資源簡介

(共53張PPT)
第2章 細胞工程
第3節 胚胎工程
第2課時 胚胎工程技術及其應用
1
簡述體外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步驟和應用價值。（生命觀念）
2
關注試管動物技術在促進家畜快速繁殖中的應用。關注胚胎工程與畜牧業發展。（社會責任）
3
以文字和圖示表示哺乳動物的體外受精和胚胎移植的過程。（科學思維）
有一對夫婦，妻子因病切除了兩側輸卵管，但他們一直想要一個親生的孩子，你能從理論上想個辦法幫他們完成這個愿望嗎？
試管嬰兒
模擬有性生殖，進行體外受精，培育試管動物。
1.概念：通過人工操作使卵子在體外受精，經
培養發育為早期胚胎后，再進行移植
產生的個體。
體外受精
受體母牛
(代孕)
精子
卵子
早期胚胎發育
胚胎移植
受精卵
早期胚胎
試管牛
胚胎移植
體外受精
體外胚胎培養
有性生殖
2.生殖方式：
試管動物 = 克隆動物
試管動物
第1代試管嬰兒技術
通過常規的體外受精和胚胎移植技術直到臨床妊娠分娩。此技術主要適用于因女方因素引起的不孕癥患者。
第2代試管嬰兒技術
通過顯微人工受精技術, 幫助精子通過透明帶或穿過卵細胞膜, 直至臨床妊娠分娩主要適用于男方因素引起的不孕癥患者, 也適用于上述女方因素引起的不孕。
第3代試管嬰兒技術
第三代“試管嬰兒”是指胚胎著床前進行遺傳學診斷。剔除帶有疾病遺傳物質的胚胎。通過此技術可以提高出生試管嬰兒的質量。
試管動物
核移植
體外受精
早期胚胎培養
胚胎移植
克隆牛
無性生殖
重組細胞
受精卵
試管牛
有性生殖
比較項目 試管動物(嬰兒) 克隆動物
技術基礎
生殖類型
后代性狀 的繼承特點
體外受精、胚胎早期培養
胚胎移植
動物細胞培養、動物體細胞核移植、胚胎移植
有性生殖
無性生殖
繼承雙親的的特性
與核供體親本基本一樣
試管動物
體外受精
胚胎移植
胚胎分割
1.體外受精技術主要包括哪幾個步驟？
2.卵母細胞的培養的目的是什么？
3.離心的目的是什么？
4.精子與卵細胞如何完成體外受精？
5.受精卵如何培養？
閱讀P60文字及圖2-22，思考以下問題：
培養
1.過程：哺乳動物的體外受精技術主要包括卵母細胞的采集、精子的
獲取和受精等步驟。
卵巢
MⅡ期卵母細胞
采集
卵母細胞的采集方法
方法一：輸卵管采卵(沖取卵子)：
利用 促使雌性動物超數排卵，從輸卵管中沖取卵子。適合實驗動物(兔、鼠)以及家畜豬、羊等。
方法二：屠宰動物的卵巢采卵：
從已屠宰的雌性動物體內摘取卵巢，再從卵巢中采集卵母細胞。適合大型動物或大家畜，如：牛、馬等。
方法三：活體采卵(卵巢中)：
借助超聲波探測儀、內窺鏡或腹腔鏡等儀器，直接從活體動物卵巢中吸取卵母細胞。適合大型動物或大家畜，如：牛、馬等。
促性腺激素
成熟卵子，可直接與獲能精子受精。
體外培養至MⅡ，再與獲能精子受精。
體外培養至MⅡ，再與獲能精子受精。
培養
1.過程：哺乳動物的體外受精技術主要包括卵母細胞的采集、精子的
獲取和受精等步驟。
卵巢
MⅡ期卵母細胞
采集
新鮮或解
凍的精液
精子離心處理
獲能精子
(人工配制的獲能液)
目的：去除精漿（含有抑制精子獲能的物質），以利于精子獲能 (提取純度較高精子)
培養
卵巢
MⅡ期卵母細胞
采集
新鮮或解
凍的精液
精子離心處理
獲能精子
(人工配制的獲能液)
體外受精
(相應溶液)
項　目 自然受精 人工授精 體外受精
不 同 點 過程 不同 雌雄動物交配完成 用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內,完成受精 人工獲取精子、卵母細胞,在體外分別經處理后完成受精過程
場所 不同 雌性動物輸卵管中 雌性動物輸卵管中 體外培養液中
相同點 ①精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程;②都是有性生殖
1.過程：哺乳動物的體外受精技術主要包括卵母細胞的采集、精子的
獲取和受精等步驟。
項目 自然受精 人工授精 體外受精
不 同 點 過程不同
場所不同
相同點
雌雄動物
交配完成
雌性動物
輸卵管中
用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內，完成受精
人工獲取精子、卵子，在體外培養液中完成受精過程
雌性動物
輸卵管中
體外培養液中
①精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程
②都是有性生殖
比較自然受精、人工授精和體外受精的異同點
培養
卵巢
MⅡ期卵母細胞
采集
新鮮或解
凍的精液
精子離心處理
獲能精子
(人工配制的獲能液)
體外受精
項　目 自然受精 人工授精 體外受精
不 同 點 過程 不同 雌雄動物交配完成 用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內,完成受精 人工獲取精子、卵母細胞,在體外分別經處理后完成受精過程
場所 不同 雌性動物輸卵管中 雌性動物輸卵管中 體外培養液中
相同點 ①精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程;②都是有性生殖
1.過程：哺乳動物的體外受精技術主要包括卵母細胞的采集、精子的
獲取和受精等步驟。
受精卵培養
(相應溶液)
(不同培養液)
2. 意義：
②為胚胎移植提供可用的胚胎
①提高動物繁殖能力的有效措施
下圖表示畜牧業生產上培育某種優良種牛的兩種方法，請分析回答下列有關問題。
(1)方法Ⅰ培育優良種牛和方法Ⅱ培育優良種牛的本質區別
是 。
(2)過程①為 ；過程②為　 。　
(3)卵子受精的標志是在卵細胞膜和透明帶的間隙能夠觀察到　　 。
方法Ⅰ的培育為有性生殖，方法Ⅱ的培育為無性生殖
核移植技術
體外受精技術
兩個極體
②
典例分析
體外受精
胚胎移植
胚胎分割
1.概念：
是指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的雌性動物體內，使之繼續發育為新個體的技術。
良種公牛
良種母牛
良種胚胎
代孕母牛
移植
供體
受體
提供胚胎的個體
接受胚胎的個體
遺傳性狀優良、生產能力強
有健康體質和正常繁殖能力
“借一般動物之腹 懷優秀個體之胎”
如轉基因、核移植和自然受精等
產生具有優良遺
傳特性的胚胎
承擔繁重而漫長的
妊娠和育仔任務。
2. 胚胎移植的基本程序
配種或人工授精
發情配種或人工授精
優良公牛
胚胎收集并檢查、保存
收集胚胎并檢查
胚胎移植
胚胎移植
胚胎移植后的檢查
對受體進行妊娠檢查
正常繁殖或兩三個月后進行另一次移植
優良供體母牛
受體母牛
超數排卵
——————進行同期發情處理——————
受體發情
供體、受體的選擇和處理
沖卵
發育到桑椹胚或囊胚階段
(將收集的胚胎直接向受體移植或放入-196℃的液氮中保存)
(一般用孕激素或雌激素)
（促性腺激素）
供體職能
胚胎工程的最終技術環節
充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力，大大縮短了供體本身的繁殖周期
產生具有優良遺傳特性的胚胎
供體：超數排卵處理
3.意義：
4.地位：
受體職能
承擔繁重而漫長的妊娠和育仔任務
受體承擔生育任務
5.胚胎移植的生理學基礎
（1）將檢驗合格的胚胎移植到任何一個受體的子宮內，胚胎都能正常發
育嗎 如果不能，在胚胎移植前應該對受體進行怎樣的處理
不一定能正常發育。一般情況下檢驗合格的胚胎需要移植到同種的、生理狀態相同的受體子宮內，胚胎才能繼續發育。在胚胎移植前要對受體進行同期發情處理，使供體和受體生殖器官的生理變化同步，這樣才能為供體的胚胎移人受體提供相同的生理環境。
P62思考·討論
（2）受體會不會對來自供體的胚胎發生免疫排斥反應
受體對來自供體的胚胎基本上不會發生免疫排斥反應。
（3）胚胎移植后，經受體孕育的后代，其遺傳特性與供體還是
受體保持一致 為什么
胚胎移植后，經受體孕育的后代的遺傳特性與供體保持一致。因為供體胚胎與受體子宮建立的僅是生理和組織上的聯系。其遺傳物質在孕育過程中不會發生任何變化。
P62思考·討論
（4）胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置
的轉移。你認為這樣的概括正確嗎？為什么？
正確。因為胚胎移植的成功率與供體、受體生理環境條件的一致性密切相關。只有供體、受體生理環境條件高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并能續發育。所以，我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。
P62思考·討論
生理學基礎 意義
同種動物的供、受體排卵后（同期發情）生殖器官的生理變化是 的
相同
為供體的胚胎移入受體提供
了 的生理環境
相同
早期胚胎形成后，在一定時間內不會與母體子宮建立組織上的聯系，而是處于 狀態
游離
為胚胎的 提供了可能
收集
受體對移入子宮的外來胚胎基本
上不發生 。
免疫排斥反應
為胚胎在受體內的 提
供了可能
存活
供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系，但其 不受任何影響
遺傳特性
為移植后胚胎繼續發育提供了營養等方面的保障
5.胚胎移植成功的生理學基礎及相應意義
胚胎移入的基礎
移入胚胎存活的基礎
保留胚胎遺傳特性基礎
P62思考·討論
胚胎收集的基礎
(1)試管動物的制備屬于無性繁殖。 (　　)
(2)胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉
移。 (　　)
(3)胚胎移植作為胚胎工程的最終技術環節，移植的胚胎一般在原腸
胚之前，也可以直接移植受精卵。(　　)
(4)超數排卵需外源促性激素 (　　)
×
√
×
√
正誤判斷
同卵雙胞胎
自然受孕產生雙胞胎的概率非常低，能否人為創造同卵雙生個體？
早期胚胎細胞具有很強的分裂能力，并保持著細胞全能性，能不能將一個胚胎分割成幾份，從而提高胚胎的利用率？
1942 年 ，科學家成功地對大鼠二細胞胚胎進行了分離和培養 。后來 ， 一些科學家嘗試著把綿羊八細胞胚胎分割成 4 份 ，每份 2 個細胞 ，再將它們植入母羊子宮內 ， 結果母羊成功地產下 4 只小羊 。
小資料
體外受精
胚胎移植
胚胎分割
采用機械方法將早期胚胎切割成2等份，4等份或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。
1.概念：
2.理論依據：
早期胚胎細胞的全能性—桑椹胚階段細胞未分化和囊胚階段內細胞團
具有全能性。
3.特點：
來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，因此胚胎分割可以看做動物無性繁殖或克隆的方法之一。
4.主要儀器設備：
體視顯微鏡
體視顯微鏡和顯微操作儀
顯微操作儀
發育良好的，形態正常的桑椹胚或囊胚階段的胚胎。
★選擇胚胎：
工具：分割刀或分割針
5.操作：
顯微鏡下切割胚胎
囊胚腔
透明帶
滋養層
內細胞團
分割針
分割針
做DNA分析，鑒定性別
已知性別胚胎
二分胚
內細胞團
胚胎移植
牛胚胎性別鑒定和分割示意圖
均分內細胞團
問題1:為什么要取滋養層細胞進行DNA分析和性別鑒定？
內細胞團
滋養層
囊胚腔
發育
胎盤和胎膜
發育
胎兒的各種組織
①避免損傷內細胞團; ②滋養層和內細胞團均來自同一個受精卵的有絲分裂，含有相同的遺傳物質; ③滋養層細胞發育成胎盤和胎膜，不發育為胎兒的組織或器官，不影響胚胎分割和發育。
進行DNA分析目的：
進行性別鑒定目的：
進行遺傳病篩查，以防止產生的后代具有嚴重的遺傳病；
問題2：進行DNA分析和性別鑒定的目的是什么？
:人工篩選后代動物的性別。
胚胎分割不是分割份數越多，效率越高：分割的份數越多，技術難度會越大，移植后的恢復和發育的難度會越大，移植成功率自然會降低。
問題4：胚胎分割不是分割份數越多？
若內細胞團沒有均等分割，會出現含內細胞團多的部分正常發育的能力強，少的部分發育受阻或發育不良，甚至不能發育等問題。
問題3：為什么內細胞團要均等分割？
7.優點：
①可以促進優良動物品種的繁殖，產生的遺傳性狀相同的后代是進行
遺傳學研究的寶貴材料。
②胚胎移植前，進行性別鑒定、遺傳病篩查等，對于人工控制動物性
別、動物繁育健康后代具有重要意義。
6.注意事項：
①選擇發育良好的、形態正常的桑葚胚或囊胚
②分割囊胚時，要將內細胞團均等分割
③做性別鑒定時選取滋養層細胞進行DNA分析
8.局限性：
①采用胚胎分割技術產生同卵多胎的可能性是有限的，分割次數越多，
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。
②存在剛出生動物體重偏低，毛色、斑紋可能存在差異等問題。
項目 胚胎分割動物 體細胞核克隆動物
相同點
不 同 點 胚胎的 來源
遺傳 物質
起點
理論 基礎
都屬于無性繁殖，最終技術是胚胎移植
雌性動物的早期胚胎或體外受精及其他方式得到的胚胎
通過核移植技術獲得的重組胚胎
胚胎分割動物具有相同的遺傳物質，兩個親本提供的核遺傳物質一樣多
克隆動物的核遺傳物質主要由供體細胞核提供
經過受精作用或其他方式形成的一個細胞
經過核移植技術形成的一個細胞
動物細胞的全能性
動物細胞核的全能性
(1) 桑椹胚、囊胚和原腸胚都可用于胚胎分割移植。 (　　)
(2) 對桑椹胚分割移植時，應將內細胞團均等分割。 (　　)
(3) 胚胎的生產過程一般是有性生殖，但胚胎分割是無性繁殖。(　　)
×
×
×
正誤判斷
1.超數排卵使用的激素是 。
2.用于胚胎移植的早期胚胎是 。
3.良種牛的后代的遺傳特性是由 牛決定的。
4.胚胎工程的最后一道“工序”是 。
5.沖卵 。
6.胚胎分割的次數不宜過多;但一次給受體動物 ，
可增加雙胞胎和多胞胎的比例。
供體公牛和供體母
胚胎移植
把供體子宮內的受精卵沖洗出來
植入多個胚胎
促性腺激素
桑葚胚或囊胚
鞏固練習
胚胎工程技術及其應用
體外受精
胚胎分割
步驟：
概念：
基礎：
步驟：
體外受精技術的意義：
意義：
胚胎移植
步驟：
概念：
意義：
①促進優良動物品種的繁殖；
②產生遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料；
③對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代具有重要意義
對早期胚胎切割
細胞的全能性、每個細胞的細胞核內具有相同的遺傳物質
選擇胚胎、分割胚胎、胚胎移植
充分發揮雌性優良個體的繁殖能力
移植到同種的、生理狀況相同的雌性動物體內
卵母細胞的采集、精子的獲取、受精
提高動物繁殖能力的有效措施，
為胚胎移植提供可用的胚胎
一、概念檢測
1.體外受精和胚胎移植都是在醫學和農業生產上應用較多的胚胎工程
技術。判斷下列相關表述是否正確。
（1）采集來的卵母細胞和精子可以直接用于體外受精。（ ）
（2）經胚胎移植產生的后代，其遺傳特性與受體保持一致。（ ）
（3）進行胚胎移植前，要對供體和受體進行免疫檢査，以防止發生免
疫排斥反應。（ ）
×
×
×
教材P64
2.杜泊羊以其生長速度快、肉質好等優點，成為受廣大消費者喜歡的綿羊品種。科研工作者通過胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下圖所示。
雌性杜泊羊
雄性杜泊羊
卵母細胞
精子
采集
采集
受精卵
體外受精
早期胚胎
當地普通綿陽
杜泊羊
分娩
（ ）
（ ）
體外胚胎培養
胚胎移植
教材P64
（2）為了獲得數量較多的卵母細胞，可以對雌性杜泊羊進
行怎樣的處理
可以對雌性杜泊羊進行超數排卵處理。
（3）在進行體外受精操作之前，還要對獲得的卵母細胞和精
子進行怎樣的處理
要對采集到的卵母細胞進行成熟培養，對采集到的精子進行獲能處理。
教材P64
二、拓展應用
北方白犀牛曾經廣泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盜獵和自然棲息地的喪失，它們的數量不斷減少。2018年3月，世界上最后一頭雄性北方白犀牛去世，該物種僅剩下兩頭雌性。在此之前，研究人員設法保存了北方白犀牛的精子。請回答下列問題。
（1）我們可以使用哪些現代生物技術來人工繁育北方白犀牛？運用這些技術一定能繁育成功嗎？請說出你的理由。
可以使用人工授精、體外受精、胚胎移植、體細胞核移植等技術來人工繁育北方白犀牛。運用這些技術不一定能成功繁育北方白犀牛，因為任何一項技術都不能保證百分之百的成功率，何況現存的北方白犀牛數量極少。
北方白犀牛
教材P64
北方白犀牛
（2）如果繁育成功，這樣人工繁育的種群與野生種群相比，有什么區別？
與野生種群相比，遺傳多樣性會降低，野外生存能力也會下降。
教材P64
（3）如果繁育不成功，這一物種將永遠從地球上消失，從中我們能得到
怎樣的教訓？
多種多樣的生物是生態系統的重要成員，是一個個獨特的基因庫。任何一個物種的滅絕都可能產生多米諾效應，使其他相關物種受到影響，進而威脅到生態系統的平衡與穩定。保護瀕危的野生動物，保護生物多樣性刻不容緩。
1.若下圖表示細胞工程操作中的某些過程，請回答下列問題。
A
B
C
教材P66
(1)如果A、B分別是白菜和甘藍的原生質體，則C細胞再生出細胞壁后需要
通過什么技術才能發育成雜種植株“白菜-甘藍”？若白菜和甘藍雜交
產生了子代，該子代是否可育？為什么？
植物組織培養技術。白菜和甘藍雜交產生的子代沒有同源染色體，進行減數分裂時聯會發生紊亂，不能形成正常的配子，所以該子代一般不可育。
(2) 若該圖表示抗丙肝病毒的單克隆抗體制備過程中的一環，A細胞是
小鼠骨髓瘤細胞，則B細胞表示什么？符合要求的C細胞應具有哪
些特點？
B淋巴細胞。 能大量增殖并能產生抗丙肝病毒的抗體。
(3) 如果A、B分別是取自優良奶牛的卵細胞和精子，在進行體外受精時，
一般要把A細胞培養到什么時期？B細胞則要經過什么處理才能與A細
胞結合為受精卵？
減數分裂Ⅱ中期；獲能處理。
教材P66
2.2015年10月，我國科學家屠呦呦因發現青蒿素可以有效降低瘧疾患者的死亡率而獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。青蒿素類藥物的市場需求很大，請你根據所學內容及以下信息，提出一條提高青蒿素類藥物產量的研究思路。
（1）青蒿素的衍生物——雙氫青蒿素也是很好的抗瘧疾藥物，并且它的藥物活性比青
蒿素的高很多；
（2）青蒿素是從黃花蒿中提取的，在黃花蒿產生青蒿素的代謝過程中，某些酶（如
FPS酶）起決定性作用；
教材P66
（3）野生黃花蒿在生長過程中，處于花蕾期時體內青蒿素含量最高；
（4）研究人員在對黃花蒿進行組織培養時，發現它的愈傷組織中沒有青蒿素，但是由
愈傷組織再分化形成的芽和苗中均有青蒿素；
（5）四倍體黃花蒿體內青蒿素的含量比二倍體高38%，但四倍體植株比二倍體植株矮
小很多。
用基因工程技術將青蒿素基因或雙氫青蒿素基因導入微生物，利用微生物合成青蒿素。
用植物組織培養技術，將外植體脫分化形成愈傷組織，再誘導愈傷組織再分化成胚狀體，獲取青蒿素。
將FPS酶基因作為目的基因插入農桿菌T-DNA中，用農桿菌轉化法導入青蒿素細胞，整合到青蒿素染色體DNA上，再利用植物組織培養獲得FPS酶基因表達能力強、青蒿素產量高的品種。
用秋水仙素處理黃花蒿種子或幼苗使之成為四倍體，獲取青蒿素。或采用其他合理方法。
教材P66
3. 在章首頁中介紹的體細胞克隆猴的培育過程中，我國科學家經過多年的反復實驗，可以在10s之內對卵母細胞進行去核操作，在15s之內將體細胞注入去核的卵母細胞里。有評論者認為：該研究的研究者利用“聰明的化學方法和操作技巧”，攻克了多年來導致體細胞克隆猴失敗的障礙。培育克隆猴的流程如下圖所示，請結合圖回答問題。
教材P66
（1）研究人員在將胎猴的體細胞注入去核的卵母細胞前，用滅活的仙臺病毒進行了短暫處理。在此過程中，滅活的仙臺病毒所起作用是什么？
誘導細胞融合
教材P66
（2）為了調節相關基因的表達，提高胚胎的發育率和妊娠率，研究人員將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構胚，同時用組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA處理了它。這兩種物質發揮作用的機制是什么？
這兩種物質都是通過改變組蛋白的表觀遺傳修飾來調控基因表達。組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表達組蛋白去甲基化酶，該酶能降低組蛋白的去甲基化水平；組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA可以抑制組蛋白脫乙酰酶的作用，提高組蛋白的乙酰化水平。
（3）評論者所說的培育過程中用到的“聰明的化學方法和操作技巧”，你認為具體體現在什么地方？
“聰明的化學方法”是指對重構胚的處理用了TSA以及將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構胚，這可以促進囊胚的發育和提高代孕母猴的妊娠率。
“操作技巧”是指科學家經過大量的訓練，能在10s內完成對卵母細胞的去核操作，能在15s內將體細胞注入去核的卵母細胞，這樣迅速的操作減少了對卵母細胞的損傷。
教材P66
在醫學研究中通常需要用到遺傳背景相似或相同的實驗動物，這樣實驗組和對照組的比較才更具有說服力。小鼠因其能快速地進行近親繁殖，產生大量遺傳背景相似的后代，而被廣泛用作實驗動物。但是小鼠與人的親緣關系太遠，很多在小鼠體內有效的候選藥物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠體內存在的致病機制也不一定存在于人體內。由于猴與人的親緣關系極近，培育大批具有相同遺傳背景的克隆猴，對人類疾病致病機制的研究和新藥的研發等具有重要意義。特別是在腦研究方面，克隆猴的培育將大大促進人類腦疾病的研究和治療。例如，我們可以培育一批“模型猴”標記它們的某一類神經元，追蹤其神經連接，由于這些猴的遺傳背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差異造成的大腦結構形狀不一的問題。克隆猴的成功培育標志著我國在非人靈長類疾病動物模型研究方面處于國際領先水平。
（4）你認為體細胞克隆猴的成功培育有什么意義？
教材P66

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