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1、成才之路成才之路 生物生物路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3 胚胎工程胚胎工程专题三专题三第三节胚胎工程的应用及前景第三节胚胎工程的应用及前景专题三专题三目目 标标 定定 位位1预预 习习 导导 学学2要要 点点 精精 析析3思思 维维 升升 华华4知知 识识 构构 建建5课课 时时 作作 业业7应应 用用 探探 究究6目目 标标 定定 位位1掌掌握握胚胚胎胎移移植植的的生生理理学学基基础础、基基本本程程序序和和应应用用。(重重、难点难点)2了解胚胎分割的应用意义。了解胚胎分割的应用意义。3掌握胚胎干细胞的概念和分离途径。掌握胚胎干细胞的概念和分
2、离途径。(难点难点)预预 习习 导导 学学一、胚胎移植一、胚胎移植1胚胎移植的概念胚胎移植的概念(1)对对象象：雌雌性性动动物物的的_或或通通过过_及及其其他他方式得到的胚胎。方式得到的胚胎。(2)受受体体：_、生生理理状状态态相相同同的的其其他他雌雌性性动动物物的的体体内。内。(3)地位：是胚胎工程其他技术的地位：是胚胎工程其他技术的_一道工序。一道工序。早期胚胎早期胚胎体外受精体外受精同种的同种的最后最后2胚胎移植的优势胚胎移植的优势(1)充分发挥雌性优良个体的充分发挥雌性优良个体的_。(2)大大大大缩缩短短了了供供体体本本身身的的_，增增加加供供体体一一生生繁繁殖殖后代的数量，从而推动了
3、畜牧业的发展。后代的数量，从而推动了畜牧业的发展。3胚胎移植的生理学基础胚胎移植的生理学基础(1)同同种种动动物物发发情情排排卵卵后后，不不管管是是否否妊妊娠娠，在在一一段段时时间间内内，生生殖殖器器官官的的_是是相相同同的的，这这就就为为供供体体的的胚胚胎胎移移入入受受体体提供了相同的提供了相同的_。(2)哺哺乳乳动动物物的的早早期期胚胚胎胎形形成成后后处处于于_状状态态，为为胚胚胎收集提供了可能。胎收集提供了可能。繁殖潜力繁殖潜力繁殖周期繁殖周期生理变化生理变化生理环境生理环境游离游离(3)不发生不发生_，是胚胎存活的条件。，是胚胎存活的条件。(4)供供 体体 胚胚 胎胎 与与 受受 体体
4、 子子 宫宫 建建 立立 正正 常常 的的 _和和_联系，但联系，但_不受影响。不受影响。4胚胎移植的基本程序胚胎移植的基本程序供供受受体体的的选选择择和和_或或人人工工授授精精对对胚胚胎胎的的_、检检查查、_或或保保存存胚胚胎胎_及移植后的检查。及移植后的检查。免疫排斥反应免疫排斥反应生理生理组织组织遗传特性遗传特性处理处理配种配种收集收集培养培养移植移植优良性状的生殖细胞优良性状的生殖细胞妊娠妊娠转基因转基因核移植核移植体外受精体外受精机械方法机械方法移植移植无性繁殖无性繁殖克隆克隆实体显微镜实体显微镜显微操作仪显微操作仪桑椹胚桑椹胚囊胚囊胚内细胞团内细胞团胚胎胚胎ESEK早期胚胎早期胚胎
5、原始性腺原始性腺体积小、细胞核大、核仁明显体积小、细胞核大、核仁明显全能性全能性增殖增殖分化分化冷冻保存冷冻保存遗传改造遗传改造人类的某些顽症人类的某些顽症供体器官不足供体器官不足免疫排斥免疫排斥细胞分化细胞分化个体发生个体发生发育规律发育规律思维激活思维激活1胚胎移植的繁殖方式一定是有性繁殖吗？为什么？胚胎移植的繁殖方式一定是有性繁殖吗？为什么？2胚胎移植时为什么两次使用激素？胚胎移植时为什么两次使用激素？答案答案1不不一一定定。胚胚胎胎移移植植的的繁繁殖殖方方式式取取决决于于胚胚胎胎是是由由受受精精卵卵形形成成的的，还还是是由由核核移移植植技技术术形形成成重重组组细细胞胞发发育育而而成成的
6、的。若若由由受受精卵形成的，则为有性繁殖，否则为无性繁殖。精卵形成的，则为有性繁殖，否则为无性繁殖。2第第一一次次用用激激素素对对供供、受受体体进进行行同同期期发发情情处处理理，第第二二次次用激素用于供体的超数排卵。用激素用于供体的超数排卵。要要 点点 精精 析析一、胚胎移植一、胚胎移植1对于胚胎移植的概念，可从以下几个方面掌握：对于胚胎移植的概念，可从以下几个方面掌握：(1)胚胎的来源：胚胎的来源：雌性动物体内的早期胚胎。雌性动物体内的早期胚胎。通过体外受精和早期胚胎培养得到。通过体外受精和早期胚胎培养得到。其他方式，如通过哺乳动物体细胞核移植及培养而得到。其他方式，如通过哺乳动物体细胞核移
7、植及培养而得到。(2)对受体的要求：对受体的要求：同一物种。同一物种。与供体处于相同的生理状态。与供体处于相同的生理状态。雌性动物。雌性动物。(3)胚胎的移植方法：胚胎的移植方法：手术法和非手术法两种。手术法和非手术法两种。(4)在在胚胚胎胎工工程程中中所所处处的的位位置置：是是胚胚胎胎工工程程其其他他技技术术的的最最后后一道一道“工序工序”。(5)实质：实质：胚胚胎胎移移植植实实际际上上是是生生产产胚胚胎胎的的供供体体和和孕孕育育胚胚胎胎的的受受体体共共同同繁殖后代的过程。繁殖后代的过程。2胚胎移植的意义胚胎移植的意义总的来讲，胚胎移植有以下几方面的意义：总的来讲，胚胎移植有以下几方面的意义
8、：(1)加速育种工作和品种改良。加速育种工作和品种改良。(2)大量节省购买种畜的费用。大量节省购买种畜的费用。(3)一胎多产。一胎多产。(4)保存品种资源和濒危物种。保存品种资源和濒危物种。(5)胚胎移植可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力。胚胎移植可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力。大大缩短了供体本身的繁殖周期；大大缩短了供体本身的繁殖周期；增加供体一生繁殖的后代数量。增加供体一生繁殖的后代数量。3胚胎移植的生理学基础胚胎移植的生理学基础(1)供体与受体相同的生理环境供体与受体相同的生理环境(2)早期胚胎处于游离状态早期胚胎处于游离状态(3)受体对外来胚胎的认可受体对外来胚胎的认可(4)供体胚胎与
9、受体正常联系的建立供体胚胎与受体正常联系的建立4胚胎移植的基本程序胚胎移植的基本程序(以家畜的胚胎移植为例以家畜的胚胎移植为例)知知识识贴贴士士：供供体体牛牛的的选选择择：选选择择遗遗传传性性能能和和生生产产性性能能优优秀的个体。秀的个体。受体牛的选择：选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体。受体牛的选择：选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体。冲冲卵卵：配配种种或或输输精精后后第第7天天，用用特特制制的的冲冲卵卵装装置置，把把供供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵也叫冲卵)。解解析析A错错误误，对对供供体体和和受受体体母母牛牛要要进进行行同同期期发发情情处处理理，但但
10、不不一一定定是是相相同同激激素素处处理理。B错错误误，受受精精和和胚胚胎胎的的早早期期培培养养可可以以在在体体内内进进行行。C错错误误，对对冲冲卵卵获获得得的的早早期期胚胚胎胎检检查查合合格格后后方方可可移移植植。D正正确确，早早期期胚胚胎胎需需移移植植到到与与供供体体生生理理状状态态相相同同的的代代孕母牛体内。孕母牛体内。答案答案D答案答案D解解析析雌雌性性哺哺乳乳动动物物发发情情排排卵卵后后，不不管管是是否否妊妊娠娠，在在一一段时间内，同种动物生殖器官的生理变化是一样的。段时间内，同种动物生殖器官的生理变化是一样的。二、胚胎分割二、胚胎分割1概念概念是是指指采采用用机机械械方方法法将将早早
11、期期胚胚胎胎切切割割成成2等等份份、4等等份份或或8等等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。2胚胎分割可以看做是动物的无性繁殖或克隆胚胎分割可以看做是动物的无性繁殖或克隆生生物物的的无无性性繁繁殖殖方方式式统统称称为为克克隆隆。就就胚胚胎胎分分割割技技术术本本身身而而言言，是是将将同同一一胚胚胎胎分分割割成成几几部部分分，借借助助胚胚胎胎移移植植技技术术产产生生遗遗传传物物质质完完全全相相同同的的后后代代，是是一一种种无无性性繁繁殖殖的的方方式式，因因此此，也也属属于于动物克隆的一种方法。动物克隆的一种方法。3使用的主要仪器设备使用的主要仪器设备实体显微
12、镜和显微操作仪。实体显微镜和显微操作仪。4选用胚胎选用胚胎应选择发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。应选择发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。5具体操作具体操作以二分胚胎的分割和移植为主以二分胚胎的分割和移植为主用用分分割割针针或或分分割割刀刀片片将将胚胚胎胎切切开开，吸吸出出其其中中的的半半个个胚胚胎胎，注注入入预预先先准准备备好好的的空空透透明明带带中中，或或直直接接将将裸裸半半胚胚胎胎移移植植给给受受体体。在在对对囊囊胚胚阶阶段段的的胚胚胎胎进进行行分分割割时时，要要注注意意将将内内细细胞胞团团均均等等分分割割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
13、解解析析一一般般到到囊囊胚胚阶阶段段出出现现内内细细胞胞团团，它它是是发发育育为为胚胚胎胎本本身身的的基基础础细细胞胞，其其他他细细胞胞为为滋滋养养层层细细胞胞，只只为为胚胚胎胎和和胎胎儿儿发发育育提提供供营营养养。若若分分割割时时不不能能将将内内细细胞胞团团均均等等分分割割，会会出出现现内内细细胞胞团团多多的的部部分分正正常常发发育育，少少的的部部分分发发育育受受阻阻或或发发育育不不良良，甚甚至至不能发育等问题，所以这一阶段不能随机分割。不能发育等问题，所以这一阶段不能随机分割。答案答案CA胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份B胚胎分割技术可以获得同卵双胎
14、或多胎胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎C胚胎分割技术属于有性生殖方式，因此不属于克隆胚胎分割技术属于有性生殖方式，因此不属于克隆D胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎答案答案B解解析析胚胚胎胎分分割割常常选选择择桑桑椹椹胚胚或或囊囊胚胚时时期期的的胚胚胎胎，一一般般分分割割成成同同卵卵双双胎胎，并并不不能能任任意意分分割割成成多多份份。胚胚胎胎分分割割可可以以看看作作是动物无性繁殖或克隆的方法之一。是动物无性繁殖或克隆的方法之一。三、胚胎干细胞三、胚胎干细胞1来源来源哺哺乳乳动动物物的的胚胚胎胎干干细细胞胞(embryonicstemcell)简简称称ES或或EK
15、细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。2ES细胞特点细胞特点(1)形形态态大大小小：ES细细胞胞具具有有胚胚胎胎细细胞胞的的特特性性，在在形形态态上上，表现为体积小、细胞核大、核仁明显。表现为体积小、细胞核大、核仁明显。(2)功功能能：具具有有发发育育的的全全能能性性；即即可可以以分分化化为为成成年年动动物物体体内内任何一种组织细胞。任何一种组织细胞。(3)在在体体外外培培养养的的条条件件下下，ES细细胞胞可可以以增增殖殖而而不不发发生生分分化化。对它可以进行冷冻保存，也可进行遗传改造。对它可以进行冷冻保存，也可进行遗传改造。3ES
16、细胞的主要用途细胞的主要用途(1)ES细细胞胞可可用用于于研研究究哺哺乳乳动动物物个个体体发发生生和和发发育育的的规规律律，也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。(2)ES细细胞胞通通过过诱诱导导分分化化可可产产生生新新的的组组织织细细胞胞，用用于于治治疗疗人类的组织损伤和某些顽症。人类的组织损伤和某些顽症。(3)还还可可通通过过ES细细胞胞的的体体外外诱诱导导分分化化，定定向向培培育育人人造造组组织织器器官官，用用于于器器官官移移植植，解解决决供供体体器器官官不不足足和和移移植植后后免免疫疫排排斥斥的的问题。问题。解解析析人人类类胚胚胎胎干干细细胞胞
17、是是人人类类胚胚胎胎发发育育早早期期囊囊胚胚中中未未分分化化的的细细胞胞。囊囊胚胚外外表表是是一一层层扁扁平平细细胞胞，可可发发育育成成胚胚胎胎的的支支持持组组织织如如胎胎盘盘等等；中中心心的的腔腔称称为为囊囊胚胚腔腔，腔腔内内侧侧有有内内细细胞胞团团。内内细细胞胞团团在在形形成成内内、中中、外外三三个个胚胚层层时时开开始始分分化化，内内胚胚层层分分化化形形成成肝肝、肺肺和和肠肠等等，中中胚胚层层分分化化形形成成骨骨骼骼、血血液液和和肌肌肉肉等等，外外胚胚层层分分化化形形成成皮皮肤肤、眼眼睛睛和和神神经经系系统统等等。由由于于内内细细胞胞团团能能发发育育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能
18、性。成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。答案答案B答案答案B解解析析胚胚胎胎干干细细胞胞具具有有体体积积小小、细细胞胞核核大大、核核仁仁明明显显等等特特点点，并并且且具具有有发发育育的的全全能能性性，可可分分化化成成机机体体的的各各种种组组织织和和器器官。官。思思 维维 升升 华华1胚胚胎胎移移植植中中供供体体公公、母母牛牛和和受受体体母母牛牛的的选选择择依依据据及及对对供体和受体母牛进行同期发情处理的原因供体和受体母牛进行同期发情处理的原因供供体体公公、母母牛牛应应该该是是具具有有人人类类所所需需的的优优良良遗遗传传性性状状的的个个体体，而而受受体体母母牛牛必必须须具具有有正正常常的
19、的孕孕育育、生生殖殖后后代代的的能能力力；用用促促性性腺腺激激素素处处理理供供体体母母牛牛是是为为了了引引起起超超数数排排卵卵，这这样样就就可可以以获获得得较较多多的的胚胚胎胎；在在用用促促性性腺腺激激素素处处理理供供体体母母牛牛前前，对对供供体体和和受受体体母母牛牛进进行行同同期期发发情情处处理理，才才能能使使它它们们的的生生理理条条件件达达到到同同步步或或一一致致，使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件。使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件。2用胚胎移植繁育良种种畜的实用意义用胚胎移植繁育良种种畜的实用意义胚胚胎胎移移植植可可以以充充分分发发挥挥雌雌性性优优良良个个体体的的繁
20、繁殖殖潜潜力力。具具体体表表现现为为：缩缩短短了了供供体体本本身身的的繁繁殖殖周周期期，同同时时通通过过超超数数排排卵卵处处理理和和胚胚胎胎移移植植可可获获得得比比自自然然繁繁殖殖多多十十几几倍倍到到几几十十倍倍的的后后代代。可可在在短短期期大大幅幅度度增增加加优优良良个个体体母母畜畜和和公公畜畜的的后后代代数数量量，迅迅速速扩扩大大良良种种畜畜群群，加加速速育育种种和和品品种种改改良良工工作作。经经冷冷冻冻保保存存的的胚胚胎胎可可进进行行国国内内和和国国际际交交换换，代代替替活活畜畜的的引引种种或或进进出出口口。通通过过胚胚胎胎移移植植可可以以人人为为生生产产双双胎胎或或多多胎胎。可可以以通
21、通过过保保存存胚胚胎胎来来保保存存品品种种资资源源和和濒濒危动物。危动物。规律总结：规律总结：胚胎移植的实质：胚胎移植的实质：胚胚胎胎移移植植成成功功率率的的高高低低与与供供、受受体体生生理理环环境境条条件件一一致致性性密密切切相相关关。只只有有供供、受受体体生生理理环环境境高高度度一一致致，移移入入受受体体的的胚胚胎胎才才能能被被接接受受，并并继继续续发发育育。所所以以，我我们们可可以以把把胚胚胎胎移移植植的的实实质质概概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。3克隆克隆(核移植核移植)、胚胎移植和试管婴儿的区别、胚胎移植和试管婴儿的区
22、别(1)克克隆隆：指指无无性性繁繁殖殖，具具体体是是指指从从一一个个共共同同的的祖祖先先通通过过无无性性繁繁殖殖的的方方法法增增生生而而来来的的一一群群遗遗传传特特性性相相同同的的细细胞胞或或者者个个体体，即即由由一一个个细细胞胞产产生生一一个个细细胞胞群群，由由一一个个个个体体产产生生另另一一个个个个体体或或者者许许多多个个体体，如如植植物物的的组组织织培培养养。动动物物的的克克隆隆就就是是指指细细胞胞核核移移植，通过离体培养使细胞重新表达细胞的全能性。植，通过离体培养使细胞重新表达细胞的全能性。(2)试管婴儿：是体外受精和胚胎移植过程，属于有性生殖。试管婴儿：是体外受精和胚胎移植过程，属于
23、有性生殖。(3)胚胚胎胎移移植植：哺哺乳乳动动物物的的胚胚胎胎移移植植以以良良种种牛牛的的繁繁殖殖为为例例。用用激激素素刺刺激激母母牛牛多多排排卵卵，体体外外受受精精，发发育育成成早早期期胚胚胎胎，然然后后将将胚胚胎胎移移入入经经过过激激素素处处理理可可以以接接受受胚胚胎胎植植入入的的母母牛牛体体内内使使其其孕孕育育成小牛。成小牛。4胚胚胎胎分分割割的的份份数数越越多多，操操作作的的难难度度越越大大，移移植植的的成成功功率越低的原因率越低的原因早早期期胚胚胎胎的的体体积积很很小小，只只有有在在显显微微镜镜下下才才能能看看到到；再再者者，细细胞胞数数目目是是有有限限的的。分分割割的的份份数数越越
24、多多，不不但但难难以以做做到到均均等等分分割割，每每一一份份的的细细胞胞数数会会越越少少，而而且且作作为为囊囊胚胚期期的的胚胚胎胎内内细细胞胞团团细细胞胞所所受受的的影影响响会会更更大大。因因此此，分分割割的的份份数数越越多多，技技术术的的难难度度会会越越大大，移移植植后后的的恢恢复复和和发发育育的的难难度度会会越越大大，移移植植成成功功率率自自然然会会降降低。低。知知 识识 构构 建建应应 用用 探探 究究(1)胚胚胎胎干干细细胞胞又又称称ES细细胞胞，是是从从_中中分分离离出出来来 的的 一一 类类 细细 胞胞 ， 如如 果果 胚胚 胎胎 发发 育育 到到 了了 囊囊 胚胚 期期 ， 这这
25、 时时 的的_细胞就是细胞就是ES细胞。细胞。(2)胚胎干细胞在功能上具有发育的胚胎干细胞在功能上具有发育的_。(3)图图中中反反转转录录病病毒毒的的作作用用是是_，过过程程利利用用了反转录病毒的了反转录病毒的_特性。特性。(4)“万万能能细细胞胞”经经体体外外诱诱导导分分化化，可可以以培培育育出出人人造造组组织织器器官官，这这样样培培育育的的特特殊殊细细胞胞或或器器官官移移回回病病人人体体内内与与异异体体器器官官移移植植相相比比，最大的优点是最大的优点是_。(5)请请 说说 出出 一一 种种 胚胚 胎胎 干干 细细 胞胞 的的 应应 用用 ：_。解解析析(1)胚胚胎胎干干细细胞胞是是从从早早
26、期期胚胚胎胎或或原原始始性性腺腺中中分分离离出出来的一类细胞，囊胚中内细胞团的细胞是胚胎干细胞。来的一类细胞，囊胚中内细胞团的细胞是胚胎干细胞。(2)胚胚胎胎干干细细胞胞在在功功能能上上具具有有发发育育的的全全能能性性，可可以以分分化化为为成成年动物体内任何一种组织细胞。年动物体内任何一种组织细胞。(3)反反转转录录病病毒毒的的作作用用是是作作为为基基因因工工程程的的载载体体，利利用用了了病病毒毒的感染性。的感染性。(4)干细胞培育出的组织器官，可以避免产生免疫排斥反应。干细胞培育出的组织器官，可以避免产生免疫排斥反应。答案答案(1)早期胚胎或原始性腺内细胞团早期胚胎或原始性腺内细胞团(2)全能性全能性(3)作为基因工程的载体感染作为基因工程的载体感染(宿主细胞宿主细胞)(4)不会产生免疫排斥反应不会产生免疫排斥反应(5)用用于于研研究究细细胞胞分分化化和和细细胞胞凋凋亡亡的的机机理理；用用于于器器官官移移植植等等(答出一种即可答出一种即可)
