本節(jié)聚焦:胚胎工程技術主要包括哪些內容？它們的原理分別是什么？胚胎工程在生產(chǎn)實踐中有哪些應用？選擇性必修3/第2章/細胞工程/第3節(jié)胚胎工程——胚胎工程技術及其應用試管動物荷斯坦牛是產(chǎn)奶量很高的奶牛品種，原產(chǎn)于荷蘭，但是一頭荷斯坦牛的售價高昂。某公司從國外引進了一對純種的荷斯坦牛，如何快速、大量繁殖引進的荷斯坦牛呢？荷斯坦牛3萬～5萬元動物細胞核移植試管牛胚胎分割試管動物是通過人工操作使卵子在體外受精，經(jīng)培育發(fā)育為早期胚胎后，再進行移植產(chǎn)生的個體。涉及的胚胎工程技術：體外受精、體外胚胎培養(yǎng)、胚胎移植體外受精受體母牛(代孕)精子卵子早期胚胎發(fā)育胚胎移植受精卵早期胚胎試管牛一、體外受精1.步驟：主要包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等步驟。卵巢MII期卵母細胞成熟培養(yǎng)新鮮或解凍的精液精子離心處理卵母細胞的采集目的是除去精清以利于精子獲能。精子的獲取獲能精子獲能處理體外受精受精卵培養(yǎng)培養(yǎng)液共同培養(yǎng)受精

一般情況下，可以將獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子置于適當?shù)呐囵B(yǎng)液中共同培養(yǎng)一段時間，來促使它們完成受精。一、體外受精2.意義：是提高動物繁殖能力的有效措施，可以為胚胎移植提供可用胚胎。新鮮或解凍的精液卵巢MⅡ期卵母細胞精子離心處理獲能精子體外受精受精卵培養(yǎng)早期胚胎產(chǎn)生很多胚胎胚胎移植二、胚胎移植1.概念：指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物體內，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。3.胚胎來源:體外受精(有性生殖)體內受精(有性生殖)動物細胞核移植技術(無性生殖)胚胎分割(無性生殖)轉基因動物(有性或無性生殖)2.供體和受體:提供胚胎的個體遺傳性狀優(yōu)良，生產(chǎn)能力強產(chǎn)生具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎選擇標準：職能：有健康體質和正常繁殖能力承擔繁重而漫長的妊娠和育仔任務(1)供體：(2)受體：接受胚胎的個體選擇標準：職能：二、胚胎移植4.步驟:供體、受體的選擇和處理配種或人工授精胚胎的收集胚胎的檢查培養(yǎng)或保存胚胎的移植移植后的檢查優(yōu)良供體母牛(遺傳性狀優(yōu)良，生產(chǎn)能力強)受體母牛(有健康體質和正常繁殖能力)進行同期發(fā)情處理超數(shù)排卵處理發(fā)情配種或人工授精優(yōu)良公牛收集胚胎并檢查正常繁殖或兩三個月后進行另一次移植受體發(fā)情移植胚胎對受體進行妊娠檢查具有優(yōu)良性狀的后代二、胚胎移植什么是同期發(fā)情處理？目的是什么？一般用激素(孕激素)處理；使供體和受體生殖器官的生理變化同步，目的是為供體的胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境。超數(shù)排卵的目的是什么？如何進行超數(shù)排卵？

使一頭母畜一次排出比自然情況下多許多的成熟卵子，用于配種或者人工授精，可獲得多枚胚胎，經(jīng)胚胎移植可得到多個后代。用外源促性腺激素處理供體母牛，誘發(fā)卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。胚胎移植中的幾個問題胚胎移植的生理學基礎

不一定；一般情況下檢驗合格的胚胎需要移植到同種的、生理狀態(tài)相同的受體子宮內，胚胎才能繼續(xù)發(fā)育。在胚胎移植前要對受體進行同期發(fā)情處理，使供體和受體生殖器官的生理變化同步，這樣才能為供體的胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境。二、胚胎移植結合圖2-23，思考與討論以下問題。1.將檢驗合格的胚胎移植到任何一個受體的子宮內，胚胎都能正常發(fā)育嗎?如果不能，在胚胎移植前應該對受體進行怎樣的處理?2.受體會不會對來自供體的胚胎發(fā)生免疫排斥反應?受體對來自供體的胚胎基本上不會發(fā)生免疫排斥反應。胚胎移植的生理學基礎二、胚胎移植3.胚胎移植后，經(jīng)受體孕育的后代，其遺傳特性與供體還是受體保持一致?為什么?胚胎移植后，經(jīng)受體孕育的后代的遺傳特性與供體保持一致。因為供體胚胎與受體子宮建立的僅是生理和組織上的聯(lián)系。其遺傳物質在孕育過程中不會發(fā)生任何變化。4.胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。你認為這樣的概括正確嗎?為什么?

正確。因為胚胎移植的成功率與供體、受體生理環(huán)境條件的一致性密切相關。只有供體、受體生理環(huán)境條件高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并能繼續(xù)發(fā)育。所以，我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。二、胚胎移植胚胎移植的生理學基礎生理學基礎意義哺乳動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境哺乳動物早期胚胎形成后，在一定時間內不會與母體子宮建立組織上的聯(lián)系，而是處于游離狀態(tài)為胚胎的收集提供可能受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應為胚胎在受體內的存活提供了可能供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但移入受體的供體胚胎的遺傳特性，在孕育過程中不受任何影響（即遺傳物質不會發(fā)生改變）為移植后的胚胎繼續(xù)發(fā)育提供了營養(yǎng)等方面的保障，同時保留了遺傳特性二、胚胎移植5.實質：早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力，大大縮短了供體本身的繁殖周期，增加供體一生繁殖后代的數(shù)量。(1)縮短了供體本身的繁殖周期，同時通過超數(shù)排卵和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾十倍的后代;(2)可在短期內大幅度增加優(yōu)良個體母畜和公畜的后代數(shù)量，迅速擴大良種畜群，加速育種和品種改良。胚胎移植是胚胎工程的最終技術環(huán)節(jié)，還將推動胚胎工程其他技術的研究和應用。7.地位：6.意義:三、胚胎分割

早期胚胎細胞具有很強的分裂能力，并保持著細胞全能性，能不能將一個胚胎分割成幾份，從而提高胚胎的利用率？機械方法早期胚胎2等份、4等份或8等份同卵雙胎或多胎分裂能力細胞全能性無性繁殖、克隆1.概念：4.繁殖方式(實質)：

。5.主要儀器設備：

。采用__________將__________切割成______________________等，經(jīng)移植獲得__________________的技術。2.理論基礎：早期胚胎細胞具有很強的

，并保持著

。3.胚胎分割產(chǎn)生后代的特點:后代具有

的遺傳物質。相同體視顯微鏡和顯微操作儀體視顯微鏡顯微操作儀三、胚胎分割6.操作程序：(1)選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中。(2)在顯微鏡下用分割針或分割刀分割，在分割囊胚階段的胚胎時，要注意將內細胞團均等分割；注意：對囊胚階段胚胎進行分割時一定要均分內細胞團，若分割不均，會出現(xiàn)含內細胞團多的部分正常發(fā)育的能力強，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題。(3)分割后的胚胎可直接移植給受體，或經(jīng)體外培養(yǎng)后，再移植給受體。7.意義(優(yōu)勢)：(1)可以促進優(yōu)良動物品種的繁殖;(2)產(chǎn)生的遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料;(3)胚胎移植前進行性別鑒定、遺傳病篩查等，對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代具有重要意義。8.胚胎分割的局限性

采用胚胎分割技術產(chǎn)生同卵多胎的可能性是有限的，分割次數(shù)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，還存在剛出生動物體重偏低，毛色、斑紋可能存在差異等問題。三、胚胎分割三、胚胎分割胚胎分割的發(fā)展簡史1978年，科學家將小鼠的桑椹胚一分為二，獲得了成功。1979年，科學家分割綿羊胚胎獲得了同卵羔羊。20世紀80年代后，人們建立了系統(tǒng)的胚胎分割法，并相繼得到1/4和1/8分割胚胎后代。

我國的胚胎工程專家也進行了分割胚胎移植的實驗研究，成功地對小鼠、家兔、綿羊、山羊和牛等動物進行了分割胚胎移植，并將二分胚胎分割技術應用到牛和羊的胚胎移植中。胚胎分割動物和體細胞核克隆動物的異同項目胚胎分割動物體細胞核克隆動物相同點都屬于

或克隆，最終技術是___________。

不同點胚胎的來源雌性動物的早期胚胎或

及其他方式得到的胚胎通過

技術獲得的重構胚遺傳物質胚胎分割動物具有相同的遺傳物質，兩個親本提供的核遺傳物質一樣多克隆動物的核遺傳物質主要由

提供起點經(jīng)過

或其他方式形成的一個細胞（受精卵）經(jīng)過

技術形成的一個細胞無性繁殖胚胎移植體外受精核移植供體細胞核受精作用核移植練習與應用一、概念檢測

1.體外受精和胚胎移植都是在醫(yī)學和農業(yè)生產(chǎn)上應用較多的胚胎工程技術。判斷下列相關表述是否正確。(1)采集來的卵母細胞和精子可以直接用于體外受精。（

）(2)經(jīng)胚胎移植產(chǎn)生的后代，其遺傳特性與受體保持一致。（）(3)進行胚胎移植前，要對供體和受體進行免疫檢査，以防止發(fā)生免疫排斥反應。（）×××練習與應用練習與應用

2.杜泊羊以其生長速度快、肉質好等優(yōu)點，成為受廣大消費者喜歡的綿羊品種?？蒲泄ぷ髡咄ㄟ^胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下圖所示。體外胚胎培養(yǎng)胚胎移植(1)請將圖中括號內的內容補充完整。(2)為了獲得數(shù)量較多的卵母細胞，可以對雌性杜泊羊進行怎樣的處理？可以對雌性杜泊羊進行超數(shù)排卵處理。(3)在進行體外受精操作之前，還要對獲得的卵母細胞和精子進行怎樣的處理？要對采集到的卵母細胞進行成熟培養(yǎng)，對采集到的精子進行獲能處理。練習與應用練習與應用二、拓展應用

北方白犀牛曾經(jīng)廣泛分布于非洲中部等地,但由于猖獗的盜獵和自然棲息地的喪失，它們的數(shù)量不斷減少。2018年3月，世界上最后一頭雄性北方白犀牛去世，該物種僅剩下兩頭雌性。在此之前，研究人員設法保存了北方白犀牛的精子。請回答下列問題。(1)我們可以使用哪些現(xiàn)代生物技術來人工繁育北方白犀牛？運用這些技術一定能繁育成功嗎？請說出你的理由?？梢允褂萌斯な诰?、體外受精、胚胎移植、體細胞核移植等技術來人工繁育北方白犀牛。運用這些技術不一定能成功繁育北方白犀牛，因為任何一項技術都不能保證百分之百的成功率，何況現(xiàn)存的北方白犀牛數(shù)量極少。練習與應用練習與應用(2)如果繁育成功，這樣人工繁育的種群與野生種群相比，有什么區(qū)別？這樣人工繁育的種群與野生種群相比，遺傳多樣性會降低，野外生存能力也會下降。(3)如果繁育不成功，這一物種將永遠從地球上消失，從中我們能得到怎樣的教訓？多種多樣的生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，是一個個獨特的基因庫。任何一個物種的滅絕都可能產(chǎn)生多米諾效應，使其他相關物種受到影響，進而威脅到生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。保護瀕危的野生動物，保護生物多樣性刻不容緩。練習與應用復習與提高一、概念檢測1.若下圖表示細胞工程操作中的某些過程,請回答下列問題。(1)如果A、B分別是白菜和甘藍的原生質體，則C細胞再生出細胞壁后需要通過什么技術才能發(fā)育成雜種植株“白菜-甘藍”？若白菜和甘藍雜交產(chǎn)生了子代，該子代是否可育？為什么？植物組織培養(yǎng)技術白菜和甘藍雜交產(chǎn)生的子代沒有同源染色體，進行減數(shù)分裂時聯(lián)會發(fā)生紊亂，不能形成正常的配子，所以該子代一般不可育。復習與提高一、概念檢測1.若下圖表示細胞工程操作中的某些過程,請回答下列問題。(2)若該圖表示抗丙肝病毒的單克隆抗體制備過程中的一環(huán)，A細胞是小鼠骨髓瘤細胞，則B細胞表示什么？符合要求的C細胞應具有哪些特點？B淋巴細胞能大量增殖并能產(chǎn)生抗丙肝病毒的抗體。(3)如果A、B分別是取自優(yōu)良奶牛的卵細胞和精子，在進行體外受精時，一般要把A細胞培養(yǎng)到什么時期？B細胞則要經(jīng)過什么處理才能與A細胞結合為受精卵？減數(shù)分裂Ⅱ中期(MⅡ期)獲能處理復習與提高2.2015年10月，我國科學家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素可以有效降低瘧疾患者的死亡率而獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。青蒿素類藥物的市場需求很大，請你根據(jù)所學內容及以下信息，提出一條提高青蒿素類藥物產(chǎn)量的研究思路。（1）青蒿素的衍生物——雙氫青蒿素也是很好的抗瘧疾藥物，并且它的藥物活性比青蒿素的高很多；（2）青蒿素是從黃花蒿中提取的，在黃花蒿產(chǎn)生青蒿素的代謝過程中，某些酶（如FPS酶）起決定性作用；（3）野生黃花蒿在生長過程中，處于花蕾期時體內青蒿素含量最高；（4）研究人員在對黃花蒿進行組織培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)它的愈傷組織中沒有青蒿素，但是由愈傷組織再分化形成的芽和苗中均有青蒿素；（5）四倍體黃花蒿體內青蒿素的含量比二倍體高38%，但四倍體植株比二倍體植株矮小很多。復習與提高2.2015年10月，我國科學家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素可以有效降低瘧疾患者的死亡率而獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。青蒿素類藥物的市場需求很大，請你根據(jù)所學內容及以下信息，提出一條提高青蒿素類藥物產(chǎn)量的研究思路。用基因工程技術將青蒿素基因或雙氫青蒿素基因導入微生物，利用微生物合成青蒿素；

用植物組織培養(yǎng)技術，將外植體脫分化形成愈傷組織，再誘導愈傷組織再分化成胚狀體，獲取青蒿素；

將FPS酶基因作為目的基因插入農桿菌T-DNA中，用農桿菌轉化法導入青蒿素細胞，整合到青蒿素染色體DNA上，再利用植物組織培養(yǎng)獲得FPS酶基因表達能力強、青蒿素產(chǎn)量高的品種；

用秋水仙素處理黃花蒿種子或幼苗使之成為四倍體，獲取青蒿素?；虿捎闷渌侠矸椒ā土暸c提高3.在章首頁中介紹的體細胞克隆猴的培育過程中，我國科學家經(jīng)過多年的反復實驗，可以在10s之內對卵母細胞進行去核操作，在15s之內將體細胞注入去核的卵母細胞里。有評論者認為：該研究的研究者利用“聰明的化學方法和操作技巧”，攻克了多年來導致體細胞克隆猴失敗的障礙。培育克隆猴的流程如下圖所示，請結合圖回答問題。(1)研究人員在將胎猴的體細胞注入去核的卵母細胞前，用滅活的仙臺病毒進行了短暫處理。在此過程中，滅活的仙臺病毒所起的作用是什么？誘導細胞