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(共53张PPT)
第2章 细胞工程
第3节 胚胎工程
第2课时 胚胎工程技术及其应用
1
简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。（生命观念）
2
关注试管动物技术在促进家畜快速繁殖中的应用。关注胚胎工程与畜牧业发展。（社会责任）
3
以文字和图示表示哺乳动物的体外受精和胚胎移植的过程。（科学思维）
有一对夫妇，妻子因病切除了两侧输卵管，但他们一直想要一个亲生的孩子，你能从理论上想个办法帮他们完成这个愿望吗？
试管婴儿
模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。
1.概念：通过人工操作使卵子在体外受精，经
培养发育为早期胚胎后，再进行移植
产生的个体。
体外受精
受体母牛
(代孕)
精子
卵子
早期胚胎发育
胚胎移植
受精卵
早期胚胎
试管牛
胚胎移植
体外受精
体外胚胎培养
有性生殖
2.生殖方式：
试管动物 = 克隆动物
试管动物
第1代试管婴儿技术
通过常规的体外受精和胚胎移植技术直到临床妊娠分娩。此技术主要适用于因女方因素引起的不孕症患者。
第2代试管婴儿技术
通过显微人工受精技术, 帮助精子通过透明带或穿过卵细胞膜, 直至临床妊娠分娩主要适用于男方因素引起的不孕症患者, 也适用于上述女方因素引起的不孕。
第3代试管婴儿技术
第三代“试管婴儿”是指胚胎着床前进行遗传学诊断。剔除带有疾病遗传物质的胚胎。通过此技术可以提高出生试管婴儿的质量。
试管动物
核移植
体外受精
早期胚胎培养
胚胎移植
克隆牛
无性生殖
重组细胞
受精卵
试管牛
有性生殖
比较项目 试管动物(婴儿) 克隆动物
技术基础
生殖类型
后代性状 的继承特点
体外受精、胚胎早期培养
胚胎移植
动物细胞培养、动物体细胞核移植、胚胎移植
有性生殖
无性生殖
继承双亲的的特性
与核供体亲本基本一样
试管动物
体外受精
胚胎移植
胚胎分割
1.体外受精技术主要包括哪几个步骤？
2.卵母细胞的培养的目的是什么？
3.离心的目的是什么？
4.精子与卵细胞如何完成体外受精？
5.受精卵如何培养？
阅读P60文字及图2-22，思考以下问题：
培养
1.过程：哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的
获取和受精等步骤。
卵巢
MⅡ期卵母细胞
采集
卵母细胞的采集方法
方法一：输卵管采卵(冲取卵子)：
利用 促使雌性动物超数排卵，从输卵管中冲取卵子。适合实验动物(兔、鼠)以及家畜猪、羊等。
方法二：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。
方法三：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。
促性腺激素
成熟卵子，可直接与获能精子受精。
体外培养至MⅡ，再与获能精子受精。
体外培养至MⅡ，再与获能精子受精。
培养
1.过程：哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的
获取和受精等步骤。
卵巢
MⅡ期卵母细胞
采集
新鲜或解
冻的精液
精子离心处理
获能精子
(人工配制的获能液)
目的：去除精浆（含有抑制精子获能的物质），以利于精子获能 (提取纯度较高精子)
培养
卵巢
MⅡ期卵母细胞
采集
新鲜或解
冻的精液
精子离心处理
获能精子
(人工配制的获能液)
体外受精
(相应溶液)
项　目 自然受精 人工授精 体外受精
不 同 点 过程 不同 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精 人工获取精子、卵母细胞,在体外分别经处理后完成受精过程
场所 不同 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程;②都是有性生殖
1.过程：哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的
获取和受精等步骤。
项目 自然受精 人工授精 体外受精
不 同 点 过程不同
场所不同
相同点
雌雄动物
交配完成
雌性动物
输卵管中
用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精
人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程
雌性动物
输卵管中
体外培养液中
①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程
②都是有性生殖
比较自然受精、人工授精和体外受精的异同点
培养
卵巢
MⅡ期卵母细胞
采集
新鲜或解
冻的精液
精子离心处理
获能精子
(人工配制的获能液)
体外受精
项　目 自然受精 人工授精 体外受精
不 同 点 过程 不同 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精 人工获取精子、卵母细胞,在体外分别经处理后完成受精过程
场所 不同 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程;②都是有性生殖
1.过程：哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的
获取和受精等步骤。
受精卵培养
(相应溶液)
(不同培养液)
2. 意义：
②为胚胎移植提供可用的胚胎
①提高动物繁殖能力的有效措施
下图表示畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答下列有关问题。
(1)方法Ⅰ培育优良种牛和方法Ⅱ培育优良种牛的本质区别
是 。
(2)过程①为 ；过程②为　 。　
(3)卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙能够观察到　　 。
方法Ⅰ的培育为有性生殖，方法Ⅱ的培育为无性生殖
核移植技术
体外受精技术
两个极体
②
典例分析
体外受精
胚胎移植
胚胎分割
1.概念：
是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、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。
良种公牛
良种母牛
良种胚胎
代孕母牛
移植
供体
受体
提供胚胎的个体
接受胚胎的个体
遗传性状优良、生产能力强
有健康体质和正常繁殖能力
“借一般动物之腹 怀优秀个体之胎”
如转基因、核移植和自然受精等
产生具有优良遗
传特性的胚胎
承担繁重而漫长的
妊娠和育仔任务。
2. 胚胎移植的基本程序
配种或人工授精
发情配种或人工授精
优良公牛
胚胎收集并检查、保存
收集胚胎并检查
胚胎移植
胚胎移植
胚胎移植后的检查
对受体进行妊娠检查
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
优良供体母牛
受体母牛
超数排卵
——————进行同期发情处理——————
受体发情
供体、受体的选择和处理
冲卵
发育到桑椹胚或囊胚阶段
(将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存)
(一般用孕激素或雌激素)
（促性腺激素）
供体职能
胚胎工程的最终技术环节
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
产生具有优良遗传特性的胚胎
供体：超数排卵处理
3.意义：
4.地位：
受体职能
承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务
受体承担生育任务
5.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
不一定能正常发育。一般情况下检验合格的胚胎需要移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。在胚胎移植前要对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器官的生理变化同步，这样才能为供体的胚胎移人受体提供相同的生理环境。
P62思考·讨论
（2）受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应
受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。
（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。因为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。
P62思考·讨论
（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？
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，并能续发育。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。
P62思考·讨论
生理学基础 意义
同种动物的供、受体排卵后（同期发情）生殖器官的生理变化是 的
相同
为供体的胚胎移入受体提供
了 的生理环境
相同
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 状态
游离
为胚胎的 提供了可能
收集
受体对移入子宫的外来胚胎基本
上不发生 。
免疫排斥反应
为胚胎在受体内的 提
供了可能
存活
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其 不受任何影响
遗传特性
为移植后胚胎继续发育提供了营养等方面的保障
5.胚胎移植成功的生理学基础及相应意义
胚胎移入的基础
移入胚胎存活的基础
保留胚胎遗传特性基础
P62思考·讨论
胚胎收集的基础
(1)试管动物的制备属于无性繁殖。 (　　)
(2)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。 (　　)
(3)胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，移植的胚胎一般在原肠
胚之前，也可以直接移植受精卵。(　　)
(4)超数排卵需外源促性激素 (　　)
×
√
×
√
正误判断
同卵双胞胎
自然受孕产生双胞胎的概率非常低，能否人为创造同卵双生个体？
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性，能不能将一个胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率？
1942 年 ，科学家成功地对大鼠二细胞胚胎进行了分离和培养 。后来 ， 一些科学家尝试着把绵羊八细胞胚胎分割成 4 份 ，每份 2 个细胞 ，再将它们植入母羊子宫内 ， 结果母羊成功地产下 4 只小羊 。
小资料
体外受精
胚胎移植
胚胎分割
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.概念：
2.理论依据：
早期胚胎细胞的全能性—桑椹胚阶段细胞未分化和囊胚阶段内细胞团
具有全能性。
3.特点：
来自同一胚胎的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。
4.主要仪器设备：
体视显微镜
体视显微镜和显微操作仪
显微操作仪
发育良好的，形态正常的桑椹胚或囊胚阶段的胚胎。
★选择胚胎：
工具：分割刀或分割针
5.操作：
显微镜下切割胚胎
囊胚腔
透明带
滋养层
内细胞团
分割针
分割针
做DNA分析，鉴定性别
已知性别胚胎
二分胚
内细胞团
胚胎移植
牛胚胎性别鉴定和分割示意图
均分内细胞团
问题1:为什么要取滋养层细胞进行DNA分析和性别鉴定？
内细胞团
滋养层
囊胚腔
发育
胎盘和胎膜
发育
胎儿的各种组织
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; ③滋养层细胞发育成胎盘和胎膜，不发育为胎儿的组织或器官，不影响胚胎分割和发育。
进行DNA分析目的：
进行性别鉴定目的：
进行遗传病筛查，以防止产生的后代具有严重的遗传病；
问题2：进行DNA分析和性别鉴定的目的是什么？
:人工筛选后代动物的性别。
胚胎分割不是分割份数越多，效率越高：分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。
问题4：胚胎分割不是分割份数越多？
若内细胞团没有均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
问题3：为什么内细胞团要均等分割？
7.优点：
①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。
②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。
6.注意事项：
①选择发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚
②分割囊胚时，要将内细胞团均等分割
③做性别鉴定时选取滋养层细胞进行DNA分析
8.局限性：
①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。
②存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。
项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物
相同点
不 同 点 胚胎的 来源
遗传 物质
起点
理论 基础
都属于无性繁殖，最终技术是胚胎移植
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
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
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
动物细胞的全能性
动物细胞核的全能性
(1) 桑椹胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割移植。 (　　)
(2) 对桑椹胚分割移植时，应将内细胞团均等分割。 (　　)
(3) 胚胎的生产过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性繁殖。(　　)
×
×
×
正误判断
1.超数排卵使用的激素是 。
2.用于胚胎移植的早期胚胎是 。
3.良种牛的后代的遗传特性是由 牛决定的。
4.胚胎工程的最后一道“工序”是 。
5.冲卵 。
6.胚胎分割的次数不宜过多;但一次给受体动物 ，
可增加双胞胎和多胞胎的比例。
供体公牛和供体母
胚胎移植
把供体子宫内的受精卵冲洗出来
植入多个胚胎
促性腺激素
桑葚胚或囊胚
巩固练习
胚胎工程技术及其应用
体外受精
胚胎分割
步骤：
概念：
基础：
步骤：
体外受精技术的意义：
意义：
胚胎移植
步骤：
概念：
意义：
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
对早期胚胎切割
细胞的全能性、每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质
选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植
充分发挥雌性优良个体的繁殖能力
移植到同种的、生理状况相同的雌性动物体内
卵母细胞的采集、精子的获取、受精
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
一、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査，以防止发生免
疫排斥反应。（ ）
×
×
×
教材P64
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。
雌性杜泊羊
雄性杜泊羊
卵母细胞
精子
采集
采集
受精卵
体外受精
早期胚胎
当地普通绵阳
杜泊羊
分娩
（ ）
（ ）
体外胚胎培养
胚胎移植
教材P64
（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
可以对雌性杜泊羊进行超数排卵处理。
（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
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。
教材P64
二、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。
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。
北方白犀牛
教材P64
北方白犀牛
（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？
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。
教材P64
（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？
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。
A
B
C
教材P66
(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。
(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。
教材P66
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；
教材P66
（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。
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。
教材P66
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。
教材P66
（1）研究人员在将胎猴的体细胞注入去核的卵母细胞前，用灭活的仙台病毒进行了短暂处理。在此过程中，灭活的仙台病毒所起作用是什么？
诱导细胞融合
教材P66
（2）为了调节相关基因的表达，提高胚胎的发育率和妊娠率，研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理了它。这两种物质发挥作用的机制是什么？
这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达。组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的去甲基化水平；组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。
（3）评论者所说的培育过程中用到的“聪明的化学方法和操作技巧”，你认为具体体现在什么地方？
“聪明的化学方法”是指对重构胚的处理用了TSA以及将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，这可以促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率。
“操作技巧”是指科学家经过大量的训练，能在10s内完成对卵母细胞的去核操作，能在15s内将体细胞注入去核的卵母细胞，这样迅速的操作减少了对卵母细胞的损伤。
教材P66
在医学研究中通常需要用到遗传背景相似或相同的实验动物，这样实验组和对照组的比较才更具有说服力。小鼠因其能快速地进行近亲繁殖，产生大量遗传背景相似的后代，而被广泛用作实验动物。但是小鼠与人的亲缘关系太远，很多在小鼠体内有效的候选药物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠体内存在的致病机制也不一定存在于人体内。由于猴与人的亲缘关系极近，培育大批具有相同遗传背景的克隆猴，对人类疾病致病机制的研究和新药的研发等具有重要意义。特别是在脑研究方面，克隆猴的培育将大大促进人类脑疾病的研究和治疗。例如，我们可以培育一批“模型猴”标记它们的某一类神经元，追踪其神经连接，由于这些猴的遗传背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差异造成的大脑结构形状不一的问题。克隆猴的成功培育标志着我国在非人灵长类疾病动物模型研究方面处于国际领先水平。
（4）你认为体细胞克隆猴的成功培育有什么意义？
教材P66

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