2.3 胚胎工程课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

人教版高中生物学 选择性必修3《生物技术与工程》 第2章 第3节 胚胎工程的理论基础 （第1课时） 教学目标 1. 生命观念：理解胚胎工程涉及的细胞分化、发育等过程，构建对生命个体发育的整 体认识，形成结构与功能观、稳态与平衡观。 2. 科学思维：基于胚胎工程的原理和技术，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分 析相关问题。 3. 科学探究：通过资料分析、小组讨论等活动，尝试提出与胚胎工程相关的问题，设 计简单的实验方案，培养实验设计、数据处理和结果分析的能力。 4. 社会责任：关注胚胎工程在农业、医学等领域的应用，认识其对社会发展的积极作 用；能正确看待胚胎工程引发的伦理问题，树立正确的价值观。 资料1:2018年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛死亡，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。 胚胎工程 问题1:你有什么方案可以拯救北方白犀牛，使其免于灭绝？ ①核移植技术进行克隆 ②可以通过体外受精、胚胎分割等胚胎工程技术获得多个北方白犀牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。 你认为哪种技术得到的后代群体更能适应环境，从而真正使北方白犀牛得到拯救? 胚胎工程 胚胎工程： 对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 操作对象： 技术种类： 工程实质： 理论基础： 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。 体外受精、胚胎移植、胚胎分割。 在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。 资料2:研究人员已经设法获得了北方白犀牛的卵细胞，并准备利用胚胎工程繁衍北方白犀牛。需要研究人员具备哪些理论基础? 胚胎工程 精子获能 ①精子的发生 ②卵子的发生 ③受精作用 受精卵 囊胚 ④胚胎发育 · 定义： · 阶段： 指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 受精前的准备阶段 受精阶段 准备阶段Ⅰ——精子获能 准备阶段Ⅱ——卵子的准备 一 受精 哺乳动物的输卵管内 卵细胞外径100um,精子5um 精子获能 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 曲细精管 输精管 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精原细胞 精原细胞 精细胞 精子 有丝分裂 染色体复制 MⅠ分裂 MⅡ分裂 变形 ①精子的产生 不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关 精子获能 精子获能 ②精子的变形 ③精子头出现 ④细胞质浓缩 ①顶体的发生 细胞核 高尔基体 细胞质 线粒体 ②尾的发育 发育中的顶体 中心体演变成尾 ⑤精子形成 顶体 头 原生质滴 线粒体鞘 尾 细胞核（精子头的主要部分） 高尔基体（头的顶体） 中心体（精子的尾）线粒体（尾的基部） 细胞内其他物质（原生质滴，最后脱落） 精子获能 ③精子获能 科学研究发现，刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能” 精子获能的方法 直接利用 使精子获能； 将精子培养在 中使其获能； 获能的本质在于暴露精子膜表面的卵识别因子和结合因子，解除对精子顶体反应的抑制，并使精子得以识别卵子并穿入卵内，完成受精。 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 卵子的准备 2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备 卵子的准备 卵子的准备 2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备 （1）卵子一般在排出2～3h后才能被精子穿入。 （2）动物排出的卵子成熟程度不同 （3）排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。 （4）卵子具备与精子受精能力的时期：MⅡ期。 原始卵泡 成熟卵泡 黄体 卵子 卵原细胞 初级卵母细胞 次级卵母细胞 马、犬排卵 猪、羊排卵 发育 受精阶段 3.受精阶段 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构 获能后的精子与卵子在输卵管相遇 释放多种酶 溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带） 借助精子自身运动 精子接触卵细胞膜 受精阶段 第2步：透明带反应 在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。 阻止多精入卵的第一道屏障 第3步：精子入卵 精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。 第4步：卵细胞膜发生生理反应 精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。 阻止多精入卵的第二道屏障 受精阶段 第5步：雌雄原核的形成 雄原核的形成： 精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。 雌原核的形成： 精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。 雄原核 第一极体 放出的 第二极体 卵子完成减数分裂Ⅱ 输卵管 精子入卵激活后 发生场所 发生时间 受精阶段 第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成 雌、雄原核充分发育 相向移动，彼此靠近 核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 是否受精的标志： 观察到两个极体或雌、雄原核。 受精是否完成的标志： 雌、雄原核融合形成合子 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。 观察到的两个极体为一个是第一极体，一个是第二极体。 资料3:研究人员已经用保存的北方白犀牛的精子和卵细胞获得并保存了少量胚胎。 如何利用保存的精子和卵细胞，获得并保存胚胎? 胚胎早期发育 受精卵 第一次卵裂 第二次卵裂 第三次卵裂 囊胚 囊胚 囊胚腔 原肠胚 外胚层 中胚层 内胚层 桑葚胚 原肠腔 胚胎早期发育 胚胎早期发育 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 卵裂期 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 受精卵开始向子宫移动，受精卵在输卵管一边移行，一边进行有丝分裂，逐渐发育成胚胎。可分为以下几个阶段：桑椹胚、囊胚、原肠胚。 二 胚胎早 期发育 胚胎早期发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 卵裂 (细胞未分化) 胚胎发育早期有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称卵裂。 1.卵裂 胚胎早期发育 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 项目 变化 细胞数目 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的DNA总量 有机物总量 物质种类 增多 减小 增多 不变 减少 增多 请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成下表： 卵裂期 胚胎早期发育 当卵裂产生的子细胞数目达到32个，逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。 这一阶段及之前的每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。 (2)特点 (1)概念 2.桑葚胚 胚胎早期发育 内细胞团 滋养层 囊胚腔 发育 胎盘和胎膜 发育 胎儿的各种组织 内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。 滋养层细胞已经分化，将来只能分化为胎盘和胎膜。 聚集在胚胎一端 沿透明带内壁扩展和排列 胚胎内部含有液体的腔。 透明带 3.囊胚 胚胎早期发育 3.囊胚 囊胚进一步_______，会导致____________，胚胎从_________中__________，这一过程叫做孵化。 扩大 透明带破裂 透明带 伸展出来 孵化 *孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育 注意：孵化时或刚孵化出的胚胎都处于囊胚期 胚胎早期发育 桑葚胚→囊胚形成 胚胎早期发育 囊胚扩大→孵化 胚胎早期发育 内胚层 中胚层 囊胚孵化后，将发育形成_______；原肠胚表面的细胞层为_________，向内迁移的细胞形成_______；随着发育的进行，一部分细胞还会在内外两个胚层之间形成______；这三个胚层将 _____________________________； 原肠胚 外胚层 内胚层 中胚层 逐渐分化形成各种组织、器官等 外胚层 4.原肠胚 小结 受精 精子获能 受精前的准备 卵子准备 MⅡ期具备受精能力 雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中 精子穿过卵细胞外结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核 雌雄原核靠近 核膜消失 桑葚胚 受精卵 每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织 囊胚 原肠胚 卵裂 细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加 孵化 内细胞团 滋养层 组成个体的各种组织细胞 胎盘、胎膜等胚外组织细胞 外胚层内胚层中胚层 体外受精 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 子宫 个体 体外受精 早期胚胎发育 胚胎移植 体外受精 一 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 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 体外受精 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 去除精清，以利于精子获能 (提取纯度较高精子) 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 目的 在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程 采集 培养 一 体外受精 体外受精 采集方法 适用范围 采集过程 培养 输卵管采卵 (冲取卵子) 卵巢采卵 屠宰动物 的卵巢采卵 活体采卵 实验动物以及家畜 大型动物 或大家畜 小鼠、兔、猪、羊 牛、马 利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。 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 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。 可直接与获能的精子在体外受精。 采集后的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。 (不需要) (需要) 一 体外受精 体外受精 提高动物繁殖能力的有效措施 为胚胎移植提供可用的胚胎 一 体外受精 胚胎移植 二 胚胎移植 将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。 供体：提供胚胎 受体：接受胚胎 胚胎移植 遗传性状优良，生产能力强 有健康体质和正常繁殖能力 转基因、 核移植等 胚胎移植 胚胎移植主要包括①_____、_____的选择和处理，②_____或人工授精，③胚胎的_____、_____、培养和保存，④胚胎的移植，以及⑤移植后的_____等步骤。 供体 受体 配种 收集 检查 检查 移植条件 实质 地位 供体与受体为同种且生理状态相同 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 胚胎工程的最后一道“工序” 二 胚胎移植 胚胎移植 二 胚胎移植 优良供体母牛 (遗传性状优良、生产能力强) 受体母牛 (有健康的体质和正常繁殖能力) 进行同期发情处理 ①什么是同期发情处理？ 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。 ②同期发情处理的目的是什么？ 使他们的生理环境达到同步或一致，这样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。 胚胎移植 二 胚胎移植 ④超数排卵的目的是什么？ 诱使一头母畜一次排出比自然情况下多许多的成熟卵子，用于配种或者人工授精，可获得多枚胚胎 ，经胚胎移植可得到多个后代。 ③如何进行超数排卵？ 注射外源促性腺激素 优良供体母牛 (遗传性状优良、生产能力强) 对供体母牛进行超数排卵处理 胚胎收集、检查、培养或保存 冲卵：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。 显微镜检查胚胎是否发育到桑椹胚或囊胚阶段;将收集的胚胎放入-196℃的液氮中保存。 胚胎移植 二 胚胎移植 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 优良公牛 冲卵 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 ①该过程中 次使用激素： ②该过程中的 次检查： ③ 胚胎移植成功与否要有两个条件： 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。 胚胎分割 三 胚胎分割 采用机械方法将早期胚胎（桑葚胚或囊胚）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。 理论依据 特点 对象 发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。 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。 分割囊胚时，要将内细胞团均等分割 胚胎分割 显微操作仪 体视显微镜 三 胚胎分割 胚胎分割 三 胚胎分割 对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团。 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。 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 三 胚胎分割 做DNA分析 鉴定性别 进行DNA分析的目的是进行遗传病筛查，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。 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。 问题1:为什么要取滋养层细胞进行分析和鉴定？ 胚胎分割 三 胚胎分割 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。 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。 小结 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf56.40.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.64(fixed_gap:False) $