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胚胎工程
高中生物·一轮复习·第41讲
SW生老师
课标 要求 1.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。 考情 分析 胚胎工程的理论基础 ①2025河北T13　②2025云南T14　③2025江苏T7　④2024湖北T10
胚胎工程 及其应用 ①2025安徽T14②2025河北T13③2025黑吉辽蒙T9④2025陕晋宁青T7
⑤2024贵州T13⑥2024甘肃T16⑦2024湖北T5
⑧2023江苏T17
⑨2023广东T3⑩2023浙江T2
胚胎工程的理论基础
PART 01
为什么要进行胚胎工程？
哺乳动物自身繁殖率低
畜牧业上需要快速大量繁殖良种家畜
体外受精
早期胚胎培养
胚胎分割
胚胎移植
短时间内可产生大量后代
胚胎工程
指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
①操作对象：
②技术手段：
③理论基础：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎
体外受精、早期胚胎培养、胚胎分割、胚胎移植等。
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。
④实质：
在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
胚胎工程
1.受精
受精
定义
阶段
受精前的准备阶段
受精阶段
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
准备阶段Ⅰ——精子获能
准备阶段Ⅱ——卵子的准备
一、受精
定义
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
精子
场所
输卵管
1.受精
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。这一生理现象称为“精子获能”。
准备阶段Ⅰ——精子获能
张明觉，美籍华人，生殖生物学家、育种学家和避孕药的创始人。
1951年发现“精子获能”现象，为哺乳动物体外受精奠定了理论墓础。由于他在体外受精和胚胎移植研究中作出的重大贡献，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
①定义
②体外精子获能
研究精子获能机制
找到精子在体外获能的方法
实现哺乳动物精子体外获能
为体外受精奠定了重要基础
直接利用雌性动物的生殖道使精子获能
将精子培养在人工配制的获能液中使其获能
获能液中的有效成分有：肝素、Ca2+载体等。
③成熟精子的结构
头
颈
线粒体鞘
尾巴
成熟精子含有的细胞质很少
思考：精细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？
细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是有氧呼吸产生运动能量的场所，为精子运动提供动力。
准备阶段Ⅱ——卵子的准备
①不同动物排出的卵子成熟程度不同
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞
猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞
马、犬排卵
猪、羊排卵
②卵子的成熟
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时，才具备与精子受精的能力。
马、犬排卵
猪、羊排卵
MⅡ(中)期卵母细胞
发育
②卵子的成熟
MⅡ(中)期卵母细胞
透明带
卵细胞膜
核
(纺锤体—染色体复合物)
第一极体
成熟卵母细胞
受精阶段
第1步：精子穿越卵细胞膜外结构
获能后的精子与卵子相遇
释放多种酶
溶解卵细胞膜外的一些结构
借助精子自身运动
精子接触卵细胞膜
第2步：透明带发生生理反应
在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。
阻止多精入卵的第一道屏障
第3步：精子入卵
精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
阻止多精入卵的第二道屏障
第4步：卵细胞膜发生生理反应
精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。
第5步：雌雄原核的形成
雄原核的形成：
精子如卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。
雌原核的形成：
精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。
雄原核
雌原核
第一极体
放出的第二极体
第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成
雌、雄原核充分发育
相向移动，彼此靠近
核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
受精的标志
放出的第二极体
第一极体
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ
雄原核
雌原核
观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。
受精阶段总结
第1步：精子穿越卵细胞膜外结构
第2步：透明带发生生理反应
第3步：精子入卵
第4步：卵细胞膜发生生理反应
第5步：雌雄原核的形成
第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成
阻止多精入卵的第一道道屏障
阻止多精入卵的第二道道屏障
哺乳动物受精应注意的问题
(1)精子获能是指精子获得受精能力，而不是获得能量。
(2)动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟,到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。
(3)受精的标志≠受精完成的标志：受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体或者卵细胞内观察到雌、雄原核；而受精完成的标志是雌、雄原核相互靠近，核膜消失，形成合子。
①场所
输卵管
②分裂方式
有丝分裂
③卵裂
胚胎发育早期，有一段时间在透明带内进行，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
二、胚胎早期发育
③卵裂
卵裂期的特点
①细胞分裂方式是有丝分裂
②细胞数目增加
③胚胎总体积不增加
④每个细胞的体积减小
⑤胚胎总有机物减小
⑥胚胎总DNA数增加
④胚胎早期发育的阶段
原肠胚
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
卵裂
(细胞未分化)
桑葚胚
当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。此时期含有32个细胞
桑葚胚
桑葚
囊胚
内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。
内细胞团
滋养层
囊胚腔
透明带
发育
胎盘和胎膜
发育
胎儿的各种组织
滋养层细胞已经分化，将来只能分化为胎盘和胎膜。
孵化：
囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。
如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。
内细胞团
滋养层
囊胚腔
透明带
发育
胎盘和胎膜
发育
胎儿的各种组织
原肠胚
囊胚腔
外胚层
内胚层
中胚层
原肠腔
表皮及其附属结构
神经系统和感官
循环系统
脊索
真皮
消化道上皮
呼吸道上皮
腺体
肌肉
内脏细胞外膜
泌尿系统
生殖系统
各种组织器官系统
个体
胚胎工程技术及其应用
PART 02
试管动物是如何产生的？
体外受精
胚胎移植
试管动物
一、体外受精
卵母细胞
成熟培养
成熟卵母细胞
精子
获能处理
获能的精子
体外受精
受精卵
雌性哺乳动物
雄性哺乳动物
卵母细胞的采集
精子的获取
①体外受精技术主要包括：
a.卵母细胞的采集
b.精子的获取
c.(体外)受精
卵巢
a.卵母细胞的采集与培养
MⅡ期卵母细胞
采集并培养
②体外受精技术过程
b.精子的获取与获能处理
新鲜或解冻的精液
精子离心处理
获能精子
精子离心处理的目的
精液由精子和精浆两部分组成。精浆中含有一种能抑制精子获能的物质，因此在一般情况下，精液中的精子无法获能。精子获能前进行离心处理，目的是除去精浆以利于精子获能。
取沉淀进行获能处理
c.体外受精
体外受精
受精卵培养
获能精子
MⅡ期卵母细胞
哺乳动物体外受精过程示意图
③体外受精技术的意义
a.提高动物繁殖能力
b.为胚胎移植提供可用的胚胎
新鲜或解冻的精液
卵巢
MⅡ期
卵母细胞
精子离心处理
获能精子
体外受精
受精卵培养
早期胚胎
产生很多胚胎
胚胎移植
提高繁殖力
比较自然受精、人工授精和体外受精
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 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定义
胚胎移植( embryo transfer)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。
思考：用于胚胎移植的胚胎有哪些来源？
体外受精
体内受精(配种)
核移植
胚胎分割
早期胚胎
有性
生殖
无性
生殖
早期胚胎
早期胚胎
早期胚胎
胚胎
移植
二、胚胎移植
供体
受体
移植条件
实质
地位
供体与受体为同种且生理状态相同
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
提供胚胎的个体
接受胚胎的个体
胚胎工程的最后一道“工序”
②过程
优良供体母牛
受体母牛
受体发情
同期发情处理
超数排卵处理
发情配种
或人工受精
胚胎移植
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
具有优良性状的后代
供体母牛可以正常繁殖或两三个月后进行下一次超数排卵处理
优良公牛
供体、受体的选择和处理
配种或进行
人工授精
胚胎的收集
胚胎的检查
培养或保存
胚胎的移植
移植后的检查
供体、受体的选择和处理
选择遗传性状优良，生产能力强的个体
用激素对供体母牛和受体母牛进行同期发情处理
优良供体母牛
受体母牛
选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体
对供体母牛进行超数排卵处理
同期发情处理
优良供体母牛
受体母牛
思考：什么是同期发情处理？
利用某些激素人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。
思考：同期发情处理的目的是什么？
使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。
同期发情处理
优良供体母牛
受体母牛
对供体母牛进行超数排卵处理
优良供体母牛
思考：超数排卵的目的是什么？
使一头母畜一次排出比自然情况下多许多的成熟卵子，用于配种或者人工授精，可获得多枚胚胎 ，经胚胎移植可得到多个后代。
思考：如何进行超数排卵？
用外源促性腺激素处理供体母牛，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
配种或进行人工授精
超数排卵的母牛发情后，选择同种优良的公牛进行配种或人工授精。
体内受精
人工授精
配种(自然受精)
人工授精
胚胎的收集
用特制的冲卵装置，把供体母牛子宮内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。
冲卵：是指用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，将供体母畜子宫或输卵管中的胚胎冲洗出来。
胚胎的检查、培养或保存
冲卵后，对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应该发育到桑葚胚或囊胚阶段。
若没有发育到适合移植的阶段，还要进行胚胎的培养。
将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存。
胚胎冷冻保存(-196℃,液氮中）
对供体、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理
对供体母畜进行超数排卵
配种或人工受精
收集胚胎
对胚胎检查、培养或保存
胚胎移植
对受体母畜进行妊娠检查
产生具有优良性状的后代
胚胎移植过程
胚胎移入 的基础
胚胎收集 的基础
移入胚胎 存活的基础
保留胚胎遗传特性基础
胚胎移植的生理学基础
排卵后，同种动物的供、受体生殖器官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生理环境。
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，而是处于游离状态，为胚胎的收集提供可能。
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内存活提供了可能。
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，其遗传物质不会发生改变，为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障，同时保障了供体优良遗传性状。
③意义
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，增加供体一生繁殖后代的数量。
a.缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代
b.可在短期内大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良。
胚胎移植中的四个注意点
两次激 素使用 第一次:用孕激素对受、供体进行同期发情处理;
第二次:用促性腺激素处理使供体超数排卵
两次 检查 第一次:对收集的胚胎进行检查;
第二次:对受体母畜是否妊娠进行检查
移植时 间不同 牛、羊要培养到桑葚胚或囊胚阶段;
小鼠、家兔培养到桑葚胚前;
几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植
繁殖 方式 胚胎由受精卵形成,属于有性繁殖;
胚胎由核移植或胚胎分割形成,属于无性繁殖
①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。
②概念
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。
③特点：
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：
体视显微镜和显微操作仪
实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性是有限的，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，这成为提高家畜胚胎利用率的手段之一
三、胚胎分割
⑤胚胎分割操作程序
a.选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中。
b.在显微镜下用分割针或分割刀片对胚胎进行分割
c.分割后的胚胎可直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。
对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要将内细胞团均等分割。
⑥胚胎分割的意义
a.提高胚胎利用率，促进优良动物品种的繁殖。
b.产生遗传性状相同的后代，作为遗传学研究的宝贵材料
c.胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查，对于人工控制动物性别，繁育健康动物后代具有重要意义。
此外，还可用分割针分割滋养层，做DNA分析，鉴定性别。
做DNA分析，
鉴定性别
胚胎分割动物与体细胞核克隆动物的比较
项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物
相同点 都属于无性生殖或克隆,最终技术是胚胎移植 不 同 点 胚胎的来源 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
遗传 物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质 克隆动物的遗传物质主要由供体细胞的细胞核提供
起点 经过受精作用或其他方式形成的一个细胞 经过核移植形成的一个细胞
技术 流程 胚胎分割→胚胎移植 核移植→早期胚胎培养→胚胎移植
能力提升
PART 03
一、教材知识链接
1．(选择性必修3 P59练习与应用)精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。
细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，参与精卵结合，是后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心；线粒体是精子进行有氧呼吸产生能量的主要场所，精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘，可以为精子的运动提供能量，使其能够到达卵子处完成受精。
2、精细胞变形形成精子的过程中，细胞核变为精子的头部，线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘，尝试从细胞的结构与功能的角度分析原因。
细胞核是精子的遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。线粒体是精子维持生存和运动、获得能量的“动力工厂”。
3．受精是指精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程，受精卵中的遗传物质是不是一半来自父方、一半来自母方？
4.精子获能是不是获得能量？精子获能的方法有哪些？
不是。受精卵中的遗传物质中，核遗传物质一半来自父方、一半来自母方，细胞质中的遗传物质几乎全部来自母方。
精子获能是指精子获得受精能力，而不是获得能量。使精子获能的方法有直接利用雌性动物的生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。
5.某孕妇可能生出患某遗传病的孩子，如果选择囊胚期进行胎儿基因检测，选取的细胞应该是哪部分的细胞？ 。
说明你的理由： 。
6．进行体外受精时，将卵母细胞取出后 (填“是”或“否”)应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？分析其原因
滋养层细胞
因为滋养层细胞将来发育成胎盘和胎膜，不发育成胎儿的各种组织，不会对胎儿产生影响
是
从卵巢中取出的卵母细胞还没有成熟，可能尚未完成减数分裂Ⅰ，应在体外人工模拟的输卵管环境中进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。
二、教材深挖拓展
胚胎移植技术在畜牧生产中占有重要的位置，因为通过体外受精或其他方式获得的胚胎，只有移植给受体才能获得后代，因此，胚胎移植技术是胚胎工程不可缺少的终端环节。思考讨论下列问题。
(1)为什么对供体和受体母畜进行同期发情处理？
(2)在胚胎移植过程中有两次使用激素、两次检查，其目的分别是什么？
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似的生理环境。
第一次用孕激素对受、供体进行同期发情处理，第二次用促性腺激素处理使供体超数排卵。第一次是对收集的胚胎进行质量检查，第二次是对受体母畜是否妊娠进行检查。
真题练习
PART 04
1．(2025·云南选择考)孕酮具有促进子宫内膜增生，为受精卵着床做准备的作用。某奶牛场发现一头高产奶量母牛生产两胎后重复配种均未成功妊娠，该牛可正常排卵但孕酮量低于正常母牛。为获得该母牛的后代，下列说法正确的是(　　)
A．运用体外受精或人工授精技术可提高该牛的妊娠率
B．使用外源促性腺激素处理该牛获得更多卵子进而可获得多枚胚胎
C．体外受精或人工授精后形成受精卵移植到健康受体可提高存活率
D．使用该牛MⅡ期卵母细胞的细胞核进行核移植可获得可育后代
B
2．(2025·陕晋宁青选择考)科研人员通过对绵羊受精卵进行基因编辑和胚胎移植等操作，获得了羊毛长度显著长于对照组的优良品系。下列叙述错误的是(　　)
A．为获取足够的卵子，需对供体绵羊注射促性腺激素进行超数排卵处理
B．为确保受体绵羊与供体绵羊生理状态一致，需进行同期发情处理
C．受精卵发育至桑葚胚阶段，细胞数量和胚胎总体积均增加
D．对照组绵羊的选择需考虑年龄、性别等无关变量的影响
C
3．(2025·黑吉辽蒙选择考)研究显示，约70%的小鼠体细胞核移植胚胎未能成功发育至囊胚期，且仅有约2%的胚胎移植到代孕母鼠后可正常发育。下列叙述错误的是(　　)
A.体细胞核进入去核的MⅡ期卵母细胞形成重构胚
B．移植前胚胎发育率低，可能是植入的体细胞核不能完全恢复分化前的功能状态
C．胚胎移植到代孕母鼠后成活率低，可能是早期胚胎未能及时从滋养层内孵化
D．为提高胚胎成活率，可用胚胎细胞核移植代替体细胞核移植
C
4．(2024·北京等级考)我国科学家体外诱导食蟹猴胚胎干细胞，形成了类似囊胚的结构(类囊胚)，为研究灵长类胚胎发育机制提供了实验体系(如图)。相关叙述错误的是(　　)

A．实验证实食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能
B．实验过程中使用的培养基含有糖类
C．类囊胚的获得利用了核移植技术
D．可借助胚胎移植技术研究类囊胚的后续发育
C
5．(2024·湖北选择考)研究者探究不同浓度的雌激素甲对牛的卵母细胞和受精卵在体外发育的影响，实验结果如下表所示。根据实验数据，下列叙述错误的是(　　)
甲的浓度/ (μg/mL) 卵母细 胞/个 第一极体 排出/个 成熟率 /% 卵裂数 /个 卵裂率
/%
0 106 70 66.0 28 40.0
1 120 79 65.8 46 58.2
10 113 53 46.9 15 28.3
100 112 48 42.8 5 10.4
A.实验结果说明甲抑制卵裂过程
B．甲浓度过高抑制第一极体的排出
C．添加1 μg/mL的甲可提高受精后胚胎发育能力
D.本实验中，以第一极体的排出作为卵母细胞成熟的判断标准
√

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