2.3.2胚胎工程技术及其应用课件高二下学期生物人教版选择性必修三

第二章细胞工程2.3.2

胚胎工程技术及其应用体外受精早期胚胎发育受体母牛(代孕)精子卵子胚胎移植受精卵早期胚胎试管牛试管牛=克隆牛

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。涉及的胚胎工程技术：体外受精、体外胚胎培养、胚胎移植一、体外受精1.过程包括

、

和

等步骤。卵母细胞的采集精子的获取受精雌性哺乳动物雄性哺乳动物精子获能的精子获能处理精子的获取卵母细胞成熟卵母细胞成熟培养卵母细胞的采集体外受精受精卵一、体外受精卵巢MⅡ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

精液由精子和精浆两部分组成。精浆中含有一种能抑制精子获能的物质，因此在一般情况下，精液中的精子无法获能。精子获能前进行离心处理，目的是除去精浆以利于精子获能。一、体外受精1.过程知识补充（1）输卵管采卵(冲取卵子)利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子（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。（2）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。（3）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。卵母细胞的采集采集后不需培养，直接与获能的精子受精采集后需培养至MⅡ中期采集后需培养至MⅡ中期一、体外受精2.意义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目前我国人和牛的体外受精技术已达到国际先进水平！一、体外受精思考：可以将受精卵直接植入子宫中发育吗？不能，需要进行早期胚胎培养早期胚胎培养以检查受精状况和受精卵的发育能力一、体外受精1.概念指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到

、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。同种的供体受体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提供胚胎的个体接受胚胎的个体胚胎工程的最后一道“工序”二、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体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等收集胚胎并检查对受体进行妊娠检查……同期发情处理……激素处理超数排卵处理优良供体公牛发情配种或人工授精具有优良性状的后代优良供体母牛（遗传性状优良，生产能力强）健康受体母牛（有健康体质和正常生殖能力）受体发情胚胎移植正常繁殖或两三个月后进行另一次移植每次处理一头奶牛收集到的胚胎，经移植可产生3-4头犊牛，每年可处理4-5次。二、胚胎移植2.过程……同期发情处理……激素处理优良供体母牛（遗传性状优良，生产能力强）健康受体母牛（有健康体质和正常生殖能力）思考：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。

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。二、胚胎移植……同期发情处理……激素处理超数排卵处理优良供体母牛（遗传性状优良，生产能力强）健康受体母牛（有健康体质和正常生殖能力）受体发情

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。思考：如何进行超数排卵？用外源促性腺激素处理供体母牛，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。二、胚胎移植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。二、胚胎移植充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量。①缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代②可在短期内大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良。③经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交流，代替活畜的引种和进出口④通过胚胎移植可人为生产双胎或多胎⑤可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。3.意义二、胚胎移植胚胎移植的生理学基础1.将检验合格的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?

不一定；一般情况下检查合格的胚胎需要移植到同种的、生理状况相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。

在胚胎移植前应该对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器的生理变化同步，目的是为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。2.受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应?思考·讨论？二、胚胎移植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?

胚胎移植后，经受体孕育的后代的遗传特性与供体保持一致，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。

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，并继续发育。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。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?胚胎移植的生理学基础思考·讨论？二、胚胎移植思考：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1.概念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。①理论依据②特点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。③主要仪器设备体视显微镜和显微操作仪三、胚胎分割2.操作程序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。【说明】不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作不完全相同。三、胚胎分割3.意义a.提高胚胎利用率，促进优良动物品种的繁殖。b.产生遗传性状相同的后代，作为遗传学研究的宝贵材料。c.胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查，对于人工控制动物性别，繁育健康动物后代具有重要意义。三、胚胎分割为什么要取滋养层细胞进行分析和鉴定？①避免损伤内细胞团；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。4.注意事项1.胚胎分割份数不能过多。分割的次数越多，每一份的细胞数目越少，不但难以做到均等分割，而且囊胚期的内细胞团细胞所受的影响也越大。分割的份数越多，技术难度越大，移植后的和发育的难度越大，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。2.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。三、胚胎分割①刚出生动物的体重偏低，毛色和斑纹还存在差异；②采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的。三、胚胎分割5.存在问题胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同项目胚胎分割动物体细胞核克隆动物相同点都属于无性繁殖或克隆，最终技术是胚胎移植不同点胚胎的来源雌性动物的早期胚胎或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遗传物质胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞核提供起点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三、胚胎分割

可以向胚胎工程专家提出的问题有：公司繁育成功的良种奶牛是将胚胎几等分得到的后代?采用胚胎分割技术，理论上一头纯种荷斯坦奶牛一年可由代孕母牛生下多少头小牛?实际得到了多少头?如果理论值与实际值存在差异，产生差异的原因是什么?胚胎分割后经移植获得的同卵双胎或多胎，是否保持了良种奶牛所有的优良性状?是否有生理缺陷?等等。到社会中去1、爱德华兹以他在体外受精技术领域做出的开创性贡献而获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。关于体外受精技术的叙述正确的是A.获取的精子经获能后才能进行体外受精B.采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵C.精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫D.精子与卵子相遇后，精子会释放多种水解酶，防止多精入卵2、（2022湖北）下列关于哺乳动物受精的有关说法正确的是A.防止多精入卵受精的两道屏障分别是顶体反应和卵细胞膜反应B.受精的实质是雌雄原核的融合，雄原核一般略小于雌原核C.动物排出的卵子成熟程度不同，有的是次级卵母细胞，有的是初级卵母细胞D.精子获能必须在雌性动物生殖道内进行，在体外不能进行A练习C3、(不定项)下图所示是利用哺乳动物的生殖细胞进行的体外受精培育试管动物的大致流程。下列说法中正确的是A.哺乳动物的体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤B.获取的精子经过离心处理后,就具备了与卵母细胞受精的能力C.卵母细胞需要在体外成熟培养至MⅡ期D.胚胎早期发育的过程是受精卵→囊胚→桑葚胚→原肠胚4、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、卵结合在母畜体内,而体外受精中这一过程发生在体外培养液中ACC练习5、下列关于胚胎分割技术的叙述,错误的是A.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或三胎B.胚胎分割技术用机械方法切割早期胚胎C.胚胎分割技术属于无性生殖方式,因此属于克隆的方法D.胚胎分割技术应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚练习A6、下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是 A.采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理 B.体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植 C.使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应 D.利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高A7、下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是A.甲所表示的细胞不一定是受精卵B.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段C.应把③移植到处于发情状态的母牛的输卵管中D.图示过程使用了细胞培养、胚胎分割、核移植等生物技术A练习8、Leigh氏综合征是一种攻击神经系统的严重神经障碍，其致病基因位于线粒体DNA中。一位母亲约有1/4的线粒体携带有这种致病基因，她的前两个孩子因为患有Leigh氏综合征而夭亡。她的第三个孩子因为接受另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。请根据男婴孕育过程回答下面的问题：(1)该母亲的前两个孩子患病夭亡的原因是____________________________________________________________________________________。该健康男婴孕育过程中依次使用了________、体外受精、早期胚胎培养和______________等技术。该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全部来自卵细胞，导致前两个孩子患病夭亡核移植胚胎移植练习(2)图示过程中代表该母亲卵母细胞的____(填“A”或“B”)。取卵之前，该母亲需要注射_______激素。(3)将受精卵移入发育培养液中继续培养至桑葚胚或_____，再进行胚胎移植。(4)在胚胎孕育过程中医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育原因是______________________________________________________________。B促性腺囊胚因为男性的线粒体不会遗传给后代练习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概念检测×××1.体外受精和胚胎移植都是在医学和农业生产上应用较多的胚胎工程技术。判断下列相关表述是否正确。（1）采集来的卵母细胞和精子可以直接用于体外受精。（2）经胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体保持一致。（3）进行胚胎移植前，要对供体和受体进行免疫检查，以防止发生免疫排斥反应。概念检测2.杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，成为受广大消费者喜欢的绵羊品种。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示。（1）请将图中括号内的内容补充完整。（2）为了获得数量较多的卵母细胞，可以对雌性杜泊羊进行怎样的处理?（3）在进行体外受精操作之前，还要对获得的卵母细胞和精子进行怎样的处理?体外胚胎培养胚胎移植可以对雌性杜泊羊进行超数排卵处理。要对采集到的卵母细胞进行成熟培养，对采集到的精子进行获能处理。拓展应用北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛去世，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。请回答下列问题。（1）我们可以使用哪些现代生物技术来人工繁育北方白犀牛?运用这些技术一定能繁育成功吗?请说出你的理由。（2）如果繁育成功，这样人工繁育的种群与野生种群相比，有什么区别?（3）如果繁育不成功，这一物种将永远从地球上消失，从中我们能得到怎样的教训?

可以使用人工授精、体外受精、胚胎移植、体细胞核移植等技术来人工繁育北方白犀牛。

运用这些技术不一定能成功繁育北方白犀牛，因为任何一项技术都不能保证百分之百的成功率，何况现存的北方白犀牛数量极少。这样人工繁育的种群与野生种群相比，遗传多样性会降低，野外生存能力也会下降。

多种多样的生物是生态系统的重要成员，是一个个独特的基因库。任何一个物种的灭绝都可能产生多米诺效应，使其他相关物种受到影响，进而威胁到生态系统的平衡与稳定。保护濒危的野生动物，保护生物多样性刻不容缓。1.若下图表示细胞工程操作中的某些过程，请回答下列问题。ABC(1)如果A、B分别是白菜和甘蓝的原生质体，则C细胞再生出细胞壁后需要通过什么技术才能发育成杂种植株“白菜-甘蓝”？若白菜和甘蓝杂交产生了子代，该子代是否可育？为什么？

植物组织培养技术。

白菜和甘蓝杂交产生的子代没有同源染色体，进行减数分裂时联会发生紊乱，不能形成正常的配子，所以该子代一般不可育。复习提高(2)若该图表示抗丙肝病毒的单克隆抗体制备过程中的一环，A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞表示什么？符合要求的C细胞应具有哪些特点？B淋巴细胞。

能大量增殖并能产生抗丙肝病毒的抗体。(3)如果A、B分别是取自优良奶牛的卵细胞和精子，在进行体外受精时，一般要把A细胞培养到什么时期？B细胞则要经过什么处理才能与A细胞结合为受精卵？

减数分裂Ⅱ中期；获能处理。复习提高2.2015年10月，我国科学家屠呦呦因发现青蒿素可以有效降低疟疾患者的死亡率而获得了诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素类药物的市场需求很大，请你根据所学内容及以下信息，提出一条提高青蒿素类药物产量的研究思路。（1）青蒿素的衍生物——双氢青蒿素也是很好的抗疟疾药物，并且它的药物活性比青蒿素的高很多；（2）青蒿素是从黄花蒿中提取的，在黄花蒿产生青蒿素的代谢过程中，某些酶（如FPS酶）起决定性作用；（3）野生黄花蒿在生长过程中，处于花蕾期时体内青蒿素含量最高；（4）研究人员在对黄花蒿进行组织培养时，发现它的愈伤组织中没有青蒿素，但是由愈伤组织再分化形成的芽和苗中均有青蒿素；（5）四倍体黄花蒿体内青蒿素的含量比二倍体高38%，但四倍体植株比二倍体植株矮小很多。复习提高

用基因工程技术将青蒿素基因或双氢青蒿素基因导入微生物，利用微生物合成青蒿素。

用植物组织培养技术，将外植体脱分化形成愈伤组织，再诱导愈伤组织再分化成胚状体，获取青蒿素。

将FPS酶基因作为目的基因插入农杆菌T-DNA中，用农杆菌转化法导入青蒿素细胞，整合到青蒿素染色体DNA上，再利用植物组织培养获得FPS酶基因表达能力强、青蒿素产量高的品种。

用秋水仙素处理黄花蒿种子或幼苗使之成为四倍体，获取青蒿素。

或采用其他合理方法。复习提高3.在章首页中介绍的体细胞克隆猴的培育过程中，我国科学家经过多年的反复实验，可以在10s之内对卵母细胞进行去核操作，在15s之内将体细胞注入去核的卵母细胞里。有评论者认为：该研究的研究者利用“聪明的化学方法和操作技巧”，攻克了多年来导致体细胞克隆猴失败的障碍。培育克隆猴的流程如下图所示，请结合图回答问题。复习提高胎猴体细胞取出母猴采集卵母细胞去核去核卵母细胞Kdm4d的mRNA重构胚克隆小猴代孕母猴TSA生出胚胎移植注入处理用灭活的仙台病毒短暂处理融合培养复习提高（1）研究人员在将胎猴的体细胞注入去核的卵母细胞前，用灭