将来发育成胎儿的各种组织器官，若分割不均，含内细胞团少的部分胚胎会因缺乏足够的全能性细胞，无法正常发育为完整个体，导致移植后成活率下降或发育出的个体出现生理缺陷。 问题3 胚胎分割技术被视为动物无性繁殖或克隆方法之一，试从遗传物质角度分析原因。 提示： 结合胚胎分割的材料来源及后代遗传物质的组成思考。 参考答案： 胚胎分割的材料来自同一个早期胚胎，该胚胎由一个受精卵发育而来，所有细胞的遗传物质完全相同；分割后的胚胎细胞遗传物质未发生改变，发育成的后代具有与原胚胎完全相同的遗传物质，因此属于无性繁殖或克隆。 问题4 胚胎分割技术除了扩繁优良品种，还有哪些科研和生产价值？ 提示： 结合教材中关于胚胎分割应用的拓展内容思考。 参考答案： 遗传性状一致的后代可作为遗传学研究的标准化材料，排除遗传差异对实验结果的干扰；在胚胎移植前进行性别鉴定、遗传病筛查，可人工控制动物性别，繁育健康后代，降低遗传疾病的传递概率。 知识小结 （一）胚胎分割的概念 指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，属于动物无性繁殖或克隆的方法之一。 1. 理论基础： 早期胚胎细胞具有强分裂能力和细胞全能性。 2. 主要设备： 图2-24 体视显微镜（上）和显微操作仪（下） （二）胚胎分割的操作基础与设备 1. 胚胎选择： 发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。 2. 分割操作： 将胚胎移入盛有操作液的培养皿，在显微镜下用分割针或分割刀分割；分割囊胚时需将内细胞团均等分割。 3. 后续处理： 分割后的胚胎可直接移植给受体，或经体外培养后再移植。 图2-25 牛胚胎性别鉴定和分割示意图 （三）胚胎分割的操作要点 （四）胚胎分割的应用与局限性 1. 应用价值： 促进优良动物品种繁殖；提供遗传性状相同的遗传学研究材料；结合性别鉴定、遗传病筛查，实现动物性别人工控制、繁育健康后代。 2. 局限性： 刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹可能存在差异；分割次数越多，胚胎成活概率越小，目前二分胚胎的分割和移植效率最高。 课堂练习 专题内容 01 【题文】巢式PCR是一种通过两轮PCR反应提高扩增特异性和灵敏度的技术，其基本原理如图1所示。在畜牧业中，对家畜早期胚胎进行性别鉴定具有重要意义。为此，科研人员利用多重巢式PCR，同时扩增Y染色体上的雄性决定基因（SRY）与常染色体上的酪蛋白基因（CSN1S1），以实现胚胎性别的早期鉴定，并将鉴定后的胚胎进行移植。图2表示1~5号不同胚胎DNA样品经巢式PCR扩增后的电泳结果。下列分析错误的是（       ） A．从囊胚中获取用于性别鉴定的DNA时，通常从滋养层取样 B．图1中两次PCR反应分别进行可防止内引物在第一次PCR反应中发挥作用 C．若要培养高产奶牛，应当选择图2中的3号和5号 D．该技术可以提高优良母畜的繁殖效率，加速育种进程 【答案】C 课堂练习 【题文】如图是利用现代生物工程技术获得胰岛样细胞治疗小鼠遗传性糖尿病(基因缺陷导致B细胞不能正常合成胰岛素)的过程图解。下列叙述正确的是（　　） A．可用显微操作法将分离到的①注入卵母细胞中以获得重组细胞 B．受体细胞诱导分化成胰岛样细胞发生了基因突变和基因重组 C．移植胰岛样细胞前需对该患病小鼠注射免疫抑制剂以减少免疫排斥 D．该过程涉及动物细胞培养、动物体细胞核移植、胚胎移植等技术 【答案】A 课堂练习 课堂练习 【题文】孕酮具有促进子宫内膜增生，为受精卵着床做准备的作用。某奶牛场发现一头高产奶量母牛生产两胎后重复配种均未成功妊娠，该牛可正常排卵但孕酮量低于正常母牛。为获得该母牛的后代，下列说法正确的是（　　） A．利用人工授精可提高该牛的妊娠率 B．注射促性腺激素可提高该牛的妊娠率 C．收集该牛产生的早期胚胎并移植到其他健康受体牛，可提高成功率 D．用其他健康牛获取供体细胞、该牛获取去核卵母细胞构建重构胚，可提高成功率 【答案】C 课堂总结 专题内容 01 01 步骤：卵母细胞采集+成熟培养、精子获取+获能处理、共同培养受精 应用：提高繁殖力，为胚胎移植供胚胎，我国在人、牛等领域达国际先进水平 体外受精 02 03 概念：将胚胎移植到同种生理状态相同的雌性体内 优势：充分发挥优良雌性繁殖潜力 流程：供受体选择处理→配种/授精→胚胎收集检查→移植及术后检查 胚胎移植 操作：选桑葚胚/囊胚（囊胚需均等分割内细胞团），用体视显微镜等仪器分割 特点：无性繁殖，二分胚效率最高，存在幼崽体重偏低等问题 胚胎分割 课堂总结 感谢聆听 Thank You $