2019-2020学年人教版生物选修三讲义：专题3 3.3　胚胎工程的应用及前景 .doc

3.3胚胎工程的应用及前景学习目标：1.简述胚胎移植的现状和意义。2.掌握胚胎移植的生理学基础及胚胎移植的基本程序。(重、难点)3.了解胚胎分割的概念、意义及操作过程。(重点)4.了解胚胎干细胞的特性及应用。(重点)一、胚胎移植1胚胎移植概念(1)对象：雌性动物体内的早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到的胚胎。(2)移植条件：同种、生理状态相同的其他雌性动物体内。(3)供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体。(4)受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。(5)本质：生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。(6)地位：是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。2胚胎移植的意义(1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(2)大大缩短了供体本身的繁殖周期。(3)对供体施行超数排卵处理后，增加后代数量。3胚胎移植的生理学基础及相应意义生理学基础意义同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态为胚胎的收集提供了可能受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应为胚胎在受体内的存活提供了可能供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但其遗传特性不受任何影响为移植后胚胎继续发育提供了营养等方面的保障4.胚胎移植的基本程序二、胚胎分割1概念对象早期胚胎方法机械方法目的获得同卵双胎或多胎特点来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质实质胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一2.操作程序(1)选择胚胎：选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，将其移入盛有操作液的培养皿中。(2)分割胚胎：用分割针或分割刀将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植入受体。3囊胚分割要求内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。三、胚胎干细胞1来源：哺乳动物的胚胎干细胞(embryonic stemcell)简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。23主要用途(1)可以用于治疗人类的某些顽症。(2)可以培育出人造组织器官。(3)可以揭示细胞分化和细胞凋亡的机理。(4)可以用于哺乳动物的个体发生和发育规律的研究。1判断对错(正确的打“”，错误的打“”)(1)移植的胚胎只能来自体内受精或者体外受精直接产生的胚胎。()(2)胚胎移植时，供体母畜需要具备优良的遗传性能。()(3)胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行，因为两者生理特征相近，易于成功。 ()(4)胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。()(5)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。()(6)胚胎干细胞可以来源于早期胚胎，也可以来源于成熟个体。()提示：(1)移植的胚胎还可以是通过转基因、核移植等技术获得的胚胎。(2)(3)(4)胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割。(5)(6)胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。2下列过程在胚胎移植中没有必要进行的是()A对供体、受体要进行选择B要用激素对供体进行超数排卵处理C供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应D胚胎移植常采用手术法和非手术法两种方法C移入受体的是胚胎，并且受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应，所以C选项中的过程在胚胎移植中没有必要进行。胚胎移植主要步骤有供、受体的选择，用促性腺激素对供体进行超数排卵处理。胚胎移植常采用手术法和非手术法。3下列关于胚胎干细胞特点的叙述，不正确的是()A当受精卵发育成囊胚时，所有的细胞都是胚胎干细胞B胚胎干细胞是一种未分化的细胞，具有发育的全能性C在适当的条件下，胚胎干细胞可以分化为多种组织D培养胚胎干细胞的关键是需要一种培养体系，必须能促进干细胞生长的同时还要抑制干细胞的分化A当受精卵发育成囊胚(早期胚胎)时，内细胞团的细胞是胚胎干细胞，具有发育的全能性。培养时需一种培养体系，必须既能促进干细胞的生长，同时，还要抑制干细胞的分化。胚胎移植思考交流1胚胎移植时，对供体、受体的生理状态有什么要求？提示：生理状态相同。只有受体与供体的生理状态相同，被移植的胚胎才能继续正常发育。2怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？供体胚胎移入受体子宫时，在位置上有要求吗？提示：(1)应对供体和受体母畜用激素进行同期发情处理，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同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。(2)有要求。胚胎移入受体子宫的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。3胚胎移植过程中，对供、受体的选择，有哪些要求？提示：(1)供体：遗传性能和生产性能优秀。(2)受体：有健康的体质和正常繁殖能力。4对供体母牛进行超数排卵时注射的激素是哪类激素？为什么要用激素处理供体母牛？提示：(1)注射的是促性腺激素。(2)给供体母牛注射促性腺激素可使其一次排出比自然情况下多几倍到十几倍的卵子，经人工授精，可以获得数量较多的可移植胚胎。5胚胎移植过程中需要进行几次检查？分别检查什么？提示：两次检查。第一次在冲卵后，对胚胎进行质量检查；第二次是对受体母畜进行是否妊娠的检查。6胚胎移植成功的标志是什么？提示：移植的胚胎在受体内能正常发育并分娩。归纳总结 特别提醒：体外受精形成的胚胎进行胚胎移植属于有性生殖，核移植形成的胚胎进行胚胎移植属于无性生殖，即判断胚胎移植为何种生殖方式，关键要看胚胎是通过何种方式发育而来的。2胚胎移植的生理学基础生理学基础意义哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境，这是胚胎移植成功的关键哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态为胚胎的收集提供了可能受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应为胚胎在受体内的存活提供了可能供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受任何影响受体只为胚胎提供营养物质和发育的场所，不会影响胚胎的遗传特性3.与胚胎移植有关的几个问题(1)供体公牛、母牛和受体母牛的选择：应选择遗传特性和生产能力优秀的个体作为供体，选择具有健康体质和正常繁殖能力的个体作为受体。(2)受精卵既可通过体内受精获得，也可通过人工授精获得。(3)冲卵后，对胚胎进行质量检查，胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。收集到的胚胎可直接向受体移植，也可放入196的液氮中保存。(4)胚胎移植过程中两次使用激素：第一次用孕激素对供、受体母牛进行同期发情处理；第二次用促性腺激素使供体母牛超数排卵。(5)胚胎移植过程中的两次检查：第一次对收集的胚胎进行质量检查；第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。(6)产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体母牛，性别取决于公牛提供何种类型的精子，这两个方面与受体母牛没有关系。特别提醒：(1)作为胚胎受体的条件(2)冲卵是将供体母畜子宫内的胚胎冲出来，而不是把卵子冲出来。(3)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。1牛胚胎移植的基本程序如图所示，下列说法错误的是()A供体母牛的主要职能是产生具有优良性状的胚胎B图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素处理供体母牛C配种后需用特制的冲卵装置，将供体母牛体内的胚胎冲洗出来D应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的输卵管中D供体母牛的主要职能是产生具有优良遗传性状的胚胎，A正确；图中a指的是超数排卵，可用促性腺激素处理供体母牛，B正确；冲卵的实质是把供体子宫内的胚胎冲洗出来，C正确；应把早期胚胎移植到处于发情状态的母牛的子宫中，D错误。易混辨析：排卵、超数排卵和冲卵(1)排卵：从卵泡中排出卵子，排出的是初级卵母细胞或次级卵母细胞。(2)超数排卵：给供体母畜注射促性腺激素，使其一次排出比自然情况下多几倍到十几倍的成熟卵子。(3)冲卵：用配制好的冲卵液，将供体母畜子宫或输卵管中的早期胚胎冲洗出来。2试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题：(1)过程分别表示_、_。(2)对供体母牛的要求是_，通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。(3)在体外培养受精卵时，需要满足以下条件：_、营养、温度和pH以及气体环境。(4)生产上常用_期的胚胎进行过程。解析(1)由题图可知过程分别表示体外受精、胚胎移植。(2)培育试管动物首先选择遗传性能和生产性能优良的母牛。(3)体外培养受精卵时，首先需要无菌、无毒的环境，防止被污染，还要有一定的营养物质，及适宜的外界环境条件。(4)等胚胎发育到桑椹胚或囊胚期时进行胚胎移植。答案(1)体外受精胚胎移植(2)遗传性能和生产性能优秀(3)无菌、无毒的环境(4)桑椹胚或囊胚胚胎分割思考交流1胚胎分割的对象是什么？选择此时期的胚胎进行分割的原因是什么？提示：桑椹胚或囊胚阶段的胚胎。桑椹胚阶段尚未出现细胞分化，具有全能性；囊胚阶段的内细胞团具有全能性。2囊胚的内细胞团有何功能？分割囊胚期的胚胎时为什么强调将内细胞团均等分割？提示：囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织。囊胚的内细胞团要均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。3在胚胎分割时，能否无限分割？原因是什么？提示：不能。分割份数越多，越难以做到均等分割，且每一份的细胞数目就越少，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率会降低。4从胚胎来源上分析，胚胎分割动物和克隆动物相同吗？提示：不相同。胚胎分割用到的胚胎可能是在雌性动物体内经受精形成的早期胚胎，也可能是体外受精或其他方式得到的胚胎，而克隆用到的胚胎是经体细胞核移植得到的重组胚胎。5从后代核遗传物质上分析，胚胎分割动物和克隆动物生殖方式相同吗？提示：相同。两者都属于无性繁殖。归纳总结 1胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆。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式。2选用的胚胎：进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。3操作过程：选发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚将待分割的胚胎移入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。4胚胎分割的实例：哺乳动物胚胎分割和性别鉴定(如图)。5意义：加快繁殖速度，提高了胚胎的利用率。特别提醒：(1)在对囊胚进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(2)胚胎分割的份数越多，技术难度越大，移植的成功率也越低。(3)对胚胎进行性别鉴定取滋养层细胞做DNA分析即可。1近年来发展起来的胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机，下列有关体外受精和胚胎分割移植的说法正确的是()A体外受精所需的成熟卵细胞可从母体中直接获取，但在受精前要对精子进行获能处理B进行胚胎分割时，应选择发育到原肠胚时期的胚胎进行操作C胚胎分割时只能用分割针在显微镜下将胚胎均等分割成若干份D受体母牛必须和供体牛属于同一物种，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应D卵巢中获取的卵细胞必须在体外进行培养到减数第二次分裂中期，才能与获能精子融合后形成受精卵，选项A错误；进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行分割，选项B错误；胚胎分割时可以在实体显微镜下用切割针或在显微操作仪下用切割刀进行分割，目前二分胚胎的分割和移植效率最高，选项C错误；受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能，选项D正确。2如图为牛胚胎性别鉴定和分割示意图，请据图完成下列问题：(1)填出图中字母所代表的结构名称：A_；B_；C_；D_；(2)写出甲、乙、丙过程的技术名称：甲_；乙_；丙_；进行乙过程时，所取的样本是_。(3)进行甲过程时，所使用的基本仪器是_，本过程的技术关键是_。(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中取得成功，但仍然存在一些问题，如_等，同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是_。解析根据囊胚的结构可知图中字母所代表的结构名称分别是，A为囊胚腔；B为透明带；C为滋养层；D为内细胞团。(2)图中甲、乙、丙过程的技术分别是胚胎分割、做DNA分析性别鉴定、胚胎移植。进行乙过程时，所采取的样本是滋养层。(3)进行甲过程时，所使用的基本仪器是显微操作仪和实体显微镜。本过程的技术关键是将内细胞团均等分割。(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中已取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异等。同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是同卵双胎。答案(1)囊胚腔透明带滋养层内细胞团(2)胚胎分割做DNA分析性别鉴定胚胎移植滋养层(3)显微操作仪和实体显微镜将内细胞团均等分割(4)刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异同卵双胎特别提醒：滋养层饲养层(1)滋养层：囊胚时期沿透明带内壁排列的个体较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎盘。(2)饲养层：饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为干细胞分裂、增殖的营养细胞。胚胎干细胞思考交流1胚胎干细胞的来源有哪些？为什么可分化为动物体内任何一种组织？提示：胚胎干细胞可从早期胚胎或原始性腺中分离出来。胚胎干细胞具有发育的全能性，能分化为动物内任何一种组织。2胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？提示：胚胎干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。3胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？提示：通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足。另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。归纳总结 1胚胎干细胞的概念哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。2胚胎干细胞的特点(1)形态、大小：体积小、细胞核大、核仁明显。(2)功能：具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(3)在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化。对它可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。3主要用途ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有重要的应用价值。(1)利用ES细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。(2)通过ES细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，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。(3)ES细胞是研究体外细胞分化的理想材料。(4)ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。4干细胞种类类别特点来源或举例应用全能干细胞具有形成机体的任何组织或器官直至形成完整个体的潜能桑椹胚细胞或囊胚细胞及早期胚胎细胞，受精卵，胚胎干细胞用于病人的器官移植等多能干细胞具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体造血干细胞造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段专能干细胞只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞骨髓干细胞、皮肤生发层细胞、神经干细胞通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症1下列关于ES细胞的叙述，不正确的是()AES细胞在形态上，表现为体积小，细胞核大，核仁明显BES细胞在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化CES细胞在功能上，具有发育的全能性DES细胞是由原肠胚或原始性腺中分离出来的一类细胞DES细胞即胚胎干细胞，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显，A正确；胚胎干细胞在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，B正确；ES细胞在功能上，具有发育的全能性，C正确；ES细胞是从早期胚胎(原肠胚之前)或原始性腺中分离出来的一类细胞，D错误。2胚胎干细胞简称ES细胞，从胚胎中提取干细胞这项技术备受伦理争议，但重组成体细胞却不涉及制造或摧毁胚胎，通过细胞培养、诱导可以克隆器官。下图是克隆器官的技术路线图，请回答下列有关问题：(1)哺乳动物的ES细胞是由_中分离出来的一类细胞；体外培养能不断增殖、自我更新，在功能上，具有发育的_性。(2)运用_技术可以形成图中的重组细胞，对重组细胞的培养，其培养基与培养植物细胞的培养基的主要不同点是含有_。(3)利用重组细胞培养出的干细胞，也可以形成特定器官、组织，这是_的结果，其根本原因是_。(4)克隆动物与图中克隆器官的技术相比，通常还需运用_和_ 等胚胎工程技术。解析(1)哺乳动物的ES细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，体外培养能不断增殖、自我更新，在功能上具有发育的全能性。(2)图中通过体细胞核移植技术得到重组细胞，培养动物细胞的培养基与培养植物细胞的培养基相比较，主要不同点是前者含有血清或血浆。(3)利用重组细胞培养出的干细胞，可以形成特定器官、组织，这是细胞分化的结果，根本原因是基因的选择性表达。(4)克隆动物要用动物体细胞核移植技术、早期胚胎的培养技术、胚胎分割技术和胚胎移植技术，与克隆器官相比还要用胚胎分割和胚胎移植技术。答案(1)早期胚胎或原始性腺全能(2)核移植血清(或血浆)(3)细胞分化基因的选择性表达(4)胚胎分割胚胎移植课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳1.进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。2.胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行，因为两者生理特征相近，易于成功。3.胚胎分割提高了胚胎的利用率，也是动物克隆的方法之一。4.胚胎干细胞的来源不是胚胎发育的每一个时期，只能是早期胚胎(囊胚期之前)。1下列关于胚胎移植的叙述中，不正确的是()A胚胎移植全部属于无性生殖B可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力C受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应D供体的主要职能变为只产生具有优良遗传特性的胚胎A移植的胚胎可以来自受精作用产生的受精卵发育而成的胚胎，这属于有性生殖；也可以来源于胚胎分割技术或核移植技术，这属于无性生殖。2将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内。以下说法不正确的是()A这里说的同“种”是指同一“物种”B加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，说明移植成功C同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功D哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，同种动物生殖器官的生理变化都是一样的D雌性哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物生殖器官的生理变化是一样的。此处必须强调是在一段时间内。3下列有关干细胞的叙述，错误的是()A自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应B胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化C组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖、分化等过程D造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病B自体干细胞及其增殖、分化产生的组织细胞对自身没有抗原性，自体移植时不会发生免疫排斥反应，A项正确；干细胞的增殖、分化及细胞的凋亡都是组织的细胞更新过程，C项正确；骨髓造血干细胞具有分化成多种血细胞的能力，因此骨髓造血干细胞移植是目前治疗白血病最有效的方法，D项正确；胚胎干细胞是全能干细胞，理论上可以分化为所有类型的体细胞，在培养基中满足适宜的条件可以将其定向诱导分化成多种组织和器官，B项错误。4下列关于胚胎分割技术的叙述，错误的是()A胚胎分割操作在动物的子宫内进行B用分割针或分割刀片对早期胚胎进行分割C分割后必须移植到受体子宫内进一步完成胚胎发育D对囊胚进行分割时要注意将内细胞团均等分割A进行胚胎分割时，将早期胚胎移入盛有操作液的培养皿中进行具体的操作。5在治疗人类某些疾病时，人的体细胞核移植技术得到的胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的组织器官后，可用于组织器官的移植，操作流程如图所示。请据图回答：(1)进行图中过程时，需将体内取出的卵母细胞在体外培养至_期，该期卵母细胞核的位置靠近_，可用微型吸管将之与细胞核一并吸出。(2)图中过程表示用物理或化学方法激活重组细胞，使其在发育培养液中完成_最终形成囊胚的过程。(3)图中过程形成特定组织、器官的过程称为_，根本原因是_。(4)图中过程表示从囊胚中取出_细胞，将其培养在_细胞上，形成大量胚胎干细胞的过程。(5)图中过程表示在培养液中加入_，就可以诱导胚胎干细胞向不同类型的组织细胞分化，用于患者的组织器官移植。解析(1)核移植时，受体卵母细胞要在体外培养至M中期，该时期卵母细胞核的位置靠近极体，可用微型吸管将之与细胞核一并吸出。(2)重组细胞需经过分裂和分化过程才能形成囊胚。(3)图中过程表示胚胎干细胞分化为特定的组织和器官，该过程称为细胞分化，其根本原因是细胞内基因选择性表达。(4)图中过程表示从囊胚中取出内细胞团细胞(胚胎干细胞)；胚胎干细胞在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中可保持只分裂而不分化状态，因此将胚胎干细胞培养在饲养层细胞上，可形成大量胚胎干细胞。(5)经过过程后，胚胎干细胞分化形成其他组织细胞，因此图中过程表示在培养液中加入分化诱导因子，就可以诱导胚胎干细胞向不同类型的组织细胞分化，用于患者的组织器官移植。答案(1)M中极体(2)分裂和分化(3)细胞分化基因选择性表达(4)内细胞团饲养层(5)分化诱导因子