(共14张PPT)
第3节 胚胎工程
二 胚胎工程技术及其应用
【本节聚焦】
1.胚胎工程技术主要包括哪些内容？
它们的原理分别是什么？
2.胚胎工程在生产实践中有哪些应用？
[课前温故]胚胎工程的理论基础
一、体外受精
1.过程：包括___________________、___________和______等步骤
卵母细胞的采集
精子的获取
受精
卵母细胞的采集
成熟培养
精子的获取
获能处理
置于适当的培养液共同培养
2.意义：
提高动物繁育能力，为胚胎移植提供可用胚胎。
目前我国人和牛的体外受精技术已达到国际先进水平！
二、胚胎移植
1.概念：将通过_________及其他方式（__________、_________、__________等）得到的胚胎，移植到_________、_____________的________动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。
体外受精
体内受精
转基因
核移植
同种的
生理状态相同
雌性
供体：______________
受体：______________
提供胚胎的个体
接受胚胎的个体
2.过程：胚胎移植主要包括
①_____、_____的选择和处理
②_____或人工授精
③胚胎的_____、_____、培养和保存
④胚胎的移植
⑤移植后的_____等
供体
受体
配种
收集
检查
检查
【牛的胚胎移植示意图】
遗传性状优良，生产能力强
有健康体质和正常繁殖能力
进行同期发情处理
（一般用孕激素）
超数排卵处理
用外源促性腺激素
受体发情
发情配种或人工授精
收集胚胎并检查
培养
移植胚胎
对受体进行妊娠检查
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
每次处理一头奶牛收集到的胚胎，经移植可产生3-4头犊牛，每年可处理4-5次。
思考·讨论 胚胎移植的生理学基础 P62
[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。
移植前应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，为供体的胚胎移入受体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？
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发生变化。
[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
二、胚胎移植
3.实质：
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
4.意义：
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期。
供体职能：
受体职能：
产生具有优良遗传特性的胚胎
承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务
对供体施行超数排卵处理后，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量是自然繁殖的十几倍到几十倍。
5.地位：
胚胎工程的最终技术环节
（牛的胚胎移植技术较为成熟，羊的胚胎移植效率比奶牛还要高）
[思考]你能想到进一步提高荷斯坦奶牛的繁殖率的思路吗？
三、胚胎分割
1.概念：采用_________将_________切割成___________________等，经移植获得___________________的技术。
机械方法
早期胚胎
2等份、4等份或8等份
同卵双胎或多胎
繁殖方式：
胚胎时期选择：
主要仪器设备：
分割后胚胎去向：
无性繁殖（克隆）
发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚
（内细胞团要均等分割）
体视显微镜 + 显微操作仪
分割针或分割刀
直接移植给受体或经体外培养后，再移植给受体
2.过程：
盛有操作液的培养皿中，在显微镜下分割
（均等分割）
[思考]若该生物是生产优质牛肉的雄性肉牛，在进行胚胎分割或移植前，应先对各个胚胎进行什么检测？选择哪些细胞进行检测？
性别检测
取样滋养层
若分割时不能均等分割，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。
（不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作不完全相同）
胚胎分割动态演示
胚胎分割动态演示
3.胚胎分割的意义
（1）可以促进优良动物品种的繁殖。
（2）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。
（3）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、动物繁育健康后代具有重要意义。
[思考]胚胎分割是不是分割的份数越多，效率越高？
分割的次数越多，分割后胚胎成活的概率越小。
不是
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，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。
【比较】试管动物vs克隆动物
试管动物 克隆动物
生殖方式
技术手段
染色体
遗传规律
有性生殖
无性生殖
体外受精 胚胎移植
核移植技术 胚胎移植
遵循
不遵循
来自核供体
来自两个个体
练一练 P64【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，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。
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
（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
超数排卵处理
卵母细胞—成熟培养
精子进行——获能处理
练一练 P64【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。
（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
（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
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。
遗传多样性会降低，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。
【小结】(共24张PPT)
从社会中来
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？
可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
胚胎工程概述
胚胎工程是指对________________________________进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎_______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____________、___________和____________等。
生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
移植
体外受精
胚胎移植
胚胎分割
1.操作对象：
2.技术种类：
3.工程实质：
4.理论基础：
动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞
体外受精、胚胎移植、胚胎分割
哺乳动物（体内）受精和早期胚胎发育的规律
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。
第3节 胚胎工程
一 胚胎工程的理论基础
【本节聚焦】
1.胚胎形成经过了哪些过程？
2.受精和早期胚胎发育的基本
过程是怎样的？
[课前5分钟]阅读P56-59，快速找答案
1.胚胎工程对象 PK 细胞工程对象
2.胚胎工程的技术
3.精子获能的方法、卵细胞拒绝多精入卵的2大反应及时机
一、受精
1.概念：指_____和_____结合形成_____（即_______）的过程。
2.场所：
3.过程
精子
卵子
合子
受精卵
输卵管
准备阶段
受精阶段
准备阶段1：精子获能
准备阶段2：卵子的准备
【补充】精子变形的过程和结构
头
颈
线粒体鞘
尾
顶体
①顶体的发生
②尾的发育
（高尔基体）
（细胞核）
③精子头出现
④细胞质浓缩
⑤精子形成
（中心体）
[思考]精子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。
P59【练习与应用】二、拓展应用1.
精子头部有去能因子，抑制了它的受精能力
在雌性生殖道内，有些化学物质会使精子的头部发生一定的变化，使精子具有真正的受精能力。
*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
（一）准备阶段1：精子获能
1.概念
刚排出的精子必需在雌性动物的生殖道发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为“精子获能”。
2.精子获能的方法
①直接利用雌性动物的生殖道使精子获能。
②将精子培养在人工配制的________-中使其获能，常见有效成分有___________________等。
获能液
Ca2+载体、肝素
P56【相关信息】
3.研究精子获能机制的意义：实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为_______________的建立奠定了基础。
体外受精技术
（二）准备阶段2：卵子的准备
卵子要在_______内进一步成熟，达到________________________________时，才具备与精子受精的能力。
减数第二次分裂中期（MⅡ中期）
输卵管
卵细胞
卵泡
【补充】排卵
排卵指卵子从卵泡中排放到输卵管中。
正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
不同动物排出的卵子成熟程度不同
有的是初级卵母细胞(马、犬等)；有的是次级卵母细胞(猪、羊等)
（卵母细胞）
[思考]在进行体外受精操作时，需要对精子和卵子进行什么处理？
精子—获能处理；卵子—成熟培养
（三）受精阶段
[活动1]自主阅读课本P58“受精阶段”文字部分，回答以下问题：1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？
2.防止多精入卵的机制有哪些？这有什么意义？
3.入卵后，精子和卵子发生了哪些变化？
4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？
放射冠（卵丘细胞）
透明带
细胞核
卵细胞膜
（三）受精阶段
精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带）
释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构
精子借助自身的运动
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，阻止后来的精子进入透明带
精子入卵
卵细胞膜反应
精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
防止多精入卵的两道屏障
雌、雄原核形成
（三）受精阶段
雌、雄原核形成
精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。
精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核。
雌、雄原核靠近
雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近。
核膜消失形成的含有两个染色体组的合子就是受精卵。
第一次卵裂即将开始
受精过程结束后，受精卵发育形成早期胚胎也就开始了
【小结】受精作用
1.发生场所：
输卵管
2.防止多精子入卵受精的两个屏障☆
透明带反应
卵细胞膜反应
3.受精的标志☆：
（在精子触及卵细胞膜的瞬间）
（精子入卵后）
透明带和卵细胞膜之间有两个极体
两个极体
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。
观察到的两个极体为一个是第一极体，一个是第二极体。
3.受精完成的标志☆：
雌雄原核融合，形成合子
雌雄原核融合
P58【相关信息】
【注意】
1.雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。
2.精子与卵细胞的结合体现了细胞膜的功能：细胞间进行信息交流
3.受精卵的核基因是精子和卵子各占一半；受精卵的质基因几乎全部来自卵子。
二、胚胎早期发育
（一）胚胎早期发育的场所
输卵管、子宫
（二）胚胎早期发育的过程
受精卵
卵裂期
原肠胚
（二）胚胎早期发育的过程
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵裂期
卵裂
胚胎发育早期，有一段时间是在________内进行分裂，__________不断增加，_____________不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
透明带
细胞数量
胚胎总体积
分裂方式：__________
有丝分裂
项目 变化
细胞数目
胚胎的总体积
每个细胞体积
DNA总量
每个细胞内的DNA总量
有机物总量
增加
减小
增多
不变
减少
不增加
（二）胚胎早期发育的过程
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵裂期
桑葚胚
当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的_________，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。
细胞团
特点：每个细胞都具有发育成完整________的潜能，属于_______细胞。
胚胎
全能
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵裂期
（二）胚胎早期发育的过程
囊胚
内细胞团
囊胚腔
滋养层
透明带
特点：细胞开始_________
分化
结构
内细胞团
(聚集在胚胎一端的细胞)
→发育成胎儿的各种组织
具有全能性
滋养层
(沿透明带内壁扩展和排列的细胞)
→发育成胎膜和胎盘
囊胚腔
孵化
囊胚进一步扩大会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来。若不能正常孵化，胚胎无法继续发育。
（二）胚胎早期发育的过程
【补充】
原肠胚
出现胚层分化
外胚层
中胚层
内胚层
表面的细胞层
向内迁移的细胞
内外两个胚层之间
逐渐分化形成各
种组织、器官等
【拓展】原肠胚三胚层的发育
外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官
中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统
内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体
【拓展】胚胎发育 vs 个体发育
1.桑椹胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。
2.桑椹胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
3.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。
思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 P59
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。
注:马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。
[讨论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。
[讨论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。
[讨论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。
练一练 P59【练习与应用】一、概念检测
1.判断下列有关哺乳动物受精的表述是否正确。
（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。（ ）
2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是（ ）
A.在桑葚胚阶段，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.桑葚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
