2027届高三生物人教版一轮复习课件 第36课时 细胞工程与胚胎工程

细胞工程 第2课时 生物技术与工程 >>>2027届高三生物一轮复习选择性必修3 1 ▲ 植物组织培养流程图 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 植物组织培养 指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 外植体： 植物细胞工程 01 细胞的全能性 细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 原因：高度分化的细胞仍含有该物种发育成完整个体所需要的全套遗传信息。 2 探究·实践：菊花的组织培养 方法步骤 ➊ 消毒外植体 ➋ 外植体切断 ➌ 接种 植物细胞工程 01 次氯酸钠溶液处理 （30min） 3 探究·实践：菊花的组织培养 方法步骤 ➍ 诱导脱分化 ➎ 诱导再分化 ➏ 移栽试管苗 植物细胞工程 01 将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18~22 ℃的黑暗培养箱中培养 15~20d后，将生长良好的愈伤组织转接到生芽培养基上,置于光照环境中,长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上,进一步诱导形成试管苗 炼苗：先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日 移栽：用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土 4 结果 比值≈1 比值＜1 比值＞1 促进芽的分化 促进根的分化 促进愈伤组织的形成 生长素用量 细胞分裂素用量 细胞分裂素 生长素 芽分化 愈伤组织 根分化 ★ 思考讨论：如何诱导外植体的脱分化和再分化？ 生长素作用：用于诱导细胞的 和 的分化； 细胞分裂素作用：促进组织细胞的分裂或促进 的分化。 伸长生长 根 芽 植物细胞工程 01 5 名称： ；性质： ； 碳源： 。 作为碳源 提供能量 调节渗透压 MS培养基由穆拉西格（Murashige）和斯柯格（Skoog）于1962年设计，是目前使用最广泛的植物培养基。在设计植物培养基时，最常改动的成分就是植物激素类物质的种类和比例。 MS培养基 固体培养基 蔗糖 一 胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 生芽生根 或胚状体 生长发育 试管苗 （移栽到大田） 器官发生途径 胚状体途径 植物细胞工程 01 植物组织培养 7 1．（2026•山东）利用微型繁殖技术扩繁某种兰花时，待愈伤组织诱导出芽后，将芽转入增殖培养基进行扩增培养，以诱导芽的数量增加。下列说法正确的是（　　） A．扩增培养期间不需要光照 B．接种时应将芽的形态学上端插入培养基 C．诱导出的芽在转入增殖培养基时，必须对芽进行消毒处理 D．为获得试管苗，还需将芽转接到诱导生根的培养基上培养 植物细胞工程 01 D ▲ 植物体细胞杂交技术流程图 植物细胞工程 01 植物体细胞杂交技术 1、细胞融合成功的标志是 ，植物体细胞杂交技术成功的标志是 。 再生出新的细胞壁 形成杂种植株 2、植物体细胞杂交技术的原理是 。 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 9 ▲ 植物体细胞杂交技术流程图 植物细胞工程 01 植物体细胞杂交技术 ★ 思考讨论1：在不损伤细胞膜的前提下，如何去除植物细胞的细胞壁？ ★思考讨论2：如何诱导不同的原生质体融合？ 利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。 同时加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，使溶液有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破。 物理法：电融合法、离心 化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法 ▲光学显微镜下的烟草叶肉细胞原生质体 10 植物细胞工程 01 植物体细胞杂交技术 ★思考讨论3：诱导融合之后为什么要对原生质体进行筛选？ 除了出现融合原生质体AB，还会有AA、BB以及未融合的A、B原生质体 11 植物细胞工程 01 植物体细胞杂交技术 ★思考讨论4：这项技术的优势是什么？ 植物体细胞杂交 杂交育种 异源四倍体 异源二倍体 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 12 2．（2026•江苏）图示植物体细胞杂交过程，①～⑤表示步骤，下列叙述正确的是（　　） A．①去除植物细胞壁的原因是消除污染促进融合 B．②用PEG或病毒诱导原生质体融合 C．③获得的愈伤组织可用碱性染料染色观察染色体数目 D．⑤获得的植株具有两个亲本的基因，且都能表现出相应性状 植物细胞工程 01 C 3．（2026•广西）某同学用酶解法处理菠菜叶制备原生质体，酶液的渗透压主要由其中甘露醇的浓度决定。下列说法错误的是（　　） A．用高渗酶液处理，菠菜的叶片会变得硬挺 B．用等渗酶液处理，能得到完整的原生质体 C．用低渗酶液处理，菠菜叶细胞壁会被酶解 D．若用纯水作酶的溶剂，原生质体将会破裂 植物细胞工程 01 A 1、快速繁殖 （1）概念： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。 （2）特点： 可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖 可以保持优良品种的遗传特性 可以实现产业化生产（规模化） 植物细胞工程 01 植物细胞工程的应用 （3）应用： 利用快速繁殖技术对一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等来提供苗木。 15 ▲ 铁皮石斛的产业化育苗 铁皮石斛，兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期 3-6月，生长于海拔1600m左右的山地半阴湿的岩石 上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取 药物。 野生的铁皮石斛 1、快速繁殖 植物细胞工程的应用 16 2、作物脱毒 （1）植物无性繁殖存在的问题： 病毒感染后很容易传给后代 无性繁殖 获得的作物 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 科学家发现植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。 植物细胞工程的应用 （2）解决之道： 切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 17 4．（2026•浙江）为探究茎尖大小对甘薯成苗率和脱毒率的影响，选取保留不同叶原基数的茎尖进行实验，结果如表。 保留叶原基数（个） 茎尖成活率（%） 愈伤组织诱导率（%） 成苗率（%） 脱毒率（%） 0 47.6 100 0 — 1 85.9 73.1 76.8 100 2 94.7 62.7 91.6 92.1 3 97.0 35.0 96.7 79.3 下列叙述错误的是（　　） A．茎尖外植体可不经过愈伤组织直接分化成苗 B．随着叶原基数增加，茎尖的成活率呈上升趋势 C．叶原基数越少的成活茎尖，越容易诱导形成愈伤组织 D．取1个叶原基的茎尖作为外植体，获得的脱毒苗最多 植物细胞工程 01 D ★ 玉米单倍体育种流程示意图 离体培养 单倍体 纯合二倍体 优良品种 人工诱导 染色体加倍 选择 3、单倍体育种 植物细胞工程的应用 19 4、突变体的利用 外植体 愈伤组织 突变体 新品种 脱分化 诱导分化 诱变处理 筛选培育 植物细胞工程的应用 处于增殖的状态，细胞要进行DNA分子复制，更易发生突变 各国科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，有些品种已经用于生产 抗盐碱的烟草 20 5．（2026•河南）植物细胞工程在生产实践中有着广泛的应用，技术选择的决策流程如图所示。甲、乙、丙、丁所代表的最适技术依次为（　　） A．植物细胞培养、快速繁殖、杂交+单倍体育种、体细胞杂交 B．快速繁殖、植物细胞培养、体细胞杂交、杂交+单倍体育种 C．快速繁殖、杂交+单倍体育种、植物细胞培养、体细胞杂交 D．植物细胞培养、体细胞杂交、快速繁殖、杂交+单倍体育种 植物细胞工程 01 A ▲一种用于植物细胞培养的反应器 （1）概念： （2）过程： （3）优点： （4）意义： 指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 外植体 愈伤 组织 细胞 悬液 细胞 产物 脱分化 分散开 培养 提取 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。 对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 植物细胞工程的应用 5、细胞产物的工业化生产（植物细胞培养） 22 6．（2026•重庆）濒危植物红豆杉中的紫杉醇可用于抗癌，现可通过图甲所示流程生产紫杉醇，图乙为步骤②的成芽率统计结果（使用含不同浓度植物生长调节剂X和Y的培养基）。下列叙述正确的是（　　） A．外植体接种前可用无菌水或体积分数为70%的酒精消毒 B．步骤①一般应在光照条件下进行以利于脱分化 C．高产紫杉醇细胞的出现是筛选条件诱导所致 D．X可为6﹣BA（细胞分裂素类），Y可为α﹣萘乙酸 植物细胞工程 01 D 概念： 是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 动物体 组织 单个细胞 细胞生长和增殖 取出 分散 适宜条件 结果： 获得细胞或细胞产物 不能获得完整动物个体 原理： 细胞增殖（有丝分裂） 动物细胞工程 02 一、动物细胞培养 条件： 营养、无菌无毒的环境、温度、pH、渗透压、气体环境等 24 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为_______培养基。 营养 合成 培养液有利于培养的细胞与营养物质充分接触 → 液体培养基（培养液） 添加血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 一、动物细胞培养 无菌、无毒的环境 对培养液和所有培养用具进行灭菌处理 在无菌环境下进行操作 可适量添加抗生素，防止细菌等微生物污染 定期更换培养液 以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 25 温度、pH和渗透压 适宜的温度： 哺乳动物细胞培养的温度多以(36.5±0.5)℃为宜 适宜的pH： 多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4 渗透压： 适宜的渗透压能维持细胞正常的形态和功能 一、动物细胞培养 气体环境 置于含有95%空气和5% CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 26 取动物组织 制成细胞悬液 进行原代培养 分瓶 进行传代培养 细胞贴壁 接触抑制 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 分散成单个细胞 加培养液 转入培养瓶或培养皿 一、动物细胞培养 过程： 27 悬浮生长类： 贴壁生长类： 细胞能够悬浮在培养液中生长增殖 细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖 悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。 ▲单层贴壁的 猪输卵管上皮细胞 除了受悬浮细胞培养过程中类似的影响外，还会发生接触抑制现象。 一、动物细胞培养 体外培养的动物细胞类型 28 细胞贴壁：细胞贴附在培养瓶瓶壁上的现象 接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖 一、动物细胞培养 体外培养的动物细胞类型 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 加培养液 放入培养皿或培养瓶内 细胞能够悬浮在培养液中 生长增殖（悬浮生长） 细胞需要贴附于某些基质表面 才能生长增殖（贴壁生长） 细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等致分裂受阻 接触抑制 CO2培养箱中 传代培养：将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养 直接用离心法收集 重新用胰蛋白酶等处理分散成 单个细胞，再用离心法收集 大多数细胞 停止分裂增殖 一、动物细胞培养 过程： 30 7．（2026•湖南）大规模生产治疗性单克隆抗体时，常采用悬浮细胞表达系统。下列叙述错误的是（　　） A．该类抗体在细胞中的翻译起始于游离在细胞质基质中的核糖体 B．该类抗体在细胞的内质网和高尔基体中修饰加工 C．悬浮细胞在培养过程中出现增殖能力下降的原因是接触抑制 D．一种治疗性单克隆抗体一般只能与一种抗原结合 动物细胞工程 02 C 概念： 动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫作干细胞（stem cell） 特点： 在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞 类型： 胚胎干细胞：来源于早期胚胎 成体干细胞：造血干细胞、神经干细胞、精原干细胞 诱导多能干细胞 二、干细胞的培养和应用 32 诱导多能干细胞iPS 借助载体将特定基因导入细胞中 诱导方法 直接将特定蛋白导入细胞中 用小分子化合物等诱导 由成纤维细胞转化而来的 来源 已分化的T细胞、B细胞等也能被诱导为iPS细胞。 二、干细胞的培养和应用 优点 iPS细胞诱导过程无须破坏胚胎 iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 33 ★ iPS 细 胞 用 于 治 疗 人 类 疾 病 示 意 图 二、干细胞的培养和应用 随着理论和技术的不断完善，干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用。 （1）面临的问题： （2）应用展望： 存在导致肿瘤发生的风险等 34 8．（2026•湖北）类器官是体外培养的由干细胞分化形成的微型器官样结构。我国科学家培育出胰岛类器官、肾类器官等，能模拟真实器官部分结构与功能。下列叙述错误的是（　　） A．体外培养基质中的钾离子浓度高于胞内钾离子浓度 B．多种类器官的成功培育，为体外研究器官间相互作用奠定了基础 C．若要使胰岛类器官分泌更多胰岛素，可诱导更多干细胞向胰岛B细胞定向分化 D．若要初步判断肾类器官的培育是否成功，可检测其对水、无机盐平衡的调节能力 动物细胞工程 02 A ▲ 荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图 人教版高中生物学必修1“细胞膜的结构”（P43）： 1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子。 三、动物细胞融合技术 36 ▲ 肺结核病人的病理组织切片 思考讨论：19世纪30年代，科学家曾在患肺结核、天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中观察到多核细胞。如何解释这一现象？ 诱导动物细胞融合的方法 电融合法、聚乙二醇（PEG）融合法、灭活病毒诱导法 灭活病毒诱导法 三、动物细胞融合技术 37 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。 灭活病毒诱导细胞融合的原理：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 三、动物细胞融合技术 38 意义： （1）突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 （2）研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 （3）利用动物细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。 种间、属间、科间，甚至动物和植物之间的细胞融合都已获得成功。 三、动物细胞融合技术 39 在体外培养条件下，一个B淋巴细胞是不可能无限增殖的，怎样解决这一问题呢？ 1975年，英国科学家米尔斯坦和德国科学家科勒在前人工作的基础上，充分发挥想象力，设计了一个极富创造性的实验方案。 塞萨尔·米尔斯坦 （César Milstein, 1927-2002） 乔治斯·克勒 （Georg Kohler, 1946-1995） B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 所得到的融合细胞就可能大量增殖，产生足够数量的特定抗体。 融合细胞 四、单克隆抗体及其应用 40 注射 特定抗原 多种B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 多种融合细胞 多种杂交瘤细胞 产生所需抗体的杂交瘤细胞 体外 培养 注射小鼠腹腔内增殖 选择培养基 进行筛选 诱导 融合 获取 小鼠 未融合细胞 抗原抗体 杂交法 第一次筛选 第二次 筛选 培养 骨髓瘤细胞 单克隆 抗体 四、单克隆抗体及其应用 制备过程： 41 筛选杂交瘤细胞要使用特殊的培养基，一般用HAT培养基： HAT培养基是指加入了次黄嘌呤（hypoxanthine, H）、氨基蝶呤（aminopterin, A）和胸腺嘧啶核苷（thymidine, T）3种关键成分的配方配制而成。 相关资料：DNA合成途径 HGPRT:次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶；TK：胸腺嘧啶核苷激酶 HAT培养基中加入的氨基蝶呤可以阻断D途径合成DNA 骨髓瘤细胞只有D途径，B淋巴细胞两条途径均可以 四、单克隆抗体及其应用 42 ▲ 克隆化培养和抗体检测过程示意图 抗原 √ √ 抗体检测阳性 杂交瘤细胞进行培养并稀释 将培养液滴入96孔板，每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞 一般经过3~4次克隆化培养才可以获得稳定的单克隆。 43 四、单克隆抗体及其应用 单克隆抗体的优点： 灵敏度高、特异性强、可大量制备 准确地识别抗原的细微差异 与特定抗原发生特异性结合 作为诊断试剂 作为药物治疗疾病 运载药物 诊断疾病: 治疗疾病: (靶向治疗) 应用： 9．（2026•福建）流感病毒威胁人类健康。科研人员抽取经流感疫苗免疫后的人体血液，分离获得相应的浆细胞，利用相关技术快速制备抗流感病毒的人源单克隆抗体，该抗体可用于流感重症患者的应急治疗。部分实验流程如下： 下列叙述正确的是（　　） A．该技术是利用蛋白质工程原理制备人源单克隆抗体 B．步骤②中分离的血液淋巴细胞都可以用于抗体基因序列的获取 C．将步骤③中的单细胞注射到小鼠腹腔中也可获得大量的单克隆抗体 D．步骤⑤中单克隆抗体的表达和生产都不依赖于B细胞 动物细胞工程 02 D 10．（2026•山西）将人类免疫球蛋白（Ig）基因导入小鼠胚胎干细胞后，经核移植技术获得的转基因小鼠可用于制备单克隆抗体。下列叙述正确的是（　　） A．核移植受体卵母细胞培养成熟的标志是排出第二极体 B．人Ig基因在小鼠胚胎干细胞不表达是因为未接受抗原刺激 C．免疫的B淋巴细胞无需克隆化培养即可与小鼠骨髓瘤细胞融合 D．将选择培养基上存活的杂交瘤细胞注入小鼠腹腔培养获得单克隆抗体 动物细胞工程 02 C 使用高效的细胞毒素类药物进行化疗可以有效杀伤肿瘤细胞。抗体—药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。 ▲ ADC的作用机制示意图 四、单克隆抗体及其应用 种 47 概念： 将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。 分类： 胚胎细胞 核移植 体细胞 核移植 胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞分化程度高，表现全能性十分困难 难度 五、动物体细胞核移植 最难：非人灵长类动物的体细胞核移植 ➊ 供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态 ➋ 对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善 原理：动物细胞核具有全能性 48 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞（左边照片为研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞），在体外培养到MⅡ期 通过显微操作“去核” 将供体细胞注入去核的卵母细胞 从供体高产奶牛身体的某一部位（如耳）上取体细胞，进行培养 高产奶牛 （供体） 含促成熟因子（MPF），可影响供体核染色质的状态和复制。 过程： 也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法 实际是：纺锤体-染色体复合物。 将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内 49 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。 重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。 用物理或化学方法（如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程。 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 过程： 动物细胞核移植 动物细胞培养 动物细胞融合 早期胚胎培养 胚胎移植 应用的技术 50 ➊ 在畜牧生产中：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 应用前景： 五、动物体细胞核移植 2018年，中国西北农林科技大学成功克隆荷斯坦奶牛“妞妞”，其核供体为年产奶量超10吨的精英母牛。后续批量克隆的奶牛群体乳蛋白含量提升12%，繁殖效率提高30%。 51 ➋ 在医药卫生领域：建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育转基因克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白。 例如： 通过转基因山羊和绵羊乳腺生产抗凝血酶Ⅲ（ATⅢ）、α-抗胰蛋白酶、组织纤溶酶原激活剂（tPA）、多种单克隆抗体等。 转基因兔乳中生产α-葡糖苷酶、C1抑制因子等。 在转基因猪体内获得功能性人血红蛋白等。 应用前景： 五、动物体细胞核移植 52 11．（2026•安徽）动物体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生等领域有着广泛的应用前景。下列叙述错误的是（　　） A．若卵母细胞去核不完全，可能会导致重构胚细胞中染色体数目改变 B．胚胎移植前，需要对核移植获得的重构胚进行遗传筛查和性别鉴定 C．胚胎移植前，需要对受体进行处理，使其生理状态适合胚胎发育 D．克隆动物的核遗传物质与供体相同，但性状与供体不完全相同 动物细胞工程 02 B ➌ 在治疗人类疾病时： 转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植； 以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免发生免疫排斥反应。 应用前景： 五、动物体细胞核移植 (治疗性克隆) 54 取出 取核 核移植 诱导 生殖性克隆 治疗性克隆 发育 移植 诱导 特定的细胞、组织或器官 修复替代 代孕 母体 分娩 克隆 个体 个 体 体细胞 去核卵母细胞 重构胚 胚胎干细胞 有本质区别 指通过克隆技术产生独立生存的新个体 指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。 重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。 55 ➍ 了解胚胎发育及衰老过程；克隆特定疾病模型的动物，为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 应用前景： 五、动物体细胞核移植 56 ➎ 在保护濒危物种方面，体细胞核移植技术有望增加濒危物种的存活数量。 应用前景： 五、动物体细胞核移植 面临的问题： 成功率低 理论研究滞后 健康问题 57 12．（2026•广东）中华鲟和长江鲟均为国家重点保护动物，其性成熟时间分别约为20年和5年。如图示我国科学家运用鱼类生殖干细胞移植技术成功繁殖中华鲟的过程，该技术显著缩短了繁殖周期。下列分析错误的是（　　） A．①示从供体中华鲟分离性腺组织 B．②示用胰蛋白酶处理，获取生殖干细胞 C．③示干细胞移植过程，应在无菌环境中操作 D．④示体外受精，受精卵基因组均与中华鲟的相同 动物细胞工程 02 D 胚胎工程（embryo engineering）是指对生殖细胞、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。 操作对象： 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 操作水平： 主要集中在细胞水平上 理论基础： 哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律 技术种类： 体外受精、胚胎移植和胚胎分割等 一、胚胎工程的理论基础 胚胎工程 03 59 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 精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 哺乳动物的输卵管内。 受精 定义 阶段 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜具有：一定的流动性 受精： 一、胚胎工程的理论基础 60 体内：在 使精子获能； 体外：培养在 中使其获能； 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 肝素、Ca2+载体 卵子要在 内进一步成熟，达到 时，才具备与精子受精的能力。 输卵管 减数第二次分裂中期 准备阶段Ⅰ——精子获能 透明带 卵细胞膜 核 (纺锤体—染色体复合物) 第一极体 准备阶段Ⅱ——卵子的准备 精子获能指精子获得受精能力，而不是获得能量。 受精： 一、胚胎工程的理论基础 61 准备阶段Ⅱ——卵子的准备 动物排出的卵子成熟程度不同： ★ 卵子一般在排出2~3 h后才能被精子穿入 （1）有的可能是初级卵母细胞 （2）有的可能是次级卵母细胞 都要在输卵管内进一步成熟，到M Ⅱ期时，才具备与精子受精的能力。 如马、犬等 如猪、羊等 初（次）级 卵母细胞 卵巢 受精 输卵管 受精： 一、胚胎工程的理论基础 62 精子穿越卵细胞膜外的 结构（如透明带等） 精子的细胞膜与卵细胞膜 融合，卵细胞膜外的透明带迅速发生生理反应 精子释放多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构 ＋ 精子自身的运动 防止多精入卵的第一道防线 阻止后来的精子进入透明带 精子入卵，卵细胞膜立即 发生生理反应 拒绝其他精子再进入卵内 防止多精入卵的第二道防线 形成雌原核和雄原核 受精的标志 形成合子（受精卵） 受精完成的标志 保证受精卵中的遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证了遗传的稳定性。 相关信息：在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。 透明带反应 卵细胞膜反应 受精： 63 桑葚胚 早期囊胚 囊胚着床 受精卵 有丝分裂中期 场所： 输卵管和子宫 阶段： ➊ 卵裂 ➋ 孵化 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 早期囊胚 透明带破裂，囊胚→原肠胚 在透明带内分裂 胚胎早期发育： 一、胚胎工程的理论基础 64 胚胎发育的起点 当卵裂产生的子细胞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。（通常为16-32个细胞） ①细胞分裂方式是__________ ②细胞数目_________ ③胚胎总体积________ ④每个细胞的体积________ ⑤胚胎总有机物_______ ⑥胚胎总DNA数______ 有丝分裂 增加 不增加 减小 减小 增加 细胞未分化→ 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂（期） 每个细胞都具有全能性 桑葚胚 胚胎总体积不变 胚胎早期发育： 一、胚胎工程的理论基础 受精卵 卵裂期 桑葚胚 在透明带内人类桑葚胚：受精后第3-4天形成，由16-32个卵裂球（blastomere）紧密排列成实心球体，形似桑葚。此时细胞仍具全能性，未分化为内细胞团或滋养层细胞。 65 内细胞团 内含液体 发育 胎盘和胎膜 胎儿的各种组织 逐渐分化形成各种组织、器官等 透明带 囊胚腔 滋养层 发育 外胚层 内胚层 中胚层 原肠腔 孵化 细胞开始分化 桑葚胚→囊胚形成 囊胚扩大→孵化 →具有全能性 应用：性别鉴定 囊胚 原肠胚 胚胎早期发育： 提醒：卵裂、桑葚胚阶段的细胞都具有全能性，囊胚的内细胞团细胞也属于全能细胞。随着胚胎的发育，细胞的全能性逐渐下降。 66 是通过 使卵子在 受精，经培育发育为 后，再进行 产生的个体。 早期胚胎 移植 体外 人工操作 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 （受精作用） （胚胎发育） （细胞增殖、胚胎发育） 二、胚胎工程技术及应用 试管婴儿： （动物） 67 卵巢 M II期卵母细胞 体外受精 获能精子 受精卵培养 精子离心处理 新鲜或解冻的精液 去除精清，以利于精子获能（获得纯度较高的精子) 一般情况下，可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。 体外受精： 68 体外受精技术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。 我国的“人和牛的体外受精技术”已达国际先进水平。 ★ 过程 体外受精： 69 胚胎的个体称为受体 受体选择标准： 。 受体职能： 。 受体 胚胎的个体称为供体 供体选择标准： 。 供体职能： 。 供体 体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等 胚胎移植：是指将通过___________及其他方式得到的胚胎，移植到__________、_________________的雌性动物体内，使之继续发育为__________的技术。 新个体 体外受精及其他方式得到的胚胎 胚胎来源: 供体和受体： 体外受精 生理状态相同 同种的 遗传性状优良、生产能力强 产生具有优良遗传特性的胚胎 提供 接受 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 概念： 70 Q1：什么是同期发情处理？ 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。 Q2：同期发情处理的目的是什么？ 使供体和受体的生理环境达到同步或一致， 保证胚胎移植成功与否的关键。 Q3：如何进行超数排卵？目的是？ 超数排卵是指应用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 胚胎移植： 71 Q4：如何收集胚胎并检查？ 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。 收集：用特制的装置，把供体母牛子宮内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。 检查：用显微镜检查胚胎是否发育到桑椹胚或囊胚阶段。 保存：将收集的胚胎放入-196℃的液氮中保存。 胚胎移植： 72 （1）______、______的选择和处理； （2）_______或人工授精， （3）胚胎的______、______、培养或保存； （4）胚胎的移植 （5）移植后的_______等步骤。 地位 实质 移植条件 检查 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 是胚胎工程的最终技术环节 过程： 供体 受体 配种 收集 检查 胚胎移植： 73 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。 胚胎移植： 74 意义： （1）可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 ▲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 （2）缩短供体繁殖周期，增加一生繁殖后代数量。 荷斯坦奶牛 受体母牛 胚胎移植： 75 是指采用机械方法将 胚胎切割成 、 或 等，经移植获得 双胎或多胎的技术。 概念： 早期 2等份 4等份 8等份 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 特点： 同卵 ★ 胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一 胚胎分割： 发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚 适合分割的胚胎： 76 做DNA分析， 鉴定性别 已知性别胚胎 胚胎移植 ▲ 牛胚胎性别鉴定和分割示意图 胚胎分割： 77 优点和意义： 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，还存在刚出生的动物体重偏低，毛色或斑纹可能存在差异等问题。 可以促进优良动物品种的繁殖 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 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、动物繁育健康后代具有重要意义。 胚胎分割： 78 13．（2026•四川）为探究编码酪氨酸酶的T基因对狗毛色的影响，有人通过如图所示过程获得了两只小狗。下列叙述正确的是（　　） A．采集卵子后立即与获能的精子受精，可有效提高受精率 B．将胚胎1培养至桑葚胚期，取成纤维细胞完成后续实验 C．用蛋白酶合成抑制剂激活重构胚，可获得胚胎2和胚胎3 D．利用现代生物技术获得的两只小狗毛色和性别可能都不一样 胚胎工程 03 C 14．（2025•江苏）梅花鹿和马鹿杂交后代生命力强、茸质好，但自然杂交很难完成，人工授精能解决此难题。胚胎工程技术的应用，可提高繁殖率，增加鹿场经济效益。下列相关叙述合理的是（　　） A．采集的精液无需固定、稀释，即可用血细胞计数板检测精子密度 B．人工授精时，采集的精液经获能处理后才能输入雌性生殖道 C．超数排卵处理时，常用含促性腺激素的促排卵剂 D．母体子宫对胚胎的免疫耐受性低下是胚胎移植的生理学基础 胚胎工程 03 C 15．（2024•甘肃）甘加藏羊是甘肃高寒牧区的优良品种，是季节性发情动物，每年产羔一次，每胎一羔，繁殖率较低。为促进畜牧业发展，研究人员通过体外受精、胚胎移植等胚胎工程技术提高藏羊的繁殖率，流程如图。下列叙述错误的是（　　） A．藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵 B．藏羊乙的获能精子能与刚采集到的藏羊甲的卵母细胞受精 C．受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理 D．后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙 胚胎工程 03 B $