第二节 胚胎工程 情境导入 课程目标 1 . 描述体外受精和胚胎体外培养。 2 . 简述胚胎移植和胚胎分割。 3 . 说出胚胎干细胞的培养和胚胎干细胞核移植。 4 . 举例说出胚胎工程的应用。 5 . 搜集胚胎干细胞研究进展的资料。 一 二 三 四 一、体外受精和胚胎体外培养 1 . 体外受精 ( 1 ) 概念 : 采集雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子 , 使其在 试管 中受精。 ( 2 ) 过程。 精子的收集和获能 从附睾中取出成熟的精子 , 放入培养液中培养 , 使其达到 获能 状态。 卵母细胞的收集和培养 从卵巢中获得未成熟的卵细胞 , 最常用的方法是用促性腺激素处理卵巢使其 超数排卵 后 , 插入穿刺针吸取卵泡液 ,取出卵母细胞 , 在体外进行人工培养 , 促进其成熟。 获能的精子和成熟后的卵细胞在体外合适的环境下共同培养一段时间 , 便可 受精 。 2 . 胚胎体外培养 ( 1 ) 概念 : 应用人工创造的环境 , 对获取的 早期胚胎 进行体外培养。 ( 2 ) 特点 : 必须配制一系列含有 不同成分 的培养液 , 用以培养不同发育时期的胚胎。 一 二 三 四 二、胚胎移植 1 . 概念 : 也称 “ 借腹怀胎 ” , 指将经济价值较高、遗传性状 优良 的母畜 , 经过激素处理 , 使其超数排卵后受精 , 然后将发育的早期胚胎分别移植到 同期发情 的代孕母的子宫内 , 通过代孕母妊娠产仔的技术。 2 . 基本过程 : 一头母畜 ( 供体 ) 发情排卵并经 配种 后 , 在一定时间内从其生殖器官中 ( 输卵管和子宫角 ) 取出 早期胚胎 , 然后把它们分别移植到另外一头与供体同时发情排卵、但未经配种的母畜 ( 受体 ) 的相应部位 ( 输卵管 或子宫角 ) 。这个来自供体的胚胎能够在受体的子宫着床、并继续生长发育 ,最后产下供体的后代。 3 . 优点 : 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 ( 1 ) 供体的职能 : 专门产生具有优良遗传特性的胚胎。 ( 2 ) 受体的职能 : 担任繁重而漫长的妊娠和育仔的任务。 一 二 三 四 三、胚胎分割 1 . 概念 : 指借助 显微操作 技术将早期胚胎切割成几等份 , 再移植到代孕母子宫中发育 , 产生 同卵多仔 后代的技术。 2 . 基本过程 ( 1 ) 将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿中 , 在显微镜下用 切割针 或切割刀把胚胎 ( 桑椹胚或囊胚 ) 分割开 , 或者采用 酶处理 等方式将卵裂球中的细胞分散开。 ( 2 ) 分割的胚胎或细胞 直接 移植给受体 , 或在体外培养到 囊胚 阶段 , 再移植到受体子宫内 , 着床发育产仔。 3 . 优势 : 可成倍增加胚胎数量 , 是一种 快速繁殖 良种畜的方法。 一 二 三 四 四、胚胎干细胞 1 . 概念 : 当受精卵分裂发育成早期胚胎 ( 囊胚 ) 时 , 内细胞团的细胞为胚胎干细胞。 2 . 特点 : 未分化 , 具有 发育全能性 和二倍体核型 , 可被诱导分化为多种细胞、组织。 3 . 培养过程 ( 1 ) 将早期胚胎转入培养液中培养在饲养层上 , 饲养层细胞一般是 胚胎成纤维细胞 。 ( 2 ) 待内细胞团突出饲养层外 , 用 酶消化 或机械剥离内细胞团。 ( 3 ) 将内细胞团用酶消化成单个细胞 , 可以加饲养层细胞培养 , 继续抑制分化并自我增殖出胚胎干细胞 ; 或者不加饲养层细胞培养 , 按需诱导分化。 4 . 培养胚胎干细胞的关键 : 具备一种必须能促进胚胎干细胞 生长 , 同时抑制其 分化 的培养体系。 5 . 胚胎干细胞核移植 : 胚胎干细胞核移植是指把胚胎干细胞核移植到去核的 卵细胞 中 , 经过胚激活、胚胎培养、 胚胎移植 后直接由受体完成克隆动物的技术。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 探究点一 体外受精和胚胎体外培养 问题导引体外受精技术俗称 “ 试管婴儿 ” , 目前是世界上最广泛采用的生殖辅助技术。试管婴儿是在试管里完成胚胎发育的婴儿吗 ? 提示 : “ 试管婴儿 ” 并不是真正在试管里完成胚胎发育的婴儿 ,而是在试管里完成受精过程。受精形成的受精卵需经早期的发育培养 ,移入子宫中进一步发育 , 最后经分娩得到 “ 试管婴儿 ” 。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 名师精讲( 一 ) 体外受精 1 . 概念 : 采集雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子 , 使其在试管中受精。 2 . 过程 ( 1 ) 精子的获能 : 取成熟的精子 , 放入培养液培养 , 使之达到获能状态。 ( 2 ) 采集成熟的卵细胞 : 首先从卵巢中获得未成熟的卵细胞 , 最常用的方法是卵巢经超数排卵处理后 , 使用超声监视器确定卵泡的位置 , 插入穿刺针吸取卵泡液 , 取出卵母细胞 , 在体外人工培养 , 促进其成熟。 ( 3 ) 获能的精子和成熟的卵细胞在体外合适的环境下共同培养 , 完成受精作用。 注意 : 刚排出的精子虽有运动能力 , 但不能穿过卵子的放射冠和透明带 ,只有接受雌性生殖道的分泌物 ( 获能因子 ) 才具有受精能力。精子在雌性生殖道内的停留 , 可引起精子发生生理生化改变 , 从而获得受精能力 , 称为精子获能。在人工条件下一般是进行精子培养 , 为精子提供必要的理化 条件 , 使其获能。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 ( 二 ) 胚胎体外培养 1 . 概念 : 指应用人工创造的环境 , 对获取的早期胚胎进行体外培养。 2 . 胚胎体外培养对培养液的要求 由于胚胎不同发育时期的生理代谢需求不同 , 进行胚胎体外培养时 , 必须配制一系列含有不同成分的培养液 , 用以培养不同发育时期的胚胎。培养液的主要成分有 : 水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等。 3 . 由于哺乳动物胚胎发育条件异常复杂 , 胚胎培养比细胞培养困难得多。 4 . 现有的技术只能对少数物种不同阶段的胚胎进行培养 , 还未有从受精卵到新生儿的全体外胚胎培养技术。 注意 : 胚胎体外培养的实质是动物细胞培养 , 只不过培养的是全能性细胞 , 可以发育为个体。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 ( 三 ) 体外受精和胚胎体外培养完成 “ 试管动物的培养 ” 属于有性生殖 试管牛培育流程图 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 注意 : 动物用促性腺激素处理可以使卵巢超数排卵。 受精卵一定要经过胚胎体外培养才能移植。 “ 试管婴儿 ( 动物 ) ” 并不是从试管中出生的。由于没有任何一个科学家可以在实验室中模拟哺乳动物的子宫条件 , 所以 , 哺乳动物培育到早期胚胎 ( 一般是囊胚期 ), 必须移植到代孕母体的子宫中。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 【例题 1 】 下列关于牛体外受精胚胎的工厂化生产的叙述 , 正确的是( ) A. 精子和卵子受精后即可移入母牛子宫 B. 采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液才能形成受精卵 C. 成熟卵子与收集来的精子相遇形成的受精卵 , 需培养到一定阶段才可移植 D. 体外受精胚胎的工厂化生产即受精过程和胚胎发育只需在体外进行 解析 : 牛的成熟卵细胞与精子在体外受精形成胚胎后 ,不能立即移植 , 而需将胚胎置于适宜的培养液培养至适宜阶段才能移植入子宫 ,否则难以成活。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 变式训练 1 下列有关超数排卵的做法 , 正确的是( ) A. 口服促性腺激素 B. 注射促性腺激素 C. 口服或注射促性腺激素 D. 以上方法均不正确 解析 : 促性腺激素的化学成分是多肽 ,只可注射 ,不能口服 , 若口服则会被消化酶消化失去生理作用。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 探究点二胚胎移植 问题导引加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植到我国黄牛体内 , 生出了荷斯坦奶牛。那它能否移植到山羊体内呢 ? 提示 : 胚胎移植应在同种的雌性供体和受体之间进行。这是因为 ,同种动物之间的生理特征相近 ,进行胚胎移植易于成功。在这里同 “ 种 ” 是指相同“ 物种 ” 。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 名师精讲 1 . 概念 : 也称 “ 借腹怀胎 ” , 指将经济价值较高、遗传性状优良的母畜 , 经过激素处理 , 使其超数排卵后受精 , 然后将发育的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫内 , 通过代孕母妊娠产仔的技术。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 2 . 胚胎移植的过程 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 3 . 胚胎移植成功的两个条件 ( 1 ) 胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。 ( 2 ) 进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。 4 . 胚胎移植的意义 ( 1 ) 加速育种工作和品种改良。 ( 2 ) 大量节省购买种畜的费用。 ( 3 ) 保存品种资源和濒危物种。 ( 4 ) 可充分发挥优良个体的繁殖潜能 , 缩短繁殖周期 , 增加一生繁殖的后代数量。 5 . 胚胎移植的时期 : 移植的最适宜时期是发育到 8 细胞以上的胚胎。 注意 : 同期发情技术主要是借助外源激素 ( 性腺激素 ) 刺激供体和受体的卵巢 , 使母畜的卵巢生理机能都处于相同阶段 , 从而达到同期发情。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 【例题 2 】 下列过程在胚胎移植中不必进行的是 ( ) A. 要对供体、受体进行选择 B. 常用激素处理使供体超数排卵 C. 胚胎移植常采用手术法和非手术法两种方法 D. 供体和受体要进行免疫检查 , 防止发生免疫排斥反应 解析 : 胚胎移植的生理学基础是 :( 1 ) 供体和受体相同的生理环境 ;( 2 ) 早期胚胎处于游离状态 , 为胚胎的收集提供了可能 ;( 3 ) 受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥 ;( 4 ) 胚胎与受体建立正常的联系 ,但遗传物质没有改变。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 变式训练 2 在胚胎移植中 , 供体的主要职能是 ( ) A. 提供优良的基因 B. 提供具有优良遗传特性的胚胎 C. 提供卵细胞 D. 提供胚胎发育环境 解析 : 在胚胎移植中 , 供体指的是能够提供具有优良遗传特性的胚胎的亲代个体 , 而受体指的是接受移植胚胎并提供良好胚胎发育环境的雌性个体。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 探究点三胚胎分割 问题导引胚胎分割是借助显微操作技术把早期胚胎切割成 2 等份、 4 等份等再移植给受体母畜 , 从而获得同卵双胎或多胎的生物学新技术。为什么说胚胎分割技术也是动物克隆的方法之一 ? 提示 : 生物的无性繁殖方式统称为克隆。就胚胎分割技术本身而言 , 是将同一胚胎分割成几部分 , 借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代 ,是一种无性繁殖的方式 , 因此 , 也属于动物克隆的一种方法。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点四 名师精讲1 . 概念 : 指借助显微操作技术 ( 采用机械方法 ) 将早期胚胎切割成几等份 ,再移植到代孕母子宫中发育 , 产生同卵多仔后代的技术。 2 . 优势 : 可成倍增加胚胎数量 , 可以快速繁殖良种畜。 3 . 特点 : 后代具有相同的遗传物质。