1、第二节第二节 胚胎工程及其应用胚胎工程及其应用 第第 1 课时课时 胚胎工程的主要技术胚胎工程的主要技术 学习导航 1.理解胚胎工程的原理及主要技术手段的方法与过程。2.掌握胚胎移植的生理学 基础、基本程序和意义。 重难点击 1.体外受精技术和胚胎移植技术。2.胚胎分割技术。 方式一 “超时空女婴”： 1986 年白血病患者克里斯在 16 岁时(接受放疗前)冷冻了部分自己 的精子。2008 年，克里斯与妻子梅洛迪决定用 22 年前保存的冷冻精子接受试管受精手术。 2008 年 6 月， 医生从梅洛迪的卵巢中提取出 15 枚卵子。 最后共有 7 枚卵子受精发育成胚胎， 医生将两枚胚胎植入到梅洛迪
2、的子宫中。2009 年 2 月 25 日，梅洛迪在一家医院中顺利生下 了 3.37 千克重的女婴斯特拉。 美国医学专家称，冷藏了 22 年的精子依然能够孕育生命，创下了一项世界医学史纪录，斯特 拉也被称作是“来自 1986 年的超时空女婴”。 如何进行体外受精及胚胎的早期培养， 让我们 一起来学习这些知识吧。 方式二 现状：国产奶牛年均产奶量 3 000 公斤左右；国际良种奶牛年均产奶量 10 000 公斤 左右；我国蒙古黄牛均重 300 kg；海福特肉用牛 2 岁体重可达 800 kg。 如何实现良种牛快速大量繁殖呢？ 问题：(1)引进一头良种成年奶牛需要 35 万元。(2)牛的生育率低，一
3、头牛一胎只生一个， 一生只能生育 45 次。牛的生育率虽然很低，但是牛的卵母细胞却相当的多，其卵巢中卵母 细胞数目要比一生中排卵数多 1 000 倍左右。公牛产生的精子数目就更多了。 设想： 通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精， 并通过培养发育为早期胚胎后， 再经过移植产生后代，这就是试管动物技术。 实现良种牛快速大量繁殖要采用胚胎工程技术。 一、胚胎工程与体外受精技术一、胚胎工程与体外受精技术 1胚胎工程 (1)技术手段：体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、胚胎冷冻保存技术、性别控制 技术和胚胎干细胞技术等。 (2)操作的主要对象：生殖细胞、受精卵和早期胚胎细胞。 (3)理
4、论基础：胚胎发育学。 2体外受精技术 (1)概念：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。 (2)基本原理：人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH 等，促使初级卵母细胞成熟，同时 使精子获能，最终完成受精作用等。 (3)采集精子 采集方法：主要是假阴道法。 获能方法：将精子放入一定浓度的肝素或 A23187(钙离子载体)溶液中，实现精子获能。 (4)采集卵母细胞 分类 采集方法 优点 缺点 较大型动物 抽吸法 有目的地 选择卵泡 不能用 于小动物 较小型动物 机械破碎法 得到大量 卵母细胞 可能刺 伤卵子 对于较小型的动物，还可以采用促性腺激素处理的方法，使其超数排卵。
5、(5)受精：在人为控制的适宜条件下和专用的受精溶液中，获能的精子和培养成熟的卵子同时 培养一段时间，可以完成受精过程。 完善下面的体外受精图。思考下列问题： 1采集到的卵母细胞是否都能直接与获能的精子受精？请分析原因。 答案 不是。(1)通过促性腺激素处理的，从输卵管中冲取的卵子可直接与获能的精子在体外 受精；(2)从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集的卵母细胞或者活体采卵得到的卵母细胞要在体 外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。 2受精 (1)精子和卵子只能在受精溶液中完成受精吗？请说明理由。 判断：不是(填“是”或“不是”)。 理由：精子和卵子可在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
6、 (2)从精子、卵子结合的场所分析体外受精和人工授精是否相同？请说明理由。 判断：不同(填“相同”或“不同”)。 理由：体外受精是在体外完成精子、卵子的结合，而人工授精是在体内完成。 归纳总结 自然受精、人工授精和体外受精的异同点 项目 自然受精 人工授精 体外受精 不 同 点 过程 不同 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜 的精液注入母畜生殖 道内，完成受精 人工获取精子、卵 子，在体外培养液 中完成受精过程 场所 不同 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中 相同点 (1)精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程； (2)都是有性生殖 1判断正误： (1)哺乳动物的体外受精主要包括
7、卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤( ) (2)收集精子的方法主要是假阴道法( ) (3)采集的卵母细胞可直接与精子受精( ) 答案 (1) (2) (3) 2哺乳动物体外受精的过程是( ) 采卵 收集精子 卵母细胞的人工培养 精子 获能处理 精子和成熟卵子在受精溶液中共同培养 精子用 CaCl2处理 卵母细胞用一定浓度的肝素溶液处理 体外受精 受精卵培养 A. B. C. D. 问题导析 (1)哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集与获能和 受精几个主要步骤。 (2)一定浓度的肝素溶液用于精子的体外获能。 (3)CaCl2溶液可用于基因工程处理细菌细胞，增加其细胞膜的
8、通透性，以利于重组载体的导 入。 答案 B 一题多变 (1)_(填序号)过程的目的是采集卵母细胞并培养成熟，可通过注射_促进 雌性动物超数排卵。 (2)_(填序号)过程的目的是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用。受精是在获能溶液 或_溶液中进行的，而早期胚胎培养是在发育培养液中进行。 答案 (1) 促性腺激素 (2) 专用的受精 拓展提升 体外受精技术的两个注意点 (1)用促性腺激素处理时，只能注射不能饲喂：促性腺激素是肽类化合物，饲喂会因消化道的 消化作用而失去原有的效用。 (2)精子获能处理前应离心处理：精液由精子和精清两部分组成。精清中含有一种能抑制精子 获能的物质，因此，在一般情况下精
9、液中的精子无法获能。精子获能处理前进行离心处理， 目的是除去精清以利于精子获能。 二、胚胎工程的其他技术二、胚胎工程的其他技术 1胚胎移植技术 (1)含义： 将良种母畜配种后， 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)得到的胚胎，再移植到同种的、生理状态相同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。 (2)实例：牛胚胎移植过程 (3)意义：对提高优良品种家畜的繁殖能力和加速品种改良的意义是十分重大的。 2胚胎分割技术 (1)含义：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，经体内或体外培养 后植入受体，以得到同卵双生或同卵多生后代的技术。
10、(2)应用：可为转基因技术、性别控制技术以及家畜育种提供材料。 3胚胎冷冻保存技术 (1)含义 将动物的早期胚胎或分割后的胚胎，采用特殊的保护剂，使其长期保存在超低温环境下。 (2)优点 不受时间和地域的限制，简化引种的过程。 1胚胎移植的实质是什么？ 答案 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，能保持原来的优良性状。 2胚胎移植时，可以将早期胚胎移植到不同种的雌性动物的子宫内吗？ 答案 不可以。胚胎移植时只能移植到同种雌性动物的子宫内。 3在进行胚胎分割时，是否分割份数越多得到的后代就越多？说明原因。 答案 不是。如果分割份数过多，就难以做到均等分割，且每一份的细胞数目越少，移植后 的
11、恢复和发育的难度会越大，移植成功率会降低，得到的后代就越少。 4在对胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？ 答案 对囊胚期的胚胎进行分割时一定要将内细胞团均等分割，若分割不均，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。 3如图为胚胎移植的基本程序及早期胚胎发育过程，请据图回答下面的问题： (1)请将上面空格处的内容补充完整：_，_。 (2)胚胎移植的实质是_，超 数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射_。 (3)从 A 到 F 中，适宜于牛的胚胎移植的时期有_。 问题导析 (1)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
12、(2)适宜于胚胎移植的时期是桑椹胚或囊胚期。 (3)E 为桑椹胚，F 为囊胚。 答案 (1)同期发情 胚胎移植 (2)早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 促性 腺激素 (3)E、F 一题多变 若一次给受体母牛移入多个胚胎，产生的多个后代基因型相同吗？为什么？ 答案 不一定相同。因为这些胚胎可能由不同的受精卵发育而来，它们的基因型可能相同， 也可能不同。 易错点拨 排卵、超数排卵和冲卵的含义 (1)排卵：排卵是指从卵泡中排出卵子，排出的是初级卵母细胞或次级卵母细胞。 (2)超数排卵：是指给供体母畜注射促性腺激素，使其发情，一次排出比自然情况下多几倍到 十几倍的卵子，用于体外受精和早期胚胎
13、培养。 (3)冲卵：是指用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，将供体母畜子宫或输卵管中的胚胎 冲洗出来。 4如图是牛胚胎分割示意图，请据图回答下列问题： (1)进行胚胎分割时，应选择发育到_时期的胚胎进行操作。 (2)指的是_。 (3)通过胚胎分割产生的两个或多个个体共有的特点是_。 (4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意_ _。 问题导析 (1)胚胎分割的材料选择：选取的胚胎应处于桑椹胚或囊胚。 (2)分割的结果及特点：经分割产生的个体来源于同一个细胞，其遗传物质相同，遗传性状也 相同。 (3)注意事项和关键：胚胎分割要将囊胚的内细胞团均等分割，以免影响胚胎的恢复和进一步 发育。 答案
14、(1)桑椹胚或囊胚 (2)囊胚腔 (3)具有相同的遗传物质 (4)要将内细胞团均等分割， 以免影响胚胎的恢复和进一步发育 一题多变 (1)胚胎分割的理论基础是_。 (2)做 DNA 分析性别鉴定是取自_处的细胞。 答案 (1)细胞具有全能性 (2)滋养层 拓展提升 胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同 项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物 相同点 都属于无性生殖或克隆，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
15、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 胚胎工程的主要技术 体外受精技术 胚胎移植技术 胚胎分割技术 胚胎冷冻保存技术 1表现型不同的母牛生出基因型相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是( ) A试管动物培养 B胚胎移植 C胚胎分割移植 D受精卵移植 答案 C 解析 胚胎分割可以看作动物的无性繁殖或克隆的方法之一，供移植的胚胎来自同一个受精 卵，这样表现型不同的母牛最可能生出基因型相同的小牛。 2可以与获能精子进行体外受精的卵母细胞需要培养到什么时期( ) AM期 BM(中期) C桑椹胚期 D囊胚期 答案 B 解析 卵母细胞培养到
16、 M中期时就可以受精了，因为 M中期卵母细胞细胞核、细胞质已 成熟，而 M期卵母细胞细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育。 3下列过程在胚胎移植中没有必要进行的是( ) A对供体、受体要进行选择 B要用激素对供体进行超数排卵处理 C供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应 D胚胎移植常采用手术法和非手术法两种方法 答案 C 解析 胚胎移植的生理学基础之一表现在：受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排 斥反应，因此在进行胚胎移植时没有必要进行免疫检查。在胚胎移植时应选择有健康体质和 正常繁殖能力的个体作为受体，选择遗传性能和生产性能优秀的个体作为供体。在用激素对 供、
17、受体进行同期发情处理的基础上，还要对供体用促性腺激素进行超数排卵处理，以得到 更多的胚胎。胚胎的移植方法有手术法和非手术法两种。 4下列有关生物工程的叙述，错误的是( ) A进行胚胎移植时，可选用如图所示时期的胚胎 B进行胚胎移植时，该胚胎移植到任何同种动物子宫内都能继续发育 C如图是胚胎发育过程中的囊胚示意图，其中为内细胞团细胞，具有发育的全能性 D胚卵期胚胎中细胞数目和 DNA 总量在不断增加 答案 B 5下图是科学家培育试管转基因牛的过程示意图，据图回答下列问题： (1)过程通常用_处理，可达到超数排卵的目的。 (2)图中 1 是_，2 是_，3 是_。 (3)过程中为保证抗病基因在受精卵中稳定存在并表达，需要先将该基因与_结 合，该过程用到的酶是_。 (4)过程进行时，受体应处于适合的生理状况，此时可利用激素对受体进行_ 处理。过程若要同时产生多个相同的转基因牛通常用到的技术是_。 答案 (1)促性腺激素 (2)透明带 滋养层 内细胞团 (3)载体 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶 (4)同期发情 胚胎分割技术