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第3节 胚胎工程
第2章　细胞工程
二 胚胎工程技术及其应用
课程内容标准 核心素养对接
简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。 1.通过对胚胎工程多种技术的学习，培养创造性思维。（科学思维）
2.通过对多种胚胎工程技术的应用场景的学习，认同科技造福人类、关爱生命的理念。（社会责任）
一、体外受精
1.试管动物：通过 使卵子在体外 ，经培养发育为
后，再进行 产生的个体。
2.培育试管动物首先要做的是 。
3.当采集到卵母细胞和精子后，要分别对它们进行成熟培养（卵子培养至 ）和 ，然后才能用于体外受精。
人工操作
受精
早期
胚胎
移植
体外受精
MⅡ期
获能处理
4.一般情况下，可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的
中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。
5.步骤：主要包括 的采集和培养，精子的采集和获能， 等。
6.体外受精技术是提高 的有效措施，还可以为
提供可用的胚胎。
培养液
卵母细胞
受精
动物繁殖能力
胚胎移植
二、胚胎移植
1.胚胎移植概念
（1）对象：通过 及其他方式得到的胚胎。
（2）移植位置： 、 相同的雌性动物体内。
（3）供体：在胚胎移植中 的个体。
（4）受体：在胚胎移植中 的个体。
（5） 作用：通过任何一项技术（如 、 和 等）获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。
体外受精
同种的
生理状态
提供胚胎
接受胚胎
转基因
核移植
体外受精
2.胚胎移植的过程
3.胚胎移植的意义
（1）充分发挥雌性优良个体的 。
（2） 了供体本身的繁殖周期。
（3）对供体施行 处理后，可增加后代数量。
繁殖潜力
大大缩短
超数排卵
三、胚胎分割
1.胚胎分割的概念
对象 早期胚胎
方法 机械方法
目的 获得 或多胎
特点 来自同一胚胎的后代具有
实质 胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
同卵双胎
相同的遗传物质
2.操作程序
（1）选择胚胎：选择发育良好、形态正常的 或 ，将其移入盛有 的培养皿中。
（2）分割胚胎：用 或 将胚胎切开。
（3）分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。
3.囊胚分割要求
将内细胞团 ，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
桑葚胚
囊胚
操作液
分割针
分割刀
均等分割
4.意义
（1）胚胎分割技术可以促进优良动物品种的 ，产生的
相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。
（2）在胚胎移植前，进行 、遗传病筛查等，对于人工控制动物 、动物繁育 具有重要意义。
繁殖
遗传性状
性别鉴定
性别
健康后代
1.判正误（对的画“√”，错的画“×”）
（1）采集的卵母细胞都可直接与获能的精子在体外受精。 （ ）
（2）移植的胚胎只能来自体内受精或者体外受精直接产生的胚胎。 （ ）
（3）胚胎移植时，供体母畜一般具有优良的遗传性状。 （ ）
（4）胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。 （ ）
（5）利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。 （ ）
×
×
√
×
√
2.微思考
（1）培育试管动物利用的是有性生殖还是无性生殖？为什么？
提示　有性生殖。其过程是精子和卵子在体外受精形成受精卵，将由受精卵形成的早期胚胎移植到受体中。
（2）胚胎移植过程中，对供、受体的选择，有哪些要求？
提示　供体：遗传性状优良，生产能力强。受体：有健康的体质和正常繁殖能力。
任务驱动一　体外受精
下图是通过体外受精培育小鼠的过程图，请据图思考回答问题。
1.②过程利用了细胞膜的什么特点？
提示　利用了细胞膜具有一定的流动性。
2.③过程的基础是什么？需要控制哪些外部条件？
提示　动物细胞工程的基础是细胞培养，在培养过程中需要控制营养，温度，pH，渗透压，气体环境，无菌、无毒的环境等条件。
1.试管动物：试管动物技术是指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，再经移植产生个体。
［特别提醒］　试管动物并非自始至终都在试管中发育，只是胚胎发育的早期在培养皿和试管中，胚胎发育的绝大部分时间在母体内。
2.体外受精
（1）体外受精的原理：人工模拟体内环境（包括营养、温度、pH等），使卵母细胞成熟、精子获能，最终完成受精和胚胎保存。
（2）主要步骤：卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精等。
（3）过程：精子进行获能处理，卵子进行成熟培养（发育到MⅡ期），再进行体外受精。
［特别提醒］　体外受精形成的胚胎进行胚胎移植属于有性生殖，核移植形成的胚胎进行胚胎移植属于无性生殖。即判断胚胎移植为何种生殖方式，关键要看胚胎是通过何种方式发育而来的。
（4）比较自然受精、人工授精和体外受精
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的生殖道内，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
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
3.克隆动物和试管动物的比较
克隆动物 试管动物
生产
流程
克隆动物 试管动物
遗传
特性 主要与供核个体相同 具备双亲的遗传性状
意义 加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
相同点 两者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑葚胚或囊胚期的胚胎
［易错提醒］　试管动物和克隆动物的不同
（1）生殖方式不同：试管动物属于有性生殖；克隆动物属于无性生殖。
（2）培育的技术手段不同：试管动物需采用体外受精、胚胎移植等技术；克隆动物需采用核移植、胚胎移植技术。
（3）是否遵循遗传定律：试管动物遵循遗传定律；克隆动物不遵循遗传定律。
控制哺乳动物的性别对于畜牧生产有着十分重要的意义，目前分离精子技术是有效的控制方法，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管动物。试管牛的培育如下图所示。下列有关叙述正确的是 （　　）
A.试管牛的培育属于有性生殖
B.过程①指的是体外受精技术和胚胎移植技术
C.采集来的精子和卵母细胞可以直接用于受精
D.经胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体保持一致
A
解析
试管牛的培育过程中，涉及减数分裂和受精作用，属于有性生殖，A正确；过程①指的是体外受精技术，没有涉及胚胎移植技术，B错误；采集来的精子需要经过获能处理，卵母细胞需要培养到MⅡ期才能用于受精，C错误；胚胎移植产生的后代，是经过受精作用形成的，其遗传特性由提供精子和卵细胞的亲本共同决定，而与受体一般不一致，D错误。
［举一反三］
1.（生命观念）体外受精技术的优点是什么？
提示　体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
2.（科学思维）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。这样的概括是否正确？为什么？
提示　这样的概括是正确的。胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境条件的一致性密切相关。只有供、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。为达到这一目的，在胚胎移植开始就对供体和代孕母体进行同期发情处理。
1.依靠体外受精的试管动物技术，不仅在畜牧生产中应用广泛，在治疗不孕症方面也有重要的实践价值。下列关于体外受精的叙述，正确的是（　　）
A.受精前，精子与卵子均需要获能处理
B.精子的密度对体外受精不会产生影响
C.体外受精时卵母细胞仍未完成减数分裂过程
D.受精完成后，受精卵应尽快移植到受体子宫着床
C
解析
受精前精子需进行获能，而卵细胞需要培养成熟，A错误；精子密度过低会影响体外受精的成功率，B错误；体外受精时，卵母细胞仍处于减数第二次分裂中后期，受精后才分离出第二极体，C正确；受精结束后，受精卵须在体外培养成早期胚胎，才能进行移植，D错误。
2.“试管婴儿”技术是目前解决不孕症的有效手段，这项技术实际上是指受精卵在体外培养3~5 d，形成胚胎后移植回母体子宫，着床后继续发育形成胎儿直至分娩。下列有关“试管婴儿”的叙述，正确的是 （　　）
A.该技术属于胚胎工程的技术范围
B.该技术充分体现了动物体细胞的全能性
C.该技术依据的原理是无性生殖，子代能保持母体的性状
D.“试管婴儿”的形成及发育过程中不会发生基因重组和突变
A
解析
“试管婴儿”运用了体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术，属于胚胎工程的技术范围，A正确。该技术是精子和卵细胞在体外结合受精，属于有性生殖，不能体现体细胞的全能性，B、C错误；“试管婴儿”的形成及发育过程中会发生基因重组和突变，D错误。
任务驱动二　胚胎移植
下图为胚胎移植的流程图解，据图回答：
（1）胚胎移植时怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？
提示　应对供体和受体母畜用激素进行同期发情处理，使它们的生理条件达到同步或一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功的关键。
（2）胚胎移植的后代具有供体和受体共同的遗传性状吗？
提示　不具有。后代的遗传性状是由供体决定的，受体只是提供了胚胎发育的场所，不影响后代的遗传特性。
1.胚胎移植中胚胎来源归纳
①核移植早期胚胎培养——无性生殖。
②体外受精早期胚胎培养——有性生殖。
③体内受精→冲卵→移植——有性生殖。
2.胚胎移植的流程
［特别提醒］　（1）作为胚胎受体的条件
（2）胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
下列有关动物胚胎移植的叙述，不正确的是 （　　 ）
A.从受孕母畜体内取出的受精卵或胚胎均能移植
B.受体母畜必须处于与供体母畜同步的发情状态
C.超数排卵技术要使用一定的激素
D.试管婴儿技术中受精及早期卵裂过程在体外进行
A
解析
从受孕母畜体内取出的受精卵不能直接移植，需要在体外培养到桑葚胚或囊胚阶段才能移植，A错误；受体母畜必须处于与供体母畜同步的发情状态，这样才能保证胚胎移植入相同的生理环境，B正确；给良种母畜注射促性腺激素可促使其超数排卵，C正确；试管婴儿的受精及早期卵裂过程在试管中进行，胚胎移植后就在母体中发育了，D正确。
［举一反三］
1.（科学思维）胚胎移植的后代具有供体和受体共同的遗传性状吗？性别由谁决定？
提示　不具有。后代的遗传性状是由供体决定的，受体只是提供了胚胎发育的场所，不影响后代的遗传特性；性别取决于精子的类型。
2.（科学思维）为什么同种动物之间进行胚胎移植容易成功？
提示　这里的“同种”是指“同物种”，同一物种的动物才可能具有相同的生理特征。
1.对胚胎移植技术优点的叙述，不正确的是 （　　）
A.充分发挥雌性优良个体的繁殖能力
B.大大缩短了供体本身的繁殖周期
C.经移植可得到多个后代
D.胚胎移植可用于提取药物
D
解析
胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者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。胚胎移植可加速育种工作和品种改良；大量节省购买种畜的费用；一胎多产；保存品种资源和濒危物种；可充分发挥优秀个体的繁殖潜力，即缩短繁殖周期。D选项符合题意。
2.胚胎移植指的是将体外获得的胚胎移植到另一雌性个体体内的过程，下列关于此过程的描述，错误的是 （　　）
A.被移植的胚胎可以来源于有性生殖
B.受体母牛必须具有旺盛的繁殖能力
C.产下的胚胎与受体母牛没有遗传上的联系
D.胚胎移植可以大大缩短供体母牛本身的繁殖周期
B
解析
被移植的胚胎可以来源于有性生殖产生的胚胎，也可以来源于胚胎分割获得的胚胎，A正确；受体母牛具备健康的体质和正常的繁殖能力即可，B错误；产下的胚胎与受体母牛没有遗传上的联系，只是借用了受体的子宫，C正确；胚胎移植可以大大缩短供体母牛本身的繁殖周期，将繁育工作交给受体，D正确。
任务驱动三　胚胎分割
下图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程，请回答下列问题：
1.胚胎分割时对胚胎的品质和时期有何要求？
提示　在进行胚胎分割时，应选择发育良好，形态正常的桑葚胚或囊胚。
2.在胚胎分割时，能否无限分割？原因是什么？
提示　不能。分割份数越多，越难以做到均等分割，且每一份的细胞数目越少，移植后恢复和发育的难度就越大，移植成功率会降低，得到的后代会减少。
1.胚胎分割的基础
理论基础：细胞的全能性。
物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。
2.胚胎均分数目
用分割针或分割刀片将胚胎切成2、4、8等份，而不是其他等份，这与细胞有丝分裂产生的子细胞数目，以及操作难易程度有关。
3.胚胎的选择
发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。
4.胚胎分割的过程
5.胚胎分割的意义
加快繁殖速度，提高胚胎的利用率。
6.有关胚胎分割的三点提醒
（1）分割要均等。分割囊胚的内细胞团时，一定要均等。若分割不均，会出现含内细胞团多的部分发育能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
（2）分割份数不能过多。分割的份数越多，每一份的细胞数越少，不但越难以做到均等分割，而且囊胚期内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此，分割的份数越多，技术难度越大，移植后恢复和发育的难度越大，移植成功率越低。
（3）同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质，该过程中没有涉及减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合，属于无性繁殖或克隆。
7.胚胎分割动物、克隆动物与胚胎移植的异同
胚胎分割动物 克隆动物 胚胎移植
胚胎
来源 雌性动物体内受精或体外受精形成的早期胚胎、其他方式得到的胚胎 经体细胞核移植得到的胚胎 雌性动物体内受精或体外受精形成的早期胚胎、其他方式得到的胚胎
生殖方式 无性生殖 无性生殖 有性生殖或无性生殖
后代遗
传特点 相同 相同 不一定相同
下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是 （　　）
A.甲表示的细胞不一定是受精卵细胞
B.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段
C.应把③移植到处于发情状态的母牛的输卵管中
D.图示过程使用了细胞培养、胚胎分割、核移植等生物技术
A
解析
图中甲代表的细胞可能是受精卵，还可能是重组细胞或早期还未分化的胚胎细胞，A正确；图中a过程包括卵裂、囊胚阶段，还没有发育到原肠胚阶段，B错误；应把③移植到母牛的子宫中而不是输卵管中，C错误；图示中没有显示核移植的过程，D错误。
［举一反三］
1.（科学思维）对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？
提示　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发育能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
2.（科学思维）做性别鉴定时，为什么取滋养层细胞？
提示　取滋养层细胞不影响胚胎分割和发育。
1.据报道，世界上仅剩下两头雌性北部白犀牛，实验室只留有冷冻的北部白犀牛的精子。若通过胚胎工程技术尝试拯救该物种，下列叙述正确的是 （　　）
A.体外受精时若观察到雌雄原核核膜融合成一个细胞核，可作为受精标志
B.这样人工繁育的种群与野生种群相比，遗传多样性降低，野外生存能力下降
B
C.可通过胚胎分割技术增加其数量，注意将桑葚胚阶段的内细胞团均等分割
D.可用体细胞核移植技术对雌性北部白犀牛进行克隆，得到多头子代后，可让其自行繁衍
解析
判断卵细胞是否受精的重要标志是在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体或者雌、雄原核，卵细胞受精完成的标志是雌、雄原核融合；另外，也不会出现题干描述的“核膜融合”的情况，A错误。利用胚胎工程人工繁育的种群，由于亲本数量少，得到的后代遗传相似度较高，遗传多样性降低；野生种群亲本数量较多，后代遗传多样性较高，即存在多种可遗传变异可供自然选择，其适应复杂环境的能力较强，所以利用胚胎工程人工繁育的种群不如野生种群野外生存能力强，B正确。
解析
内细胞团是囊胚阶段出现的，即通过胚胎分割技术增加其数量时，注意将囊胚阶段的内细胞团均等分割，C错误。用雌性北部白犀牛体细胞克隆出多头子代后，由于后代均为雌性，因此不能自行繁衍，D错误。
2.下列有关胚胎分割的说法，错误的是 （　　 ）
A.一般选用发育良好的桑葚胚或囊胚
B.对于不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作不完全相同
C.胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
D.分割囊胚时，可对内细胞团随机进行分割
D
解析
胚胎分割时，一般选用发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，A正确；分割桑葚胚和囊胚的具体操作不完全相同，B正确；胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一，C正确；分割囊胚时，一定要将内细胞团均等分割，否则会影响胚胎的恢复和发育，D错误。
知识网络构建
关键知识积累
1.试管动物：试管动物技术是指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，再经移植产生个体。
2.体外受精技术主要包括卵母细胞的采集和培养，精子的采集和获能，受精等。
3.胚胎移植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。
4.胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份、8等份，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
1.下列对“试管婴儿”和克隆动物培育过程的叙述，正确的是 （　　）
①“试管婴儿”的产生是有性生殖
②克隆动物的产生是无性生殖
③“试管婴儿”是辅助生殖的技术
④可以用雄性动物的体细胞核进行克隆
A.①②③　　　　　　 B.①②④
C.③④ D.①②③④
D
解析
“试管婴儿”利用了“体外受精”技术，因此属于有性生殖，①正确；克隆动物利用了细胞核移植技术，属于无性生殖，②正确；“试管婴儿”可以用来解决女性不孕问题，属于辅助生殖技术，③正确；克隆时可以采用雄性动物的体细胞进行克隆，④正确。
2.胚胎工程的迅猛发展让人们大量繁殖优良家畜品种的愿望正在成为现实，下列有关胚胎工程的叙述，错误的是 （　　）
A.胚胎工程技术包括体外受精、胚胎分割和胚胎移植等
B.从动物体内采集的精子需要培养获能，卵子不需要体外培养
C.获得的胚胎需要移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内
D.胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
B
解析
胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术，A正确；从动物体内采集的精子需要培养获能，卵子需要发育到减数第二次分裂中期，才具备受精能力，因此，卵子也需要体外培养，B错误；胚胎移植前要对雌性供受体进行同期发情处理，让供体和受体的生理状况相同，有助于胚胎移植的成功，C正确；胚胎分割是指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，胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一，D正确。
3.下列关于胚胎分割和移植的叙述，正确的是 （　　）
A.胚胎分割时可以在显微镜下用分割针或分割刀片进行分割
B.胚胎分割时分割的数量越多越好
C.胚胎移植前取内细胞团细胞进行DNA分析，鉴定性别
D.胚胎移植产下的个体的遗传物质来自受体母畜
A
解析
胚胎分割时可以在显微镜下用分割针或分割刀片进行分割，A正确；胚胎分割时以二分胚胎为宜，分割的数量不是越多越好，B错误；胚胎移植前取滋养层细胞进行DNA分析，鉴定性别，取内细胞团细胞进行DNA分析会对胚胎造成较大伤害，C错误；胚胎移植产下的个体的遗传物质来自供体，与受体母畜无关，D错误。
4.巴马香猪不仅肉质醇美，口感极佳，还可作为医用模型，是广西地方特色品种。科技工作者从屠宰场收集到的卵巢中采集卵子，通过体外受精技术加快巴马香猪的繁殖。体外受精技术不涉及的操作是 （　　）
A.精子获能处理 B.卵子成熟培养
C.胚胎分割 D.胚胎培养
C
解析
体外受精主要包括：卵母细胞的采集并培养到减数分裂Ⅱ中期、精子的采集和获能、受精，在体外完成早期胚胎培养，再移植到代孕个体子宫内，C错误。
5.（2022·全国甲卷）某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题。
（1）为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是　　　　　　　。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是　　　　　　　　　（答出1点即可）。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到　　　　　 　时才具备与精子受精的能力。
（2）体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（答出3点即可）等。将培养好的良种囊胚保存备用。
（3）请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是
。
答案　（1）冷冻保存　只有获能的精子才能和培养成熟的卵子完成受精过程　肝素或钙离子载体A23187溶液　减数分裂Ⅱ的中期（MⅡ中期）　（2）有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸等　（3）用相关激素对非繁殖期受体母羊进行同期发情处理→（将保存的囊胚进行）胚胎移植
解析
（1）一般采取冷冻保存的方法对采集的精液进行保存。获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程，因此，在体外受精前，要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有两种：培养法和化学诱导法。对于牛、羊等家畜的精子常采用化学法，即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。当卵母细胞达到减数分裂Ⅱ的中期时，才具备与精子受精的能力。
解析
（2）精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。
（3）为了获得具有该公羊优良性状的后代，应先用相关激素对非繁殖期的受体母羊进行同期发情处理，再将保存的囊胚进行胚胎移植。

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