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第四節(jié) 胚胎工程及其應(yīng)用
第二章 細(xì)胞工程
第2課時(shí)
情境導(dǎo)入
胚胎工程是指對動物進(jìn)行人為操作和處理以獲得目標(biāo)個(gè)體的技術(shù)，包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等現(xiàn)代生物技術(shù)。
胚胎工程
體外受精
胚胎移植
胚胎分割
體外受精技術(shù)
采集一定發(fā)育階段的精子和卵母細(xì)胞是實(shí)施體外受精技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。體外受精技術(shù)是指哺乳動物的精子和卵子在體外人工控制的環(huán)境中完成受精過程的技術(shù)。其基因原理是人工模擬體內(nèi)環(huán)境、包括營養(yǎng)、溫度、ph等，促使卵母細(xì)胞成熟、同時(shí)使精子獲能，最終完成受精作用等。
過程：
包括__________、_____________和_________等步驟。
采集精子
采集卵母細(xì)胞
體外受精
意義：
為胚胎生產(chǎn)提供了經(jīng)濟(jì)而高效的方法，對充分利用優(yōu)良種質(zhì)資源、縮短家畜繁殖周期、加快品種該良速度等具有重要價(jià)值。
體外受精技術(shù)
體外受精技術(shù)
（1） 采集精子
方法 __________：通過模仿發(fā)情的雌性動物在交配時(shí)陰道的壓力、溫度和潤
滑度等條件，創(chuàng)造了適合______的環(huán)境
過程 采精者可手持________，利用假臺畜讓被采精動物在模擬交配時(shí)將精液
射入假陰道內(nèi)，從而達(dá)到采集精子的目的
精子去向 采集的精子可以立即使用或__________待用
假陰道法
采精
假陰道
冷凍保存
（2） 采集卵母細(xì)胞
動物種類 卵母細(xì)胞的采集方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)
________的動物（如牛、豬） 抽吸法 借助______________和內(nèi)窺鏡等 進(jìn)行，將注射器針頭刺入卵泡中 一并吸出________和 __________，再在顯微鏡下進(jìn)行 ______ 可以有目的地選 擇卵泡，分離得 到____________ ___的卵母細(xì)胞 不能用
于小動
物
較小型的動物 （如小鼠、兔） 機(jī)械破 碎法 將剛宰殺的雌性動物體內(nèi)摘出的 卵巢置于培養(yǎng)皿中，用針頭刺破 ______和______，再在顯微鏡下 對卵母細(xì)胞進(jìn)行篩選 可以得到各種成 熟程度的卵母細(xì) 胞 有可能
刺傷卵
母細(xì)胞
較大型
超聲波探測儀
卵泡液
卵母細(xì)胞
篩選
適當(dāng)成熟程度
卵巢
卵泡
體外受精技術(shù)
動物種類 卵母細(xì)胞的采集方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)
較小型的動物 超數(shù)排卵 采用____________處 理，使其排出更多的卵 子 直接與獲能的 精子在體外完 成受精 超數(shù)排卵效
果不夠穩(wěn)定，特別是個(gè)體之間差異很大
促性腺激素
獲能精子
體外受精技術(shù)
（3） 體外受精
① 精子獲能的處理方法
方法名稱 方法內(nèi)容 適用對象
培養(yǎng)法 將采集的精子放入人工配制的________中，培 養(yǎng)一段時(shí)間。 嚙齒動物、家兔、
豬等
化學(xué)誘導(dǎo)法 將精子放入一定濃度的______或相應(yīng)的 載體溶液中，誘導(dǎo)精子獲能。 牛、羊等動物
獲能液
肝素
② 精子獲能后的變化
.膜流動性______; .膜對______通透性提高; .胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷 濃度______；
.表面電荷______以及游動方式等發(fā)生變化。
增加
升高
降低
體外受精技術(shù)
卵巢
MII期卵母細(xì)胞
體外受精
獲能精子
精子離心處理
新鮮或解凍的精液
受精卵培養(yǎng)
目的：除去精漿以利于精子獲能
精子獲能意義：
增強(qiáng)了精子的代謝能力和運(yùn)動能力。
體外受精技術(shù)
胚胎移植是指將通過體外受精及其他方法得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。
（1）胚胎來源：
通過轉(zhuǎn)基因、核移植和體外受精等方式得到。
（2）供體和受體
提供胚胎的個(gè)體
選擇標(biāo)準(zhǔn)：
遺傳性狀優(yōu)良，生產(chǎn)能力強(qiáng)
職能：
產(chǎn)生具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎
接受胚胎的個(gè)體
選擇標(biāo)準(zhǔn)：
職能：
有健康體質(zhì)和正常繁殖能力
承擔(dān)繁重而漫長的妊娠和育仔任務(wù)
供體
受體
體外受精技術(shù)
胚胎移植技術(shù)
1
供、受體選擇標(biāo)準(zhǔn)是什么？
優(yōu)良供體母牛
受體母牛
遺傳性狀優(yōu)良，生產(chǎn)能力強(qiáng)
有健康體質(zhì)和正常繁殖能力
優(yōu)良供體母牛
__________處理
發(fā)情配種或人工授精
超數(shù)排卵
收集胚胎并檢查
正常繁殖或兩三個(gè)月后進(jìn)行另一次移植
優(yōu)良公牛
受體發(fā)情
移植胚胎
對受體進(jìn)行妊娠檢查
受體母牛
同期發(fā)情處理
具有優(yōu)良性狀的后代
胚胎移植過程
2
如何獲得更多卵子？
超數(shù)排卵
給供體注射促性腺激素，使一頭母畜一次排出比自然情況下多幾倍到幾十倍的卵子，用于體外受精和早期胚胎培養(yǎng)。(從輸卵管中沖取卵子。)
只能注射不能飼喂
分泌
垂體
促性腺激素
卵巢中卵泡發(fā)育成熟
排卵
（+）
優(yōu)良供體母牛
__________處理
發(fā)情配種或人工授精
超數(shù)排卵
收集胚胎并檢查
正常繁殖或兩三個(gè)月后進(jìn)行另一次移植
優(yōu)良公牛
受體發(fā)情
移植胚胎
對受體進(jìn)行妊娠檢查
受體母牛
同期發(fā)情處理
具有優(yōu)良性狀的后代
胚胎移植技術(shù)
3
需要在胚胎移植前對受體進(jìn)行怎樣的操作？
同期發(fā)情
利用某些激素人為地控制并調(diào)整一群母畜發(fā)情周期的進(jìn)程，使之在預(yù)定時(shí)間內(nèi)集中發(fā)情。
使他們的生理環(huán)境達(dá)到同步或一致，為供體胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境。這是胚胎移植成功與否的關(guān)鍵。
優(yōu)良供體母牛
__________處理
發(fā)情配種或人工授精
超數(shù)排卵
收集胚胎并檢查
正常繁殖或兩三個(gè)月后進(jìn)行另一次移植
優(yōu)良公牛
受體發(fā)情
移植胚胎
對受體進(jìn)行妊娠檢查
受體母牛
同期發(fā)情處理
具有優(yōu)良性狀的后代
胚胎移植技術(shù)
4
胚胎移植的時(shí)期？
桑葚胚或囊胚期的早期胚胎
5
受體會不會對來自供體的胚胎發(fā)生免疫排斥反應(yīng)？
不會
6
產(chǎn)下犢牛性狀和性別取決于？
性狀：取決于供體母牛和公牛
性別：取決于公牛提供的精子類型
優(yōu)良供體母牛
__________處理
發(fā)情配種或人工授精
超數(shù)排卵
收集胚胎并檢查
正常繁殖或兩三個(gè)月后進(jìn)行另一次移植
優(yōu)良公牛
受體發(fā)情
移植胚胎
對受體進(jìn)行妊娠檢查
受體母牛
同期發(fā)情處理
具有優(yōu)良性狀的后代
胚胎移植技術(shù)
①能發(fā)揮優(yōu)良母畜的 ，迅速擴(kuò)大優(yōu)良畜種的數(shù)量，加速優(yōu)良畜種的推廣應(yīng)用；
②能縮短 （大大縮短了供體本身的繁殖周期），提高家畜改良速度；
③能長期保存冷凍胚胎，便于優(yōu)良品種的 和保存。
④胚胎移植作為胚胎工程的最終技術(shù)環(huán)節(jié)，還將推動胚胎工程其他技術(shù)的研究和應(yīng)用。
繁殖能力
世代間隔
種質(zhì)運(yùn)輸
胚胎移植技術(shù)的應(yīng)用
胚胎移植技術(shù)
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(gè)月后進(jìn)行另一次移植
優(yōu)良公牛
遺傳性狀優(yōu)良，生產(chǎn)能力強(qiáng)
有健康體質(zhì)和正常繁殖能力
（一般用孕激素）
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。
每次處理一頭奶牛收集到的胚胎，經(jīng)移植可產(chǎn)生3-4頭犢牛，每年可處理4-5次。
胚胎移植技術(shù)
早期胚胎干細(xì)胞具有很強(qiáng)的分裂能力，并保持著細(xì)胞全能性。
為什么切割后胚胎還可以繼續(xù)發(fā)育？
理論依據(jù)
用__________將早期胚胎平均分割成________、四分胚甚至八分胚，經(jīng)培養(yǎng)后植入受體，以得到__________或同卵多生后代的技術(shù)。
機(jī)械方法
二分胚
同卵雙生
胚胎移植技術(shù)
3.主要儀器設(shè)備
體視顯微鏡
顯微操作儀
分割工具
分割針 | 分割刀
胚胎移植技術(shù)
4.胚胎分割操作程序
a.選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中。
b.在顯微鏡下用分割針或分割刀片對胚胎進(jìn)行分割
c.分割后的胚胎可直接移植給受體，或經(jīng)體外培養(yǎng)后，再移植給受體。
囊胚腔
透明帶
滋養(yǎng)層
內(nèi)細(xì)胞團(tuán)
分割針
分割針
二分胚
內(nèi)細(xì)胞團(tuán)
取樣滋養(yǎng)層
胚胎移植
做DNA分析，鑒定性別
已知性別胚胎
牛胚胎性別鑒定和分割示意圖
胚胎移植技術(shù)
胚胎移植技術(shù)
注意事項(xiàng)
1.胚胎分割份數(shù)不能過多
分割的次數(shù)越多，每一份的細(xì)胞數(shù)目越少，不但難以做到均等分割，而且囊胚期的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞所受的影響也越大。分割的份數(shù)越多，技術(shù)難度越大，移植后的和發(fā)育的難度越大，分割后胚胎成活的概率越小。
2.屬于無性繁殖或克隆
同一胚胎經(jīng)分割移植形成的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，該過程中沒有減數(shù)分裂、有性生殖細(xì)胞的形成、有性生殖細(xì)胞的結(jié)合屬于無性繁殖或克隆。
胚胎移植技術(shù)
課堂小結(jié)
隨堂小測
1.下列關(guān)于牛的胚胎移植的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A.胚胎移植可充分發(fā)揮優(yōu)良母牛的繁殖潛力
B.胚胎移植不受時(shí)間和地域的限制，增加了雙胎或多胎的比例
C.胚胎移植可在畜牧業(yè)生產(chǎn)中加速育種工作和品種改良
D.胚胎移植過程一定伴隨著胚胎分割技術(shù)
答案：D
解析：A、胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體的繁殖潛力。在該項(xiàng)技術(shù)中，供體的主要職能是提供具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎，繁重而漫長的妊娠和育仔任務(wù)由受體取代，大大縮短供體本身的繁殖周期，A正確；
B、胚胎移植不受時(shí)間和地域的限制，同時(shí)，在對供體實(shí)施超數(shù)排卵處理后，可獲得多枚胚胎，經(jīng)移植后可得到多個(gè)后代，增加了雙胎或多胎的比例，B正確；
C、胚胎移植可使良種畜群迅速擴(kuò)大，加速了育種工作和品種改良，C正確；
D、胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序，用于移植的胚胎可能是分割后得到的胚胎，也可能是體內(nèi)受精后得到的胚胎，胚胎移植過程不一定伴隨著胚胎分割技術(shù)，D錯(cuò)誤。
隨堂小測
2.胚胎分割技術(shù)是胚胎工程的重要應(yīng)用之一，在性別鑒定和遺傳病篩查等方面有重要意義。如圖表示胚胎分割過程，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.胚胎分割技術(shù)需要借助顯微設(shè)備進(jìn)行操作
B.進(jìn)行胚胎分割時(shí)要將圖中結(jié)構(gòu)①均等分割
C.胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一
D.乙過程表示DNA分析性別鑒定，所取樣本為結(jié)構(gòu)③
答案：B
解析：A、胚胎分割所需要的主要儀器設(shè)備為體視顯微鏡和顯微操作儀,A正確;
B、在分割囊胚階段的胚胎時(shí),要注意將結(jié)構(gòu)④內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割,B錯(cuò)誤;
C、同一胚胎經(jīng)分割、移植形成的后代具有相同的遺傳物質(zhì),該過程中沒有減數(shù)分裂的過程、有性生殖細(xì)胞的形成和有性生殖細(xì)胞的結(jié)合,所以屬于無性生殖或克隆。因此胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一,C正確;
D、胚胎移植前進(jìn)行性別鑒定的方法:取結(jié)構(gòu)③滋養(yǎng)層細(xì)胞做DNA分析,D正確。
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