生物人教版（2019）选择性必修3 2.3胚胎工程（共58张ppt）课件

(共58张PPT)
良种荷斯坦奶牛
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。
能不能让引进的两种奶牛快速、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？
第四节 胚胎工程及其应用
1、操作对象：
2、常用技术：
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；
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。
胚胎工程：
二、胚胎工程的理论基础——受精
1、概念：
是精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段；
在自然情况下，哺乳动物的受精在输卵管内完成；
2、场所：
（1）精子发生的场所：
（2）精子发生的时期：
（3）精子发生的过程：
睾丸内的曲细精管中
从初情期开始直到生殖机能衰退；
3、准备阶段1——精子获能
注：精子的发生是依附在支持细胞上进行的，支持细胞为精子的发生提供营养，精子形成后进入曲细精管的管腔中；
3、准备阶段1——精子获能
（4）精子变形
精子大小与动物体型大小无关
细胞核→精子头的主要部分；
高尔基体→头部的顶体；
中心体→精子的尾；
线粒体→线粒体鞘；
细胞内其他物质→原生质滴(最后脱落)；
（5）精子获能概念
刚排出的精子不能立即与卵子受精，精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力的生理现象；
（6）使精子获能的方法
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获能液中使其获能
获能液中常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等；
3、准备阶段1——精子获能
（7）研究精子获能机制的意义
实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了重要基础；
注：精子获能实质是指精子获得受精“能力”；
4、准备阶段2——卵子的准备
（1）卵子发生场所：
（2）卵子发生时期：
（3）排卵：
卵子形成过程是不连续的
减Ⅰ期：
减Ⅱ期：
精卵结合过程中完成的（输卵管）
一般在排卵前后完成（卵巢）
MⅠ、MⅡ不连续
有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；
有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；
注：卵子一般在排出2～3h后才能被精子穿入；
是指卵子从卵泡中排出；
（4）卵子成熟的场所：
输卵管；
卵巢；
动物的胚胎在性别分化以后；
4、准备阶段2——卵子的准备
注：哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前（即胎儿时期）完成的，这是精子和卵细胞在发生上的重要区别。
（4）卵子发生的过程：
（5）卵子具备与精子受精能力的时期：
MⅡ期；
5、受精阶段
第1步：精子穿越卵细胞膜外结构
获能后的精子与卵子在输卵管相遇
释放多种酶（顶体酶）
溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带）
借助精子自身运动
精子接触卵细胞膜
顶体反应
第2步：透明带反应：
在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带；
阻止多精入卵的第一道屏障；
第3步：精子入卵
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；
第4步：卵细胞膜反应：
精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵；
阻止多精入卵的第二道屏障
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，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核；
雌原核的形成：
精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核；
第5步：雌雄原核的形成
雄原核的形成：
雄原核
第一极体
放出的
第二极体
雌原核
第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成
雌、雄原核充分发育
相向移动，彼此靠近
核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等）
透明带反应(阻止多精入卵的第一道屏障)
精子入卵(进入卵细胞膜)
卵细胞膜反应(阻止多精入卵的第二道屏障)
雄、雌原核形成
受精阶段总结：
精子接触卵细胞膜
雌、雄原核融合形成合子
顶体反应
受精过程视频
两个极体
雌雄原核
在透明带和卵细胞膜的间隙观察到两个极体，或者观察到雌、雄原核；
②受精完成的标志：
雌、雄原核融合形成合子；
注：
①受精标志：
补充知识：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精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有进行细胞间进行信息交流功能 ；
1、胚胎发育：
是指受精卵发育成幼体的过程， 包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要发育阶段。
二、胚胎早期发育
输卵管、子宫；
2、胚胎发育场所：
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。
（1）卵裂：
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
3、胚胎发育过程：
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
物质种类
增多
减小
增多
不变
减少
增多
（2）桑葚胚
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32个细胞左右。
桑葚胚
注：这一阶段及之前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞（ 胚胎干细胞，未分化）
（3）囊胚
①胚胎进一步发育，细胞逐渐分化；
②聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织；
③沿透明带内壁扩展和排列的细胞，称为滋养层细胞，它们将来发育成胎膜和胎盘；
④胚胎内部出现了含有液体的腔——囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚；
内细胞团
滋养层
囊胚腔
透明带
⑤孵化：
孵化意义：孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育；
囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来；
内细胞团
滋养层
囊胚腔
透明带
（4）原肠胚
囊胚孵化后，将发育形成原肠胚；
原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。
随着发育的进行，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层。
这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等，最终形成胎儿。
外胚层
滋养层
原肠腔
内胚层
胚胎发育过程视频
知识拓展：
外胚层：
表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官；
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；
消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体；
中胚层：
内胚层：
受精及早期胚胎发育小结：
4.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
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 （ ）
习题巩固：
×
×
√
让黄牛来代孕吧！
关于奶牛的问题
荷斯坦奶牛
科学发现：
事实一头母牛一生排出的卵细胞约200个左右，而卵巢中卵母细胞数量是达20万个，这说明母牛是有很强的生殖潜能的，只是没有挖掘出来。
实际问题：
①引进一头良种成年奶牛需3至5万元
②一头牛一胎一般只产一头牛犊，一生生育4、5次
体外受精
受体母牛（代孕）
精子
卵子
早期胚胎发育
胚胎移植
受精卵
早期胚胎
试管牛
科学家们应用试管动物技术解决了这一难题。
那么如何实现良种牛快速繁殖呢？
一、体外受精
（1）概念：通过人工操作使卵子在体外受精，经培育发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。
1、 试管动物
试管动物涉及的胚胎工程技术：
体外受精、体外胚胎培养、胚胎移植；
比较项目 试管动物(婴儿) 克隆动物
技术基础
生殖类型
发育起点
体外受精、胚胎早期培养、胚胎移植
动物细胞培养、动物体细胞核移植、胚胎移植
有性生殖
无性生殖
受精卵
核移植后的重组细胞
注：试管动物和克隆动物的比较：
2、体外受精技术：
是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术；
3、体外受精技术过程：主要包括采集精子、采集卵母细胞和体外受精等主要步骤；
（1）采集精子
①主要方法：假阴道法；
②操作：采精者可手持假阴道，利用假台畜让被采精动物在模拟交配时将精液射入假阴道内；
③精子采集后的处理：采集的精子可以立即使用或冷冻保存待用；
④分离并获取有活力的精子的原因：精液中含有精子获能的抑制因子，冷冻液中还含有防冻剂等成分，精液中含有一定量的死精子；
④精子获能
a、精子获能的方法
方法名称 方法内容 适用对象
培养法 将采集的精子放入人工配制的获能液中，培养一段时间 啮齿动物、家兔、猪等
化学诱导法 将精子放在一定浓度的肝素或相应的Ca2＋载体溶液中，诱导精子获能 牛、羊等家畜
c、精子获能的意义：增强了精子的代谢能力和运动能力；
b、精子获能后的变化
膜流动性增加；膜对Ca2+通透性提高；胞内环磷酸腺苷（cAMP）浓度升高；表面电荷降低以及游动方式等发生变化；
②抽吸法
a、采集对象：采集较大型的动物如牛、猪的卵母细胞，是一种从活体卵巢中采集卵母细胞的常用方法。
b 、操作：借助超声波探测仪和内窥镜等进行，将注射器针头刺入卵泡中一并吸出卵泡液和卵母细胞，再在显微镜下进行筛选。
（2）采集卵母细胞
①方法：
主要有抽吸法、机械破碎法等；
c、优点：可以有目的地选择卵泡，分离得到适当成熟程度的卵母细胞；
d、意义：可以充分发挥优良母畜的繁殖潜力；
③机械破碎法
①采集对象：
采集较小型的动物如小鼠、兔的卵母细胞，是一种从宰杀后的雌性动物卵巢上采集卵母细胞的方法。
②操作：
将刚宰杀的雌性动物体内摘出的卵巢置于培养皿中，用针头刺破卵巢和卵泡，再在显微镜下对卵母细胞进行筛选。
③优缺点：
优点是可以得到各种成熟程度的卵母细胞；缺点是在刺破卵巢和卵泡的过程中有可能刺伤卵母细胞。
④其他方法：
对较小型的动物，还可以采用促性腺激素处理的方法，使其超数排卵，这样获得的卵母细胞可以直接与获能后的精子进行体外受精；
（3）体外受精
在人为控制的适宜条件下和专用的受精溶液中（或获能液），获能的精子和培养成熟（MⅡ期）的卵母细胞放在一起培养一段时间，可以在体外完成受精过程。
目的是除去精浆以利于精子获能
将精子培养在人工配制的获能液中使其获能
获能培养液或专用的受精培养液
体外受精过程：
(4)体外受精的应用
①可用于研究哺乳动物生殖细胞的发生、受精和早期胚胎发育机制；
②为胚胎生产提供了经济而高效的方法，对充分利用优良种质资源、缩短家畜繁殖周期、加快品种改良速度等具有重要价值；
③可以为胚胎移植提供可用胚胎；
1、胚胎移植技术定义：
将良种雌性动物配种后，从其生殖道取出早期胚胎或通过体外受精及其他方式(如转基因、核移植)得到的受精卵或胚胎，再移植到同种的同时发情排卵但未经配种的其他雌性动物的体内，使它们进一步发育为新个体的技术。
三、胚胎移植技术
胚胎来源：
体外受精及其他方式得到的胚胎
如：体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等；
供体
受体
移植条件
胚胎移植实质
胚胎移植地位
供体与受体为同种且生理状态相同
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
提供胚胎的个体
接受胚胎的个体
胚胎工程的最后一道“工序”
遗传性状优良，生产能力强
有健康体质和正常繁殖能力
2、胚胎移植的过程：
一般分为供体和受体的选择、供体和受体同期发情处理、供体的超数排卵处理和受精、胚胎收集以及胚胎移植。
优良供体母牛
优良公牛
（遗传性状优良，生产能力强）
受体母牛
（有健康体质和正常繁殖能力）
具有优良性状的后代
进行同期发情处理
促性腺激素
超数排卵
受体发情
发情配种或人工受精
移植胚胎
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
胚胎保存
冲卵
发育到囊胚或桑椹胚
3、胚胎移植过程
（前列腺素、孕激素等）
②该过程中的两次使用激素：
第一次对供、受体进行同期发情处理；
③该过程中的两次检查：
第一次对收集的胚胎进行检查；
注：
第二次用于供体的超数排卵处理（促性腺激素）；
第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
①冲卵的含义是从子宫中冲出胚胎，而非冲出卵子；
（1）胚胎移入受体的生理基础：
移植前同期发情处理，使供体，受体的生殖器官的生理变化是相同的，为胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
4、胚胎移植的生理学基础
（2）胚胎收集的生理基础：
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。
（3）胚胎在受体内存活的生理基础：
受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内存活提供了可能；
（4）移植后的胚胎正常发育的生理基础：
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障，但其遗传特性不受影响；
①缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代；
②可在短期内大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良；
③经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交流，代替活畜的引种和进出口；
④通过胚胎移植可人为生产双胎或多胎；
⑤可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物；
5、胚胎移植的意义
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，增加供体一生繁殖后代的数量。
你能想到进一步提高荷斯坦奶牛的繁殖率的思路吗？
积极思维：
1、概念：
四、胚胎分割技术
用机械方法将早期胚胎平均分割成二分胚、四分胚甚至八分胚，经培养后植入受体，以得到同卵双生或同卵多生后代的技术。
2、理论依据：
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性；
四、胚胎分割技术
3、 实质：
胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一；
4、所需要的主要仪器：
体视显微镜、显微操作仪
分割针或分割刀
四、胚胎分割技术
分割工具：
分割刀
分割针
显微操作仪
体视显微镜
5、操作过程
（1）选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中；
（2）在显微镜下用分割针或分割刀分割。在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。此时，还可用分割针在滋养层取样，做DNA分析，鉴定性别。
注：
对于不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作不完全相同；
四、胚胎分割技术
（3）分割后的胚胎可直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体；
注：目前，二分胚胎的分割和移植效率最高；
牛胚胎性别鉴定和分割示意图：
均等分割内细胞团
小鼠胚胎分割视频
注：
若内细胞团没有均等分割，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；
（1）可以促进优良动物品种的繁殖，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；
（2）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；
6、胚胎分割意义：
（1）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；
（2）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；
7、胚胎分割局限性
注：胚胎分割动物与体细胞核克隆动物的联系：
项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物
相同点 都属于无性繁殖或克隆，最终技术是胚胎移植 不 同 点 胚胎的来源 雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎 通过核移植技术获得的重组胚胎
遗传 物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多 克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞核提供
起点 经过受精作用或其他方式形成的一个细胞 经过核移植技术形成的一个细胞
（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査，以防止发生免疫排斥反应 ( )
×
×
×
（4）桑葚胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割移植 （ 　）
（5）对桑葚胚分割移植时，应将内细胞团均等分割
（　 ）
（6）胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性繁殖（ 　）
×
×
√
习题巩固：
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，可用激素促进该过程
C.图中c表示胚胎移植
D.供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应
D
2.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胚胎分割技术可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胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎
A.①② B.②③
C.①③④ D.①②③④
B
3.爱德华兹以他在体外受精技术领域做出的开创性贡献。关于体外受精技术的叙述正确的是
A.获取的精子经获能后才能进行体外受精
B.采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵
C.精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫
D.精子与卵子相遇后，精子会释放多种水解酶，防止多精入卵
A
4.下列关于哺乳动物受精的有关说法正确的是
A.防止多精入卵受精的两道屏障分别是顶体反应和卵细胞膜反应
B.受精的实质是雌雄原核的融合，雄原核一般略小于雌原核
C.动物排出的卵子成熟程度不同，有的是次级卵母细胞，有的是初级卵母细胞
D.精子获能必须在雌性动物生殖道内进行，在体外不能进行
C
5.下列关于胚胎分割技术的叙述,错误的是
A.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或三胎
B.胚胎分割技术用机械方法切割早期胚胎
C.胚胎分割技术属于无性生殖方式,因此属于克隆的方法
D.胚胎分割技术应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚
A
6.下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是
A.采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理
B.体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植
C.使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应
D.利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高
A
7.如图是体外受精技术培育试管动物的大致流程，下列叙述错误的是
A.精子需要获能后才能进行受精
B.受精时顶体酶能协助精子穿过放射冠和透明带
C.胚胎发育的过程是受精卵→囊胚→桑椹胚→原肠胚
D.进行胚胎的早期培养的目的是检查受精状况和受精卵的发育能力
C