高中生物 3.3 胚胎工程的應用及前景課件 新人教版選修3.ppt

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目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,胚胎工程技術目前在生產(chǎn)中應用較多的是家畜的胚胎移植、胚胎分割和體外生產(chǎn)胚胎技術。 一、胚胎移植 1.概念:指將雌性動物體內的早期胚胎,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,使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。其中提供胚胎的個體叫供體,接受胚胎的個體叫受體。 2.地位:胚胎移植是轉基因、核移植或體外受精等技術的最后一道“工序”。 3.意義:可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。,,,,,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,4.胚胎移植的生理學基礎 (1)哺乳動物發(fā)情排卵后,不管是否妊娠,在一段時間內,同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的,這為供體胚胎移入提供了相同的生理環(huán)境。 (2)哺乳動物的早期胚胎形成后,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),這就為胚胎的收集提供了可能。 (3)受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應,為胚胎在受體內的存活提供了可能。 (4)供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系,但其遺傳特性在孕育過程中不受任何影響。,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,5.胚胎移植的基本程序 (1)供、受體的選擇和處理(使用激素對供、受體母牛進行同期發(fā)情處理,對供體母牛做超數(shù)排卵處理)。 (2)配種或進行人工授精。 (3)胚胎收集:用特制的沖卵裝置,把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來,也叫沖卵。 (4)質量檢查(胚胎發(fā)育到桑椹胚或囊胚),直接向受體移植或保存(-196 ℃的液氮)。 (5)胚胎移植:手術法(引出受體子宮和卵巢將其注入);非手術法(用移植管將其送入受體子宮)。 (6)移植后的檢查(是否妊娠等)。,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,我國現(xiàn)有奶牛600萬頭左右,每頭奶牛年均產(chǎn)奶量只有3 000 kg(有一部分高產(chǎn)奶?？蛇_7 000 kg以上);有黃牛約9 000萬頭。荷斯坦奶牛是世界上產(chǎn)奶量最高的奶牛品種之一。為迅速擴大高產(chǎn)奶牛的數(shù)量,滿足人們對牛奶的需求,請你根據(jù)所給信息,提出合理建議。 提示選用高產(chǎn)奶牛作供體生產(chǎn)胚胎,或者從國外引進荷斯坦奶牛生產(chǎn)胚胎,用黃牛作受體進行胚胎移植,生產(chǎn)純種高產(chǎn)奶牛。,,目標導航,預習導引,一,二,三,二、胚胎分割 1.概念: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。可看作動物無性繁殖或克隆的方法之一。 2.儀器設備:實體顯微鏡和顯微操作儀。 3.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)用分割針或分割刀切開胚胎,吸出其中的半個胚胎,注入預先準備好的空透明帶中或直接將裸半胚移植入受體。分割囊胚時注意要將內細胞團均等分割。 4.局限:剛出生的動物體重偏低,毛色和斑紋上存在差異等,采用胚胎分割技術產(chǎn)生同卵多胚的可能性有限。,,,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,三、胚胎干細胞 1.概念:由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞,簡稱ES或EK細胞。 2.特點 (1)形態(tài):體積小、細胞核大、核仁明顯。 (2)功能:具有發(fā)育的全能性,即可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。 (3)在體外可增殖而不發(fā)生分化。 (4)可冷凍保存;可進行遺傳改造。,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,3.應用 (1)可以用于治療人類的某些頑癥。 (2)可以培育出人造組織器官,解決臨床上存在的供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。 (3)是研究體外細胞分化的理想材料。 (4)可用于對哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律的研究。,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,汶川大地震后,幸存受傷者皮膚修復和器官移植成為一大醫(yī)療難題,皮膚干細胞的研制又迅速成為熱點。 (1)什么是干細胞? 提示既能進行分裂又能進行分化的細胞。 (2)皮膚干細胞在體內無法形成其他細胞,原因是什么? 提示基因的選擇性表達。 (3)皮膚干細胞來源于胚胎干細胞,胚胎干細胞來源于什么? 提示早期胚胎或原始性腺。,,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一、胚胎移植 1.獲取胚胎供體的方法 (1)雌性動物體內的早期胚胎。 (2)通過體外受精和早期胚胎的培養(yǎng)得到。 (3)通過哺乳動物體細胞核移植及培養(yǎng)得到。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2.胚胎移植的基本程序(以牛胚胎移植為例),三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,3.胚胎移植的地位 在胚胎工程中通過任何一項技術,如轉基因、核移植,或體外受精等技術獲得的胚胎,都必須移植給受體才能獲得后代。因此,胚胎移植是胚胎工程及其他技術的最后一道“工序”。 4.胚胎移植的意義 (1)加速育種工作和品種改良。 (2)節(jié)省大量購買種畜的費用。 (3)保存優(yōu)良品種資源和瀕危物種。 (4)可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力: ①大大縮短了供體本身的繁殖周期; ②增加供體一生繁殖后代的數(shù)量。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例1】 下圖為牛胚胎移植示意圖,請據(jù)圖回答問題。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(1)④胚胎移植過程一般有 和 兩種方法。 (2)⑤過程產(chǎn)生的犢牛的遺傳物質與⑥的遺傳物質是否相同? ,為什么? 。 (3)進行胚胎移植的優(yōu)勢是 。 (4)沖卵的生理基礎是 。 解析胚胎移植一般有手術法和非手術法。手術法是引出受體子宮和卵巢,將胚胎注入子宮角,縫合創(chuàng)口;非手術法是將裝有胚胎的移植管送入受體母牛子宮的相應部位,注入胚胎。受體母牛只是提供胚胎發(fā)育的場所。進行胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。,三,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,答案(1)手術法 非手術法 (2)不相同 因為犢牛的遺傳物質來源于供體母牛和公牛,且供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受受體母牛的影響 (3)充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力 (4)早期胚胎形成后,處于游離狀態(tài),未與母體子宮建立組織上的聯(lián)系,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,三,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,三,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,下列關于胚胎移植的敘述,錯誤的是( ) A.胚胎移植全部屬于無性繁殖 B.可以充分發(fā)揮動物雌性個體的繁殖能力 C.大大縮短了供體本身的繁殖周期 D.供體的主要職能變?yōu)橹划a(chǎn)生具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎 解析胚胎移植只是改變了胚胎的后期發(fā)育場所,該過程沒有改變胚胎的遺傳物質,若胚胎是經(jīng)過受精作用得到的,則該過程為有性生殖;若胚胎是通過細胞核移植得到的,則該過程為無性生殖。胚胎移植充分發(fā)揮了具有優(yōu)良性狀的雌性動物的生殖潛力,大大縮短了供體本身的繁育周期,只不過是孕育幼體的過程由一般母體來替代。供體的主要職能是產(chǎn)生具有優(yōu)良性狀的胚胎。 答案A,三,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(1)胚胎移植成功與否需要兩個條件 ①應在同“物種”的雌性供體和受體之間進行,因為同種動物之間生理特征相近,進行胚胎移植容易成功。 ②供體與受體的生理狀態(tài)要相同。 (2)胚胎移植的實質 胚胎移植成功率的高低與供、受體生理環(huán)境條件的一致性密切相關。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,胚胎移植的實質是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,二、胚胎分割技術 1.胚胎分割的基礎 2.胚胎均分數(shù)目 用分割針或分割刀片將胚胎切成2、4、8等份數(shù),而不是2、3、4、5、6等份數(shù),這與細胞有絲分裂產(chǎn)生的子細胞數(shù)目,以及操作難易程度有關。 3.胚胎的選擇 發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,4.胚胎分割的過程 選發(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 ↓ 用分割針或分割刀片將胚胎切開 ↓ 吸出其中半個胚胎,注入空透明帶中,或將裸半胚移 植入受體 ↓ 著床發(fā)育產(chǎn)仔 5.胚胎分割的意義 加快繁殖速度,提高了胚胎的利用率。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例2】 下圖為牛胚胎性別鑒定和分割示意圖,請據(jù)圖回答下列問題。,(1)填出圖中字母所代表的結構名稱:A. ;B. ;C. ;D. 。 (2)寫出甲、乙、丙過程的技術名稱:甲 ;乙 ;丙 。進行乙過程時,所取的樣本是 。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(3)進行甲過程時,所使用的基本儀器是 ,本過程的技術關鍵是 。 (4)盡管胚胎分割技術在多種動物中取得成功,但仍然存在一些問題,如剛出生的動物 , 上還存在著差異等;目前,成功率較高的是 , 成功的比例很小。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析(1)本題表示牛的囊胚分割示意圖,囊胚內有一個大的空腔——囊胚腔(A),囊胚外面包著透明帶(B),透明帶里面是囊胚的滋養(yǎng)層(C)和內細胞團(D)。 (2)、(3)胚胎分割所用的主要儀器是實體顯微鏡和顯微操作儀。進行胚胎分割時,要用分割針或分割刀片將胚胎切開,要注意將內細胞團均等分割,以便于分割后胚胎的恢復和進一步發(fā)育;另一方面,根據(jù)需要,可以用分割針切去一小部分囊胚(不含內細胞團),取其滋養(yǎng)層細胞,做DNA分析性別鑒定,以便于獲得健康的個體或已知性別的個體(如圖中乙)。 (4)胚胎分割技術雖然在多種動物中取得成功,但仍然存在一些問題,如剛出生的動物體重偏輕,毛色和斑紋上還存在著差異等。實踐證明采用胚胎分割技術產(chǎn)生同卵多胎的可能性是有限的,目前最常見的是經(jīng)分割產(chǎn)生的同卵雙胎,同卵多胎的成功比例較小。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,答案(1)囊胚腔 透明帶 滋養(yǎng)層 內細胞團 (2)胚胎分割 做DNA分析性別鑒定 胚胎移植 滋養(yǎng)層 (3)實體顯微鏡和顯微操作儀 將內細胞團均等分割 (4)體重偏輕 毛色和斑紋 同卵雙胎 同卵多胎,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,三,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,以下關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備為實體顯微鏡和顯微操作儀等 C.可將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 解析若分割時沒有將內細胞團均等分割,會出現(xiàn)內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,三,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(1)生物的無性繁殖方式統(tǒng)稱為克隆。就胚胎分割技術本身而言,是將同一胚胎分割成幾部分,借助胚胎移植技術產(chǎn)生遺傳物質完全相同的后代,是一種無性繁殖的方式,因此,也屬于動物克隆的一種方法。 (2)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)也越少,而且囊胚期的胚胎內細胞團細胞所受的影響也會更大。因此,分割的份數(shù)越多,技術的難度會越大,移植后的恢復和發(fā)育的難度也會越大,移植成功率自然會降低。,三,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,三,三、胚胎干細胞 (1)胚胎干細胞的特點,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,三,(2)分離途徑 (3)應用:經(jīng)體外誘導分化,定向培育出人的組織、器官,用于器官移植,解決供體不足和免疫排斥反應兩大難題。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,【例3】 現(xiàn)在有一個嬰兒在出生后醫(yī)院為他保留了臍帶血,在以后他生長發(fā)育過程中如果出現(xiàn)了某種難治療的疾病,就可以通過臍帶血中的干細胞來為其治病。下列有關敘述正確的是( ) A.用干細胞培育出人體需要的器官用來移植治病,需要激發(fā)細胞的所有全能性 B.用臍帶血中的干細胞能夠治療這個孩子所有的疾病 C.如果要移植用他的干細胞培育出的器官,需要用到細胞培養(yǎng)技術 D.如果要移植用他的干細胞培育出的器官,應該長期給他使用免疫抑制藥物,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,解析用干細胞培育出人體需要的器官用來移植治病,不需要激發(fā)細胞的所有全能性。用臍帶血中的干細胞只能培育出人體的許多器官,用來移植,但不是所有疾病都能治療,如流行性疾病。如果要移植用他的干細胞培育出的器官,需要用到細胞培養(yǎng)技術。如果要移植用他的干細胞培育出的器官,由于該器官是他自身的細胞培育成的,沒有免疫排斥反應,所以不用長期給他使用免疫抑制藥物。 答案C,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,下列關于胚胎干細胞的敘述,不正確的是( ) A.動物胚胎的每一個細胞都是胚胎干細胞 B.胚胎干細胞具有分化為動物各種組織的潛能 C.胚胎干細胞的遺傳物質與受精卵相同 D.胚胎干細胞在體外可誘導分化為不同的組織類型 解析胚胎干細胞是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞,所以動物胚胎的每一個細胞并不都是胚胎干細胞,其遺傳物質與受精卵相同,并且具有發(fā)育的全能性,所以可分化為動物的各種組織。 答案A,,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,1.干細胞種類,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,2.胚胎發(fā)育過程中不同干細胞發(fā)育分化過程 受精卵→全能干細胞→多能干細胞→專能干細胞。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,1.誤以為同期發(fā)情和超數(shù)排卵使用的激素是一樣的 (1)在胚胎工程中超數(shù)排卵處理的做法是給供體注射促性腺激素,使一頭母畜一次排出比自然情況下多幾倍到十幾倍的卵子,用于體外受精和早期胚胎培養(yǎng)。 (2)同期發(fā)情是家畜繁殖的一項新技術,就是利用某些激素制劑,人為地控制并調整母畜的發(fā)情周期,使其在預定的時期內集中發(fā)情?，F(xiàn)行的同期發(fā)情技術主要通過兩種途徑:一種是向待處理的母畜群同時施用孕激素,抑制卵泡的發(fā)育和發(fā)情,經(jīng)過一定時期同時停藥,隨之引起同期發(fā)情;另一種是利用前列腺素或其類似物使黃體溶解,中斷黃體期,降低了激素水平,繼而提前進入卵泡期,使發(fā)情提前到來。這兩種方法所用的激素性質不同,但都是調節(jié)供體與受體的孕激素含量,達到發(fā)情同期化的目的。,【例1】 動物細胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎,如圖所示,a、b、c表示現(xiàn)代生物工程技術,①②③表示其結果。請據(jù)圖判斷下面說法正確的是( ) A.a是核移植技術,①反映了動物細胞也具有全能性 B.b是體外受精技術,②的設計產(chǎn)生有一定的倫理爭議 C.c是胚胎分割技術,③中個體的基因型和表現(xiàn)型一定相同 D.①②③中的受體均需注射促性腺激素,以達到超數(shù)排卵和同期發(fā)情的目的,解析a是核移植技術,①反映了動物細胞核具有全能性,A項錯誤;體外受精技術得到的動物叫做試管動物,試管嬰兒的設計引起了倫理爭議,B項正確;胚胎分割技術所得個體的基因型完全相同,但表現(xiàn)型不一定完全相同,因為表現(xiàn)型還受環(huán)境的影響,C項錯誤;①②③中的受體需注射孕激素等,以達到同期發(fā)情的目的,不能注射促性腺激素,D項錯誤。 答案B,,2.滋養(yǎng)層≠飼養(yǎng)層 滋養(yǎng)層是囊胚時期沿透明帶內壁排列的個體較小的細胞,滋養(yǎng)層最終發(fā)育成胎膜和胎盤。培養(yǎng)胚胎干細胞時,首先要在培養(yǎng)皿底部制備一層細胞,這層細胞稱為飼養(yǎng)層。飼養(yǎng)層細胞一般為輸卵管上皮細胞,在干細胞培養(yǎng)時,可作為提供細胞分裂、增殖的營養(yǎng)細胞。,【例2】 下列關于哺乳動物胚胎發(fā)育和胚胎工程的敘述,正確的是( ) A.胚胎干細胞具有發(fā)育全能性,它可發(fā)育成新個體 B.滋養(yǎng)層細胞發(fā)育成胎膜和胎盤是在囊胚期 C.誘導胚胎干細胞分化的培養(yǎng)基中不需要加入飼養(yǎng)層細胞 D.胚胎工程的操作對象是受精卵,而不是生殖細胞 解析胚胎干細胞是全能干細胞,具有發(fā)育全能性,可誘導發(fā)育成多種組織、器官,但不能發(fā)育成新個體,A項錯誤;囊胚期開始出現(xiàn)滋養(yǎng)層細胞,滋養(yǎng)層細胞發(fā)育成胎膜和胎盤是在原腸胚期,B項錯誤;在培養(yǎng)干細胞時,要在培養(yǎng)皿制備一層飼養(yǎng)層,然后將干細胞接種在飼養(yǎng)層上,而誘導胚胎干細胞分化成器官時不需要加入飼養(yǎng)層,C項正確;胚胎工程的操作對象是生殖細胞或受精卵或胚胎,D項錯誤。 答案C,,,