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(共35张PPT)
第3节 胚胎工程
二 胚胎工程技术及其应用
胚胎移植
卵巢
MⅡ期卵母细胞
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
去除精浆，以利于精子获能;提取纯度较高精子
胚胎早期培养的基本条件:①营养条件、②无菌、无毒的环境条件③适宜的温度、pH和渗透压、④适宜的气体环境
目的
体外
培养
1过程:
包括 、 和 等
卵母细胞的采集
精子的获取
受精
肝素等
适当的培养液
(一)体外受精
(1)定义：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、体外胚胎培养、胚胎移植
2 应用实例：试管动物
(2)涉及的胚胎工程技术：
受体母体
(代孕)
精子
卵子
早期胚胎培养
胚胎移植
受精卵
早期胚胎
试管动物
体外受精
(3)繁殖方式：
有性生殖
试管动物 克隆动物
≠
【拓展】试管牛 VS 克隆牛
体外受精
核移植
早期胚胎培养
胚胎移植
试管牛
受精卵
克隆牛
比较项目 试管动物(婴儿) 克隆动物
技术基础
生殖类型
发育起点
遗传物质来源
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、
胚胎早期培养、胚胎移植
有性生殖
无性生殖
受精卵
核移植后的重组细胞（重构胚）
亲本双方
主要来源于供核方
重组细胞
(重构胚）
1988年中国首例试管婴儿
郑萌珠
1978年世界首例试管婴儿
露易丝.布朗
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
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。
采集方法 适用范围 采集过程 体外培养
实验动物以及家畜
大型动物
或大家畜
小鼠、兔、猪、羊
牛、马
利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。
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
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。
可直接与获能的精子在体外受精。
采集后的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
(不需要)
(需要)
卵母细胞的采集和培养
输卵管采卵
(冲取卵子)
卵巢采卵
屠宰动物
的卵巢采卵
活体采卵
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
提高动物 能力的有效措施，为 提供可用的胚胎。
繁殖
胚胎移植
3意义
供体：提供胚胎
受体：接受胚胎
胚胎移植
将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。
（遗传性状优良，生产能力强）
（有健康体质和正常繁殖能力）
转基因、核移植等
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
1 概念
2 实质
“借一般动物之腹 怀优秀个体之胎”
二 胚胎移植
发情配种或人工授精
优良公牛
收集胚胎并检查
胚胎移植
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
着床前冲卵
发育到桑椹胚或囊胚阶段
(放入-196℃的液氮中保存)
(一般用孕激素或前列腺素)
（促性腺激素）
3 过程
体内受精
直接注射性激素，通过负反馈调节会导致性腺萎缩。
确保供体和受体的生殖器官处于相同的生理状态，使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致
（1）该过程中两次使用激素：
第一次对受、供体进行同期发情处理；
第二次用于供体的超数排卵。
（2）该过程中的两次检查：
第一次对收集的胚胎进行检查；
第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
（3）胚胎移植成功与否要有两个条件：
胚胎移植一般应在 的雌性供体和受体之间进行。
进行胚胎移植的供体和受体的 要相同。
同种
生理状态
(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。
一般情况下应移植到 的受体子宫内，在移植前应对受体进行_________处理，使同种动物的供、受体生殖器官的生理变化同步，为供体的胚胎移入受体提供 。
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。
胚胎存活的基础
胚胎移入的基础
同种
相同的生理环境
同期发情
(3)胚胎移植后，经受体孕育的后代，遗传特性与供体还是受体保持一致？ 为什么？
与供体保持一致。
因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是 的联系，其___________在孕育过程中不会发生任何变化。
胚胎发育的基础
(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。 胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境的一致性密切相关，只有供体、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。
胚胎移植的实质
生理和组织上
遗传特性
生理学基础 意义
动物的供、受体排卵后（同期发情）
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 。
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
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
胚胎收集的基础
归纳：胚胎移植成功的生理学基础及相应意义
同种
生殖器官
生理环境
可以充分发挥 的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的
供体
受体
产生具有优良遗传特性的胚胎
负责繁重而漫长的妊娠和育仔任务
胚胎移植是胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
4 意义
雌性优良个体
繁殖周期
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？
1978年，科学家将小鼠的桑椹胚一分为二，获得了成功。
1979年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。
20世纪80年代后，人们建立了系统的胚胎分割法，并相继得到1/4和1/8分割胚胎后代。
我国的胚胎工程专家也进行了分割胚胎移植的实验研究，成功地对小鼠、家兔、绵羊、山羊和牛等动物进行了分割胚胎移植，并将二分胚胎分割技术应用到牛和羊的胚胎移植中。
胚胎分割技术的发展
应用胚胎分割技术获得的三卵六羔羊
三 胚胎分割
采用___________将__________切割成________________________等，经移植获得__________________的技术。
1.概念：
机械方法
早期胚胎
2等份、4等份或8等份
同卵双胎或多胎
2.理论依据:
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。
来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，可产生遗传性状相同的后代
3.特点:
可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。
4. 胚胎分割的设备：
显微操作仪
体视显微镜
分割针
分割刀
(1)通常分割哪个时期的胚胎？选择此时期进行分割的原因？
桑葚胚或囊胚期的胚胎。桑葚胚期尚未出现细胞分化，具有全能性；囊胚期的内细胞团具有全能性。
（2)分割囊胚期的胚胎，应注意要将 ，为什么？
内细胞团均等分割
若分割时不能将内细胞团均等分割，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。
显微镜下切割胚胎
分割的次数越多，分割后胚胎成活的概率越小
(3)胚胎分割为什么不能分割次数过多？
5 胚胎分割的几个问题
内细胞团
滋养层
囊胚腔
(4)分割囊胚期的胚胎做性别鉴定时应选取哪部分细胞进行鉴定？为什么？
滋养层细胞
①内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，如果取了内细胞团细胞，可能会影响胎儿以后的发育。
②滋养层细胞和内细胞团细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂和细胞分化形成，具有相同的遗传物质。
发育
胎盘和胎膜
发育
胎儿的各种组织
进行DNA分析目的：
进行性别鉴定目的：
(5)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，如获得母牛进行产奶。
进行遗传病筛查，以防止产生的后代具有严重的遗传病；
做DNA分析，
鉴定性别
去向：直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。
①胚胎分割次数有限
②存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹存在差异等问题。
6 胚胎分割的局限性：
应用胚胎分割技术获得的三卵六羔羊
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. 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。（ ）
×
×
一、概念检测
×
练习与运用
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。
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。
（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。
（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
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。
（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；
减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)；
B淋巴细胞；
（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
能大量增殖并能产生抗丙肝病毒的抗体。
获能处理。
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。
复习与提高
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；
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。
（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；
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。
（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。
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。
（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
（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。
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？
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

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