2018_2019高中生物第2章胚胎工程2.2胚胎工程实验技术课件北师大版选修3.ppt

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1、第2节 胚胎工程实验技术,1.说出胚胎工程的概念。 2.记住胚胎移植和胚胎分割的主要操作步骤。 3.简述胚胎移植和胚胎分割在家畜快速繁殖中的重要意义。 4.关注胚胎干细胞技术及其应用。,一,二,三,四,五,一、胚胎工程的概念 胚胎工程通常指各种胚胎操作技术,其研究对象主要限定于 高等脊椎动物,特别是哺乳动物,研究内容的重点有超数排卵、 体外授精、胚胎培养、胚胎保存、胚胎移植、胚胎分割、基因操作、细胞核移植等。,一,二,三,四,五,二、人工授精和胚胎体外培养 胚胎工程的核心技术是胚胎体外培养。 1.人工授精 (1)精子的获取:常用人工采集的方式采集精液。采集的精液通常需要加入特殊的稀释液,并在低

2、温下保存。 (2)卵细胞的获取:方法为超数排卵,即人为注射外源促性腺激素,促使卵巢排出较正常情况下更多的成熟卵细胞。采卵技术有 手术采卵(冲洗输卵管采卵)和非手术采卵(子宫冲卵)两种方法。 (3)体外授精过程中至关重要的一个环节是在体外条件下,利用化学药物(咖啡因、肝素等)使精子达到获能状态,这样才能够穿入到卵细胞内部。,一,二,三,四,五,思考： 体外授精时,精子与卵细胞需怎样处理才有受精能力? 提示:精子要获能处理,卵细胞要培养成熟,即培养至减数分裂中期,才具有受精能力。,一,二,三,四,五,2.胚胎体外培养:应用人工创造的环境,对获取的早期胚胎进行体外培养。,一,二,三,四,五,三、胚胎

3、移植技术 1.概念 胚胎移植技术是指从经济价值较高、遗传性状优秀的母畜体内获取经过激素处理超数排卵受精发育的胚胎,移植到同期发情的代孕母的子宫内,经过妊娠产仔的技术。简单地说就是“借腹怀胎”。 2.胚胎移植前的准备 胚胎移植前的准备包括胚胎的采集、供体和受体动物的准备以及胚胎的保存。 (1)胚胎的来源:一种是采用超数排卵技术,以增加可用卵的数量;另一种是利用体外授精技术培育胚胎。 (2)胚胎采集的方法:小型动物一般采用手术法;大型动物一般采用非手术法。,一,二,三,四,五,(3)供体的选择:供体应先从那些遗传性能优良而稳定的健康母畜中选择,然后再根据营养情况、繁殖力、年龄、发情周期、对超数排卵

4、的反应及自然排卵是否正常等指标来进一步选择理想的供体群,并建立严格的供体档案。 (4)受体的选择:原则上选择那些生产性能较低,数量较多、健康无病、发情周期正常的适龄母畜作为移植受体。 (5)发情同步化:只有当供给胚胎的母畜和接受胚胎的母畜的生殖器官处于相同的生理状态下,胚胎移植才有可能成功。 (6)胚胎的保存:指在一定条件下使胚胎停止发育并保持重新恢复发育活性的一种方法。胚胎在培养液中05 下只能暂时保存,若要长期保存,必须将胎胚冷冻在液氮(-196 )中。,一,二,三,四,五,3.胚胎移植的实施 一般中小型的动物都采用手术法,即经消毒后切开腹中线,取出子宫和输卵管,将胚胎移至适当的位置后,将

5、子宫、输卵管等放回腹腔,缝合肌肉层和皮肤,并经消毒处理。对于大型动物一般采用非手术法,即采用特殊器械进行移植。 思考： 用流程图形式写出胚胎移植的基本程序。 提示:,一,二,三,四,五,4.胚胎移植技术的应用 人工授精技术使优秀公畜的遗传潜力得到最大限度的发挥,而胚胎移植技术可使优良公、母畜的繁殖潜力都得以充分发挥。胚胎移植的应用主要表现为: (1)充分发挥优良母畜的繁殖潜力,迅速扩大优良种群; (2)保存品种资源,建立优良种质资源基因库; (3)代替优良种畜的引进。,一,二,三,四,五,四、胚胎分割技术 1.概念 胚胎分割技术是把一个胚胎的细胞分成两组或多组,经过短暂培养使其修复、发育后,再

6、一同或分别移植到不同的代孕母中妊娠并产生多胎的技术,又称做人工同卵多胎技术。,一,二,三,四,五,2.胚胎分割的程序 (1)切割器具的准备:胚胎分割需要的器械有体视显微镜、 倒置显微镜、显微操作仪、胚胎固定管和分割针。 (2)胚胎的预处理:为了减少切割的损伤,胚胎在切割前一般用 链霉蛋白酶进行短时间处理,使透明带软化并变薄或去除透明带。 (3)胚胎的分割:在进行胚胎切割时,先将发育良好的胚胎移入含有操作液的培养皿中,然后在显微镜下用切割针或切割刀把胚胎一分为二。 ,一,二,三,四,五,(4)分割胚的培养:为提高半胚移植的妊娠率和胚胎利用率,分割后的半胚需放入空透明带中,或者用琼脂包埋移入中间受

7、体输卵管内,或直接在体外培养到桑椹胚或囊胚阶段。 (5)分割胚的移植:按照胚胎移植的无菌操作程序,将发育良好的胚胎移植到受体内后,受体受孕产仔。 3.胚胎分割技术的应用 (1)扩大优良家畜的数量。 (2)培育遗传特性相同的动物群。 (3)用于胚胎的性别鉴定。,一,二,三,四,五,五、胚胎干细胞技术 1.胚胎干细胞的概念 当受精卵分裂发育成早期胚胎(囊胚)时,内细胞团的细胞即为胚胎干细胞(ES细胞)。胚胎干细胞是一种高度未分化细胞,它具有发育的全能性和二倍体核型,能分化出成体动物的所有组织和器官,其形态表现为胞体小,泡状、核大。 2.胚胎干细胞核移植 (1)饲养层细胞培养体系的建立:一般用胚胎成

8、纤维细胞作为饲养层细胞。 (2)胚胎干细胞的获得。 (3)胚胎干细胞的核移植:胚胎干细胞核移植是指把胚胎干细胞核移植到去核的卵母细胞中,经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后由代孕母直接获得克隆动物的技术。,一,二,三,四,五,3.胚胎干细胞的应用 (1)胚胎干细胞是培育克隆动物很好的核供体。 (2)胚胎干细胞可以用来培育移植用细胞、组织或器官。,1.体外授精和早期胚胎培养 (1)卵细胞和精子的获取,(2)受精 获能的精子和培养成熟的卵细胞,一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。 (3)胚胎的早期培养 培养液成分:无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及血清等物质。 过程

9、:精子和卵细胞在体外授精后,将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查受精情况和受精卵的发育能力。胚胎发育到适宜阶段时,将其取出移植到受体体内或冷冻保存。 特别提醒胚胎冷冻保存就是采用特殊的保护剂和降温措施将动物的早期胚胎进行冷冻,使其在-196 的液氮中代谢停止或减弱到足够小的程度,但又不失去升温后恢复代谢的能力,从而能长期保存胚胎的一种生物技术。,2.胚胎移植 (1)胚胎移植的生理学基础,(2)基本程序(以牛为例),(3)胚胎来源:雌性动物体内的胚胎(需要经过冲卵);通过体外授精获得的早期胚胎;通过核移植技术获得的重组胚胎;通过转基因技术获得的胚胎。 (4)地位:胚胎移植是胚胎工程技术的最后

10、一道“工序”,也是胚胎工程中获得后代的唯一方法。 (5)胚胎移植的意义:加速育种工作和品种改良;大量节省购买种畜的费用;一胎多产;保存品种资源和濒危物种;胚胎移植可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力。,(4)囊胚期分割要求:内细胞团均等分割,以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 (5)意义:来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。 (6)胚胎分割技术的缺陷: 刚出生动物的体重偏低,毛色和斑纹还存在差异; 采用胚胎分割技术产生同卵多胎的过程中仍存在很多值得深入研究的问题。,3.胚胎分割 (1)理论基础:细胞的全能性。 (2)所需仪器设备:体视显微镜、倒置

11、显微镜和显微操作仪。 (3)基本程序: 选发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚 移入盛有操作液的培养皿中 用分割针或分割刀片将胚胎切开 吸出其中半个胚胎,注入空透明带中,或将裸半胚移植入受体 着床发育产仔,4.胚胎干细胞 (1)来源:胚胎干细胞是从早期胚胎如桑椹胚、囊胚的内细胞团或原始生殖细胞获得的。,(3)胚胎干细胞的应用 胚胎干细胞是研究体外细胞分化的理想材料,在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中,能维持不分化的状态。在培养液中加入分化诱导因子,如牛磺酸等化学物质时,就可以诱导细胞分化为不同的细胞或组织,这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段。 可以用于治疗人类由于细胞坏死、退化

12、或者功能异常引起的顽症。 随着组织工程技术的发展,通过体外诱导分化,定向培育人造组织器官,用于器官移植,解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。 可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。,题型一,题型二,题型三,题型四,题型五,精子和卵细胞的获取 【典例1】 体外授精时,采集某良种山羊的卵细胞常用的方法是( ) A.超数排卵处理法 B.非手术采卵法 C.从早期胚胎中采集 D.从屠宰后母畜卵巢中采集卵母细胞 解析:对猪、羊等小型家畜常用的采集卵细胞的方法是用促性腺激素处理,使其排出更多的成熟卵细胞,再从输卵管中冲取卵细胞,使其直接与获能的精子在体外授精,即超数排卵处理法。 答案:A,题型一

13、,题型二,题型三,题型四,题型五,反思领悟解题关键是了解不同种生物卵细胞采集的方法。动物种类不同,采集卵细胞常用的方法也不同。小鼠、猪、羊等动物常用超数排卵法,大型动物常用非手术采卵法或从屠宰后的母畜卵巢中采集。,题型一,题型二,题型三,题型四,题型五,哺乳动物受精与胚胎发育 【典例2】 下列关于哺乳动物受精与胚胎发育的叙述,正确的是( ) A.绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性 B.卵裂期细胞的体积随分裂次数增加而不断增大 C.囊胚的滋养层细胞具有发育全能性 D.原肠胚发育分化形成内、外两个胚层 解析:异种精子与卵细胞不能融合,因为精卵细胞表面有特异性相互识别的蛋白,A项正确。卵裂期胚胎的

14、总体积并不增加,或略有缩小,所以随着分裂次数的增加,细胞的体积越来越小,B项错误。 滋养层将来发育成胎膜和胎盘,为胚胎提供营养,没有发育的全能性,C项错误。原肠胚发育分化形成外胚层、中胚层和内胚层三个胚层,D项错误。 答案:A,题型一,题型二,题型三,题型四,题型五,胚胎移植技术 【典例3】 培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功,下列叙述正确的是( )A.甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵 B.乙过程的目的之一是促进卵细胞和精子的成熟 C.丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液 D.丁过程中早期胚胎须移植到与供体性状相同的母羊子宫内,题型一,题型二,题型三,题型四,题

15、型五,解析:给母山羊注射促性腺激素可使其超数排卵。乙过程是体外授精,其目的之一是促使卵细胞发育成熟,精子是已经成熟的细胞。乙过程和丙过程采用的培养液成分不同。供体和受体生理状态应相同,性状可以不同。 答案:A 反思领悟胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节,在胚胎工程应用中具有十分重要的地位。常会通过非选择题对其主干知识进行考查,也会进行综合考查,如多种胚胎技术综合应用分析,胚胎工程与基因工程、细胞工程相结合的考查和以胚胎技术知识为背景进行实验探究能力的考查等。在学习时,应掌握胚胎工程的基本原理、生理学基础、基本过程和意义等。,题型一,题型二,题型三,题型四,题型五,胚胎分割技术 【典例4】 下图

16、为哺乳动物胚胎分割和性别鉴定示意图。请据图回答问题。,题型一,题型二,题型三,题型四,题型五,(1)胚胎分割时,一般采用发育良好、形态正常的 。对胚胎进行分割时,要特别注意将 均等分割,否则会影响分割后的胚胎的恢复和进一步发育。同一胚胎分割产生的后代具有相同的遗传物质,胚胎分割技术属于动物 的方法之一。 (2)过程是利用胚胎分割技术进行性别鉴定,由题图可以看出,该技术常采用 细胞进行鉴定,因为 。 (3)通常胚胎干细胞可以从 中分离得到。 (4)早期胚胎中的胚胎干细胞,不仅可以被用于哺乳动物胚胎性别鉴定,还可被应用到 等领域。,题型一,题型二,题型三,题型四,题型五,解析:(1)进行胚胎分割时

17、,应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。内细胞团一般到囊胚阶段才出现,它将来发育成完整的胚胎。若分割时不能将内细胞团均等分割,会出现含内细胞团多的部分正常发育,少的部分发育受阻或发育不良甚至不能发育等问题。胚胎分割技术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的技术,是一种无性繁殖的方式,因此,胚胎分割技术属于动物克隆的方法之一。(2)过程用分割针分割滋养层,分割出的少量细胞用来做性别鉴定,是因为滋养层细胞和内细胞团细胞都是由同一个受精卵发育而来,具有相同的遗传物质。(3)胚胎干细胞可以从早期胚胎(桑椹胚、囊胚)或原始生殖细胞获得。,题型一,题型二,题型三,题型四,

18、题型五,答案:(1)桑椹胚或囊胚 内细胞团 无性繁殖(或克隆) (2)滋养层 滋养层细胞和内细胞团细胞都是由同一个受精卵发育来的 (3)早期胚胎或原始生殖细胞 (4)治疗人类的某些疾病(或体外诱导分化培育出人造组织、器官用于器官移植、研究体外细胞分化等) 反思领悟胚胎分割的研究之所以受到重视,是因为通过胚胎分割可获得较多的后代,有助于提高动物的繁殖力,增加牛、马等单胎动物的双胎率。在这部分内容的学习中重点掌握胚胎分割的原理和分割的过程,掌握内细胞团的均等分割与滋养层细胞在性别鉴定上的应用等。,题型一,题型二,题型三,题型四,题型五,胚胎干细胞 【典例5】 下列关于胚胎干细胞的叙述,不正确的是

19、( ) A.动物胚胎的每一个细胞都是胚胎干细胞 B.胚胎干细胞具有分化为动物各种组织细胞的潜能 C.胚胎干细胞的遗传物质在质和量上与受精卵相同 D.胚胎干细胞在体外可被诱导分化为不同的组织类型 解析:动物胚胎囊胚的细胞已开始分化,部分细胞不具有发育的全能性,不属于胚胎干细胞。胚胎干细胞是从早期胚胎或原始生殖细胞中分离出来的一类细胞,具有发育的全能性,在体外培养时可分化为不同的组织。 答案:A,1,2,3,4,5,1.下列说法错误的是( ) A.可以借助工具直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞 B.采集精子的方法有培养法和化学诱导法 C.在体外授精前,必须对精子进行获能处理 D.获能的精子和培养成

20、熟的卵细胞,可以在体外完成受精过程 解析:采集精子的方法有手握法、电刺激法、假阴道法。培养法和化学诱导法是精子获能的方法。 答案:B,1,2,3,4,5,2.下列关于胚胎分割技术的说法,错误的是( ) A.被分割的胚胎应该是发育良好的桑椹胚或囊胚 B.可以对胚胎进行任意数目的等分 C.来自同一胚胎的个体具有相同的遗传物质 D.胚胎分割是动物克隆的方法之一 解析:分割胚胎一般是2等分、4等分或8等分等,目前成功率最高的为2等分。 答案:B,1,2,3,4,5,3.下图表示通过体外授精培育牛的过程,下列叙述错误的是( )A.获取的精子经获能后才能进行体外授精 B.过程只与细胞膜的流动性有关 C.过

21、程的细胞增殖方式一定是有丝分裂 D.过程属于胚胎移植过程 解析:在体外授精前,要先对获取的精子进行获能处理;图中的过程是受精作用,该过程涉及精卵细胞的识别、细胞膜的融合(与膜的流动性有关)、核的融合等;过程是卵裂过程,该过程的细胞增殖方式是有丝分裂;过程是将多细胞胚胎移入受体子宫的过程,属于胚胎移植过程。 答案:B,1,2,3,4,5,4.据报道,某研究小组将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠的囊胚里,再将囊胚移入代孕鼠体内,发育形成猴鼠嵌合体猴鼠,用于角膜等组织的移植研究。请回答下列问题。 (1)胚胎干细胞体外培养时,经诱导分化可形成大量皮肤干细胞,其原因是 。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身

22、体上某一类细胞的功能出现异常或退化时,利用胚胎干细胞进行治疗的思路是 。 (2)囊胚期时,胚胎细胞开始出现分化,有些细胞个体较小,将来只能发育成胎膜和胎盘,这类细胞称为 。因此,应将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的 部位,以伴随其发育成某种组织。,1,2,3,4,5,(3)将囊胚移入代孕鼠体内属于 ,该技术对代孕受体的要求是 。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是 ,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用 技术。,1,2,3,4,5,解析:(1)胚胎干细胞具有发育的全能性,在体外培养时可以诱导分化形成不同的体细胞,因此可以通过诱导胚胎干细胞定向分化来及时修补身体中功能出现异常或退化的细胞。(2)囊

23、胚期时,胚胎细胞开始分化为滋养层细胞和内细胞团细胞,滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘,内细胞团细胞具有全能性,将来发育成胎儿的各种组织。因此,应将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的内细胞团部位,以伴随其发育成某种组织。(3)将囊胚移入代孕鼠体内属于胚胎移植,该技术对代孕受体的要求是与供体同种、生理状态相同的其他雌性动物。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用胚胎分割技术。,1,2,3,4,5,答案:(1)胚胎干细胞具有发育的全能性 通过诱导胚胎干细胞定向分化来及时修补 (2)滋养层细胞 内细胞团 (3)胚胎移植 与供体同种、生理状

24、态相同的其他雌性动物 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 胚胎分割,1,2,3,4,5,5.胚胎移植是胚胎工程技术的最后一道“工序”。下图是胚胎移植的基本程序,请分析并回答下列问题。,1,2,3,4,5,(1)图中超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射 。 (2)配种时,卵细胞在输卵管内进一步成熟,当卵细胞达到 时,才具备与精子受精的能力。 (3)“冲卵”实质上是用特定装置,将供体母牛输卵管或子宫内的 冲洗出来。 (4)冲卵后,对胚胎进行质量检查并培养,待胚胎发育到 阶段才能进行胚胎移植。 (5)在此基础之上,通过 技术可以提高胚胎利用率,获得更多遗传物质相同的犊牛。,1,2,3,4,5,解析:在胚胎移植过程中,通过注射促性腺激素促进供体母牛超数排卵;卵细胞只有发育到减数分裂的中期时才具备受精能力;“冲卵”实质上是将早期胚胎从供体母牛输卵管或子宫内冲出;胚胎移植的时期是桑椹胚或囊胚阶段;通过胚胎分割技术,一方面能够提高胚胎的利用率,另一方面能够获得更多遗传物质相同的犊牛。 答案:(1)促性腺激素 (2)减数分裂的中期 (3)早期胚胎 (4)桑椹胚或囊胚 (5)胚胎分割,