高三生物學(xué)一輪復(fù)習(xí)課件 第5講胚胎工程

第5講

胚胎工程一、胚胎工程的概念

指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。工程實質(zhì)在體外條件下,對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)1、受精指精子和卵子結(jié)合形成合子(即受精卵)的過程（1）概念：（2）場所：輸卵管細胞膜的功能：進行細胞間信息交流細胞膜的結(jié)構(gòu)特點：具有一定的流動性（3）過程準(zhǔn)備階段受精階段準(zhǔn)備階段1：精子獲能準(zhǔn)備階段2：卵子的準(zhǔn)備實質(zhì)：精子的雄原核和卵細胞的雌原核融合二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)剛剛排出的精子_________與卵子受精，必須在_________________發(fā)生_______________后，才能獲得受精能力，這一生理現(xiàn)象稱為“精子獲能”①準(zhǔn)備階段1：精子獲能a.概念：雌性動物的生殖道相應(yīng)的生理變化不能立即1、受精（3）過程直接利用_________________使精子獲能b.精子獲能的方法(P56相關(guān)信息)：將精子培養(yǎng)在________________中使其獲能雌性動物的生殖道人工配制的獲能液動物種類不同成分有差異，常見有效成分有肝素、Ca2+載體等頭頸線粒體鞘尾頂體（高爾基體）（細胞核）（中心體）變形

細胞核——細胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復(fù)制的場所，參與精卵結(jié)合，是后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心

線粒體——精子進行有氧呼吸產(chǎn)生能量的主要場所,精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘,可以為精子的運動提供能量,使其能夠到達卵子處完成受精Q:精細胞變成精子的過程中，細胞中很多結(jié)構(gòu)會消失，為什么細胞核和線粒體都保留下來？二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)1、受精（3）過程①準(zhǔn)備階段2：卵子的準(zhǔn)備a.卵子成熟的場所：排出的卵子都要在

進一步成熟輸卵管內(nèi)卵子一般排出2-3小時后才能被精子穿入，不同動物排出的卵子成熟程度不同。有的是初級卵母細胞，如馬、犬等;有的可能是次級卵母細胞，如豬、羊等。b.卵子具備與精子受精能力的時期：MⅡ期注意：排卵是指卵子從卵泡中排出，而不是卵泡從卵巢中排出。具體的說排出的卵子是初級卵母細胞或次級卵母細胞。正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。

剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成減數(shù)分裂Ⅰ，需要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，直到減數(shù)分裂Ⅱ中期才能具備與精子結(jié)合的能力。借助自身的運動二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)1、受精（3）過程②受精階段防止多精入卵受精的二道屏障：透明帶反應(yīng)、卵細胞膜反應(yīng)。其意義是保證受精卵中遺傳物質(zhì)與親代體細胞一致，從而保證遺傳的穩(wěn)定性。透明帶：非生物膜①②③兩個極體雌雄原核受精的標(biāo)志④雌雄原核形成：精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜，最后形成比原來精子的核還大的核——雄原核。同時卵子完成減數(shù)分裂II，排出第二極體后，形成雌原核。多數(shù)哺乳動物的第一極體不進行減數(shù)分裂II，因而不會形成兩個第二極體②受精階段受精的標(biāo)志：觀察到兩個極體或雌、雄原核受精完成的標(biāo)志：雌、雄原核融合形成合子⑤合子形成：雄雌原核充分發(fā)育后，相向移動，彼此靠近，核膜消失。這個含有兩個染色體組的合子，就是受精卵，受精過程結(jié)束后，受精卵的發(fā)育也就開始了。二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)1、受精（3）過程合子——個體發(fā)育的起點。二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)2、胚胎早期發(fā)育（1）場所：胚胎發(fā)育的起點是受精卵，受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進行有絲分裂，開始發(fā)育。胚胎早期發(fā)育至原腸胚過程圖輸卵管和子宮即胚胎發(fā)育的最初場所是在輸卵管，以后逐步向子宮移動，最后在子宮內(nèi)著床，直至發(fā)育成為成熟的胎兒。（2）過程：原腸胚桑葚胚8細胞4細胞2細胞受精卵囊胚透明帶內(nèi)細胞團囊胚腔滋養(yǎng)層受精卵桑葚胚囊胚原腸胚卵裂二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)2、胚胎早期發(fā)育受

精

卵桑

葚

胚卵裂①卵裂（期）a.概念：胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進行分裂，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。透明帶內(nèi)有絲分裂b.位于：c.分裂方式：d.特點：細胞數(shù)量不斷

，胚胎總體積_________，有機物總量______并不增加增加8細胞4細胞2細胞受精卵桑葚胚透明帶減少（2）過程：二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)2、胚胎早期發(fā)育核質(zhì)比變大【問題探究】請分析胚胎早期發(fā)育的卵裂期時，胚胎中細胞或物質(zhì)的變化規(guī)律，完成下表：項目變化細胞數(shù)目每個細胞體積胚胎總體積DNA總量單個細胞DNA量有機物總量有機物種類增多減小增多減少8細胞4細胞2細胞受精卵桑葚胚增多不變不變受

精

卵桑

葚

胚卵裂②桑葚胚a.概念：當(dāng)卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。b.特點:這一階段及之前的每一個細胞均未分化，都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細胞(胚胎干細胞)（2）過程：二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)2、胚胎早期發(fā)育受

精

卵桑

葚

胚囊

胚卵裂③囊胚a.特點：細胞開始逐漸出現(xiàn)分化內(nèi)細胞團：（可提取進行胎兒的各種鑒定）b.結(jié)構(gòu)：（2）過程：二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)2、胚胎早期發(fā)育滋養(yǎng)層細胞：囊胚腔：發(fā)育成胎兒的各種組織沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列，將來發(fā)育成胎膜和胎盤胚胎內(nèi)部含有液體的腔。（內(nèi)細胞團具有全能性）受

精

卵桑

葚

胚囊

胚卵裂③囊胚（2）過程：二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)2、胚胎早期發(fā)育孵化：囊胚進一步擴大會導(dǎo)致透明帶破裂破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無法繼續(xù)發(fā)育。桑葚胚時期以前不需要從外界獲取營養(yǎng)物質(zhì)，所需營養(yǎng)主要來自卵黃；囊胚期的滋養(yǎng)層細胞從外界吸收營養(yǎng)物質(zhì)，使胚胎繼續(xù)發(fā)育。受

精

卵桑

葚

胚囊

胚原

腸

胚卵裂④原腸胚囊胚孵化后，將發(fā)育形成原腸胚外胚層:原腸胚表面的細胞層。內(nèi)胚層:向內(nèi)遷移的細胞形成。中胚層:隨著發(fā)育的進行，一部分細胞還會在內(nèi)、外兩個胚層之間形成。原腸腔這三個胚層將逐漸分化形成各種組織、器官等，最終形成胎兒。（2）過程：二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)2、胚胎早期發(fā)育結(jié)構(gòu)：二、胚胎工程的理論基礎(chǔ)注意：高等動物的個體發(fā)育過程及關(guān)鍵點：(1)高等動物的個體發(fā)育過程包括胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育，胚胎發(fā)育的起點是受精卵，終點是成熟的胎兒;胎兒出生后的發(fā)育過程屬于胚后發(fā)育。因此,高等動物個體發(fā)育的起點是受精卵，終點是性成熟的個體。(2)受精卵是新生命的第一個細胞，其全能性最高。動物細胞全能性隨分化程度的提高而越來越難以表現(xiàn)。

不同動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關(guān)問題(注：馬牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間)動物種類受精卵發(fā)育/h進入子宮時發(fā)育天數(shù)和發(fā)育階段2細胞4細胞8細胞16細胞桑葚胚天發(fā)育階段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚山羊24~3848~607272~9696~120410~16細胞綿羊36~38424867~72963~416細胞豬21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6細胞馬2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16細胞精原細胞卵原細胞減數(shù)分裂變形減數(shù)分裂精

子卵母細胞受精作用受精卵桑葚胚囊胚原腸胚卵裂準(zhǔn)備階段受精階段早期胚胎發(fā)育階段包括：精子獲能和卵子的準(zhǔn)備精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)、卵細胞膜，精子入卵，形成雌雄原核并融合細胞分裂、分化雌性輸卵管雌性輸卵管和子宮受精小結(jié)：哺乳動物體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育規(guī)律√考向1胚胎發(fā)育過程1．(2024·山東煙臺模擬)下圖為受精作用及早期胚胎發(fā)育示意圖，下列敘述錯誤的是(

)

A．①過程需依賴細胞表面糖蛋白識別B．②過程通過有絲分裂方式增殖C．③過程細胞的核質(zhì)比逐漸變小D．④過程細胞的基因表達發(fā)生了差異√2.高等哺乳動物受精后不久，受精卵開始進行細胞分裂。經(jīng)桑葚胚、囊胚、原腸胚和組織器官的分化，最后發(fā)育成一個完整的幼體。如圖是胚胎發(fā)育過程中某階段示意圖，有關(guān)敘述錯誤的是(

)A．此時期之后的時期，表層細胞將發(fā)育為外胚層，向內(nèi)遷移的細胞形成內(nèi)胚層，細胞增多，發(fā)生孵化過程B．進行胚胎分割時，應(yīng)選擇該時期的內(nèi)細胞團進行均等分割C．①②依次為滋養(yǎng)層、內(nèi)細胞團D．高等哺乳動物細胞分化開始于囊胚期，終止于生命結(jié)束三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用目前在醫(yī)學(xué)和生產(chǎn)上應(yīng)用較多的是___________________等。體外受精、胚胎移植和胚胎分割胚胎工程技術(shù)：1、體外受精：(1)體外受精技術(shù)：主要包括卵母細胞的采集、____________和______等步驟。精子的獲取受精三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用1、體外受精：目的：以利于精子獲能(提取純度較高精子)體外受精：獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫^程胚胎早期培養(yǎng)的基本條件:營養(yǎng)條件、環(huán)境條件是無菌、無毒的環(huán)境、適宜的溫度、pH和滲透壓、適宜的氣體環(huán)境（即動物細胞培養(yǎng)的條件）(2)過程：三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用1、體外受精：(3)體外受精的意義：體外受精技術(shù)是提高動物繁殖能力的有效措施，還可以為胚胎移植提供可用的________。胚胎[易錯提醒]體外受精技術(shù)并非胚胎自始至終都在體外發(fā)育，而是胚胎發(fā)育的初期在培養(yǎng)皿或試管中，培養(yǎng)一段時間后需移植到母體內(nèi)繼續(xù)發(fā)育。項目自然受精人工授精體外受精不同點過程不同雌、雄動物交配完成用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內(nèi)，完成受精人工獲取精子、卵子，在體外培養(yǎng)液中完成受精過程場所不同雌性動物輸卵管中雌性動物輸卵管中體外培養(yǎng)液中相同點①都需在精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程；②都是有性生殖三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：（4）拓展——自然受精、人工授精和體外受精的異同點三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：①對象：通過體外受精及其他方式得到的________。②條件：________、______________相同的其他雌性動物。③供體：在胚胎移植中__________________的個體。④受體：在胚胎移植中__________________的個體。⑤結(jié)果：發(fā)育為新個體⑥地位：胚胎工程的最后一道“工序”⑦實質(zhì)：早期胚胎在相同生理環(huán)境下空間位置的轉(zhuǎn)移，而胚胎本身的遺傳物質(zhì)并不發(fā)生改變，因此各種性狀保持不變。胚胎同種的生理狀態(tài)提供胚胎接受胚胎轉(zhuǎn)基因、核移植等(1)概念辨析：三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：（2）步驟：供體受體a.包括_____、_____的選擇和處理，b.配種或人工授精c.胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)和保存d.胚胎的移植，以及移植后的檢查等步驟①供、受體選擇標(biāo)準(zhǔn)是什么？②供、受體的處理？優(yōu)良供體母牛受體母牛超數(shù)排卵處理三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(3)過程：a.對供體、受體的選擇和處理：供體：遺傳性狀優(yōu)良，生產(chǎn)能力強受體：有健康體質(zhì)和正常繁殖能力同期發(fā)情處理供體、受體：同期發(fā)情處理供體：超數(shù)排卵處理胚胎移植前③同期發(fā)情處理的概念：優(yōu)良供體母牛受體母牛超數(shù)排卵處理三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(3)過程：a.對供體、受體的選擇和處理：同期發(fā)情處理利用某些激素(孕激素)人為地控制并調(diào)整一群母畜發(fā)情周期的進程，使之在預(yù)定時間內(nèi)集中發(fā)情。④同期發(fā)情處理的目的：使供、受體處于相同的生理環(huán)境，為供體胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境（這是胚胎移植成功與否的關(guān)鍵)⑤超數(shù)排卵的方法：優(yōu)良供體母牛受體母牛超數(shù)排卵處理三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(3)過程：a.對供體、受體的選擇和處理：同期發(fā)情處理注射外源促性腺激素誘發(fā)卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。⑥發(fā)情配種或人工受精：方法：選擇同種生產(chǎn)性能優(yōu)秀的公牛進行發(fā)情配種或?qū)δ概＿M行人工授精優(yōu)良公牛b.發(fā)情配種或人工授精⑦胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存：優(yōu)良供體母牛受體母牛優(yōu)良公牛超數(shù)排卵處理b.發(fā)情配種或人工授精c.收集胚胎并檢查三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(3)過程：a.對供體、受體的選擇和處理：同期發(fā)情處理沖卵沖卵的目的:排出早期胚胎用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來(沖卵);沖卵后對胚胎進行質(zhì)量檢查、培養(yǎng)，胚胎應(yīng)發(fā)育到桑葚胚或囊胚階段需長期保存的胚胎需冷凍保存；普通溫度時移植較佳，鮮胚胎在體外培養(yǎng)4-8h優(yōu)良供體母牛受體母牛優(yōu)良公牛超數(shù)排卵處理b.發(fā)情配種或人工授精c.收集胚胎并檢查受體發(fā)情d.移植胚胎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具有優(yōu)良性狀的后代同期發(fā)情處理三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(3)過程：沖卵⑧胚胎移植：精子和卵子受精形成受精卵后需要發(fā)育到早期胚胎（桑葚胚或囊胚）才能移入母體子宮。a.對供體、受體的選擇和處理：第一次是對收集的胚胎進行質(zhì)量檢查，第二次是對受體母畜是否妊娠進行檢查。⑨兩次檢查的目的：優(yōu)良供體母牛受體母牛優(yōu)良公牛超數(shù)排卵處理發(fā)情配種或人工授精收集胚胎并檢查受體發(fā)情移植胚胎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具有優(yōu)良性狀的后代同期發(fā)情處理⑩受體會不會對來自供體的胚胎發(fā)生免疫排斥反應(yīng)？?產(chǎn)下犢牛性狀取決于供體?受體？?該圖操作中繁殖方式？不會取決于供體母牛和公牛有性生殖三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(3)過程：為胚胎繼續(xù)發(fā)育提供了營養(yǎng)等方面的保障三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(4)胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)：三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：(5)意義：充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力；縮短供體繁殖周期,增加一生繁殖后代數(shù)量。供體職能產(chǎn)生具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎承擔(dān)繁重而漫長的妊娠和育仔任務(wù)受體職能三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用2、胚胎移植：（6）胚胎移植的三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)?。∮糜谝浦驳脑缙谂咛ゲ灰欢ㄊ怯墒芫寻l(fā)育而來。如核移植的早期胚胎由重構(gòu)胚發(fā)育而來③胚胎移植的供體和受體必須是同種生物，同一物種的動物才有可能具有相同的生理特征。①移植胚胎必須在原腸胚之前進行，但不能直接移植受精卵。②移植胚胎的來源及生殖方式三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用3、胚胎分割：(1)概念：采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，因此胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一(2)基礎(chǔ)：三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用3、胚胎分割：(3)主要儀器設(shè)備：體視顯微鏡和顯微操作儀(4)操作程序：若分割囊胚階段的胚胎時，要將內(nèi)細胞團均等分割。對于不同發(fā)育階段的胚胎，分割的具體操作不完全相同。三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用3、胚胎分割：進行DNA分析的目的是進行遺傳病篩查，以防止產(chǎn)生的后代具有嚴(yán)重的遺傳??；進行性別鑒定，是為了人工篩選后代動物的性別。(4)操作程序：三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用3、胚胎分割：(5)特點：后代遺傳性狀相同。(6)注意：盡管胚胎分割技術(shù)已經(jīng)在多種動物中取得成功，但仍存在一些問題，如剛出生的動物體重偏低，毛色和斑紋可能存在差異等。實踐證明，采用胚胎分割技術(shù)產(chǎn)生同卵多胚的可能性是有限的，分割次數(shù)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，這成為提高家畜胚胎利用率的手段之一。三、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用3、胚胎分割：(7)意義：①可以促進優(yōu)良動物品種的繁殖②產(chǎn)生的遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學(xué)研究的寶貴材料③在胚胎移植前，進行性別鑒定、遺傳病篩查等，對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代有重要意義。提高胚胎的利用率

通過人工操作使卵子在體外受精，經(jīng)培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后，再進行移植產(chǎn)生的個體體外受精早期胚胎發(fā)育受體母牛(代孕)精子卵子胚胎移植受精卵早期胚胎試管牛胚胎移植體外受精早期胚胎培養(yǎng)【試管動物】：有性生殖生殖方式：試管牛

≠

克隆牛體外體內(nèi)克隆動物、試管動物與轉(zhuǎn)基因動物的培育過程比較比較項目克隆動物試管動物轉(zhuǎn)基因動物實例多莉羊試管牛轉(zhuǎn)基因羊概念用核移植的方法獲得的動物用體外受精的方法獲得的動物由被轉(zhuǎn)入了目的基因的受精卵發(fā)育成的動物生殖方式有性生殖無性生殖有性生殖比較項目克隆動物試管動物轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)核移植體外受精基因工程遺傳特性主要與供核個體相同具備雙親的遺傳性狀具備受精卵及被轉(zhuǎn)入的目的基因兩方的遺傳性狀過程如圖甲所示如圖乙所示如圖丙所示相同點三者均涉及體外胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等技術(shù)，且移植所選胚胎一般是桑葚胚或囊胚期的胚胎比較項目克隆動物試管動物轉(zhuǎn)基因動物

圖甲圖乙圖丙發(fā)育起點：分別是重構(gòu)胚、受精卵、受精卵（1）若要對囊胚期的早期胚胎進行性別鑒定，可取該時期的

細胞，分子水平的檢測利用的是

技術(shù)，若出現(xiàn)陽性反應(yīng)者，則胚胎為

性（填性別）；細胞水平的檢測是

。（2）通過早期胚胎培養(yǎng)處于桑椹胚或囊胚階段的胚胎，可以采用

技術(shù)，培育得到多頭相同性狀的個體（3）生殖方式：克隆動物為

，試管動物技術(shù)為

,胚胎分割為

。滋養(yǎng)層DNA分子雜交雄用顯微鏡觀察染色體的形態(tài)和數(shù)目胚胎分割和胚胎移植無性生殖有性生殖無性生殖1．(2022·高考全國卷甲)某牧場引進一只產(chǎn)肉性能優(yōu)異的良種公羊，為了在短時間內(nèi)獲得具有該公羊優(yōu)良性狀的大量后代，該牧場利用胚胎工程技術(shù)進行了