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(共28張PPT)
第3節(jié) 胚胎工程
（第2課時(shí)）
胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用
【本節(jié)聚焦】
1、胚胎工程技術(shù)主要包括哪些內(nèi)
容 它們的原理分別是什么
2、胚胎工程在生產(chǎn)實(shí)踐中有哪些應(yīng)用
第2章 細(xì)胞工程
學(xué)習(xí)目標(biāo)、重難點(diǎn) 核心素養(yǎng)
1.簡述體外受精的主要操作步驟。 2.簡述胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)和基本流程。 3.簡述胚胎分割的概念。 1.科學(xué)思維：構(gòu)建胚胎移植技術(shù)繁育良種種畜的流程圖。
2.社會責(zé)任：關(guān)注試管動物技術(shù)在促進(jìn)家畜快速繁殖中的應(yīng)用。關(guān)注胚胎工程與畜牧業(yè)發(fā)展。
1.教學(xué)重點(diǎn) (1)胚胎工程的主要技術(shù)及其原理。 (2)胚胎工程在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。 2.教學(xué)難點(diǎn) 胚胎工程中胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)和基本操作步驟。 荷斯坦牛
【資料】
實(shí)際問題：牛的生育率雖然很低，一頭牛一胎只產(chǎn)一頭牛犢，一生只生育4、5次。
科學(xué)發(fā)現(xiàn)：一頭母牛一生排出的卵細(xì)胞約200個左右，卵巢中卵母細(xì)胞數(shù)量是它的1000倍（20萬）；母牛其實(shí)是有很強(qiáng)的生殖潛能的，只是沒有激發(fā)出來。
情境導(dǎo)入
思考：那如何實(shí)現(xiàn)良種牛快速繁殖呢
“試管(牛)動物”
試管動物：是通過人工操作使卵子在體外受精，經(jīng)培育發(fā)育為早期胚胎后，再進(jìn)行移植產(chǎn)生的個體。
精子
卵子
受精卵
早期胚胎
子宮
個體
體外受精
早期胚胎發(fā)育
胚胎移植
有性生殖
生殖方式？
注意：試管動物 ≠ 克隆動物
情境導(dǎo)入
（1）卵母細(xì)胞（MII期）的采集和培養(yǎng)
（2）精子的采集和獲能
（3）受精
（4）早期胚胎培養(yǎng)
1.體外受精
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
體外受精
早期
胚胎發(fā)育
受體母牛
(代孕)
精子
卵子
胚胎移植
受精卵
早期胚胎
試管牛
采集方法 適用范圍 采集過程 培養(yǎng)
輸卵管采卵 (沖取卵子)
卵巢采卵 屠宰動物 的卵巢采卵
活體采卵 實(shí)驗(yàn)動物以及家畜
大型動物
或大家畜
小鼠、兔、豬、羊
牛、馬
利用促性腺激素促使雌性動物排出更多的卵子，從輸卵管中沖取卵子。
從已屠宰的雌性動物體內(nèi)摘取卵巢，再從卵巢中采集卵母細(xì)胞
借助超聲波探測儀、內(nèi)窺鏡或腹腔鏡等儀器，直接從活體動物卵巢中吸取卵母細(xì)胞。
可直接與獲能的精子在體外受精。
采集后的卵母細(xì)胞都要在體外經(jīng)過人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。
(不需要培養(yǎng))
(需要培養(yǎng))
（1）卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)
1.體外受精
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
（2）精子的獲取
方法 操作過程 適用動物
培養(yǎng)法 將精子放入人工配制的獲能液中使其獲能 嚙齒動物、家兔及豬等動物
化學(xué) 誘導(dǎo)法 將精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液中，用化學(xué)藥物誘導(dǎo)精子獲能 牛、羊等家畜
精子在進(jìn)行體外受精前需要精子獲能處理
1.體外受精
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
（3）受精
（4）早期胚胎培養(yǎng)
以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力
獲能液或?qū)Ｓ玫氖芫芤?br/>體外受精技術(shù)（P60）：
提高動物繁殖能力的有效措施；還可以為胚胎移植提供可用的胚胎。
1.體外受精
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
2.胚胎移植
（1）胚胎移植：是指將體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物的體內(nèi)，繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。（p61）
受體：接受胚胎的個體
供體：提供胚胎的個體
早期胚胎
體外受精
體內(nèi)受精
核移植
轉(zhuǎn)入目的基因的受精卵
胚胎分割
有性
生殖
無性
生殖
胚胎移植
實(shí)質(zhì)：早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。
地位：獲得的胚胎都必須移植給受體才能獲得后代。
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
3．胚胎移植后，經(jīng)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？
結(jié)合圖示，思考與討論以下問題：
1． 將檢驗(yàn)合格的胚胎移植到任何一個受體的子宮內(nèi)，胚胎都能正常發(fā)育嗎？如果不能，在胚胎移植前應(yīng)該對受體進(jìn)行怎樣的處理？
2．受體會不會對來自供體的胚胎發(fā)生免疫排斥反應(yīng)？
4．胚胎移植實(shí)質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。你認(rèn)為這樣的概括正確嗎？
思考·討論
胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)
優(yōu)良供體母牛
受體母牛
受體發(fā)情
同期發(fā)情處理
超數(shù)排卵處理
發(fā)情配種
或人工受精
胚胎移植
收集胚胎并檢查
對受體進(jìn)行妊娠檢查
具有優(yōu)良性狀的后代
正常繁殖或兩三個月后進(jìn)行另一次移植
優(yōu)良公牛
供體、受體的選擇和處理
配種或進(jìn)行
人工授精
胚胎的收集
胚胎的檢查
培養(yǎng)或保存
胚胎的移植
移植后的檢查
2.胚胎移植
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
優(yōu)良供體母牛
（遺傳性狀優(yōu)良、生產(chǎn)能力強(qiáng)）
受體母牛
（有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力）
超數(shù)排卵
受體發(fā)情
發(fā)情配種或人工授精
移植胚胎
收集胚胎并檢查
對受體進(jìn)行妊娠檢查
正常繁殖或兩三個月后進(jìn)行另一次移植
具有優(yōu)良性狀的后代
優(yōu)良公牛
進(jìn)行同期發(fā)情處理
一般用激素處理使供體和受體同期發(fā)情，以便使受體適時(shí)處于可以接受外源胚胎的生理狀態(tài)
2.胚胎移植
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
優(yōu)良供體母牛
（遺傳性狀優(yōu)良、生產(chǎn)能力強(qiáng)）
受體母牛
（有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力）
超數(shù)排卵
受體發(fā)情
發(fā)情配種或人工授精
移植胚胎
收集胚胎并檢查
對受體進(jìn)行妊娠檢查
正常繁殖或兩三個月后進(jìn)行另一次移植
具有優(yōu)良性狀的后代
優(yōu)良公牛
進(jìn)行同期發(fā)情處理
應(yīng)用外源促性腺激素，誘發(fā)卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子
2.胚胎移植
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
優(yōu)良供體母牛
（遺傳性狀優(yōu)良、生產(chǎn)能力強(qiáng)）
受體母牛
（有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力）
超數(shù)排卵
受體發(fā)情
發(fā)情配種或人工授精
移植胚胎
收集胚胎并檢查
對受體進(jìn)行妊娠檢查
正常繁殖或兩三個月后進(jìn)行另一次移植
具有優(yōu)良性狀的后代
優(yōu)良公牛
進(jìn)行同期發(fā)情處理
用配制的溶液將胚胎從子宮或輸卵管中沖洗出來
2.胚胎移植
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
（2）過程：
①該過程中兩次使用激素：
②該過程中的兩次檢查：
③ 胚胎移植成功與否要有兩個條件：
對受、供體進(jìn)行同期發(fā)情處理；
用于供體的超數(shù)排卵。
第一次對收集的胚胎進(jìn)行檢查；
第二次對受體母牛是否妊娠進(jìn)行檢查。
胚胎移植一般應(yīng)在同種的雌性供體和受體之間進(jìn)行。
進(jìn)行胚胎移植的供體和受體的生理狀態(tài)要相同。
2.胚胎移植
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
(3)優(yōu)勢：
充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力；
縮短供體繁殖周期,增加一生繁殖后代數(shù)量。
3.胚胎分割
早期胚胎細(xì)胞具有很強(qiáng)的分裂能力，并保持著細(xì)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？
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
1978年，科學(xué)家將小鼠的桑椹胚一分為二，獲得了成功。
1979年，科學(xué)家分割綿羊胚胎獲得了同卵羔羊。
20世紀(jì)80年代后，人們建立了系統(tǒng)的胚胎分割法，并相繼得到1/4和1/8分割胚胎后代。
我國的胚胎工程專家也進(jìn)行了分割胚胎移植的實(shí)驗(yàn)研究，成功地對小鼠、家兔、綿羊、山羊和牛等動物進(jìn)行了分割胚胎移植，并將二分胚胎分割技術(shù)應(yīng)用到牛和羊的胚胎移植中。
胚胎分割技術(shù)的發(fā)展
應(yīng)用胚胎分割技術(shù)獲得的三卵六羔羊
3.胚胎分割
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
（1）概念：采用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2等份，4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。
后代具有相同的遺傳物質(zhì)，因此胚胎分割可以看做動物無性繁殖或克隆的方法之一。
（3）理論基礎(chǔ)：
（4）主要儀器設(shè)備：
（2）特點(diǎn)：
（5）選擇的胚胎：
體視顯微鏡和顯微操作儀
發(fā)育良好的，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。
3.胚胎分割
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
動物胚胎細(xì)胞的全能性。
體視顯微鏡和顯微操作儀
胚胎分割是指采用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份，經(jīng)移植獲得同卵雙胞胎或多胎的技術(shù)。
胚胎分割需要體視顯微鏡和顯微操作儀。
應(yīng)選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑葚胚或囊胚，在盛有操作液的培養(yǎng)皿中進(jìn)行胚胎分割。選擇囊胚進(jìn)行分割時(shí)要注意把內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割。
3.胚胎分割
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
基本操作程序
牛胚胎性別鑒定和分割示意圖
3.胚胎分割
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
（6）具體操作
選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中。
用分割針或分割刀片將胚胎切開，吸出其中的半個胚胎，注入預(yù)先準(zhǔn)備好的空透明帶中，或直接將裸半胚移植入受體。
對囊胚階段胚胎進(jìn)行分割時(shí)一定要均分內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，若分割不均，會出現(xiàn)含內(nèi)細(xì)胞團(tuán)多的部分正常發(fā)育的能力強(qiáng)，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題。
3.胚胎分割
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
3.胚胎分割
一.胚胎工程的技術(shù)及應(yīng)用
二、拓展應(yīng)用
北方白犀牛曾經(jīng)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(shù)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(shè)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(xiàn)代生物技術(shù)來人工繁育北方白犀牛 運(yùn)用這些技術(shù)一定能繁育成功嗎 請說出你的理由。
（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(qū)別
（3）如果繁育不成功，這一物種將永遠(yuǎn)從地球上消失，從中我們能得到怎樣的教訓(xùn)
可以使用人工授精、體外受精、胚胎移植、體細(xì)胞核移植等技術(shù)來人工繁育北方白犀牛。運(yùn)用這些技術(shù)不一定能成功繁育北方白犀牛，因?yàn)槿魏我豁?xiàng)技術(shù)都不能保證百分之百的成功率，何況現(xiàn)存的北方白犀牛數(shù)量極少。
這樣人工繁育的種群與野生種群相比，遺傳多樣性會降低，野外生存能力也會下降。
多種多樣的生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，是一個個獨(dú)特的基因庫。任何一個物種的滅絕都可能產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，使其他相關(guān)物種受到影響，進(jìn)而威脅到生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。保護(hù)瀕危的野生動物，保護(hù)生物多樣性刻不容緩。
練習(xí)與應(yīng)用（P64）
復(fù)習(xí)與提高
1．(1)植物組織培養(yǎng)技術(shù)；白菜和甘藍(lán)雜交產(chǎn)生的子代沒有同源染色體，進(jìn)行減數(shù)分裂時(shí)聯(lián)會發(fā)生紊亂，不能形成正常的配子，所以該子代一般不可育。
(2)用丙肝病毒免疫過的B淋巴細(xì)胞；能大量增殖并能產(chǎn)生抗丙肝病毒的抗體。
(3)減數(shù)分裂Ⅱ中期(MⅡ期)；獲能處理。
3．(1)誘導(dǎo)細(xì)胞融合。
(2)這兩種物質(zhì)都是通過改變組蛋白的表觀遺傳修飾來調(diào)控基因表達(dá)。組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表達(dá)組蛋白去甲基化酶，該酶能降低組蛋白的甲基化水平；
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。
復(fù)習(xí)與提高
3 (3)“聰明的化學(xué)方法”是指對重構(gòu)胚的處理用了TSA以及將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注人了重構(gòu)胚，這可以促進(jìn)囊胚的發(fā)育和提高代孕母猴的妊娠率。
“操作技巧”是指科學(xué)家經(jīng)過大量的訓(xùn)練，能在10s內(nèi)完成對卵母細(xì)胞的去核操作，能在15s內(nèi)將體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞，這樣迅速的操作大大減少了對卵母細(xì)胞的損傷。
(4)在醫(yī)學(xué)研究中通常需要用到遺傳背景相似或相同的實(shí)驗(yàn)動物，這樣實(shí)驗(yàn)組和對照組的比較才更具有說服力。由于猴與人的親緣關(guān)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(jī)制的研究和新藥的研發(fā)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(jìn)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(biāo)記它們的某一類神經(jīng)元，追蹤其神經(jīng)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(jié)構(gòu)形狀不ー的問題。
【當(dāng)堂檢測】
1.可以與獲能精子進(jìn)行體外受精的卵母細(xì)胞需要培養(yǎng)到(　　)
A.MⅠ期 B.MⅡ期
C.桑葚胚期 D.囊胚期
B
D
2.發(fā)展試管動物技術(shù)具有重要意義，下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A.試管動物技術(shù)可解決動物生育率低的問題
B.試管動物技術(shù)可以更多、更有效地利用動物卵母細(xì)胞
C.試管動物技術(shù)可以通過普通家畜繁育良種家畜
D.試管動物技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)家畜的快速繁殖
3.下列關(guān)于采用胚胎工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)某良種肉用牛快速繁殖的敘述，正確的是(　　)
A.采取激素注射等方法對良種母牛作超數(shù)排卵處理
B.體外培養(yǎng)發(fā)育到原腸胚期的胚胎即可進(jìn)行移植
C.使用免疫抑制劑以避免代孕牛對植入胚胎的排斥反應(yīng)
D.利用胚胎分割技術(shù)，同卵多胎較同卵雙胎成功率更高
A
4.中國科學(xué)家利用獼猴體細(xì)胞的細(xì)胞核移植和胚胎移植技術(shù)，最終培育出體細(xì)胞克隆猴“中中”和“華華”，過程如圖所示。下列敘述正確的是
(　　)
C
A.核移植獲得的克隆猴體細(xì)胞的染色體數(shù)目是核供體的一半
B.重組細(xì)胞體外培養(yǎng)發(fā)育到原腸胚階段即可進(jìn)行胚胎移植
C.為獲得更多克隆猴可在胚胎移植前對胚胎進(jìn)行分割
D.利用某一胚胎的干細(xì)胞進(jìn)行多組核移植，理論上產(chǎn)生的雌雄動物數(shù)量比為1∶1

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