高中生物 专题3 . 3 胚胎工程的应用及前景

3.3胚胎工程的应用及前景

学习目标：1.简述胚胎移植的现状和意义。2.掌握胚胎移植的生理学基础及胚胎移植的

基本程序。(重、难点)3.了解胚胎分割的概念、意义及操作过程。(重点)4.了解胚胎干

细胞的特性及应用。(重点)

自主预习。擢新知

NINHUYUXI丁AZXIZ/III

二基础知识填充口

一、胚胎移植

1.胚胎移植概念

(1)对象：雌性动物体内的早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到的胚胎。

(2)移植条件：圆拙、生理状态相同的其他雌性动物体内。

(3)供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体。

(4)受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。

(5)本质：生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。

(6)地位：是胚胎工程其他技术的最卮一道“工序”。

2.胚胎移植的意义

(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)对供体施行超教排奥处理后，增加后代数量。

3.胚胎移植的生理学基础及相应意义

生理学基础意义

为供体的胚胎移入受体提供了相同

同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的

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

为胚胎的收集提供了可能

织上的联系，而是处于游离状态

受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应为胚胎在受体内的存活提供了可能

供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但为移植后胚胎继续发育提供了营养

其遗传特性不受任何影响等方面的保障

4.胚胎移植的基本程序

1选择:遗传性能和生产性能优秀的

对供、受体的个体(供体),健康、有正常繁

选择和处理殖能力的个体(受体)

.处理：同期发情处理和超数排卵处理

配种或人工授精

(收集:冲卵

胚胎的收集、检

检查:发育到桑棋胚或囊胚阶段

查、培养或保存I保存：-196t的液氮中保存

胚胎移植|方法：手术法和非手术法

胚胎移植后的检圄检查受体母牛是否妊娠

二、胚胎分割

1.概念

对象早期胚胎

方法机械方法

目的获得同卵双胎或多胎

特点来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质

实质胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一

2.操作程序

(1)选择胚胎：选择发育良好、形态正常的桑檀胚或囊胚,将其移入盛有操作液的培养皿

中。

(2)分割胚胎：用分割针或分割刀将胚胎切开,吸出其中的半个胚胎,注入预先准备好的

空透明带中,或直接将裸半胚移植入受体。

3.囊胚分割要求

内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

三、胚胎干细胞

1.来源：哺乳动物的胚胎干细胞(embryonicstemcell)简称ES或EK细胞，是由早期胚

胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。

体积小、细胞核大、核仁明显

2尊干鬼具有发育的全能性

体外培养—rh八

1-------＞可n以r增殖，不分化

3.主要用途

(1)可以用于治疗人类的某些顽症。

(2)可以培育出人造组织器官。

(3)可以揭示细胞分化和细胞凋亡的机理。

(4)可以用于哺乳动物的个体发生和发育规律的研究。

早预习效果验■收口

1.判断对错(正确的打“J”，错误的打“X”)

(1)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。()

(2)胚胎移植时，供体母畜需要具备优良的遗传性能。()

(3)胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行，因为两者生理特征相近，易于成

功。()

(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。

()

(6)胚胎干细胞可以来源于早期胚胎，也可以来源于成熟个体。

()

提示：(DX移植的胚胎还可以是通过转基因、核移植等技术获得的胚胎。

(2)V(3)V

(4)X胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割。

(5)V

(6)X胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。

2.下列过程在胚胎移植中没有必要进行的是()

A.对供体、受体要进行选择

B.要用激素对供体进行超数排卵处理

C.供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应

D.胚胎移植常采用手术法和非手术法两种方法

C［移入受体的是胚胎，并且受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应，所以C

选项中的过程在胚胎移植中没有必要进行。胚胎移植主要步骤有供、受体的选择，用促性腺

激素对供体进行超数排卵处理。胚胎移植常采用手术法和非手术法。］

3.下列关于胚胎干细胞特点的叙述，不正确的是（）

A.当受精卵发育成囊胚时，所有的细胞都是胚胎干细胞

B.胚胎干细胞是一种未分化的细胞，具有发育的全能性

C.在适当的条件下，胚胎干细胞可以分化为多种组织

D.培养胚胎干细胞的关键是需要一种培养体系，必须能促进干细胞生长的同时还要抑制

干细胞的分化

A［当受精卵发育成囊胚（早期胚胎）时，内细胞团的细胞是胚胎干细胞，具有发育的全能

性。培养时需一种培养体系，必须既能促进干细胞的生长，同时，还要抑制干细胞的分化。］

合作探究》我重嘘

HEZUOTANJIU3ONGZHONGNAZ

搀究点1/胚胎移植

［思考交流］

1.胚胎移植时，对供体、受体的生理状态有什么要求？

提示：生理状态相同。只有受体与供体的生理状态相同，被移植的胚胎才能继续正常发

育。

2.怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？供体胚胎移入受体子宫时，在

位置上有要求吗？

提示：（1）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，这是胚胎移植成功与否

的关键。

（2）有要求。胚胎移入受体子宫的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。

3.胚胎移植过程中，对供、受体的选择，有哪些要求？

提示：（D供体：遗传性能和生产性能优秀。

（2）受体：有健康的体质和正常繁殖能力。

4.对供体母牛进行超数排卵时注射的激素是哪类激素？为什么要用激素处理供体母牛？

提示：（1）注射的是促性腺激素。（2）给供体母牛注射促性腺激素可使其一次排出比自然

情况下多几倍到十几倍的卵子，经人工授精，可以获得数量较多的可移植胚胎。

5.胚胎移植过程中需要进行几次检查？分别检查什么？

提示：两次检查。第一次在冲卵后，对胚胎进行质量检查；第二次是对受体母畜进行是

否妊娠的检查。

6.胚胎移植成功的标志是什么？

提示：移植的胚胎在受体内能正常发育并分娩。

［归纳总结］

早期胚胎培养

(1)核移植:无性繁殖。

早期胚胎培养

(2)体外受精)有性生殖。

(3)体内受精一冲卵一移植一有性生殖。

早期胚

(4)基因工程-转入目的基因的受精卵)胚胎移植

胎培养

一转基因动物一＞有性生殖。

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。

2.胚胎移植的生理学基础

生理学基础意义

为供体的胚胎移入受体提供了相同

哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，

的生理环境，这是胚胎移植成功的

同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的

关键

哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体

为胚胎的收集提供了可能

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为胚胎在受体内的存活提供了可能

供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但

受体只为胚胎提供营养物质和发育

移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受任

的场所，不会影响胚胎的遗传特性

何影响

3.与胚胎移植有关的几个问题

(1)供体公牛、母牛和受体母牛的选择：应选择遗传特性和生产能力优秀的个体作为供体,

选择具有健康体质和正常繁殖能力的个体作为受体。

(2)受精卵既可通过体内受精获得，也可通过人工授精获得。

(3)冲卵后，对胚胎进行质量检查，胚胎应发育到桑根胚或囊胚阶段。收集到的胚胎可直

接向受体移植，也可放入一196℃的液氮中保存。

(4)胚胎移植过程中两次使用激素：第一次用孕激素对供、受体母牛进行同期发情处理；

第二次用促性腺激素使供体母牛超数排卵。

(5)胚胎移植过程中的两次检查：第一次对收集的胚胎进行质量检查；第二次对受体母牛

是否妊娠进行检查。

(6)产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体母牛，性别取决于公牛提供何种类型的精子,

这两个方面与受体母牛没有关系。

特别提醒:

(与供体是同一物种

(1)作为胚胎受体的条件与供体处于相同的生理状态

(雌性动物

(2)冲卵是将供体母畜子宫内的胚胎冲出来，而不是把卵子冲出来。

(3)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。

◎对点练习

1.牛胚胎移植的基本程序如图所示，下列说法错误的是()

A.供体母牛的主要职能是产生具有优良性状的胚胎

B.图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素处理供体母牛

C.配种后需用特制的冲卵装置，将供体母牛体内的胚胎冲洗出来

D.应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的输卵管中

D［供体母牛的主要职能是产生具有优良遗传性状的胚胎，A正确；图中a指的是超数排

卵，可用促性腺激素处理供体母牛，B正确；冲卵的实质是把供体子宫内的胚胎冲洗出来，C

正确；应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的子宫中，D错误。］

易混辨析：排卵、超数排卵和冲卵

(1)排卵：从卵泡中排出卵子，排出的是初级卵母细胞或次级卵母细胞。

(2)超数排卵：给供体母畜注射促性腺激素，使其一次排出比自然情况下多几倍到十几倍

的成熟卵子。

(3)冲卵：用配制好的冲卵液，将供体母畜子宫或输卵管中的早期胚胎冲洗出来。

2.试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题：

©

售髓心◎)—早期胚胎

试管牛

供体精子受体母牛

⑴①②过程分别表示,

(2)对供体母牛的要求是,通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。

(3)在体外培养受精卵时，需要满足以下条件：、营养、温度和pH以

及气体环境。

(4)生产上常用期的胚胎进行②过程。

［解析］(1)由题图可知①②过程分别表示体外受精、胚胎移植。

(2)培育试管动物首先选择遗传性能和生产性能优良的母牛。

(3)体外培养受精卵时，首先需要无菌、无毒的环境，防止被污染，还要有一定的营养物

质，及适宜的外界环境条件。

(4)等胚胎发育到桑根胚或囊胚期时进行胚胎移植。

［答案］(1)体外受精胚胎移植(2)遗传性能和生产性能优秀(3)无菌、无毒的环境

(4)桑根胚或囊胚

螯究虑z胚胎分割

［思考交流］

1.胚胎分割的对象是什么？选择此时期的胚胎进行分割的原因是什么？

提示：桑根胚或囊胚阶段的胚胎。桑根胚阶段尚未出现细胞分化，具有全能性；囊胚阶

段的内细胞团具有全能性。

2.囊胚的内细胞团有何功能？分割囊胚期的胚胎时为什么强调将内细胞团均等分割？

提不：囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织。囊胚的内细胞团要均等分割，否则

会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

3.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就越少，移植

后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率会降低。

4.从胚胎来源上分析，胚胎分割动物和克隆动物相同吗？

提示：不相同。胚胎分割用到的胚胎可能是在雌性动物体内经受精形成的早期胚胎，也

可能是体外受精或其他方式得到的胚胎，而克隆用到的胚胎是经体细胞核移植得到的重组胚

胎。

5.从后代核遗传物质上分析，胚胎分割动物和克隆动物生殖方式相同吗？

提示：相同。两者都属于无性繁殖。

［归纳总结］

1.胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆。生物的无性繁殖方式统称为克隆。就胚胎分

割技术本身而言，是将同一胚胎分割成几部分，借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的

后代，是一种无性繁殖的方式，因此，也属于动物克隆的一种方式。

2.选用的胚胎：进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑根胚或囊胚。

3.操作过程：选发育良好、形态正常的桑根胚或囊胚一将待分割的胚胎移入操作液的培

养皿中一用分割针或分割刀片将胚胎切开一吸出其中半个胚胎，注入空透明带中，或将裸半

胚移植入受体。

4.胚胎分割的实例：哺乳动物胚胎分割和性别鉴定(如图)。

5.意义：加快繁殖速度，提高了胚胎的利用率。

特别提醒：(1)在对囊胚进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚

胎的恢复和进一步发育。

(2)胚胎分割的份数越多，技术难度越大，移植的成功率也越低。

(3)对胚胎进行性别鉴定取滋养层细胞做DNA分析即可。

Q对点练丹

i.近年来发展起来的胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机，下列有关体

外受精和胚胎分割移植的说法正确的是()

A.体外受精所需的成熟卵细胞可从母体中直接获取，但在受精前要对精子进行获能处理

B.进行胚胎分割时，应选择发育到原肠胚时期的胚胎进行操作

C.胚胎分割时只能用分割针在显微镜下将胚胎均等分割成若干份

D.受体母牛必须和供体牛属于同一物种，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础

是受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应

D［卵巢中获取的卵细胞必须在体外进行培养到减数第二次分裂中期，才能与获能精子

融合后形成受精卵，选项A错误；进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑根胚或

囊胚进行分割，选项B错误；胚胎分割时可以在实体显微镜下用切割针或在显微操作仪下用

切割刀进行分割，目前二分胚胎的分割和移植效率最高，选项C错误：受体对移入子宫的外

来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能，选项D正确。］

2.如图为牛胚胎性别鉴定和分割示意图，请据图完成下列问题：

(1)填出图中字母所代表的结构名称：

A；B；C；I)

(2)写出甲、乙、丙过程的技术名称：

甲：乙__；丙；进行乙过程时，所取的样本是

⑶进行甲过程时，所使用的基本仪器是,本过程的技术关键是

(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中取得成功，但仍然存在一些问题，如

等，同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是。

［解析］根据囊胚的结构可知图中字母所代表的结构名称分别是，A为囊胚腔；B为透明

带；C为滋养层；D为内细胞团。

(2)图中甲、乙、丙过程的技术分别是胚胎分割、做DNA分析性别鉴定、胚胎移植。进行

乙过程时，所采取的样本是滋养层。

(3)进行甲过程时，所使用的基本仪器是显微操作仪和实体显微镜。本过程的技术关键是

将内细胞团均等分割。

(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中已取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物

体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异等。同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是同卵双胎。

［答案］(1)囊胚腔透明带滋养层内细胞团

(2)胚胎分割做DNA分析性别鉴定胚胎移植滋养层

(3)显微操作仪和实体显微镜将内细胞团均等分割

(4)刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异同卵双胎

~~特别提醒：滋养层王饲养层

(1)滋养层：囊胚时期沿透明带内壁排列的个体较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎

盘。

(2)饲养层：饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为干细胞分裂、

增殖的营养细胞。

要究虑/_____________胚胎干细胞

［思考交流］

1.胚胎干细胞的来源有哪些？为什么可分化为动物体内任何一种组织？

提示：胚胎干细胞可从早期胚胎或原始性腺中分离出来。胚胎干细胞具有发育的全能性,

能分化为动物内任何一种组织。

2.胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？

提示：胚胎干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使

坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。

3.胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题?

提示：通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足。

另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。

［归纳总结］

1.胚胎干细胞的概念

哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类

细胞。

2.胚胎干细胞的特点

(1)形态、大小：体积小、细胞核大、核仁明显。

(2)功能：具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。

(3)在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化。对它可进行冷冻保存，也可进行遗传

改造。

3.主要用途

ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学

上都具有重要的应用价值。

(1)利用ES细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化

的部位得以修复并恢复正常功能。

(2)通过ES细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器

官不足和器官移植后免疫排斥的问题。

(3)ES细胞是研究体外细胞分化的理想材料

(4)ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。

4.干细胞种类

类别特点来源或举例应用

具有形成机体的任何组桑根胚细胞或囊胚细胞及

全能

织或器官直至形成完整早期胚胎细胞，受精卵，用于病人的器官移植等

干细胞

个体的潜能胚胎干细胞

具有分化成多种细胞或造血干细胞移植是治疗血

多能

组织的潜能，但不能发育造血干细胞液系统疾病、遗传性血液

干细胞

成完整的个体病等的有效手段

只能分化成某一种类型

专能干细叠翻干细胞、皮肤生发层通过神经干细胞移植治疗

或功能密切相关的两种

胞细胞、神经干细胞脑瘫、头颅外伤等病症

类型的细胞

1.下列关于ES细胞的叙述，不正确的是()

A.ES细胞在形态上，表现为体积小，细胞核大，核仁明显

B.ES细胞在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化

C.ES细胞在功能上，具有发育的全能性

D.ES细胞是由原肠胚或原始性腺中分离出来的一类细胞

D［ES细胞即胚胎干细胞，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显，A正确；胚

胎干细胞在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，B正确；ES细胞在功能上，具有发

育的全能性，C正确；ES细胞是从早期胚胎(原肠胚之前)或原始性腺中分离出来的一类细胞,

D错误。］

2.胚胎干细胞简称ES细胞，从胚胎中提取干细胞这项技术备受伦理争议，但重组成体

细胞却不涉及制造或摧毁胚胎，通过细胞培养、诱导可以克隆器官。下图是克隆器官的技术

路线图，请回答下列有关问题：

胚胎发育后含干细胞

(1)哺乳动物的ES细胞是由中分离出来的一类细胞;体外培养能不断增殖、

自我更新，在功能上，具有发育的性。

(2)运用技术可以形成图中的重组细胞，对重组细胞的培养，其培养基与培养植

物细胞的培养基的主要不同点是含有。

(3)利用重组细胞培养出的干细胞，也可以形成特定器官、组织，这是的结

果，其根本原因是。

(4)克隆动物与图中克隆器官的技术相比，通常还需运用_______和等胚胎

工程技术。

［解析］(1)哺乳动物的ES细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，体外

培养能不断增殖、自我更新，在功能上具有发育的全能性。

(2)图中通过体细胞核移植技术得到重组细胞，培养动物细胞的培养基与培养植物细胞的

培养基相比较，主要不同点是前者含有血清或血浆。

(3)利用重组细胞培养出的干细胞，可以形成特定器官、组织，这是细胞分化的结果，根

本原因是基因的选择性表达。

(4)克隆动物要用动物体细胞核移植技术、早期胚胎的培养技术、胚胎分割技术和胚胎移

植技术，与克隆器官相比还要用胚胎分割和胚胎移植技术。

［答案］（1）早期胚胎或原始性腺全能（2）核移植血清（或血浆）（3）细胞分化

基因的选择性表达

（4）胚胎分割胚胎移植

1.下列关于胚胎移植的叙述中，不正确的是（）

A.胚胎移植全部属于无性生殖

B.可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力

C.受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应

D.供体的主要职能变为只产生具有优良遗传特性的胚胎

A［移植的胚胎可以来自受精作用产生的受精卵发育而成的胚胎，这属于有性生殖；也

可以来源于胚胎分割技术或核移植技术，这属于无性生殖。］

2.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。以下说法不正确的是（）

A.这里说的同“种”是指同一“物种”

B.加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，说明移植成功

C.同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功

D.哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，同种动物生殖器官的生理变化都是一样的

D［雌性哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物生殖器官的生

理变化是一样的。此处必须强调是在一段时间内。］

3.下列有关干细胞的叙述，错误的是（）

A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应

B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化

C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖、分化等过程

D.造血干细胞具有分