2.3.1胚胎工程的理论基础课件高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节胚胎工程2.3.1胚胎工程的理论基础

我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？从社会中来良种荷斯坦奶牛从社会中来良种荷斯坦奶牛你能想出什么方法来扩大良种荷斯坦奶牛种群的数量呢?培育克隆牛可以达到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别?要想获得在遗传多样性上具有更大优势的后代，你能想出其他繁育方法吗?阅读教材“从社会中来”了解我国在奶牛生产中存在的问题，思考以下问题：“克隆”属于无性生殖，后代的遗传多样性低。体细胞核移植技术或者体外受精一、胚胎工程

胚胎工程是指对生殖细胞、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操作水平：③技术手段：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割等哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律④实质：⑤理论基础：主要集中在细胞水平上在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作一胚胎工程的理论基础1受精2胚胎早期发育在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。受精是精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。1、受精概念：场所：过程：细胞膜的功能：进行细胞间信息交流受精前的准备阶段受精阶段准备阶段Ⅰ:精子获能准备阶段Ⅱ:卵子的准备1、受精【补充】精子变形的过程和结构头颈线粒体鞘尾顶体（高尔基体）（细胞核）（中心体）变形[思考]精细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？

细胞核——精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，参与受精过程。

线粒体——精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。精子的形成场所：睾丸1、受精头颈线粒体鞘尾不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。——“精子获能”受精前的准备阶段1——精子获能（1）使精子获能的方法①直接利用雌性动物生殖道使精子获能；②将精子培养在人工配制的获能液中使其获能；*获能液的成分因动物种类不同而有所差异；*获能液常见有效成分有肝素、Ca2+载体等；P56相关信息1、受精受精前的准备阶段2——卵子的准备（卵母细胞）排卵指卵子从卵泡中排放到输卵管中。卵子的形成场所：卵巢和输卵管1、受精马、犬绵羊、牛、猪排卵时卵细胞所处时期：不同动物排出的卵子成熟程度不同都要在输卵管内进一步成熟，达到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力受精前的准备阶段2——卵子的准备1、受精透明带卵细胞膜核第一极体具备受精能力的卵子结构放射冠受精前的准备阶段2——卵子的准备1、受精受精阶段精子穿越卵细胞膜外结构，如透明带（顶体反应）精子释放出多种酶，以溶解膜外的一些结构。精子接触卵细胞膜透明带反应精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核精子入卵卵细胞膜反应精子触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来精子进入透明带。精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。防止多精入卵的第一道屏障雄原核雌原核第一极体第二极体防止多精入卵的第二道屏障1、受精雄原核雌原核第一极体第二极体多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。两个极体雌雄原核受精阶段受精的标志：观察到两个极体或雌雄原核精子入卵形成雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核1、受精雌、雄原核靠近受精过程结束后，受精卵的分裂也就开始了雄原核雌原核第一极体第二极体核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成受精阶段受精完成的标志：雌雄原核融合形成合子一受精

精子穿越透明带

精子接触卵细胞膜透明带反应精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，

精子进入卵细胞卵细胞膜反应精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应。第一极体精子释放蛋白酶等多种酶，以溶解膜外结构

雌、雌原核形成

雌、雄原核靠近

核膜消失卵裂开始雄原核第一极体雌原核第二极体注意:多数哺乳动物的第一极体不会进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。雄原核第二极体雌原核1、受精受精阶段一、受精3、受精作用思考：受精卵中遗传物质来源?①.细胞核遗传物质一半来源于精子，一半来源于卵子②.细胞质遗传物质

几乎全部来自于卵子思考：防止多精入卵的意义？维持各种生物亲子代体细胞染色体数目的稳定。习题检测(1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管(

)(2)精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用(

)(3)受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子(

)(4)动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到MⅡ期才具备受精能力(

)√×√×1、受精下列细胞，哪一个为受精的标志（

）C思考受精阶段二、胚胎的早期发育次级卵母细胞受精2细胞期4细胞期8细胞期桑葚胚囊胚（1）场所：（2）分裂方式：受精卵卵裂桑葚胚囊胚原肠胚输卵管和子宫有丝分裂1、胚胎的早期发育受精卵2细胞8细胞桑葚胚卵裂4细胞

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。（细胞未分化）二、胚胎的早期发育项目变化细胞数目每个细胞体积DNA总量每个细胞内的DNA总量有机物总量(一直消耗暂时无法从母体获取)物质种类增多减小增多不变减少增多二、胚胎的早期发育胚胎发育早期，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。受精卵2细胞4细胞8细胞桑葚胚囊胚①细胞数目不断增加②胚胎总体积并不增加2、卵裂(2)分裂方式：有丝分裂(卵裂期)(1)场所：透明带内(3)卵裂的特点：项目变化细胞数目每个细胞体积DNA总量每个细胞内的DNA总量有机物总量(一直消耗暂时无法从母体获取有机物)物质种类增多减小增多不变减少增多(细胞未分化)二、胚胎的早期发育3、早期胚胎发育的几个阶段（1）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。桑葚胚通常有16-64个细胞左右。桑葚胚桑葚★桑葚胚这一阶段及之前每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。二、胚胎的早期发育3、早期胚胎发育的几个阶段（2）囊胚：特点：胚胎进一步发育，细胞逐渐

。分化内细胞团滋养层囊胚腔透明带内细胞团滋养层细胞囊胚腔——发育成胎儿的各种组织*(未分化）——发育成胎膜和胎盘*(已分化）结构：——内含液体（具有全能性，属于全能细胞）（作为胎儿的各种鉴定）（聚集在胚胎一端的细胞）（沿透明带内壁扩展和排列的细胞）囊胚进一步扩大会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。孵化：如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。孵化的意义：二、胚胎的早期发育3、早期胚胎发育的几个阶段（3）原肠胚：特点：出现胚层分化结构：内胚层：外胚层：中胚层：原肠胚表面的细胞层（分化为体表+神经）向内迁移的细胞（分化为支架、内脏）内外两个胚层之间（内腔、消化呼吸及相关腺体）由内胚层包围的空腔叫做原肠腔囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。桑葚胚受精卵每个细胞具有全能性，能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织囊胚原肠胚卵裂细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加孵化内细胞团滋养层通常含有三个胚层：外胚层、内胚层、中胚层胎盘、胎膜等胚外组织细胞发育成个体的各种组织细胞发育成二、胚胎的早期发育拓展：胚胎发育和个体发育二、胚胎的早期发育思考：不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间有明显的差异。请分析下表，讨论相关问题。几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间动物种类受精卵发育的时间/h进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段2细胞4细胞8细胞16细胞桑葚胚天发育阶段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊36~38424867~72963~416细胞猪21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6细胞马2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16细胞1、表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？比较而言，马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。二、胚胎的早期发育2.将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎?如果换成牛又该怎样处理？小鼠应选择至少发育到桑葚胚阶段的胚胎进行移植。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8-16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间动物种类受精卵发育的时间/h进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段2细胞4细胞8细胞16细胞桑葚胚天发育阶段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊36~38424867~72963~416细胞猪21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6细胞马2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16细胞二、胚胎的早期发育3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础?请结合所学习的内容举例说明。胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下受精和胚胎早期发育规律的基础上实现的。人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟，精子能在体外完成获能，获能的精子和培养成熟的卵子能在试管内完成受精，获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育等。本节小结受精精子获能受精前的准备卵子准备MⅡ期具备受精能力雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中精子穿过卵细胞外结构精子接触卵细胞膜精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核雌雄原核靠近核膜消失桑葚胚受精卵每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织囊胚原肠胚卵裂细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加孵化内细胞团滋养层组成个体的各种组织细胞胎盘、胎膜等胚外组织细胞外胚层内胚层中胚层习题检测(1)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂(

)(2)囊胚的滋养层细胞具有全能性(

)(3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期(

)(4)囊胚内的内细胞团将来发育成胎盘和胎膜(

)(5)胚胎发育的场所是输卵管(

)×××××习题检测1.判断下列有关哺乳动物的表述是否正确。(1)在自然条件下，受精在子宫中完成。()(2)精子需要获能才能与卵子结合，而卵子一经排出就具备受精能力。()(3)精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵。()××√思考：防止多精入卵的意义？维持各种生物亲子代体细胞染色体数目的稳定。习题检测2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是()A.在桑椹胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔B.胚胎干细胞是一类未分化的细胞，可以从早期胚胎中分离获得C.桑椹胚的细胞一般都具有全能性，囊胚的细胞逐渐分化D.受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加A习题检测思考：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。细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中，细胞核是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过程。线粒体是精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。习题检测下图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段，请据图回答问题（1）写出各个阶段的名称：A.

；B.

；C.

。（2）写出图中各标号的名称：[①]

；[②]

；[③]

；[④]

。其中②能发育为胎儿的各种组织，表明其仍具有

。（3）A阶段的细胞具有发育上的全能性，B阶段的细胞开始出现

，B时期中的①将来发育成______________，该胚进一步扩大，导致③的破裂，这一过程叫做_______。桑葚胚囊胚原肠胚滋养层内细胞团透明带囊胚腔全能性分化胎盘和胎膜孵化真题检测观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题：(1)图中①、②、③表示的细胞名称依次是________________________________________。假设该动物体细胞内有染色体2n条，则①、②、③、④四种细胞内的染色体数目依次是___________________。卵原细胞、初级卵母细胞、次级卵母细胞2n、2n、n、2n(2)图中a、b、c表示细胞分裂，依次为_______________________________________，在精子与卵子结合过程中完成的分裂是_____(填“a”“b”或“c”)。图中的p、q表示的结构依次是______________________。c过程发生的场所为__________。有丝分裂、减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱc透明带、卵细胞膜输卵管(3)卵子成熟后，即可进行受精，判断卵子受精的标志是______________________________________________。可以观察到两个极体(或观察到雌、雄原核)2.3.2胚胎工程技术及其应用二胚胎工程技术及其应用胚胎工程技术体外受精胚胎移植胚胎分割早期胚胎培养进一步挖掘动物的繁殖潜力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1、体外受精体外受精过程：①卵母细胞的采集③精子的获取④获能处理发育培养液离心目的：去除精浆，提取纯度较高精子（以利于精子获能）早期胚胎受体子宫胚胎移植营养条件；无菌、无毒的环境；适宜的温度、pH和渗透压；适宜的气体环境；②培养到MⅡ期两盐：无机盐、有机盐两酸：氨基酸、核苷酸两素：维生素、激素动物血清早期胚胎培养1、体外受精⑤体外受精技术的意义提高动物繁殖能力的有效措施为胚胎移植提供可用的胚胎1、体外受精概念：指将通过

得到的胚胎，移植到_______、_____________的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。体外受精及其他方式同种的生理状态相同转基因技术、动物细胞核移植技术、体内受精等供体：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2、胚胎移植体外受精体内受精核移植转入目的基因的受精卵胚胎分割早期胚胎培养早期胚胎冲卵早期胚胎早期胚胎培养早期胚胎早期胚胎培养早期胚胎胚胎移植①②③④⑤有性生殖无性生殖2、胚胎移植生理学基础①胚胎移入的基础②胚胎收集的基础③移入胚胎存活的基础④保留胚胎遗传特性的基础排卵后，同种动物的供、受体雌性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（同期发情）。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（冲卵）。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。2、胚胎移植3、胚胎移植的流程

①对供、受体母牛进行选择，并用激素进行____________处理（多种激素，主要是孕激素，配合使用前列腺素和促性腺激素）。对供体母牛的要求是_______________________；对受体母牛的要求是______________________。

②用________激素对供体母牛做__________处理。

③超数排卵的母牛发情后，选择同种优秀的公牛进行_________________。

④胚胎的收集：配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的______冲洗出来（也叫______）。同期发情生产能力强和遗传性状优良健康体质和正常繁殖能力促性腺超数排卵配种或人工授精胚胎冲卵为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境。3、胚胎移植的流程

⑤冲卵后，对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应该发育到________________阶段。

⑥将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196℃的______中保存。

⑦胚胎的移植：_________：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。_________：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。

⑧对受体母牛进行____________检查。⑨受体母牛产下胚胎移植的犊牛。桑葚胚或囊胚液氮手术法非手术法是否妊娠同期发情处理：使它们的生理环境达到同步或一致，为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境。这是胚胎移植成功与否的关键。超数排卵处理：用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。该过程中两次使用激素：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。该过程中的两次检查：第一次：冲卵后，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。思考·讨论胚胎移植的生理学基础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。一般情况下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。同期发情处理。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。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?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。胚胎移植的意义：（教材P62）①可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短了供体本身的繁殖周期。②作为胚胎工程的最终技术环节，将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。4.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！生产、遗传性能优良供体母牛受体母牛

同期发情处理超数排卵供体公牛配种冲卵质量检查、培养胚胎移植妊娠检查分娩（胚胎移植的犊牛）健康、繁殖能力正常多种激素促性腺激素4、胚胎移植的现状和意义

进行胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的____________。在这项技术中，供体的主要职能变为只生产具有优良____________的胚胎，繁重而漫长的妊娠和育仔的任务由受体取代，这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。同时，在对供体实行____________处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代，使供体生产下的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。繁殖潜力遗传特性超数排卵

受精卵体外培养到什么时期可进行胚胎移植？不同动物胚胎移植时间不同：牛、羊：小鼠：试管婴儿：桑葚胚或囊胚阶段可在更早的阶段移植8-16个细胞阶段2、胚胎移植胚胎移植的过程：优良供体

母牛受体母牛同期发情处理遗传性状优良，生产能力强有健康体质和正常繁殖能力受体发情超数排卵处理用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。垂体促性腺激素分泌(+)卵巢中卵泡发育成熟排卵该外源激素只能注射不能饲喂（属于蛋白质类激素）3.如何进行超数排卵处理？2.胚胎移植的过程：优良供体母牛受体母牛同期发情处理遗传性状优良，生产能力强有健康体质和正常繁殖能力受体发情超数排卵处理优良公牛发情配种或人工授精收集胚胎并检查移植胚胎对受体进行妊娠检查具有优良性状的后代4.胚胎移植过程中需要进行两次检查，分别检查什么？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。优良供体母牛受体母牛优良公牛收集胚胎并检查对受体进行妊娠检查用配制的溶液将胚胎从子宫或输卵管中冲洗出来桑葚胚或囊胚小结（1）该过程中两次使用激素：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。（2）该过程中的两次检查：第一次：冲卵后，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。2、胚胎移植早期胚胎具有很强的分裂能力，并保持着细胞的全能性，能不能将一个胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率？

材料1：在我国，家兔、绵羊等动物的胚胎移植都获得了成功。大大促进了我国畜牧业的发展。胚胎移植作为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概念：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。早