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成才之路 · 生物,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 · 選修3,胚胎工程,專題三,第三節(jié) 胚胎工程的應(yīng)用及前景,專題三,1．掌握胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)、基本程序和應(yīng)用。(重、難點) 2．了解胚胎分割的應(yīng)用意義。 3．掌握胚胎干細胞的概念和分離途徑。(難點),一、胚胎移植 1．胚胎移植的概念 (1)對象：雌性動物的①________或通過②________及其他方式得到的胚胎。 (2)受體：③________、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內(nèi)。 (3)地位：是胚胎工程其他技術(shù)的④________一道工序。,早期胚胎,體外受精,同種的,最后,2．胚胎移植的優(yōu)勢 (1)充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的⑤________。 (2)大大縮短了供體本身的⑥________，增加供體一生繁殖后代的數(shù)量，從而推動了畜牧業(yè)的發(fā)展。 3．胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ) (1)同種動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時間內(nèi)，生殖器官的⑦________是相同的，這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的⑧________。 (2)哺乳動物的早期胚胎形成后處于⑨________狀態(tài)，為胚胎收集提供了可能。,繁殖潛力,繁殖周期,生理變化,生理環(huán)境,游離,(3)不發(fā)生⑩________________，是胚胎存活的條件。 (4)供體胚胎與受體子宮建立正常的?________和?________聯(lián)系，但?________不受影響。 4．胚胎移植的基本程序 供受體的選擇和?________―→?________或人工授精―→對胚胎的?________、檢查、?________或保存―→胚胎?________及移植后的檢查。,免疫排斥反應(yīng),生理,組織,遺傳特性,處理,配種,收集,培養(yǎng),移植,優(yōu)良性狀的生殖細胞,妊娠,轉(zhuǎn)基因,核移植,體外受精,機械方法,移植,無性繁殖,克隆,實體顯微鏡,顯微操作儀,桑椹胚,囊胚,內(nèi)細胞團,胚胎,ES,EK,早期胚胎,原始性腺,體積小、細胞核大、核仁明顯,全能性,增殖,分化,冷凍保存,遺傳改造,人類的某些頑癥,供體器官不足,免疫排斥,細胞分化,個體發(fā)生,發(fā)育規(guī)律,[思維激活] 1．胚胎移植的繁殖方式一定是有性繁殖嗎？為什么？ 2．胚胎移植時為什么兩次使用激素？ [答案] 1．不一定。胚胎移植的繁殖方式取決于胚胎是由受精卵形成的，還是由核移植技術(shù)形成重組細胞發(fā)育而成的。若由受精卵形成的，則為有性繁殖，否則為無性繁殖。 2．第一次用激素對供、受體進行同期發(fā)情處理，第二次用激素用于供體的超數(shù)排卵。,一、胚胎移植 1．對于胚胎移植的概念，可從以下幾個方面掌握： (1)胚胎的來源： ①雌性動物體內(nèi)的早期胚胎。 ②通過體外受精和早期胚胎培養(yǎng)得到。 ③其他方式，如通過哺乳動物體細胞核移植及培養(yǎng)而得到。,(2)對受體的要求： ①同一物種。 ②與供體處于相同的生理狀態(tài)。 ③雌性動物。 (3)胚胎的移植方法： 手術(shù)法和非手術(shù)法兩種。 (4)在胚胎工程中所處的位置：是胚胎工程其他技術(shù)的最后一道“工序”。 (5)實質(zhì)： 胚胎移植實際上是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。,2．胚胎移植的意義 總的來講，胚胎移植有以下幾方面的意義： (1)加速育種工作和品種改良。 (2)大量節(jié)省購買種畜的費用。 (3)一胎多產(chǎn)。 (4)保存品種資源和瀕危物種。 (5)胚胎移植可充分發(fā)揮雌性優(yōu)秀個體的繁殖潛力。 ①大大縮短了供體本身的繁殖周期； ②增加供體一生繁殖的后代數(shù)量。,3．胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ) (1)供體與受體相同的生理環(huán)境 (2)早期胚胎處于游離狀態(tài) (3)受體對外來胚胎的認可 (4)供體胚胎與受體正常聯(lián)系的建立 4．胚胎移植的基本程序(以家畜的胚胎移植為例),知識貼士：①供體牛的選擇：選擇遺傳性能和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的個體。 受體牛的選擇：選擇有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力的個體。 ②沖卵：配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。,通過胚胎移植技術(shù)，可以實現(xiàn)良種牛的快速繁殖。下列相關(guān)敘述正確的是( ) A．對供體和受體母牛都要進行相同激素處理 B．受精和胚胎的早期培養(yǎng)都需要在體外進行 C．對沖卵獲得的原腸胚檢查合格后方可移植 D．早期胚胎需移植到與供體生理狀態(tài)相同的代孕母牛體內(nèi),[解析] A錯誤，對供體和受體母牛要進行同期發(fā)情處理，但不一定是相同激素處理。B錯誤，受精和胚胎的早期培養(yǎng)可以在體內(nèi)進行。C錯誤，對沖卵獲得的早期胚胎檢查合格后方可移植。D正確，早期胚胎需移植到與供體生理狀態(tài)相同的代孕母牛體內(nèi)。 [答案] D,將雌性動物的早期胚胎，或者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)相同的其他雌性動物的體內(nèi)。以下說法不正確的是( ) A．這時說的同“種”是指同一“物種” B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植給我國黃牛，生出荷斯坦奶牛，可以移植成功 C．同種動物之間的生理特征相近，進行胚胎移植易于成功 D．不管是否妊娠，同種動物生殖器官的生理變化都是一樣的,[答案] D [解析] 雌性哺乳動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時間內(nèi)，同種動物生殖器官的生理變化是一樣的。,二、胚胎分割 1．概念 是指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。 2．胚胎分割可以看做是動物的無性繁殖或克隆 生物的無性繁殖方式統(tǒng)稱為克隆。就胚胎分割技術(shù)本身而言，是將同一胚胎分割成幾部分，借助胚胎移植技術(shù)產(chǎn)生遺傳物質(zhì)完全相同的后代，是一種無性繁殖的方式，因此，也屬于動物克隆的一種方法。,3．使用的主要儀器設(shè)備 實體顯微鏡和顯微操作儀。 4．選用胚胎 應(yīng)選擇發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。 5．具體操作——以二分胚胎的分割和移植為主 用分割針或分割刀片將胚胎切開，吸出其中的半個胚胎，注入預(yù)先準(zhǔn)備好的空透明帶中，或直接將裸半胚胎移植給受體。在對囊胚階段的胚胎進行分割時，要注意將內(nèi)細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復(fù)和進一步發(fā)育。,以下關(guān)于胚胎分割移植的說法不正確的是( ) A．就目前的胚胎分割移植而言，產(chǎn)生的同卵雙胎較多，同卵多胎成功率較低 B．胚胎分割所需要的主要儀器設(shè)備為實體顯微鏡和顯微操作儀等 C．可在囊胚階段的胚胎進行隨機分割成兩份或多份然后移植 D．用分割針將桑椹胚分成兩部分，可直接將裸半胚移植入受體,[解析] 一般到囊胚階段出現(xiàn)內(nèi)細胞團，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎(chǔ)細胞，其他細胞為滋養(yǎng)層細胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。若分割時不能將內(nèi)細胞團均等分割，會出現(xiàn)內(nèi)細胞團多的部分正常發(fā)育，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，所以這一階段不能隨機分割。 [答案] C,胚胎分割是一種現(xiàn)代生物技術(shù)，關(guān)于這一技術(shù)的敘述正確的是( ) A．胚胎分割可以將早期胚胎任意分割成多份 B．胚胎分割技術(shù)可以獲得同卵雙胎或多胎 C．胚胎分割技術(shù)屬于有性生殖方式，因此不屬于克隆 D．胚胎分割技術(shù)可以分割任意時期胚胎 [答案] B [解析] 胚胎分割常選擇桑椹胚或囊胚時期的胚胎，一般分割成同卵雙胎，并不能任意分割成多份。胚胎分割可以看作是動物無性繁殖或克隆的方法之一。,三、胚胎干細胞 1．來源 哺乳動物的胚胎干細胞(embryonicstemcell)簡稱ES或EK細胞，是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞。 2．ES細胞特點 (1)形態(tài)大小：ES細胞具有胚胎細胞的特性，在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積小、細胞核大、核仁明顯。 (2)功能：具有發(fā)育的全能性；即可以分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細胞。 (3)在體外培養(yǎng)的條件下，ES細胞可以增殖而不發(fā)生分化。對它可以進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。,3．ES細胞的主要用途 (1)ES細胞可用于研究哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育的規(guī)律，也是在體外條件下研究細胞分化的理想材料。 (2)ES細胞通過誘導(dǎo)分化可產(chǎn)生新的組織細胞，用于治療人類的組織損傷和某些頑癥。 (3)還可通過ES細胞的體外誘導(dǎo)分化，定向培育人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和移植后免疫排斥的問題。,下列對“人類胚胎干細胞”這一概念的理解，正確的一項是( ) A．人類胚胎干細胞即人類胚胎發(fā)育早期囊胚外表的扁平細胞和囊胚腔內(nèi)側(cè)的內(nèi)細胞團 B．人類胚胎干細胞就是人類胚胎發(fā)育早期囊胚腔內(nèi)側(cè)的內(nèi)細胞團 C．人類胚胎干細胞是人類囊胚中可發(fā)育成胎盤、肝、肺、骨骼、皮膚等的全能性細胞 D．人類胚胎干細胞不僅指人類囊胚中未分化的細胞，也指成人身上的成年干細胞,[解析] 人類胚胎干細胞是人類胚胎發(fā)育早期——囊胚中未分化的細胞。囊胚外表是一層扁平細胞，可發(fā)育成胚胎的支持組織如胎盤等；中心的腔稱為囊胚腔，腔內(nèi)側(cè)有內(nèi)細胞團。內(nèi)細胞團在形成內(nèi)、中、外三個胚層時開始分化，內(nèi)胚層分化形成肝、肺和腸等，中胚層分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚層分化形成皮膚、眼睛和神經(jīng)系統(tǒng)等。由于內(nèi)細胞團能發(fā)育成完整的個體，因而這些細胞被認為具有全能性。 [答案] B,胚胎干細胞的特點是( ) A．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積大、細胞核大、核仁明顯；在功能上具有發(fā)育的全能性 B．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積小、細胞核大、核仁明顯；在功能上具有發(fā)育的全能性 C．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積小、細胞核小、核仁不明顯；在功能上不具有發(fā)育的全能性 D．在形態(tài)上，表現(xiàn)為體積大、細胞核小、核仁明顯；在功能上具有發(fā)育的全能性,[答案] B [解析] 胚胎干細胞具有體積小、細胞核大、核仁明顯等特點，并且具有發(fā)育的全能性，可分化成機體的各種組織和器官。,1．胚胎移植中供體公、母牛和受體母牛的選擇依據(jù)及對供體和受體母牛進行同期發(fā)情處理的原因 供體公、母牛應(yīng)該是具有人類所需的優(yōu)良遺傳性狀的個體，而受體母牛必須具有正常的孕育、生殖后代的能力；用促性腺激素處理供體母牛是為了引起超數(shù)排卵，這樣就可以獲得較多的胚胎；在用促性腺激素處理供體母牛前，對供體和受體母牛進行同期發(fā)情處理，才能使它們的生理條件達到同步或一致，使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件。,2．用胚胎移植繁育良種種畜的實用意義 胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。具體表現(xiàn)為：縮短了供體本身的繁殖周期，同時通過超數(shù)排卵處理和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾十倍的后代?？稍诙唐诖蠓仍黾觾?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工作。經(jīng)冷凍保存的胚胎可進行國內(nèi)和國際交換，代替活畜的引種或進出口。通過胚胎移植可以人為生產(chǎn)雙胎或多胎?？梢酝ㄟ^保存胚胎來保存品種資源和瀕危動物。,規(guī)律總結(jié)：胚胎移植的實質(zhì)： 胚胎移植成功率的高低與供、受體生理環(huán)境條件一致性密切相關(guān)。只有供、受體生理環(huán)境高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并繼續(xù)發(fā)育。所以，我們可以把胚胎移植的實質(zhì)概括為早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。,3．克隆(核移植)、胚胎移植和試管嬰兒的區(qū)別 (1)克隆：指無性繁殖，具體是指從一個共同的祖先通過無性繁殖的方法增生而來的一群遺傳特性相同的細胞或者個體，即由一個細胞產(chǎn)生一個細胞群，由一個個體產(chǎn)生另一個個體或者許多個體，如植物的組織培養(yǎng)。動物的克隆就是指細胞核移植，通過離體培養(yǎng)使細胞重新表達細胞的全能性。 (2)試管嬰兒：是體外受精和胚胎移植過程，屬于有性生殖。,(3)胚胎移植：哺乳動物的胚胎移植以良種牛的繁殖為例。用激素刺激母牛多排卵，體外受精，發(fā)育成早期胚胎，然后將胚胎移入經(jīng)過激素處理可以接受胚胎植入的母牛體內(nèi)使其孕育成小牛。,4．胚胎分割的份數(shù)越多，操作的難度越大，移植的成功率越低的原因 早期胚胎的體積很小，只有在顯微鏡下才能看到；再者，細胞數(shù)目是有限的。分割的份數(shù)越多，不但難以做到均等分割，每一份的細胞數(shù)會越少，而且作為囊胚期的胚胎內(nèi)細胞團細胞所受的影響會更大。因此，分割的份數(shù)越多，技術(shù)的難度會越大，移植后的恢復(fù)和發(fā)育的難度會越大，移植成功率自然會降低。,下圖是“萬能細胞”的誕生過程，圖中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干細胞中能高度表達并決定其“全能性”的四個基因，將改造后的“萬能細胞”植入小鼠身體，植入的細胞長成了“腫瘤”，“腫瘤”中出現(xiàn)了神經(jīng)、骨骼、肌肉等多種類型的細胞。請據(jù)圖回答下列問題：,,(1)胚胎干細胞又稱ES細胞，是從____________中分離出來的一類細胞，如果胚胎發(fā)育到了囊胚期，這時的______________細胞就是ES細胞。 (2)胚胎干細胞在功能上具有發(fā)育的__________。 (3)圖中反轉(zhuǎn)錄病毒的作用是______________，過程③利用了反轉(zhuǎn)錄病毒的__________特性。 (4)“萬能細胞”經(jīng)體外誘導(dǎo)分化，可以培育出人造組織器官，這樣培育的特殊細胞或器官移回病人體內(nèi)與異體器官移植相比，最大的優(yōu)點是______________________。 (5)請說出一種胚胎干細胞的應(yīng)用：_______________________________________。,[解析] (1)胚胎干細胞是從早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞，囊胚中內(nèi)細胞團的細胞是胚胎干細胞。 (2)胚胎干細胞在功能上具有發(fā)育的全能性，可以分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細胞。 (3)反轉(zhuǎn)錄病毒的作用是作為基因工程的載體，利用了病毒的感染性。 (4)干細胞培育出的組織器官，可以避免產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。,[答案] (1)早期胚胎或原始性腺 內(nèi)細胞團 (2)全能性 (3)作為基因工程的載體 感染(宿主細胞) (4)不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng) (5)用于研究細胞分化和細胞凋亡的機理；用于器官移植等(答出一種即可),