第二章細胞工程第3節

胚胎工程胚胎工程技術及其應用問題探究：1982年世界首例“試管牛”犢問世，我國首例轉基因試管牛“滔滔”于1999年2月19日在上海誕生情景資料1：思考·討論：1.“試管牛”是怎么回事？2.“試管牛”是應用哪些技術生產的？問題探究：1.試管動物技術①試管動物的概念：

試管動物是指通過人工操作使卵細胞在體外受精，培養發育為早期胚胎后，在進行移植產生的個體。②試管動物的產生過程：精子卵子受精卵早期胚胎受體母牛(代孕)個體體外受精早期胚胎發育胚胎移植問題探究：

知識拓展：試管動物克隆動物發育起點生殖方式技術手段遺傳物質遺傳規律受精卵重構胚有性生殖無性生殖體外受精、胚胎移植動物細胞核移植技術、胚胎移植來自2個親代主要來自核供體遵循不遵循比較試管動物和克隆動物試管動物=====克隆動物×一、體外受精1.體外受精技術主要包括：卵母細胞成熟培養成熟卵母細胞精子獲能處理獲能的精子體外受精受精卵雌性哺乳動物雄性哺乳動物卵母細胞的采集精子的獲取a、卵母細胞的采集b、精子的獲取c、（體外）受精卵母細胞的采集1、輸卵管沖取法2、從已屠宰動物卵巢中獲取3、活體采卵摘取卵巢從卵巢中采集卵母細胞超聲波探測儀內窺鏡等從活體動物卵巢中吸取人工培養人工培養利用促性腺激素促使雌性動物排出更多的卵母細胞，從輸卵管中沖取卵母細胞。無需培養，取出的卵母細胞可直接與獲能的精子在體外受精超數排卵精子的獲能與受精03將獲能的精子和培養成熟的卵子置于獲能溶液或專用的受精溶液中共同培養一段時間，來促使它們完成受精02將精子培養在人工配制的獲能液中使其獲能，獲能液的成分因動物的種類不同而有所差異，常見的有效成分有肝素、Ca2+載體等01精液由精子和精漿兩部分組成,精漿中含有一種能抑制精子獲能的物質，精子獲能前進行離心處理，目的是除去精漿以利于精子獲能一、體外受精2.體外受精技術過程：卵巢MⅡ期卵母細胞體外受精精子離心處理新鮮或解凍的精液受精卵培養去除精漿（含有抑制精子獲能的物質），以利于精子獲能(提取純度較高精子)早期胚胎培養的基本條件：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在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程采集培養精子獲能處理將精子培養在人工配制的獲能液（肝素、Ca2＋載體）中使其獲能CO2培養箱一、體外受精

知識拓展：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特點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都是有性生殖發揮母畜的繁殖潛能發揮公畜的優良特征3、意義：①是提高動物繁殖能力的有效措施②為胚胎移植提供可用的胚胎一、胚胎工程技術——體外受精牛、羊：桑葚胚或囊胚階段

試管嬰兒：8個或16個細胞階段注意：通過體外受精獲得的受精卵不能直接植入受體子宮，必須通過體外早期胚胎培養培養倒早期胚胎才能進行胚胎移植不同動物胚胎移植時間不同：二、胚胎移植

是指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的雌性動物體內，使之繼續發育為新個體的技術。1.胚胎移植的概念：①胚胎來源：體外受精及其他方式得到的胚胎體內受精、轉基因技術、動物細胞核移植技術、胚胎分割等②供體和受體供體：提供胚胎的個體遺傳性狀優良，生產能力強產生具有優良遺傳特性的胚胎選擇標準：職能：受體：接受胚胎的個體有健康體質和正常繁殖能力承擔繁重而漫長的妊娠和育仔任務選擇標準：職能：2.胚胎移植的實質：早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。2、過程：優良供體母牛遺傳性狀優良，生產能力強受體母牛有健康體質和正常繁殖能力進行同期發情處理超數排卵處理受體發情注射孕激素或雌激素1.對供體、受體母牛進行同期發情處理的方法和目的是什么？2.對供體母牛進行超數排卵的方法和目的？方法：注射（外源）促性腺激素目的：誘發卵巢排出比自然情況

下更多的成熟卵子方法：注射孕激素或雌激素二、胚胎工程技術——胚胎移植(1)供體、受體的選擇和處理目的：使供體和受體的生理環境達到同步，為供體胚胎移入受體提供相同的生理環境。（這是胚胎移植成功與否的關鍵。）受體對胚胎基本不發生免疫排斥反應！2、過程：優良供體母牛遺傳性狀優良，生產能力強受體母牛有健康體質和正常繁殖能力進行同期發情處理超數排卵處理受體發情注射孕激素或雌激素發情配種或人工授精

超數排卵的母牛發情后，選擇同種優良的公牛進行配種或人工授精。體內受精配種(自然受精)人工授精優良公牛二、胚胎工程技術——胚胎移植(2)配種或人工受精2、過程：優良供體母牛受體母牛進行同期發情處理超數排卵處理受體發情注射孕激素或雌激素發情配種或人工授精收集胚胎

用配制好的沖卵液，借助特制的沖卵裝置，將供體母畜子宮或輸卵管中的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。

3.沖卵沖洗出來的是卵子還是早期胚胎？早期胚胎二、胚胎工程技術——胚胎移植4.為什么早期胚胎可以從供體母畜子宮或輸卵管中沖洗出來？早期胚胎在子宮或輸卵管是游離狀態(3)胚胎的收集優良公牛2、過程：優良供體母牛受體母牛進行同期發情處理超數排卵處理受體發情注射孕激素或雌激素發情配種或人工授精收集胚胎二、胚胎工程技術——胚胎移植并檢查(3)胚胎的檢查、培養或保存

對收集的胚胎進行質量檢查。這時的胚胎應該發育到桑葚胚或囊胚階段。

若沒有發育到適合移植的階段，還要進行胚胎的培養。

將收集的發育到合適階段的可以直接向受體移植或放入-196℃的液氮中保存。優良公牛2、過程：優良供體母牛受體母牛進行同期發情處理超數排卵處理受體發情注射孕激素或雌激素發情配種或人工授精收集胚胎二、胚胎工程技術——胚胎移植并檢查(4)胚胎的移植優良公牛移植胚胎非手術法:將裝有胚胎的移植管送入受體母牛子宮的相應部位，注入胚胎。手術法:引出受體子宮和卵巢,將胚胎注入子宮角,縫合創口。一般選擇桑葚胚或囊胚2、過程：優良供體母牛受體母牛進行同期發情處理超數排卵處理受體發情注射孕激素或雌激素發情配種或人工授精收集胚胎二、胚胎工程技術——胚胎移植并檢查(5)胚胎的移植后的檢查優良公牛移植胚胎具有優良性狀的后代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

每次處理一頭奶牛收集到的胚胎，經移植可產生3-4頭犢牛，每年可處理4-5次。這些后代全是雌性嗎？

不一定，因為是有性生殖的后代，性別不能確定。移植的胚胎在受體內能正常發育并分娩目的：誘發卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。（有健康體質和正常繁殖能力）二、胚胎移植優良供體母牛受體母牛同期發情處理超數排卵處理發情配種或人工授精收集胚胎并檢查優良公牛（遺傳性狀優良，生產能力強）沖卵3.胚胎移植的過程：外源促性腺激素處理桑椹胚或囊胚階段注射雌激素或孕激素使供體和受體的生理環境達到同步或一致，為供體胚胎移入受體提供相同的生理環境。（這是胚胎移植成功與否的關鍵。）受體對胚胎基本不發生免疫排斥反應！目的：從輸卵管或子宮角排出早期胚胎（早期胚胎處于游離狀態，容易收集）（遺傳性狀優良，生產能力強）二、胚胎移植優良供體母牛受體母牛受體發情同期發情處理超數排卵處理發情配種或人工授精胚胎移植收集胚胎并檢查對受體進行妊娠檢查具有優良性狀的后代正常繁殖或兩三個月后進行另一次移植優良公牛（有健康體質和正常繁殖能力）沖卵3.胚胎移植的過程：不同動物胚胎移植時間不同移植的胚胎在受體內能正常發育并分娩二、胚胎移植3.胚胎移植的過程：①

供、受體的選擇和處理②

配種或人工受精③

胚胎的收集、檢查、培養或保存④

胚胎的移植胚胎移植的步驟⑤

移植后的檢查等（遺傳性狀優良，生產能力強）供體母牛（有健康體質和正常繁殖能力）受體母牛多種激素同期發情處理促性腺激素超數排卵供體公牛發情配種或人工受精收集胚胎并檢查胚胎移植妊娠檢查分娩（胚胎移植的犢牛）二、胚胎移植②進行胚胎移植的供體和受體的生理狀態要相同。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；該過程中的兩次檢查：第一次對收集的胚胎進行檢查；胚胎移植成功與否要有兩個條件：①一般應在同種的雌性供體和受體之間進行。課堂小結第二次用于供體的超數排卵（促性腺激素）。第二次對受體母牛是否妊娠進行檢查。

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?胚胎移植的生理學基礎

不一定；一般情況下檢驗合格的胚胎需要移植到同種的、生理狀態相同的受體子宮內，胚胎才能繼續發育。二、胚胎工程技術——胚胎移植結合圖2-23，思考與討論以下問題。

在胚胎移植前要對受體進行同期發情處理，使供體和受體生殖器官的生理變化同步，這樣才能為供體的胚胎移入受體提供相同的生理環境。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。（胚胎在受體內的存活提供了可能）胚胎移植的生理學基礎二、胚胎工程技術——胚胎移植3.胚胎移植后，經受體孕育的后代，其遺傳特性與供體還是受體保持一致?為什么?

胚胎移植后，經受體孕育的后代的遺傳特性與供體保持一致。因為供體胚胎與受體子宮建立的僅是生理和組織上的聯系(提供了營養等方面的保障)。其遺傳物質在孕育過程中不會發生任何變化(保留了供體的遺傳特性)。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。因為胚胎移植的成功率與供體、受體生理環境條件的一致性密切相關。只有供體、受體生理環境條件高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并能繼續發育。所以，我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。結合圖2-23，思考與討論以下問題。4.胚胎移植的生理學基礎生理學基礎意義

哺乳動物發情排卵后，不管是否妊娠，同種動物的供、受體生殖器官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生理環境哺乳動物早期胚胎形成后，在一定時間內不會與母體子宮建立組織上的聯系，而是處于游離狀態為胚胎的收集提供可能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存活提供了可能供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系，但移入受體的供體胚胎的遺傳特性，在孕育過程中不受任何影響（即遺傳物質不會發生改變）為移植后的胚胎繼續發育提供了營養等方面的保障，同時保留了遺傳特性二、胚胎工程技術——胚胎移植一頭牛一胎只產一頭牛犢，一生只生育4、5次。牛的生育率雖然很低，但是一頭母牛一生排出的卵細胞約200個左右，公牛平均每次排出精液5ml,精子數50億。母牛其實是有很強的生殖潛能的，只是沒有激發出來。5.胚胎移植的意義②充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力；③縮短供體繁殖周期，增加一生繁殖后代數量。①對供體施行超數排卵處理后，可獲得多枚胚胎，經移植可得到多個后代,，提高供體的自然繁殖率供體職能：產生具有優良遺傳特性的胚胎承擔繁重而漫長的妊娠和育仔任務受體職能：二、胚胎移植④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。有性生殖無性生殖早期胚胎體外受精體內受精核移植轉入目的基因的受精卵胚胎分割胚胎移植受體子宮孕育個體二、胚胎工程技術——胚胎移植胚胎移植產生后代屬于什么生殖？5.地位：胚胎工程的最終技術環節對點練15.為了加快優良種牛的繁殖速度，科學家采用了以下兩種方法。請根據圖示信息回答下面的問題：(1)試管牛和克隆牛的培育過程中均用到的生物工程技術有_______________________等。(2)用來促進B牛多排卵的激素是_____激素。E牛的性別是__________。動物細胞培養、胚胎移植促性腺雌性或雄性(3)產生F牛的理論依據是________________________，其繁殖方式屬于__________。動物體細胞核具有全能性無性繁殖三、胚胎分割

指采用機械方法（切割針、切割刀）將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。1.胚胎分割的概念：特點：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，胚胎分割可以看做動物無性繁殖或克隆的方法之一。理論基礎：動物胚胎細胞的全能性。顯微操作儀體視顯微鏡2.胚胎分割的設備：分割刀分割針

若分割不均，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。a.選擇發育良好、形態正常的

，移入盛有

的培養皿中；b.在顯微鏡下用

分割，在分割囊胚階段的胚胎時，要注意

___________________________c.分割后的胚胎可

，或

。桑葚胚或囊胚操作液分割針或分割刀直接移植給受體胚胎分割的時期胚胎分割的工具將內細胞團均等分割胚胎分割的注意事項胚胎分割的操作環境分割后胚胎的去向經體外培養后，再移植給受體

桑葚胚或囊胚的內細胞團細胞具有發育的全能性性別鑒定的取樣部位和方法三、胚胎分割3.胚胎分割的過程：

因為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。而滋養層細胞將來發育成胎兒的胎盤和胎膜，只為胚胎提供營養；不發育為胎兒的組織或器官，不會對胎兒產生影響。同時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。

進行DNA分析和性別鑒定,為什么不選內細胞團的細胞呢？而是選取選取滋養層細胞？進行DNA分析的目的是進行遺傳病篩查，以防止產生的后代具有嚴重的遺傳病；進行性別鑒定，是為了人工篩選后代動物的性別。三、胚胎分割3.胚胎分割的過程：三、胚胎分割3.胚胎分割的過程：胚胎分割是不是分割的份數越多，效率越高？分割的次數越多，分割后胚胎成活的概率越小。胚胎分割動態演示不是三、胚胎分割4.胚胎分割的意義：①促進優良動物品種的繁殖。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、動物繁育健康后代具有重要意義。②產生的遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料；5.胚胎分割的局限性：

實踐證明，采用胚胎分割技術產生同卵多胎的可能性是有限的，分割次數越多，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，還存在剛出生動物體重偏低，毛色、斑紋可能存在差異等問題。三、胚胎分割【概念檢測】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，苴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。（

）練習與應用教材P64×××三、胚胎分割【概念檢測】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練習與應用教材P64(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？可以對雌性杜泊羊進行超數排卵處理。(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？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。體外胚胎培養胚胎移植三、胚胎分割【擴展應用】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。練習與應用教材P64(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。

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。三、胚胎分割【擴展應用】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。練習與應用教材P64(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？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。(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？

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。

隨著生物科學技術的發展，動物的生殖方式變得越來越多樣化。下圖是胚胎工程技術研究及應用的相關情況，供體1是良種荷斯坦高產奶牛，供體2是健康的黃牛，請據圖回答下列問題。（1）應用1中獲得的良種小牛，遺傳物質來源于______________個體，性別為______。供體1和供體2雌性

獲能（3）應用3可解決良種動物快速大量繁殖的問題；對囊胚階段的胚胎進行分割時，要注意將__________均等分割，否則將影響分割后胚胎的恢復和進一步發育，如需做性別鑒定，還需從________細胞取樣做DNA分析。內細胞團滋養層復習與提高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。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)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？B淋巴細胞。既能迅速大量增殖，又能產生抗丙肝病毒的抗體。(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？減數分裂Ⅱ中期；獲能處理。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；（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；（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。復習與提高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。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。將FPS酶基因作為目的基因插入農桿菌T-DNA中，用農桿菌轉化法導入青蒿素細胞，整合到青蒿素染色體DNA上，再利用植物組織培養獲得FPS酶基因表達能力強、青蒿素產量高的品種。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。復習與提高3.在