人教版（2019）高中生物学 选择性必修三 生物技术与工程 2.3胚胎工程（3课时）课件

这是一份人教版（2019）高中生物学 选择性必修三 生物技术与工程 2.3胚胎工程（3课时）课件，共47页。

教学目标： 1、简述受精核胚胎早期发育的基本过程。 2、简述体外受精、胚胎移植、胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。 3、运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产、生活中的相关问题进行分析和判断。 4、认同胚胎工程技术的发展和应用体现了科学、技术、社会的互动关系。教学重点： 1、受精的基本过程。 2、胚胎早期发育的基本过程。 3、胚胎工程的主要技术及其原理。 4、胚胎工程在生产实践中的应用。教学难点： 1、受精过程中精子和卵子的生理变化。 2、胚胎工程中胚胎移植的生理学基础和基本操作步骤。 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。能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？良种荷斯坦奶牛胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决从社会中来第2章、 动物细胞工程第3节 胚胎工程一、胚胎工程的理论基础胚胎工程：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。体外受精、胚胎移植、胚胎分割等生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞在体外条件下, 对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律胚胎工程定义：指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。场所：输卵管内过程：一、胚胎工程的理论基础（一）受精 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”。①直接利用 使精子获能；②将精子培养在 中使其获能；雌性动物生殖道人工配制的获能液实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为______________的建立奠定了基础。体外受精技术获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。1、准备阶段1——精子获能（1）定义：（2）获能方法：（3）研究精子获能机制的意义：成熟精子的结构头颈线粒体鞘尾成熟精子含有的细胞质很少。思考：精细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？主要是细胞核为精子的运动提供能量*不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关1、准备阶段1——精子获能是一个不连续的过程（1）卵细胞的形成(性成熟后，受性激素刺激，继续分裂)2、准备阶段2——卵子的准备2、准备阶段2——卵子的准备(1) 卵子一般在排出 后才能被精子穿入2~3h(2) 动物排出的卵子成熟度不同； 有的可能是 ，如马、犬等； 有的可能是 ，如猪、羊等。初级卵母细胞次级卵母细胞(3) 卵子成熟的场所：输卵管(4) 卵子具备与精子受精能力的时期：MⅡ（减数第二次分裂中期）（2）不同动物排出的卵子成熟程度不同卵原细胞初级卵母细胞次级卵母细胞马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞马、犬排卵猪、羊排卵2、准备阶段2——卵子的准备（3）卵子的成熟卵原细胞初级卵母细胞次级卵母细胞MⅡ期卵母细胞发育输卵管卵细胞膜核第一极体2、准备阶段2——卵子的准备1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？2.防止多精入卵的机制有哪些？3.精子入卵后，结构发生了哪些变化？精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带释放出多种酶，以溶解这些结构精子接触卵细胞膜透明带反应精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核精子入卵卵细胞膜反应精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内防止多精入卵的两个屏障精子入卵后，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核，叫做雄原核。3、受精阶段雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵。第一次卵裂即将开始雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。受精完成的标志：雌雄原核形成合子受精的标志：观察到两个极体或者雌雄原核3、受精阶段受精卵中的遗传物质：细胞核：1/2父+1/2母细胞质：几乎都来自母方3、受精阶段受精完成的标志：雌雄原核形成合子受精的标志：观察到两个极体或者雌雄原核受精卵中的遗传物质：细胞核：1/2父+1/2母细胞质：几乎都来自母方(1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管(　　)(2)精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用(　　)(3)受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子(　　)(4)动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到MⅡ期才具备受精能力(　　)判断正误√×√×胚胎工程的理论基础——受精（二）胚胎早期发育输卵管和子宫受精卵卵裂桑葚胚囊胚原肠胚1.场所：2.过程： 致密的细胞团，形似桑葚，每个细胞具有发育的全能性细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不增加。增多减小增多不变减少增多（二）胚胎早期发育囊胚：①细胞开始出现分化③滋养层细胞：发育成胎盘和胎膜②内细胞团：发育成胎儿的各种组织。④囊胚进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的囊腔——囊胚腔。（二）胚胎早期发育⑤孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。（胚胎继续发育的关键）原肠胚： 囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统（二）胚胎早期发育【思考·讨论】不同动物受精卵发育的比较注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 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。比较而言，马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。 小鼠应选择至少发育到桑葚胚阶段的胚胎进行移植。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8～16细胞阶段进入子宫，但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胚胎进行移植。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。2.将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎?如果换成牛又该怎样处理？【思考·讨论】不同动物受精卵发育的比较受精精子获能受精前的准备卵子准备MⅡ期具备受精能力雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中桑葚胚受精卵每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织囊胚原肠胚卵裂细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加孵化内细胞团滋养层【课堂小结】(1)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂(　　)(2)囊胚的滋养层细胞具有全能性(　　)(3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期(　　)(4)囊胚内的内细胞团将来发育成胎盘和胎膜(　　)(5)胚胎发育的场所是输卵管(　　)判断正误×××××胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育1.(2021·海南海口期中)下列有关早期胚胎发育过程中各阶段的叙述，错误的是A.滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘B.内细胞团可发育成胎儿的各种组织C.高等哺乳动物细胞的分化开始于桑葚胚阶段D.胚胎从透明带中伸展出来的过程发生于囊胚阶段典题应用√胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育2.哺乳动物受精卵在卵裂过程中发生的变化是( )A.细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大B.细胞的数目增多，有机物含量增加C.每个细胞的DNA含量不断增加，全能性提高D.逐渐出现了原肠胚，并有了胚层的分化√胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育3.下图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段，请据图回答问题。(1)写出各个阶段的名称：A.　　　；B.　　；C.原肠胚。(2)写出图中各标号的名称：[①]　　　；[②]　　　　；[③]　　　；[④]　　　。其中②能发育为胎儿的各种组织，表明其仍具有　　　。(3)A阶段的细胞具有发育上的全能性，B阶段的细胞开始出现　　，C阶段开始出现　　　　。桑葚胚囊胚滋养层内细胞团透明带囊胚腔全能性分化三个胚层胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育第2章 动物细胞工程第3节 胚胎工程二、胚胎工程技术及其应用情景资料1：国 产 奶 牛：年均产奶量3000公斤左右国际良种奶牛：年均产奶量10000公斤左右我国蒙古黄牛：均重300Kg海福特肉用牛：2岁体重可达800盹1、引进一头良种成年奶牛需3万---5万元2、一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。实际问题: 牛的生育率虽然很低，但是一头母牛一生排出的卵细胞约200个左右，卵巢中卵母细胞数量是它的1000倍（20万）；公牛平均每次射精5ml,精子数50亿。那如何实现良种牛快速繁殖呢? 母牛其实是有很强的生殖潜能的，只是没有激发出来。1982年世界首例“试管牛” 犊问世1.“试管牛(动物)”是指什么？2.“试管牛”是如何生产的？ 试管动物:是指通过人工操作使卵细胞在体外受精，培养发育为早期胚胎后，在进行移植生产的个体。思考：情景资料2：1.体外受精技术主要包括哪几个步骤？2.卵母细胞的培养的目的是什么？3.离心的目的是什么？4.精子与卵细胞如何完成体外受精？5.受精卵如何培养？阅读P60文字及图2-22，思考以下问题：1.体外受精技术过程：卵巢MⅡ期卵母细胞体外受精获能精子精子离心处理新鲜或解冻的精液受精卵培养去除精浆，以利于精子获能 (提取纯度较高精子)胚胎早期培养的基本条件：营养条件；环境条件是无菌、无毒的环境、适宜的温度、pH和渗透压；适宜的气体环境目的在适当的培养液中完成受精过程采集培养（一）体外受精2.体外受精技术的意义为胚胎移植提供可用的胚胎提高动物繁殖能力的有效措施（一）体外受精3.比较自然受精、人工授精和体外受精雌雄动物交配完成输卵管用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程输卵管体外培养液中(1)精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程；(2)都是有性生殖（一）体外受精 受精卵体外培养到什么时期可进行胚胎移植？不同动物胚胎移植时间不同：牛、羊：小鼠：试管婴儿：桑椹胚或囊胚阶段可在更早的阶段移植8-16个细胞阶段注：胚胎发育的主要场所是母体。1.概念： 指将通过_______________________得到的胚胎，移植到__________、 _______________的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。体外受精及其他方式同种的生理状态相同①胚胎来源：体外受精及其他方式得到的胚胎体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等②供体和受体供体：提供胚胎的个体遗传性状优良，生产能力强产生具有优良遗传特性的胚胎受体：接受胚胎的个体有健康体质和正常繁殖能力承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务（二）胚胎移植2.过程：受体发情同期发情处理超数排卵处理发情配种或人工受精胚胎移植收集胚胎并检查对受体进行妊娠检查具有优良性状的后代正常繁殖或两三个月后进行另一次移植1.什么是同期发情处理？（遗传性状优良，生产能力强）（有健康体质和正常繁殖能力）2.同期发情处理的目的是什么？ 利用某些激素人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。 使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，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。3.如何进行超数排卵？注射外源促性腺激素4.超数排卵的目的是什么？ 诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。5.冲卵的目的是什么？排出早期胚胎（二）胚胎移植2.过程：受体发情同期发情处理超数排卵处理发情配种或人工受精胚胎移植收集胚胎并检查对受体进行妊娠检查具有优良性状的后代正常繁殖或两三个月后进行另一次移植注：1.两次使用激素：2.两次检查： ① 同期发情处理 ② 超数排卵 ① 冲卵后，胚胎质量检查 ② 移植后，是否妊娠检查（二）胚胎移植思考·讨论 胚胎移植的生理学基础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。一般情况下检验合格的胚胎需要移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。同期发情处理。2.受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应?受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。3.胚胎移植后，经受体孕有的后代，其遗传特性与供体还是受体保持一致?为什么? 遗传特性与供体保持一致。 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）胚胎移植3.胚胎移植的生理学基础：①移入：动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化相同②收集：早期胚胎在一定时间内处于游离状态，不与子宫建立联系③存活：受体子宫对移入的外来胚胎不发生排斥反应④发育、遗传特性：供体胚胎与受体子宫建立正常的生理和组织联系，且不影响 其遗传特性6.优势：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力4.实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。5.地位：胚胎必须移植给受体才能获得后代同卵双胞胎 采用___________将____________切割成___________________ 等，经移植获得__________________的技术1.概念：机械方法早期胚胎2等份、4等份或8等份同卵双胎或多胎2.特点:早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。 后代具有相同的遗传物质，可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。体视显微镜和显微操作仪3.理论依据:4.适合分割的胚胎:5.主要仪器设备:发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。注：分割囊胚时，要将内细胞团均等分割（三）胚胎分割6.操作过程：（三）胚胎分割选择胚胎→分割胚胎→移植胚胎7. 优点:①可以促进优良动物品种的繁殖②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③在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义8. 局限性： 实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。（三）胚胎分割1、下列关于胚胎移植的叙述，正确的是(　　)A．胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序B．受精卵需发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植C．胚胎移植时选用的胚胎都是由受精卵发育而来D．胚胎移植前需对供体和受体进行配型以免发生免疫排斥A2、下列有关叙述错误的是(　　)A．从卵巢中采集的卵母细胞应立即与精子完成受精过程B．胚胎移植较适宜的时期是桑葚胚或囊胚时期C．囊胚期的内细胞团分化程度低，将来可发育为胎儿的各种组织D．理论上，胚胎干细胞能被诱导分化为机体内的多种细胞A作业3、下列关于胚胎移植的优点的叙述，错误的是(　　)A．大大缩短了供体本身的繁殖周期B．经一次移植多个胚胎得到的后代性状相同C．充分发挥雌性优良个体的繁殖能力D．不受时间、地域限制，大量节省购买种畜的费用B作业4、下列关于卵母细胞采集的描述，不正确的是(　　)A．有些动物在采集之时要用促性腺激素处理B．从输卵管中取出的卵子可以直接和获能的精子在体外受精C．对有些动物可以直接从活体的卵巢中吸取卵母细胞D．采集的卵母细胞都可以直接和获能的精子在体外受精D