資源簡介

(共35張PPT)
第3節 胚胎工程
二 胚胎工程技術及其應用
胚胎移植
卵巢
MⅡ期卵母細胞
體外受精
獲能精子
精子離心處理
新鮮或解凍的精液
受精卵培養
去除精漿，以利于精子獲能;提取純度較高精子
胚胎早期培養的基本條件:①營養條件、②無菌、無毒的環境條件③適宜的溫度、pH和滲透壓、④適宜的氣體環境
目的
體外
培養
1過程:
包括 、 和 等
卵母細胞的采集
精子的獲取
受精
肝素等
適當的培養液
(一)體外受精
(1)定義：通過人工操作使卵子在體外受精，經培養發育為早期胚胎
后，再進行移植產生的個體。
體外受精、體外胚胎培養、胚胎移植
2 應用實例：試管動物
(2)涉及的胚胎工程技術：
受體母體
(代孕)
精子
卵子
早期胚胎培養
胚胎移植
受精卵
早期胚胎
試管動物
體外受精
(3)繁殖方式：
有性生殖
試管動物 克隆動物
≠
【拓展】試管牛 VS 克隆牛
體外受精
核移植
早期胚胎培養
胚胎移植
試管牛
受精卵
克隆牛
比較項目 試管動物(嬰兒) 克隆動物
技術基礎
生殖類型
發育起點
遺傳物質來源
體外受精、胚胎早期培養、胚胎移植
動物細胞培養、動物體細胞核移植、
胚胎早期培養、胚胎移植
有性生殖
無性生殖
受精卵
核移植后的重組細胞（重構胚）
親本雙方
主要來源于供核方
重組細胞
(重構胚）
1988年中國首例試管嬰兒
鄭萌珠
1978年世界首例試管嬰兒
露易絲.布朗
有一對夫婦，妻子因病切除了兩側輸卵管，但他們一直想要一個親生的孩子，你能從理論上想個辦法幫他們完成這個愿望嗎？
試管嬰兒
第 1 代試管嬰兒技術
通過常規的體外受精和胚胎移植技術直到臨床妊娠分娩。此技術主要適用于因女方因素引起的不孕癥患者。
第 2 代試管嬰兒技術
通過顯微人工受精技術, 幫助精子通過透明帶或穿過卵細胞膜, 直至臨床妊娠分娩主要適用于男方因素引起的不孕癥患者, 也適用于上述女方因素引起的不孕。
第3 代試管嬰兒技術
第三代“試管嬰兒”是 指胚胎著床前進行遺傳學診斷。剔除帶有疾病遺傳物質的胚胎。通過此技術可以提高出生試管嬰兒的質量。
采集方法 適用范圍 采集過程 體外培養
實驗動物以及家畜
大型動物
或大家畜
小鼠、兔、豬、羊
牛、馬
利用促性腺激素促使雌性動物排出更多的卵子，從輸卵管中沖取卵子。
從已屠宰的雌性動物體內摘取卵巢，再從卵巢中采集卵母細胞
借助超聲波探測儀、內窺鏡或腹腔鏡等儀器，直接從活體動物卵巢中吸取卵母細胞。
可直接與獲能的精子在體外受精。
采集后的卵母細胞都要在體外經過人工培養成熟后，才能與獲能的精子受精。
(不需要)
(需要)
卵母細胞的采集和培養
輸卵管采卵
(沖取卵子)
卵巢采卵
屠宰動物
的卵巢采卵
活體采卵
項目 自然受精 人工授精 體外受精
不 同 點 過程不同
場所不同
相同點 雌雄動物
交配完成
雌性動物
輸卵管中
用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內，完成受精
人工獲取精子、卵子，在體外培養液中完成受精過程
雌性動物
輸卵管中
體外培養液中
①精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程
②都是有性生殖
比較自然受精、人工授精和體外受精的異同點
提高動物 能力的有效措施，為 提供可用的胚胎。
繁殖
胚胎移植
3意義
供體：提供胚胎
受體：接受胚胎
胚胎移植
將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的其他雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。
（遺傳性狀優良，生產能力強）
（有健康體質和正常繁殖能力）
轉基因、核移植等
早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。
1 概念
2 實質
“借一般動物之腹 懷優秀個體之胎”
二 胚胎移植
發情配種或人工授精
優良公牛
收集胚胎并檢查
胚胎移植
對受體進行妊娠檢查
正常繁殖或兩三個月后進行另一次移植
優良供體母牛
受體母牛
超數排卵
——————進行同期發情處理——————
受體發情
著床前沖卵
發育到桑椹胚或囊胚階段
(放入-196℃的液氮中保存)
(一般用孕激素或前列腺素)
（促性腺激素）
3 過程
體內受精
直接注射性激素，通過負反饋調節會導致性腺萎縮。
確保供體和受體的生殖器官處于相同的生理狀態，使胚胎在移植前后所處的生理環境保持一致
（1）該過程中兩次使用激素：
第一次對受、供體進行同期發情處理；
第二次用于供體的超數排卵。
（2）該過程中的兩次檢查：
第一次對收集的胚胎進行檢查；
第二次對受體母牛是否妊娠進行檢查。
（3）胚胎移植成功與否要有兩個條件：
胚胎移植一般應在 的雌性供體和受體之間進行。
進行胚胎移植的供體和受體的 要相同。
同種
生理狀態
(1)將檢驗合格的胚胎移植到任何一個受體的子宮內，胚胎都能正常發育嗎？如果不能，在胚胎移植前應該對受體進行怎樣的處理？
不一定能正常發育。
一般情況下應移植到 的受體子宮內，在移植前應對受體進行_________處理，使同種動物的供、受體生殖器官的生理變化同步，為供體的胚胎移入受體提供 。
思考·討論
(2)受體會不會對來自供體的胚胎發生免疫排斥反應？
受體對來自供體的胚胎基本上不會發生免疫排斥反應。
胚胎存活的基礎
胚胎移入的基礎
同種
相同的生理環境
同期發情
(3)胚胎移植后，經受體孕育的后代，遺傳特性與供體還是受體保持一致？ 為什么？
與供體保持一致。
因為供體胚胎與受體子宮建立的僅是 的聯系，其___________在孕育過程中不會發生任何變化。
胚胎發育的基礎
(4)胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。你認為這樣的概括正確嗎？為什么？
正確。 胚胎移植的成功率與供體、受體生理環境的一致性密切相關，只有供體、受體生理環境高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并繼續發育。
胚胎移植的實質
生理和組織上
遺傳特性
生理學基礎 意義
動物的供、受體排卵后（同期發情）
的生理變化是相同的
為供體的胚胎移入受體提供
了相同的 。
早期胚胎形成后，在一定時間內不會與母體子宮建立組織上的聯系，而是處于 狀態
游離
為胚胎的 提供了可能
收集
受體對移入子宮的外來胚胎基本
上不發生 。
免疫排斥反應
為胚胎在受體內的 提
供了可能
存活
供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系，但其 不受任何影響
遺傳特性
為移植后胚胎繼續發育提供了營養等方面的保障
胚胎移入的基礎
移入胚胎存活的基礎
保留胚胎遺傳特性基礎
胚胎收集的基礎
歸納：胚胎移植成功的生理學基礎及相應意義
同種
生殖器官
生理環境
可以充分發揮 的繁殖潛力，大大縮短了供體本身的
供體
受體
產生具有優良遺傳特性的胚胎
負責繁重而漫長的妊娠和育仔任務
胚胎移植是胚胎工程的最終技術環節，還將推動胚胎工程其他技術的研究和應用。
4 意義
雌性優良個體
繁殖周期
早期胚胎細胞具有很強的分裂能力，并保持著細胞全能性，能不能將一個胚胎分割成幾份，從而提高胚胎的利用率？
1978年，科學家將小鼠的桑椹胚一分為二，獲得了成功。
1979年，科學家分割綿羊胚胎獲得了同卵羔羊。
20世紀80年代后，人們建立了系統的胚胎分割法，并相繼得到1/4和1/8分割胚胎后代。
我國的胚胎工程專家也進行了分割胚胎移植的實驗研究，成功地對小鼠、家兔、綿羊、山羊和牛等動物進行了分割胚胎移植，并將二分胚胎分割技術應用到牛和羊的胚胎移植中。
胚胎分割技術的發展
應用胚胎分割技術獲得的三卵六羔羊
三 胚胎分割
采用___________將__________切割成________________________等，經移植獲得__________________的技術。
1.概念：
機械方法
早期胚胎
2等份、4等份或8等份
同卵雙胎或多胎
2.理論依據:
早期胚胎細胞具有很強的分裂能力，并保持著細胞全能性。
來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，可產生遺傳性狀相同的后代
3.特點:
可以看做動物無性繁殖或克隆的方法之一。
4. 胚胎分割的設備：
顯微操作儀
體視顯微鏡
分割針
分割刀
(1)通常分割哪個時期的胚胎？選擇此時期進行分割的原因？
桑葚胚或囊胚期的胚胎。桑葚胚期尚未出現細胞分化，具有全能性；囊胚期的內細胞團具有全能性。
（2)分割囊胚期的胚胎，應注意要將 ，為什么？
內細胞團均等分割
若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現含內細胞團多的部分正常發育的能力強，少的部分發育受阻或發育不良，甚至不能發育等問題。
顯微鏡下切割胚胎
分割的次數越多，分割后胚胎成活的概率越小
(3)胚胎分割為什么不能分割次數過多？
5 胚胎分割的幾個問題
內細胞團
滋養層
囊胚腔
(4)分割囊胚期的胚胎做性別鑒定時應選取哪部分細胞進行鑒定？為什么？
滋養層細胞
①內細胞團將來發育成胎兒的各種組織，如果取了內細胞團細胞，可能會影響胎兒以后的發育。
②滋養層細胞和內細胞團細胞都是由同一個受精卵經有絲分裂和細胞分化形成，具有相同的遺傳物質。
發育
胎盤和胎膜
發育
胎兒的各種組織
進行DNA分析目的：
進行性別鑒定目的：
(5)進行DNA分析和性別鑒定的目的是什么？
人工篩選后代動物的性別，如獲得母牛進行產奶。
進行遺傳病篩查，以防止產生的后代具有嚴重的遺傳病；
做DNA分析，
鑒定性別
去向：直接移植給受體，或經體外培養后，再移植給受體。
①胚胎分割次數有限
②存在剛出生動物體重偏低，毛色、斑紋存在差異等問題。
6 胚胎分割的局限性：
應用胚胎分割技術獲得的三卵六羔羊
項目 胚胎分割動物 體細胞核克隆動物
相同點 不 同 點 胚胎的 來源
遺傳 物質
起點
理論 基礎
都屬于無性繁殖，最終技術是胚胎移植
雌性動物的早期胚胎或體外受精及其他方式得到的胚胎
通過核移植技術獲得的重組胚胎
胚胎分割動物具有相同的遺傳物質，兩個親本提供的核遺傳物質一樣多
克隆動物的核遺傳物質主要由供體細胞核提供
經過受精作用或其他方式形成的一個細胞
經過核移植技術形成的一個細胞
動物細胞的全能性
動物細胞核的全能性
1. 體外受精和胚胎移植都是在醫學和農業生產上應用較多的胚胎工程技術。判斷下列相關表述是否正確。
(1) 采集來的卵母細胞和精子可以直接用于體外受精。（ ）
(2) 經胚胎移植產生的后代，其遺傳特性與受體保持一致。（ ）
(3) 進行胚胎移植前，要對供體和受體進行免疫檢査，以防止發生免疫排斥反應。（ ）
×
×
一、概念檢測
×
練習與運用
2.杜泊羊以其生長速度快、肉質好等優點，成為受廣大消費者喜歡的綿羊品種。科研工作者通過胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下圖所示。
（1）請將圖中括號內的內容補充完整。
（2）為了獲得數量較多的卵母細胞，可以對雌性杜泊羊進行怎樣的處理
（3）在進行體外受精操作之前，還要對獲得的卵母細胞和精子進行怎樣的處理
體外胚胎培養
胚胎移植
可以對雌性杜泊羊進行超數排卵處理。
要對采集到的卵母細胞進行成熟培養，對采集到的精子進行獲能處理。
二、拓展應用
北方白犀牛曾經廣泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盜獵和自然棲息地的喪失，它們的數量不斷減少。2018年3月，世界上最后一頭雄性北方白犀牛去世，該物種僅剩下兩頭雌性。在此之前，研究人員設法保存了北方白犀牛的精子。請回答下列問題。
（1）我們可以使用哪些現代生物技術來人工繁育北方白犀牛 運用這些技術一定能繁育成功嗎 請說出你的理由。
（2）如果繁育成功，這樣人工繁育的種群與野生種群相比，有什么區別
（3）如果繁育不成功，這一物種將永遠從地球上消失，從中我們能得到怎樣的教訓
可以使用人工授精、體外受精、胚胎移植、體細胞核移植等技術來人工繁育北方白犀牛。運用這些技術不一定能成功繁育北方白犀牛，因為任何一項技術都不能保證百分之百的成功率，何況現存的北方白犀牛數量極少。
這樣人工繁育的種群與野生種群相比，遺傳多樣性會降低，野外生存能力也會下降。
多種多樣的生物是生態系統的重要成員，是一個個獨特的基因庫。任何一個物種的滅絕都可能產生多米諾效應，使其他相關物種受到影響，進而威脅到生態系統的平衡與穩定。保護瀕危的野生動物，保護生物多樣性刻不容緩。
（3）如果A、B分別是取自優良奶牛的卵細胞和精子，在進行體外受精時，一般要把A細胞培養到什么時期 B細胞則要經過什么處理才能與A細胞結合為受精卵
1.若下圖表示細胞工程操作中的某些過程，請回答下列問題。
（1）如果A、B分別是白菜和甘藍的原生質體，則C細胞再生出細胞壁后需要通過什么技術才能發育成雜種植株“白菜-甘藍” 若白菜和甘藍雜交產生了子代，該子代是否可育 為什么
植物組織培養技術；
減數分裂Ⅱ中期(MⅡ期)；
B淋巴細胞；
（2）若該圖表示抗丙肝病毒的單克隆抗體制備過程中的一環，A細胞是小鼠骨髓瘤細胞，則B細胞表示什么 符合要求的C細胞應具有哪些特點
能大量增殖并能產生抗丙肝病毒的抗體。
獲能處理。
白菜和甘藍雜交產生的子代沒有同源染色體，進行減數分裂時聯會發生紊亂，不能形成正常的配子，所以該子代一般不可育。
復習與提高
2.2015年10月，我國科學家屠呦呦因發現青蒿素可以有效降低瘧疾患者的死亡率而獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。青蒿素類藥物的市場需求很大，請你根據所學內容及以下信息，提出一條提高青蒿素類藥物產量的研究思路。
(1)青蒿素的衍生物——雙氫青蒿素也是很好的抗瘧疾藥物，并且它的藥物活性比青
蒿素的高很多；
(2)青蒿素是從黃花蒿中提取的，在黃花蒿產生青蒿素的代謝過程中，某些酶（如
FPS酶）起決定性作用；
用基因工程技術將青蒿素基因或雙氫青蒿素基因導入微生物，利用微生物合成青蒿素。
（3)野生黃花蒿在生長過程中，處于花蕾期時體內青蒿素含量最高；
（4)研究人員在對黃花蒿進行組織培養時，發現它的愈傷組織中沒有青蒿素，但是由
愈傷組織再分化形成的芽和苗中均有青蒿素；
用植物組織培養技術，將外植體脫分化形成愈傷組織，再誘導愈傷組織再分化成胚狀體，獲取青蒿素。
（5)四倍體黃花蒿體內青蒿素的含量比二倍體高38%，但四倍體植株比二倍體植株矮小很多。
用秋水仙素處理黃花蒿種子或幼苗使之成為四倍體，獲取青蒿素。或采用其他合理方法。
3. 在章首頁中介紹的體細胞克隆猴的培育過程中，我國科學家經過多年的反復實驗，可以在10s之內對卵母細胞進行去核操作，在15s之內將體細胞注入去核的卵母細胞里。有評論者認為：該研究的研究者利用“聰明的化學方法和操作技巧”，攻克了多年來導致體細胞克隆猴失敗的障礙。培育克隆猴的流程如下圖所示，請結合圖回答問題。
（1）研究人員在將胎猴的體細胞注入去核的卵母細胞前，用滅活的仙臺病毒進行了短暫處理。在此過程中，滅活的仙臺病毒所起作用是什么？
誘導細胞融合
（2）為了調節相關基因的表達，提高胚胎的發育率和妊娠率，研究人員將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構胚，同時用組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA處理了它。這兩種物質發揮作用的機制是什么？
這兩種物質都是通過改變組蛋白的表觀遺傳修飾來調控基因表達。組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表達組蛋白去甲基化酶，該酶能降低組蛋白的去甲基化水平；組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA可以抑制組蛋白脫乙酰酶的作用，提高組蛋白的乙酰化水平。
（3)評論者所說的培育過程中用到的“聰明的化學方法和操作技巧”，你認為具體體現在什么地方？
“聰明的化學方法”是指對重構胚的處理用了TSA以及將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構胚，這可以促進囊胚的發育和提高代孕母猴的妊娠率。
“操作技巧”是指科學家經過大量的訓練，能在10s內完成對卵母細胞的去核操作，能在15s內將體細胞注入去核的卵母細胞，這樣迅速的操作減少了對卵母細胞的損傷。
在醫學研究中通常需要用到遺傳背景相似或相同的實驗動物，這樣實驗組和對照組的比較才更具有說服力。
小鼠因其能快速地進行近親繁殖，產生大量遺傳背景相似的后代，而被廣泛用作實驗動物。但是小鼠與人的親緣關系太遠，很多在小鼠體內有效的候選藥物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠體內存在的致病機制也不一定存在于人體內。由于猴與人的親緣關系極近，培育大批具有相同遺傳背景的克隆猴，對人類疾病致病機制的研究和新藥的研發等具有重要意義。
特別是在腦研究方面，克隆猴的培育將大大促進人類腦疾病的研究和治療。例如，我們可以培育一批“模型猴”標記它們的某一類神經元，追蹤其神經連接，由于這些猴的遺傳背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差異造成的大腦結構形狀不一的問題。克隆猴的成功培育標志著我國在非人靈長類疾病動物模型研究方面處于國際領先水平。
（4）你認為體細胞克隆猴的成功培育有什么意義？
胚胎工程技術及其應用
體外受精
胚胎分割
步驟：
概念：
基礎：
步驟：
體外受精技術的意義：
意義：
胚胎移植
步驟：
概念：
意義：
①促進優良動物品種的繁殖；
②產生遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料；
③對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代具有重要意義
對早期胚胎切割
細胞的全能性、每個細胞的細胞核內具有相同的遺傳物質
選擇胚胎、分割胚胎、胚胎移植
充分發揮雌性優良個體的繁殖能力
移植到同種的、生理狀況相同的雌性動物體內
卵母細胞的采集、精子的獲取、受精
提高動物繁殖能力的有效措施，
為胚胎移植提供可用的胚胎

展開更多......

收起↑