人教版高中生物选修三讲义：胚胎工程的应用及前景

3.3胚胎工程的应用及前景

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)

胚胎移植

1.胚胎移植概念

(1)对象：雌性动物体内的星期胚胎或通过住处受精及其他方式得到的胚胎。

(2)移植条件：回独、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肮的个体。

(4)受体：在胚胎移植中接受凝的个体。

(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。

⑹地位：是胚胎工程其他技术的最后一道“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)对供体施行超数排卵处理后,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

同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是为供体的胚胎移入受体提供

相同的了相同的生理环境

早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体

为胚胎的收集提供了可能

王宜建立组织上的联系，而是处于游离状态

为胚胎在受体内的存活提供

受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应

了可能

供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组为移植后胚胎继续发育提供

织联系，但其遗传特性不受任何影响了营养等方面的保障

4.胚胎移植的基本程序

’选择：遗传性能和生产性能优秀的个

对供、受体的＜体（供体），健康、有正常繁殖能

选择和处理力的个体（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:发育到桑植胚或囊胚阶段

查、培养或保存

保存:—196℃的液氮中保存

胚胎移植方法:手术法和非手术法

胚胎移植后的检查|检查受体母牛是查妊蛆

［合作探讨］

探讨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。

探讨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。

探讨3：胚胎移植过程中，对供、受体的选择，有哪些要求？

提示：①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。

探讨4：对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。

探讨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：第二次对受体母

畜进行是否妊娠的检查。

探讨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挽。

［思维升华］

1.移植胚胎的来源及生殖方式：

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)基因工程一转入目的基因的受精卵一一>胚胎移植一转基因动物一有性

胎培养

生殖

2.胚胎移植成功与否的两个条件：

(1)同种动物之间进行胚胎移植易于成功。这里的“同种”是指“同物种”。

(2)供、受体生理状态要相同。

①应对供体和受体母畜进行同期发情处理，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移入受体子宫内的胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。

3.胚胎移植的意义：

(1)加速育种工作和品种改良。

(2)节省大量购买种畜的费用。

(3)一胎多产。

(4)保存优良品种资源和濒危物种。

(5)可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

①大大缩短了供体本身的繁殖周期。

②增加供体一生繁殖后代的数量。

1.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()

【导学号：】

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

【解析】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。

【答案】D

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II回

答相关问题：

(1)①②过程分别表示、O

(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)等胚胎发育到桑植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)桑棋胚或囊胚

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做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、形态正常的桑梅胚或囊胚,将其移入盛有挫

作液的培养肌中。

(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,或直接将裸半环移植入受体。

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。

［合作探讨］

探讨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：桑植胚或囊胚阶段的胚胎。桑植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。

探讨2：①囊胚的内细胞团有何功能？

②分割囊胚期的胚胎时为什么强调将内细胞团均等分割？

提示：①囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织。

②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。

探讨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。

探讨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，而克隆是经体细胞核移植得到的重组胚

胎。

探讨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。

［思维升华］

1.理论基础：动物细胞细胞核的全能性。

2.物质基础：每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质。

3.特点：每个后弋具有相同的遗传特性。

4.胚胎的选择：发育良好、形态正常的桑棋胚或囊胚。

5.实质：胚胎分割技术是把一个胚胎的细胞分成2组或多组，经过短暂培

养使其修复、发育后，再一同或分别移植到不同的代孕母体中妊娠并产生多抬的

技术，这种技术又被称为人工同卵多胎技术。胚胎分割可成倍增加胚胎数量，是

一种快速繁殖种畜的方法，属于动物无性繁殖或克隆的方法之一。

6.操作提醒：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割，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。

I.下列关于胚胎分割技术的叙述，错误的是()

A.胚胎分割操作在动物的子宫内进行

B.用分割针或分割刀片对早期胚胎进行分割

C.分割后必须移植到受体子宫内进一步完成胚胎发育

D.对囊胚进行分割时要注意将内细胞团均等分割

【解析】进行胚胎分割时，将早期胚胎移入盛有操作液的培养皿中进行具

体的操作。

【答案】A

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；D；

(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，本过程的技术关缠是

(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_______o

【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)图中表示的甲、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

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。

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。

⑶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。

［合作探讨］

探讨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：①来源：从早期胚胎或原始性腺中分离出来。

②原因：胚胎干细胞具有发育的全能性。

探讨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。

探讨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。

［思维升华］

1.干细胞种类

类别特点来源或举例应用

桑根胚细胞或囊胚

全能具有形成机体的任何

细胞及早期胚胎细用于病人的器官移

干细组织或塔官直至形成

胞，受精卵，起胎干植等

胞完整个体的潜能

细胞

造血干细胞移植是

多能具有分化成多种细胞

治疗血液系统疾

干细或组织的潜能，但不造血干细胞

病、遗传性血液病

胞能发育成完整的个体

等的有效手段

专能只能分化成某一种类骨髓干细胞、皮肤生通过神经干细胞移

干细型或功能密切相关的发层细胞，神经干细植治疗脑瘫，头颅

胞两种类型的细胞胞外伤等病症

2.胚胎发育过程中不同干细胞发育分化过程

受精卵一全能干细胞一多能干细胞f专能干细胞。

3.干细胞的获得途径

⑴从体外培养的早期胚胎获得。

⑵从早期流产的胎儿获得。

⑶从克隆的胚胎获得。

(4)从成体获得。

1.下列有关干细胞的叙述，错误的是()

【导学号：】

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.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病

【解析】自体干细胞及其增殖分化产生的组织细胞对自身没有抗原性，自

体移植时不会发生免疫排斥反应，A项正确；干细胞的增殖分化及细胞的凋亡都

是组织的细胞更新过程，C项正确；骨髓造血干细胞具有分化成多种血细胞的能

力，因此骨髓造血干细胞移植是目前治疗白血病的最有效方法，D项正确；胚胎

干细胞是全能干细胞，理论上可以分化为所有类型的体细胞，在培养基中满足适

宜的条件可以将其定向诱导分化成多种组织和器官，B项错误。

【答案】B

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：

⑴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o

(4)克隆动物与图中克隆滞官的技术相比，通常还需运用和

等胚胎工程技术。

【解析】(1)哺乳动物的ES细胞是由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

【解析】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。

【答案】C

2.下列关于胚胎干细胞特点的叙述中不正确的是（）

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

【解析】当受精卵发育成囊胚（早期胚胎）叶，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。

【答案】A

3.胚胎分割技术是一种现代生物技术，下列关于这一技术的叙述中正确的

是（）

①胚胎分割是将早期胚胎任意分割成多份

②胚胎分割技术汇以获得同卵双胎或多胎

③胚胎分割技术属于无性繁殖，因此属于克隆

④胚胎分割技术正以分割任意时期的胚胎

A.①②B.②③

C.©©④D.①②③④

【解析】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，但不能任意分割成多份，因为分割过多

可造成不能发育成新个体。由于胚胎分割获得后代的过程是无性繁殖，故属于克

隆。

【答案】B

4.下图为牛胚胎移植示意图，请据图回答：

(1)牛胚胎移植程序中，①对供体母牛的要求是。

然后②用激素使供体母牛超数排卵。

(2)③对胚胎进行质量检查时，胚胎应发育到或阶段。

(3)④胚胎移植过程一般有和两种方法。

(4)⑤过程产生的犊牛的遗传物质与⑥的遗传物质是否相同？,为

什么？________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________0

(5)进行胚胎移植的优势是__________________________________________o

(6)冲卵的生理基础是________________________________________________

【解析】(1)对供体母牛的要求是遗传性能和生产性能优秀的个体，胚胎

移植时供、受体母牛必须处在相同的发情期，然后用促性腺激素对供体母牛做超

数排卵处理。

(2)对胚胎进行质量检查时，胚胎应发育到桑松胚或囊胚阶段。

(3)胚胎移植一般有手术法：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝

合创口；非手术法：将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚

胎。

(4)⑤过程产生的犊牛的遗传物质并不是来源于⑥，所以它们的遗传物质不

相同。

(5)进行胚胎移植可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

(6)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，这就为胚胎的收集提供了可能。

【答案】(1)遗传性能和生产性能优秀的个体促性腺

(2)桑植胚囊胚

(3)手术法非手术法

(4)不相同因为犊牛的遗传物质来源于供体母牛和公牛，且供体胚胎的遗

传特性在孕育过程中不受受体母牛的影响

(5)能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力

(6)早期胚胎形成后，一定时间内未与母体子宫建立组织上的联系，处于游

离状态

课堂小结：