2.3胚胎工程 课件 人教版生物选择性必修3

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第3节 胚胎工程第2章 细胞工程人教版生物选择性必修三荷斯坦奶牛的快速大量繁殖 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。而自然状态下牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生生育四五次。 胚胎工程的迅猛发展让人们大量繁殖优良家畜品种的愿望，正在实现。 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。 一、胚胎工程的理论基础 胚胎工程的许多技术，实际上是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 1．受精 ⑴定义 精子与卵子结合形成合子（受精卵）的过程。 ⑵场所 在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。 ⑶过程 ①准备阶段1——精子获能 科学研究发现，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”。 一、胚胎工程的理论基础 1．受精 ⑶过程 ②准备阶段2——卵子的准备 卵子一般在排出2~3h后才能被精子穿入。它们都要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。　　③受精阶段 获能后的精子与卵子相遇时，首先它释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触卵细胞膜。 一、胚胎工程的理论基础 1．受精 ③受精阶段 在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。透明带反应：防止多精入卵受精的第一道屏障 精子入卵后，卵细胞膜也会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。进不去了！卵细胞膜反应：防止多精入卵受精的第二道屏障我也进不去了！ 一、胚胎工程的理论基础 1．受精 ③受精阶段 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雄原核。 与此同时，精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核。受精卵桑葚胚囊胚孵化 一、胚胎工程的理论基础 1．受精 ③受精阶段 雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。第一次卵裂即将开始。 2．胚胎早期发育 受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。结合下图尝试说说卵裂有何特点？细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加。 一、胚胎工程的理论基础 2．胚胎早期发育 ⑴桑葚胚 当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚。实验证实，这一阶段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。 ⑵囊胚 胚胎进一步发育，细胞逐渐分化，出现内细胞团。随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔——囊胚腔。 内细胞团将来发育成胎儿的各种组织；而沿透明带内壁扩展和排列的细胞，称为滋养层细胞，它们将来发育成胎膜和胎盘。 ⑶原肠胚 囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。含三胚层及一个原肠腔。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表注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。 讨论1 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 比较而言，马的胚胎在进入子宫时发育程度最高，处于囊胚阶段。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表注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。 讨论2 将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，就选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又怎样处理？ 小鼠应选择至少发育到桑葚胚阶段的胚胎进行移植。为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的牛胚胎进行移植。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。 讨论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，精子能在体外完成获能，获能的精子和培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。 二、胚胎工程技术及其应用 1．体外受精 ⑴试管动物 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。 ⑵哺乳动物体外受精技术步骤1．卵母细胞采集2．卵母细胞成熟培养3．精子的获取4．精子获能处理5．体外受精目的？ 去除精浆以利于精子获能。 二、胚胎工程技术及其应用 1．体外受精 ⑶体外受精技术的意义 体外受精技术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。 2．胚胎移植 ⑴概念 指将通过体外受精及其他方式（如转基因、核移植、体内受精等）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。 提供胚胎的个体为“供体”，接受胚胎的个体叫“受体”。通过任何一项技术技术获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。 二、胚胎工程技术及其应用 2．胚胎移植 ⑵胚胎移植过程——以牛为例 分析右图思考以下问题： 思考1 胚胎移植对供体和受体有何要求？ 供体：遗传性状优良、生产能力强；受体：有健康的体质和正常繁殖能力。 思考2 为何对供体、受体母牛进行同期发情处理？如何处理？ 使它们的生理条件达到同步或一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相似的生理环境。注射雌激素（或孕激素）。 思考3 如何让供体超数排卵？用外源促性腺激素处理。 二、胚胎工程技术及其应用 2．胚胎移植胚胎移植的生理学基础 结合右图，思考与讨论以下问题。 讨论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。在胚胎移植前要对受体进行同期发情处理。 二、胚胎工程技术及其应用 2．胚胎移植胚胎移植的生理学基础 结合右图，思考与讨论以下问题。 讨论2 受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？ 不会。 讨论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？ 与供体保持一致。因为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会发生任何变化。 二、胚胎工程技术及其应用 2．胚胎移植胚胎移植的生理学基础 结合右图，思考与讨论以下问题。 讨论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。因为胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境条件的一致性密切相关。只有供体、受体生理环境条件高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。 二、胚胎工程技术及其应用 2．胚胎移植 小结：胚胎移植 ①两次使用激素：用雌激素（或孕激素）对供、受体母牛进行同期发情处理；用促性腺激素使供体母牛超数排卵。 ②两次检查：对收集的胚胎进行质量检查；对受体母牛是否妊娠进行检查。 进行胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。在这项技术中，供体的主要职能变为产生具有遗传特性的胚胎，繁重而漫长的妊娠和育仔任务由受体取代，这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。 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。 二、胚胎工程技术及其应用 3．胚胎分割 ⑴胚胎分割的基础 早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。 ⑵概念 指采用机械方法将早期胚胎分割成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。 来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。 ⑶主要仪器设备见右图 二、胚胎工程技术及其应用 3．胚胎分割 ⑷胚胎分割的过程牛胚胎性别鉴定和分割示意图 结合上图分析： 1．胚胎分割选用的胚胎有何要求？ 桑葚胚阶段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，是胚胎分割的最佳时期。囊胚阶段的细胞全能性仍然很高，也可用于胚胎分割。 二、胚胎工程技术及其应用 3．胚胎分割 ⑷胚胎分割的过程牛胚胎性别鉴定和分割示意图 结合上图分析： 2．在分割囊胚阶段的胚胎时，为什么内细胞团要均等分割？ 因为内细胞团是发育为胚胎本身的基础细胞。若不能将内细胞团均等分割，会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 二、胚胎工程技术及其应用 3．胚胎分割 ⑷胚胎分割的过程牛胚胎性别鉴定和分割示意图 结合上图分析： 3．进行性别鉴定为什么取滋养层细胞？ 滋养层细胞发育成胎盘和胎膜，不发育成胎儿的组织或器官，不会对胎儿产生影响。 二、胚胎工程技术及其应用 3．胚胎分割 ⑸胚胎分割的意义 胚胎分割技术可以促进优良动物品种的繁殖，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。此外，在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人式控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。胚胎分割动物与体细胞克隆动物的比较课程结束人教版生物选择性必修三