2.3胚胎工程（第2课时胚胎工程技术及其应用）课件高二下学期生物人教版选择性必修3

285天左右生下牛犊奶牛自然生产过程，你觉得哪些环节限制其后代数量？1.排卵数量（每次一个）限制最终胚胎数量。2.妊娠时间长。（妊娠期间母牛不能再提供胚胎）如何解决该问题？285天左右生下牛犊体外受精胚胎移植胚胎分割江西生物组

东东老师学习目标：1．简述受精和胚胎早期发育的基本过程。2．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。3．运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。4．认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。第2章细胞工程第3节胚胎工程——胚胎工程技术及其应用相同：都通过有性生殖产生；都要在母体子宫内发育形成胎儿。不同：受精作用在体外，在体外发育成早期胚胎进行胚胎移植。思考：试管婴儿技术有哪些操作？其原理呢？试管婴儿和正常怀孕有何异同？①体外受精(原理:受精作用)②胚胎的早期培养(原理:胚胎发育)③胚胎移植(原理:细胞增殖，胚胎发育)1978年7月25世界首个试管婴儿路易丝·布朗在英诞生1988年3月10生于北大第三医院的中国第一个试管婴儿郑萌珠和辅助生殖技术张丽珠教授个体体外受精早期胚胎子宫胚胎移植早期胚胎发育受精卵1984年3月9日中国兽医博士旭日干与刚出生的“试管羊”1989年8月15日旭日干正在观察他培育出来的第一胎“试管牛”试管动物技术：通过人工操作使卵子和精子在体外调节下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。培养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，不仅有效提高动物繁殖能力，还可为胚胎移植提供可用的胚胎。卵巢MⅡ期卵母细胞采集方法一：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子。（超数排卵处理）采集新鲜或解冻的精液精子离心处理注意：精子离心处理的目的是，去除精清中的抑制获能的物质。获能精子(人工配制的获能液)一、胚胎工程技术及其应用

（一）体外受精当胚胎发育适宜阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。牛、羊一般要培养到16细胞阶段（桑葚胚）或囊胚阶段才能进行移植，小鼠和家兔等可在更早阶段移植，人的体外受精胚胎/试管胚胎，可在4细胞阶段移植。体外受精(获能溶液/专用的受精溶液)受精卵培养(不同培养液)受精卵培养到什么程度呢？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都是有性生殖比较自然受精、人工授精和体外受精一、胚胎工程技术及其应用

（一）体外受精胚胎移植(embryotransfer)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。体内受精(人工配种)重组胚胎胚胎分割/转基因的胚胎一、胚胎工程技术及其应用

（二）胚胎移植供体：提供胚胎的个体遗传性状优良，生产能力强产生具有优良遗传特性的胚胎选择标准：职能：受体：接受胚胎的个体选择标准：职能：有健康体质和正常繁殖能力承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务优良供体公牛优良供体母牛普通受体母牛生理学基础条件为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境提供胚胎收集的基础提供移入胚胎存活的基础提供保留遗传特性的基础哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响胚胎移植的生理学基础思考·讨论讨论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。一般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。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，才能为胚胎提供相同的生理环境。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。讨论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。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。二胚胎移植2.过程：优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理同期发情处理: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。(孕激素等)发情周期是雌性哺乳类动物普遍拥有的一种生理现象。从前一次排卵期至下一次排卵期之间的时间长度称为一个发情周期。母牛的发情周期分为卵泡期和黄体期两个阶段。卵泡期是在黄体退化继而血液中孕激素含量显著下降后，卵巢中卵泡迅速生长发育，最后成熟并导致排卵的时期，这一时期一般是从发情周期的第18d至第21d。卵泡期之后，卵泡破裂并发育成黄体，随即进入黄体期，这一时期一般从发情周期的第1d至第17d。黄体期内，在黄体分泌的孕激素的作用下，卵泡发育受到抑制，母畜不表现发情，在未受精的情况下，黄体维持约17d，即行退化，随后进入另一个卵泡期。孕激素能使子宫平滑肌更加松弛，降低平滑肌对催产素的敏感性，减少子宫收缩。还能有效抑制排卵，促进子宫内膜分泌，降低子宫肌的兴奋度，有利于受精卵的植入，从而确保妊娠能够安全进行。雌激素主要是促进卵泡发育、促进子宫、输卵管发育、促进阴道上皮增生和角化；还可通过促进子宫内膜增生，促进子宫发育；同时还可以促进水钠潴留、促进乳腺管增生、促进第二性征发育，降低总胆固醇含量。知识拓展：孕激素的作用原理是，给母牛使用孕激素后，使其血液中的孕激素保持较高水平，从而抑制了卵巢中卵泡的生长发育和发情，使母牛老是处于人为的黄体期。有时卵巢中的黄体已经消失，意味着母牛自身产生的孕激素水平已经下降，但由于人工施加的孕激素仍在起作用，母牛仍不会排卵发情，这就等于延长了发情周期，推迟了发情期。黄体的寿命为17d，若孕激素处理时间达到17d左右，则被处理的所有母畜卵巢中的黄体均已消失，此时集体停药，则它们会同时进入卵泡期，同时排卵发情。二胚胎移植2.过程：优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理同期发情处理: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。(孕激素等)同期发情处理的目的:使供体受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎移入相同的生理环境做好准备。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，并继续发育。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。问：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?二胚胎移植2.过程：优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理同期发情处理: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。(孕激素等)同期发情处理的目的:使供体受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎移入相同的生理环境做好准备。受体发情超数排卵处理（促性腺激素）二胚胎移植2.过程：优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理同期发情处理: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。(孕激素等)同期发情处理的目的:使供体受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎移入相同的生理环境做好准备。受体发情超数排卵处理（促性腺激素）发情配种或人工授精优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理同期发情处理: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。(孕激素等)同期发情处理的目的:使供体受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎移入相同的生理环境做好准备。受体发情超数排卵处理（促性腺激素）发情配种或人工授精收集胚胎并检查(早期胚胎处于游离状态)胚胎检查桑葚胚或囊胚阶段优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理受体发情超数排卵处理（促性腺激素）发情配种或人工授精收集胚胎并检查(早期胚胎处于游离状态)桑葚胚或囊胚阶段移植胚胎手术法非手术法优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理受体发情超数排卵处理（促性腺激素）发情配种或人工授精收集胚胎并检查(早期胚胎处于游离状态)桑葚胚或囊胚阶段移植胚胎受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。问：受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应?胚胎冷冻保存正常繁殖或两三个月后进行另一次移植优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理受体发情超数排卵处理（促性腺激素）发情配种或人工授精收集胚胎并检查(早期胚胎处于游离状态)桑葚胚或囊胚阶段移植胚胎对受体进行妊娠检查具有优良性状的后代问：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，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。正常繁殖或两三个月后进行另一次移植优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（有健康的体质和正常繁殖能力）进行同期发情处理受体发情超数排卵处理（促性腺激素）发情配种或人工授精收集胚胎并检查(早期胚胎处于游离状态)桑葚胚或囊胚阶段移植胚胎对受体进行妊娠检查具有优良性状的后代问：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，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。胚胎移植的意义/优势：产生具有优良遗传特性的胚胎负责繁重漫长的妊娠和育仔任务受体职能供体职能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。(1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力(2)大大缩短了供体本身的繁殖周期(3)对供体施行超数排卵处理后，可增加后代数量胚胎移植实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移胚胎移植的地位：正常繁殖或两三个月后进行另一次移植优良供体公牛优良供体母牛受体母牛（遗传性状优良、生产能力强）（健康体质、正常繁殖能力）进行同期发情处理受体发情超数排卵处理（促性腺激素）发情配种或人工授精收集胚胎并检查(早期胚胎处于游离状态)桑葚胚或囊胚阶段移植胚胎对受体进行妊娠检查具有优良性状的后代（孕激素/前列腺素）①该过程中两次使用激素：②该过程中的两次检查：③胚胎移植成功与否要有两个条件：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。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。胚胎移植一般应在同种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生理状态要相同。胚胎移植要点归纳思考：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？基于这样的设想，胚胎分割技术逐渐发展成熟。胚胎分割（embryosplitting）：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特点：后代具相同遗传物质，胚胎分割可看做动物无性繁殖/克隆方法之一。③主要仪器设备：实体显微镜和显微操作仪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。胚胎分割（embryosplitting）：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。一、胚胎工程技术及其应用

（三）胚胎分割④适合分割的胚胎：发育良好形态正常的桑葚胚/囊胚⑤操作流程：选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚(桑葚胚或囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性)，移入盛有操作液的培养皿中；在显微镜下用分割针或分割刀片对胚胎进行分割（注意均等分割内细胞团）；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主要仪器设备：实体显微镜和显微操作仪体视显微镜，亦称实体显微镜，是从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，像是直立的，便于操作和解剖。显微操作仪指用显微镜附加细微操纵装置所组成的显微手术器械。在显微镜下用分割针或分割刀分割⑤操作流程：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分割份数越多，技术难度越大，移植成功率越低，故常用分割效率和移植效率最高的二分胚要注意将内细胞团均等分割！若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。⑥胚胎分割优点：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；在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义⑦胚胎分割局限性：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。另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。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。练习与应用一、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，苴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。

（

）

×××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。练习与应用一、概念检测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（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。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。（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？练习与应用二、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。（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？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。（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。复习与提高一、概念检测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(MⅡ期)获能处理。复习与提高一、概念检测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；（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髙38%,但四倍体植株比二倍体植株矮小很多。

本题看似是从几个选项中选择一个即可，其实并不是如此简单。出题的目的是考查批判性思维最后阶段的技能,即作出决策。有研究者认为，批判性思维的目标在于作出明智的决定、得出正确的结论。在作出决策时，决策者掌握的资料应该正确、完整，应该能提出替代方案。所以，在解答类似的习题时，需要引导学生思考：这些信息够你作决定用吗？如果不够用，你认为还需要补充什么信息？哪些信息是你作决定时参考的关键信息？你作决定时，考虑备选方案了吗?题干中列出的五条信息指明的方向，都有研究者在研究，也都有提高青蒿素类药物产量的可能性。每个学生都有自己的思考和见解，应该让他们结合自己的理解或者假设的其他条件来进行判断和选择。复习与提高一、概念检测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试验，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的作用是什么？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Kdm4l的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的甲基化水平；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。复习与提高一、概念检测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试验，可以在10s之内对卵母细胞进行去核操作，