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1、第第3节节 胚胎工程胚胎工程二二 胚胎工程技术及其应用胚胎工程技术及其应用新课标核心素养1.1.简简述述体体外外受受精精、胚胚胎胎移移植植和和胚胚胎胎分分割割的基本原理、操作步骤和应用价值。的基本原理、操作步骤和应用价值。2.2.运运用用胚胚胎胎工工程程的的基基本本概概念念和和原原理理，对对生生产产、生生活活中中的的相相关关问问题题进进行行分分析析与与判断。判断。3.3.认认同同在在胚胚胎胎工工程程技技术术的的发发展展和和应应用用中中体现了科学、技术和社会的互动关系。体现了科学、技术和社会的互动关系。1.1.科科学学思思维维构构建建胚胚胎胎移移植植技技术繁育良种种畜的流程图。术繁育良种种畜的流
2、程图。2.2.社社会会责责任任关关注注试试管管动动物物技技术术在在促促进进家家畜畜快快速速繁繁殖殖中中的的应应用用。关注胚胎工程与畜牧业发展。关注胚胎工程与畜牧业发展。牛的生育率虽然很低，但是牛的生育率虽然很低，但是一头母牛一生排出的卵细胞约一头母牛一生排出的卵细胞约200个个左右，卵巢中卵母细胞数量是它的左右，卵巢中卵母细胞数量是它的1000倍（倍（20万）；公牛平均每万）；公牛平均每次射精次射精5ml,精子数精子数50亿。亿。牛的自然繁殖的牛的自然繁殖的速度太慢速度太慢，一头牛一胎只产一头牛犊，一生只一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育生育4 4、5 5次。次。不能满足生产需要不能满足生产需
3、要。引进一头良种成年奶牛需引进一头良种成年奶牛需3万万-5万元。万元。那如何实现良种牛快速繁殖呢那如何实现良种牛快速繁殖呢?母牛其实是有母牛其实是有很强的生殖潜能的很强的生殖潜能的，只是，只是没有激发没有激发出来。出来。从社会中来19821982年世界首例年世界首例“试管牛试管牛”犊问世犊问世1、“试管牛试管牛”是怎么回事？是怎么回事？2、“试管牛试管牛”是应用哪些技术生产的？是应用哪些技术生产的？试管动物？通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。体外受精早期胚胎发育受体母牛(代孕)精子卵子胚胎移植受精卵早期胚胎试管牛胚胎移植体外受精体外胚胎培养有性生殖生殖
4、方式？一、体外受精1.过程：包括包括_ _ _、_和和_等步骤。等步骤。卵母细胞的采集卵母细胞的采集精子的获取精子的获取受精受精卵巢卵巢MM期卵母细胞期卵母细胞体外受精体外受精获能精子获能精子精子离心处理精子离心处理新鲜或解新鲜或解冻的精液冻的精液受精卵培养受精卵培养成熟培养成熟培养获能处理获能处理适当的培养液适当的培养液2.意义：是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎。用胚胎。目前我国人和牛的体外受精技术已达到国际先进水平！3.精子获能的方法(1)(1)直接利用雌性动物的生殖道使精子获能；直接利用雌性动物的生殖道使精子获能；
5、(2)(2)将将精精子子培培养养在在人人工工配配制制的的获获能能液液中中使使其其获获能能，获获能能液液的的成成分分因因动动物物种类不同而有所差异，常见的有效成分有肝素、种类不同而有所差异，常见的有效成分有肝素、CaCa2 2载体等。载体等。（2）胚胎的早期培养精子和卵子在精子和卵子在体外受精体外受精后，应将受精卵移入后，应将受精卵移入培养液培养液中继续培养，中继续培养，以以检查受精状况检查受精状况和和受精卵的发育能力受精卵的发育能力。受精卵体外培养到什么时期可进行胚胎移植？受精卵体外培养到什么时期可进行胚胎移植？（二）胚胎移植 胚胎培养发育到适宜阶段时，可将其取出向胚胎培养发育到适宜阶段时，可
6、将其取出向受体移植受体移植或或冷冻保存。冷冻保存。不同动不同动物物胚胎移植时间胚胎移植时间不同：不同：牛、羊：牛、羊：小鼠：小鼠：试管婴儿：试管婴儿：桑椹胚或囊胚阶段桑椹胚或囊胚阶段可在更早的阶段移植可在更早的阶段移植816816个细胞阶段个细胞阶段注：胚胎发育的主要场所是母体。1.概念：指将通过指将通过_得到的胚胎，移植到得到的胚胎，移植到_、_的的雌性动物体内，使之继续发育为新雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。个体的技术。体外受精及其他方式体外受精及其他方式同种的同种的生理状态相同生理状态相同（1 1）胚胎来源：）胚胎来源：体外受精及体外受精及其他方式其他方式得到的胚胎得到的胚胎体
7、内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等（2 2）供体和受体）供体和受体供体：供体：提供胚胎提供胚胎的个体的个体选择标准：选择标准：遗传性状优良，生产能力强遗传性状优良，生产能力强职能：职能：产生具有优良遗传特性的胚胎产生具有优良遗传特性的胚胎受体：受体：接受胚胎接受胚胎的个体的个体选择标准：选择标准：职能：职能：有健康体质和正常繁殖能力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承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务二、胚胎移植2.2.过程：过程：二、胚胎移植二、胚胎移植1 1、供、受体的选择和处理、供、受体的选择和处理2 2、配种或人工受精、配种
8、或人工受精3 3、胚胎的收集、检查、培养或保存、胚胎的收集、检查、培养或保存4 4、胚胎的移植及移植后的检查等、胚胎的移植及移植后的检查等胚胎移植的 基本程序：2.过程：优良供体母牛优良供体母牛优良公牛优良公牛（遗传性状优良，生产能力强）（遗传性状优良，生产能力强）受体母牛受体母牛（有健康体质和正常繁殖能力）（有健康体质和正常繁殖能力）具有优良性状的后代具有优良性状的后代进行同期发情处理进行同期发情处理超数排卵超数排卵受体发情受体发情发情配种或人工受精发情配种或人工受精移植胚胎移植胚胎收集胚胎并检查收集胚胎并检查对受体进行妊娠检查对受体进行妊娠检查（以牛的胚（以牛的胚胎移植为例）胎移植为例）正
9、常繁殖或两三个月正常繁殖或两三个月后进行另一次移植后进行另一次移植二、胚胎移植二、胚胎移植优良供体母牛优良供体母牛受体母牛受体母牛同期发情处理同期发情处理思考思考1.1.什么是同期发情处理？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，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。使之在预定时间内集中发情。思考思考2.2.同期发情处理的目的是什么？同期发情处理的目的是什么？使他们的生理环境达到同步或一致，这样供体的胚胎移入受体后有使他们的生理环境达到同步或一致，这样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。
10、相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。优良供体母牛优良供体母牛受体母牛受体母牛同期发情处理同期发情处理思考思考3.3.如何进行超数排卵？如何进行超数排卵？注射外源促性腺激素注射外源促性腺激素思考思考4.4.超数排卵的目的是什么？超数排卵的目的是什么？诱使一头母畜一次排出比自然情况下多许多的成熟卵子，用于配种诱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。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。超数排卵处理超数排卵处理受体发情受体发情二、胚胎移植二、胚胎移植直接注射性激素会导致性腺萎缩（负反馈）直接注射
11、性激素会导致性腺萎缩（负反馈）1.1.该过程中两次使用激素：该过程中两次使用激素：2.2.该过程中的两次检查：该过程中的两次检查：3.3.胚胎移植成功有胚胎移植成功有2 2个条件：个条件：第一次对受、供体进行第一次对受、供体进行同期发情同期发情处理；处理；第二次用于供体的第二次用于供体的超数排卵超数排卵。第一次对收集的第一次对收集的胚胎胚胎进行检查；进行检查；第二次对受体母牛是否第二次对受体母牛是否妊娠妊娠进行检查。进行检查。应在应在同种的雌性供体和受体同种的雌性供体和受体之间进行移植之间进行移植供体和受体的生理状态要相同供体和受体的生理状态要相同4.4.意义：意义：可以充分发挥雌性优良个体的
12、繁殖潜力，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；缩短了供体本身的繁殖周期；增加繁殖后代数目；增加繁殖后代数目；推动胚胎工程其他技术的研究和应用。推动胚胎工程其他技术的研究和应用。二、胚胎移植二、胚胎移植（胚胎工程的最终技术环节）（胚胎工程的最终技术环节）5.移植的胚胎来源及生殖方式胚胎的来源生殖方式核移植 生殖体外受精 生殖体内受精 生殖无性有性有性克隆动物试管动物胚胎移植的生理学基础胚胎移植的生理学基础1.1.将将检验检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫宫内，胚胎都能正常内，胚胎都能正常发发育育吗吗?如果不能，在胚胎移植前如果不能，在
13、胚胎移植前应该对应该对受体受体进进行怎行怎样样的的处处理理?不一定；不一定；一般情况下检查合格的胚胎需要移植到同种的、生理状况一般情况下检查合格的胚胎需要移植到同种的、生理状况相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育 在胚胎移植前应该对受体进行同期发情处理，使供体和受在胚胎移植前应该对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器的生理变化同步，目的是为供体的胚胎移入受体提体生殖器的生理变化同步，目的是为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境供相同的生理环境2.2.受体会不会受体会不会对对来自供体的胚胎来自供体的胚胎发发生免疫排斥反生免疫排斥反应应?受体对来自供体的胚胎受体
14、对来自供体的胚胎基本上不发生免疫排斥反应基本上不发生免疫排斥反应3.3.胚胎移植后，胚胎移植后，经经受体孕育的后代，其受体孕育的后代，其遗传特性与供体特性与供体还还是受体保是受体保持持一一致致?为为什么什么?胚胎移植后，胚胎移植后，经受体孕育的后代经受体孕育的后代的的遗传特性与供体保持一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，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发生任何变化其遗传物质在孕育过程中不发生任何变化4.4.胚胎移植胚胎移植实质实质上是早期胚胎在相同生理上是早期胚胎在相同生理环环境条件下空境条件下空间间位置的位置的
15、转转移。你移。你认为这样认为这样的概括正确的概括正确吗吗?为为什么什么?正确；正确；胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境的一致性密切相胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境的一致性密切相关，只关，只有有供体、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎供体、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才才能被接受，并继续发育能被接受，并继续发育 采用采用_将将_切割成切割成_等，经移植获得等，经移植获得_的技术。的技术。三、胚胎分割1.概念：机械方法机械方法早期胚胎早期胚胎2 2等份、等份、4 4等份或等份或8 8等份等份同卵双胎或多胎2.繁殖方式：无性繁殖（克隆）无性繁殖（克隆）3.主要仪器设备：体视显微镜、
16、显微操作仪体视显微镜、显微操作仪体视显微镜体视显微镜显微操作仪显微操作仪分割工具:分割针分割针或或分割刀分割刀4.适合分割的胚胎：发育良好的、形态正常的发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚（具有全能性）桑葚胚或囊胚（具有全能性）5.注意事项：分割囊胚时，要分割囊胚时，要将内细胞团均等分割将内细胞团均等分割6.分割后胚胎去向：直接移植给受体或经体外培养后，再移植给受体直接移植给受体或经体外培养后，再移植给受体7.过程：囊胚腔透明带滋养层内细胞团分割针分割针做DNADNA分析，鉴定性别二分胚内细胞团胚胎移植盛有操作液的培养皿中，在显微镜下分割盛有操作液的培养皿中，在显微镜下分割已知性别胚胎牛胚胎牛胚
17、胎性别鉴定性别鉴定和分割示意图和分割示意图胚胎分割时的注意事项在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意要将 均等分割。若分割时不能均等分割，会出现 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。内细胞团含内细胞团多8.胚胎分割的优点可以可以促进促进优良动物品种的优良动物品种的繁殖繁殖产生的产生的遗传性状相同的后代遗传性状相同的后代是进行遗传学是进行遗传学研究的宝贵材料研究的宝贵材料在胚胎移植前，进行在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工等，对于人工控制控制动物性别、动物繁育健康后代动物性别、动物繁育健康后代有重要意义有重要意义9.胚胎移植的
18、局限性 实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然，目前仍然以以二分胚胎的分割和移植效率最高二分胚胎的分割和移植效率最高。另外，还存在另外，还存在刚出生动物刚出生动物体重偏低体重偏低，毛色、斑纹毛色、斑纹可能可能存在差异存在差异等问题。等问题。【课堂小结课堂小结】胚胚胎胎工工程程技技术术及及其其应应用用体外受精体外受精胚胎分割胚胎分割步骤：步骤：卵母细胞的采集、精子的获取、受精卵母细胞的采集、精子的获取、受精胚胎分割的概念：胚胎分割的概念：
19、对早期胚胎切割对早期胚胎切割胚胎分割的基础：胚胎分割的基础：细胞的全能性、每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质细胞的全能性、每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质胚胎分割的步骤：胚胎分割的步骤：选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植体外受精技术的意义：体外受精技术的意义：是提高动物繁殖能力的有效措施，还可是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎以为胚胎移植提供可用的胚胎胚胎分割的意义胚胎分割的意义胚胎移植胚胎移植胚胎移植的步骤胚胎移植的步骤胚胎移植的概念：胚胎移植的概念：移植到同种的、生理状况相同的雌性动物体内移植到同种的、生理状况相同的雌性动物体内胚胎移植
20、的意义：胚胎移植的意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖能力充分发挥雌性优良个体的繁殖能力促进优良动物品种的繁殖；促进优良动物品种的繁殖；产生遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；产生遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义(1)从动物卵巢中获得的卵母细胞需要进行成熟培养到卵细胞阶段，才能进行体外受精。()解解析析：从从动动物物卵卵巢巢中中获获得得的的卵卵母母细细胞胞需需要要进进行行成成熟熟培培养养到到M M 期期，才才能能进进行体外受精。行体外受精。(2)体外受精和核移植都能为胚胎移植
21、提供可用的胚胎。()(3)胚胎移植技术中，提供精子的一方为供体，提供卵母细胞的一方为受体。()解解析析：胚胚胎胎移移植植技技术中中，提提供供胚胚胎胎的的一一方方为供供体体，接接受受胚胚胎胎的的一一方方为受体。受体。(4)胚胎移植时，可以将早期胚胎移植入生理状况相同的异种雌性动物体内。()解解析析：胚胚胎胎移移植植时时，必必须须将将早早期期胚胚胎胎移移植植入入生生理理状状况况相相同同的的同同种种雌雌性动物体内。性动物体内。【基础过关基础过关】(5)同一胚胎经分割产生的双胎或多胎，含有相同的遗传物质。()(6)桑葚胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割移植。()解析解析：用于分割的胚胎应是发育良好、形态
22、正常的桑葚胚或囊胚。用于分割的胚胎应是发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。(7)对桑葚胚分割移植时，应将内细胞团均等分割。()解析解析：桑葚胚还没有内细胞团和滋养层的分化。桑葚胚还没有内细胞团和滋养层的分化。(8)用于分割的胚胎是由体外受精产生的受精卵发育而来，所以胚胎分割技术是一种动物有性生殖的繁殖方法。()解解析析：来来自自同同一一胚胚胎胎的的后后代代具具有有相相同同的的遗遗传传物物质质，因因此此胚胚胎胎分分割割可可以以看看作作动物无性繁殖或克隆的方法之一。动物无性繁殖或克隆的方法之一。(5)分割后的胚胎，不能直接移植给受体，往往需要经过体外培养后才能移植给受体。()解析解析：分割后的胚胎，
23、可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。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。一一.概念检测概念检测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。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。（）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，其遗传特性与受体保持一致。（）经胚胎移植产生的后代，其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查，以防止发生）进行胚
24、胎移植前，要对供体和受体进行免疫检查，以防止发生 免疫排斥反应。（免疫排斥反应。（）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。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。）请将图中括号内的内容补充完整。（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）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?（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）
25、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?体外胚胎培养体外胚胎培养胚胎移植胚胎移植可以对雌性杜泊羊进行超数排卵处理。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。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。二、拓展应用二、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。的数量不断减少。2018年年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛去世，该物种仅剩下两头月，世界上最后一头雄性
26、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。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）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运用这些技术一定能繁育成功吗功吗?请说出你的理由。请说出你的理由。（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）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?（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）如果繁育不成功，这一物种将永远从地
27、球上消失，从中我们能得到怎样的教训?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。保证百分之百的成功率，何况现存的北方白犀牛数量极少。这样人工繁育的种群与野生种群相比这样人工繁育的种群与野生种群相比,遗传多样性会降低遗传多样性会降低,野外生存能力也会下降。野外生存能力也会下降。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。稳定。保护濒危的野生动物，保护生物多样性刻不容缓。