2.3胚胎工程 高中生物人教版 选择性必修3(共34张PPT)

(共34张PPT)
第3节 胚胎工程
一胚胎工程的理论基础
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
胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决。
良种荷斯坦奶牛
操作对象
动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞
技术种类
体外受精、胚胎移植、胚胎分割
工程实质
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。
理论基础
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
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。
输卵管腹壶部
输卵管
子宫体
卵巢
子宫颈
精子细胞
阴道
概念：受精是 精子和 卵子结合形成 合子的过程。
场所：输卵管内
过程：包括受精前的准备阶段和受精阶段。
一、受精
卵母细胞
(一)受精前的准备阶段
准备阶段1——精子获能
(1)概念：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，这一生理现象称为“精子获能”。
(2)获能液：卵泡液、输卵管分泌物、血清等液体可使精子 获能。只有获能后的精才具有受精能力。
(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 体外受精技术的建立奠定了基础
(一)受精前的准备阶段
准备阶段2——卵子的准备
(1)卵子一般在排出2-3h 后才能被精子穿入。
(2)动物排出的卵子成熟程度不同：
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， 核
如猪、羊等； 第一极体
(3)卵子成熟的场所： 具备受精能力的卵子结构 排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。
(4)卵子具备与精子受精能力的时期： MII
透明带
卵细胞膜
鞭毛
细胞外胚层
中段一
细胞核
顶体
精子细胞核
卵细胞核
精子和卵细胞的结合
质膜
头部
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
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。
精子穿越卵细胞膜外的 结构，如透明带
精子接触卵细胞膜
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
透明带反应
精子入卵
卵细胞膜反应
(二)受精阶段
1.过程
雄原核
第一极体 雌原核
放出第二 极体
防止多精 入卵的两 个屏障
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵。 第一次卵裂即将开始
雌雄原核充分发育后， 相向移动，彼此靠近， 核膜消失。这个含有 两个染色体组的合子 就是受精卵。受精过 程结束后，受精卵的 发育也就开始了。
2.受精完成的标志：雌雄原核形成合子
( 一 )场所：输卵管和子宫
(二)过程：
精 卵裂
卵
2细胞
4细胞
8细胞
二 、胚胎早期发育
内细胞团
透明带
囊胚腔
滋养层
原肠胚
桑葚胚
囊 胚
桑葚胚
受精卵
受
囊胚
个
1.卵裂
(1)概念：胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内
进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积并不 增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
(2)场所：透明带内。
(3)分裂方式：有丝分裂
(4)特点：细胞数量不断增加 胚胎总体积并不增加
每个细胞体积不断减小
DNA总数目不断增加
每个细胞的核DNA数目不 变
有机物总量 减少，有机物种类增 加
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
2.桑葚胚
(1)概念：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。
(2)特点：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。
3.囊胚
(1) 概念：胚胎进一步发育，细胞开始出现分化，形成
内细胞团、滋养层；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现
了含有液体的囊腔—囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚；
(2)特点：细胞开始出现分化。 内细胞团囊胚腔滋养层
桑葚胚
(4)孵化：
①概念：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，
胚胎从透明带 中伸展出来，这一过程叫做孵化。
②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。
(3)结构
内细胞团：将来发育成胎儿的各种组织。
滋养层：沿透明带内壁扩展和排列， 将来发育成胎膜和胎盘。
囊胚腔：
囊胚腔
内细胞团 滋养层
透明带
4.原肠胚
外胚层：表面的细胞层
结构 内胚层：向内迁移的细胞
中胚层：内外两个胚层之间
逐渐分化形 成各种组织、 器官等。
5~6周 7~8周 9~10周 12周
外胚层 中胚层 内胚层
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 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3
桑葚胚
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4
16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90~11 0 110~11 4 2~2.5
4~6细胞
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6
囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~12 0 120~14 4 4~5
8~16细胞
思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较
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
注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间
1. 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高
马的胚胎进人子宫时，发育程度最高，它处于衰胚阶段。
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 24~38 38～50 50~60 60~70 68~80 3
桑葚胚
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4
16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90～11 0 110~11 4 2~2.5
4~6细胞
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6
囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~12 0 120~14 4 4~5
8~16细胞
注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间
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意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8-46细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发 育率和妊赈率，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
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， 精子能在体外完成狭能，获能的精子和增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。
精子和卵子的结构
受精 受精前的准备
胚胎工程的理论基础
受精的过程 精子穿越透明带
精子进入细胞膜 雌雄原核的形成
核膜重构成受精卵
早期胚胎发育
卵裂 桑葚胚 囊胚 原肠胚
【课堂小结】
二胚胎工程技术及其应用
从社会中来
牛的自然繁殖的速度太慢，一头牛一胎只产一头牛犊， 一生只 生育4、5次。不能满足生产需要。引进一头良种成年奶牛需3万 ---5万元。
牛的生育率虽然很低，但是一头母牛一生排出的卵细胞约200个
左右，卵巢中卵母细胞数量是它的1000倍(20万);公牛平均每 次射精5ml,精子数50亿。
母牛其实是有很强的生殖潜能的，只是没有激发出来。
那如何实现良种牛快速繁殖呢
1、“试管牛”是怎么回事
2、“试管牛”是应用哪些技术生产的
1982年世界首例“试管牛” 犊问世
受精卵—→早期胚胎—→→子宫—→个体
早期胚胎发育
试管动物：是指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。
精子
卵子
胚胎移植
体外受精
适当的培养液
受精卵培养
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
用胚胎。
一 、体外受精
1.过程：包括卵母细胞的采集、精子的获取和 受精等步骤。
MII期卵母细胞
体外受精
精子离心处理 新鲜或解
冻的精液
卵巢 成熟培养
获能处理
获能精子
3.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，获能液的成分因动物 种类不同而有所差异，常见的有效成分有肝素、Ca +载体等。
二、胚胎移植
1.概念：指将通过体外受精及其他方式 得到的胚胎，移植到
同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为 新个体的技术。
(1)胚胎来源：体外受精及其他方式得到的胚胎
体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等
(2)供体和受体
供体：提供胚胎的个体 职能：产生具有优良遗传特性的胚胎
胚胎移植主要包括供 体、受 体的选择和处理，配 种或人工受精， 胚胎的收集、 检 查、培养和保存，胚胎的移植，以及移植后的
检查等步骤。
选择标准：有健康体质和正常繁殖能力
职 能 ：承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务
选择标准：遗传性状优良，生产能力强
受体：接受胚胎的个体
受体发情
移植胚胎
对受体进行妊娠检查
具有优良性状的后代
超数排卵
发情配种或人工受精
收集胚胎并检查
正常繁殖或两三个月 后进行另一次移植
(以牛的胚 胎移植为例)
优良公牛
优良供体母牛
(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)
进行同期发情处理
2.过程：
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.地位：胚胎工程的最终技术环节。
5.意义：
①可以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。
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。
②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. 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
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 供相同的生理环境
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
思考·讨论 胚胎移植的生理学基础
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
胚胎移植后，经受体孕育的后代的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，
其遗传物质在孕育过程中不发生任何变化
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；
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，只有供体、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才 能被接受，并继续发育
三 、胚胎分割
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。
2.繁殖方式：无性繁殖(克隆)
3.主要仪器设备：体视显微镜、显微操作仪 体视显微镜
分割工具：分割针或分割刀
4.适合分割的胚胎：发育良好的、形态正常的
桑葚胚或囊胚
5.注意事项：分割囊胚时，要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 显微操作仪
透明带
滋养层
内细胞团
分割针
分割针 取样滋养层
做DNA分析，
囊胚腔 鉴定性别
已知性别胚胎
7.过程：盛有操作液的培养皿中，在显微镜下分割
二分胚
内细胞团
牛胚胎性别鉴定和分割示意图
胚胎移植
胚胎分割动态演示
8.胚胎分割的优点
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在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控 制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义
9.胚胎移植的局限性
实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有 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。
胚胎移植的意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖能力
胚胎分割的概念：对早期胚胎切割
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
胚胎分割的步骤：选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植
胚胎分割的意义 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；
对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义
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 以为胚胎移植提供可用的胚胎
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
【课堂小结】
步 骤 ：卵母细胞的采集、精子的获取、受精
体外受精
胚胎移植
胚胎分割
胚胎工程技术及其应用
胚胎的收集、检 查、培养或保存
胚胎移植的步骤
供体、受体的 选择和处理
配种或人 工授精
移植后的 检查
胚胎的 移植