一、植物細胞工程技術(shù)1：植物組織培養(yǎng)技術(shù)2：植物體細胞雜交二、動物細胞工程動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合單克隆抗體的制備動物細胞核移植三、胚胎工程（一）理論基礎(chǔ) 1.受精：①概念②場所③過程 2.胚胎早期發(fā)育：①場所②過程（二）技術(shù)體外受精①過程②意義胚胎移植①概念②過程③實質(zhì)④地位⑤意義胚胎分割①概念②基礎(chǔ)③繁殖方式④注意事項⑤優(yōu)點⑥局限性
我國對奶類的總需求量很大，但與奶業(yè)發(fā)達的國家相比，我國奶牛的單產(chǎn)水平還存在一定差距。奶牛品種是影響產(chǎn)奶量的主要因素之一，而引進一頭成年奶牛往往需要數(shù)萬元，高昂的價格使得靠大量引進優(yōu)良品種來提高產(chǎn)量不太可行。能不能讓引進的優(yōu)良奶牛快速、大量繁殖呢？遺憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產(chǎn)一頭犢牛，一生約生育四五次。如何解決這個難題呢？
可以通過體外受精、胚胎分割等技術(shù)獲得多個良種奶牛的胚胎，然后通過胚胎移植給代孕母牛生下后代。
胚胎工程是指對 進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的 移植到 體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
1.操作對象：______________________________________；2.技術(shù)種類：________________________________；3.工程實質(zhì)：__________________________________________；4.理論基礎(chǔ)：______________________________________；
動物生殖細胞、受精卵、早期胚胎細胞
體外受精、胚胎移植、胚胎分割
哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律
在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作
生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞
受精是精子與卵子結(jié)合形成合子的過程。 (受精卵)
受精前的準(zhǔn)備階段和受精階段
1.準(zhǔn)備階段精子獲能：
剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在雌性動物的生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才能獲得受精能力的現(xiàn)象。意義：實現(xiàn)了各種哺乳動物在體外條件下的獲能，為體外受精技術(shù)的建立奠定了基礎(chǔ)。
直接利用雌性動物的生殖道，使精子獲能；將精子培養(yǎng)在人工配制的獲能液中，使其獲能等?！精@能液的成分因動物種類不同有所差異,常見的有肝素，鈣離子載體等?！?br/>P56相關(guān)信息：精子獲能方法
1.準(zhǔn)備階段：精子獲能：卵子的準(zhǔn)備：
卵子產(chǎn)生的場所 。卵子一般在排出______后才能被精子穿入動物排出的卵子成熟程度不同：有的可能是____________，如馬、犬等；有的可能是____________，如豬、羊等；卵子成熟的場所： 排出的卵子都要在________進一步成熟⑤卵子具備與精子受精能力的時期：⑥具備受精能力的卵子結(jié)構(gòu)：2.受精階段
1.準(zhǔn)備階段：2.受精階段：
精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)，如透明帶
釋放出多種酶，以溶解這些結(jié)構(gòu)
精子形成雄原核、卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，釋放第二極體，形成雌原核
精子觸及卵細胞膜的瞬間，透明帶會迅速發(fā)生生理反應(yīng)，阻止后來的精子進入透明帶
精子入卵后，卵細胞膜會立即發(fā)生生理反應(yīng)，拒絕其他精子再進入卵內(nèi)
防止多精入卵的兩個屏障
精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜，最后形成一個比原來精子的核還大的核，叫做雄原核。
核膜消失，形成受精卵。
觀察到兩個極體或雌、雄原核。
多數(shù)哺乳動物的第一極體不進行減數(shù)分裂Ⅱ，因而不會形成兩個第二極體，觀察到的兩個極體為一個第一極體，一個第二極體；
（1）精子如何穿越卵細胞膜外結(jié)構(gòu)______________________________（2）防止多精入卵的兩個屏障__________________________________（3）透明帶反應(yīng)具體表現(xiàn)______________________________________________________________________________________________（4）卵細胞膜反應(yīng)具體表現(xiàn)____________________________________（5）透明帶反應(yīng)發(fā)生時間___________________________________（6）卵細胞膜反應(yīng)發(fā)生時間___________________________________
釋放多種酶，溶解這些結(jié)構(gòu)
透明帶反應(yīng)、卵細胞膜反應(yīng)
精子觸及卵細胞膜的瞬間，透明帶會迅速發(fā)生生理反應(yīng)，阻止后來的精子進入透明帶
精子觸及卵細胞膜的瞬間
（7）雄原核的形成 精子入卵后，尾部______，原有的核膜_____并__________________，最后形成一個____________________的核，叫做雄原核；（8）雌原核的形成 精子入卵后,被_______的卵子完成____________，______________后，形成雌原核
（9）受精的標(biāo)志__________________________________________________________________________________
①觀察到兩個極體（透明帶和卵細胞膜之間）
（10）受精完成的標(biāo)志：
胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進行分裂，細胞數(shù)量不斷增加，胚胎總體積并不增加，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂
當(dāng)卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。
這一階段及之前的每一個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細胞。
胚胎進一步發(fā)育，細胞開始出現(xiàn)____，形成_______、______；隨著胚胎進一步發(fā)育，胚胎內(nèi)部出現(xiàn)了含有____的囊腔—______，這個時期的胚胎叫做囊胚；
將來發(fā)育成胎兒的各種組織
沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列，將來發(fā)育成胎膜和胎盤
囊胚進一步擴大，會導(dǎo)致_______破裂，胚胎從_______中________，的過程。
孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無法繼續(xù)發(fā)育
________后，將發(fā)育形成______；原腸胚表面的細胞層為_______，向內(nèi)遷移的細胞形成_______；隨著發(fā)育的進行，一部分細胞還會在內(nèi)外兩個胚層之間形成_______；這三個胚層將 ；
逐漸分化形成各種組織、器官等
不同動物受精卵發(fā)育的比較
幾種動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間
注：馬牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間
1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高？
馬的胚胎進入子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段
2.將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應(yīng)選擇至少發(fā)育到什么階段的？如果換成牛又該怎樣處理？
小鼠應(yīng)選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植；牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8-16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植；
3.為什么說關(guān)于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)？
人們正是在認(rèn)識自然受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟，精子能在體外完成獲能，獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子能在試管中完成受精，獲得的受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等
課本P59 一.概念檢測
1.判斷下列有關(guān)哺乳動物受精的表述是否正確。 (1)在自然條件下，受精在子宮中完成。( ) (2)精子需要獲能才能與卵子結(jié)合，而卵子一經(jīng)排出就具備受精能力。 ( ) (3)精子人卵后，卵細胞膜會發(fā)生反應(yīng)阻止其他精子人卵。 ( )
2.下列有關(guān)哺乳動物早期胚胎發(fā)育的敘述,錯誤的是 ( ) A.在桑葚胚階段，胚胎的內(nèi)部開始出現(xiàn)含有液體的腔 B.胚胎干細胞是一類未分化的細胞，可以從早期胚胎中分離獲得 C.桑葚胚的細胞一般都具有全能性，囊胚的細胞逐漸分化 D.受精卵早期分裂時，胚胎中細胞數(shù)目不斷增加，但胚胎的總體積并不增加
課本P59 二.拓展應(yīng)用
1.精母細胞在變成精子的過程中，很多結(jié)構(gòu)會消失，而細胞核與線粒體都保留了下來，請嘗試用你所了解的哺乳動物受精的相關(guān)知識來解釋這一現(xiàn)象。
提示: 細胞核和線粒體都是精子的重要結(jié)構(gòu)。其中，細胞核是遺傳物質(zhì)儲存的場所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過程。線粒體是精子進行有氧呼吸的主要場所，為精子的生存和運動提供能量。
2.精子在雌性動物的生殖道內(nèi)是如何獲能的?除了教材中介紹的，防止多精入卵的機制還有哪些?感興趣的話，請通過查閱相關(guān)資料或請教專家來進行了解。關(guān)于受精作用，你還能提出其他問題嗎?
提示:精液由精子和精漿兩部分組成。精漿中含有一種能抑制精子獲能的物質(zhì)，因此在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當(dāng)交配后精液進人雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產(chǎn)生一些物質(zhì)解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。不同動物的精子在雌性動物生殖道內(nèi)獲能的部位可能會所有差異，但主要是在子宮和輸卵管中。精子的獲能涉及以下變化:雌性動物生殖道分泌的一些物質(zhì)使精子表面的物質(zhì)發(fā)生變化(如某些酶將頂體表面的糖蛋白降解);精子表面脫結(jié)構(gòu)一些物質(zhì)的比例發(fā)生變化;膜的通透性發(fā)生變化等。這些變化可以暴露出精子表面與卵細胞相識別的受體，改變精子的活力，為后續(xù)受精做準(zhǔn)備。關(guān)于防止多精人卵的機制，教材只進行了簡單介紹，內(nèi)容主要涉及防止多精人卵的兩道重要屏障:透明帶反應(yīng)和卵細胞膜反應(yīng)。它們分別發(fā)生在精子穿越透明帶觸及卵細胞膜的瞬間及精子人卵之后。如果學(xué)生查閱專業(yè)書籍，還會發(fā)現(xiàn)，生殖道對精子具有初步的篩選作用，在經(jīng)過雌性動物生殖道的一些屏障后，只有少數(shù)活動力強的精子能到達受精部位;在精子和卵細胞識別后會發(fā)生一些反應(yīng)，如卵細胞表面的精子識別受體很快發(fā)生分子修飾，使后來的精子表面的卵細胞結(jié)合蛋白不能識別受體等。具體的生理、生化機制，請參閱有關(guān)專著。
“試管嬰兒”并不是真正在試管里長大的嬰兒，而是從卵巢內(nèi)取出幾個卵子，在實驗室里讓它們與男方的精子結(jié)合，形成胚胎，然后轉(zhuǎn)移胚胎到子宮內(nèi)，使之在媽媽的子宮內(nèi)著床，妊娠。世界上第一個“試管嬰兒”路易絲·布朗是伴隨體外授精技術(shù)的發(fā)展而來的，最初由英國產(chǎn)科醫(yī)生帕特里克·斯特普托和生理學(xué)家羅伯特·愛德華茲合作研究成功?！霸嚬軏雰骸币徽Q生就引起了世界科學(xué)界的轟動，甚至被稱為人類生殖技術(shù)的一大創(chuàng)舉，也為治療不孕不育癥開辟了新的途徑。羅伯特·愛德華茲因此獲得2010年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。
1978年世界首例試管嬰兒誕生，1982年世界首例試管牛犢問世。
什么是試管嬰兒、試管牛？ 試管嬰兒和試管牛都是通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精并通過培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后，再經(jīng)移植產(chǎn)生的后代。它們是在試管中長大的嗎？ 它們并非自始至終都在試管中長大，只有胚胎發(fā)育的早期階段在培養(yǎng)皿和試管中生長，胚胎長至一定階段就要移植到母體子宮中發(fā)育。它們是有性生殖還是無性生殖產(chǎn)生的呢？ 它們都是有性生殖。試管嬰兒和試管牛技術(shù)可以解決什么問題呢？ 可以解決人類不孕不育的問題和良種奶牛大量繁殖的問題。主要技術(shù)包括：
體外受精、胚胎移植、胚胎分割等
包括_______________、__________和_____等步驟
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
胚胎移植是指將通過體外受精及其他方法得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。
通過轉(zhuǎn)基因、核移植和體外受精等方式得到。
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
有健康體質(zhì)和正常繁殖能力
承擔(dān)繁重而漫長的妊娠和育仔任務(wù)
（遺傳性狀優(yōu)良，生產(chǎn)能力強）
（有健康體質(zhì)和正常繁殖能力）
（以牛的胚胎移植為例）
正常繁殖或兩三個月后進行另一次移植
胚胎移植主要包括_____、_____的選擇和處理，_____或人工受精，胚胎的_____、_____、培養(yǎng)和保存，胚胎的移植，以及移植后的_____等步驟。
用雌激素對供、受體母牛進行同期發(fā)情處理
用促性腺激素使供體母牛超數(shù)排卵
對收集的胚胎進行質(zhì)量檢查
對受體母牛是否妊娠進行檢查
課本P62相關(guān)信息 超數(shù)排卵是指應(yīng)用外源促性腺激素處理，誘發(fā)卵巢排出更多的成熟卵子。 超數(shù)排卵使用的激素為多肽類，應(yīng)注射，口服會失效。
早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移
胚胎工程的最終技術(shù)環(huán)節(jié)
①可以充分發(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
對供體施行________處理后，可獲得多枚胚胎，經(jīng)移植可得到多個后代，使供體生產(chǎn)下的后代數(shù)量是自然繁殖的十幾倍到幾十倍
②胚胎移植作為胚胎工程的最終技術(shù)環(huán)節(jié)，還將推動胚胎工程其他技術(shù)的研究和應(yīng)用。
1.將檢驗合格的胚胎移植到任何一個受體的子宮內(nèi)，胚胎都能正常發(fā)育嗎?如果不能，在胚胎移植前應(yīng)該對受體進行怎樣的處理? 不一定； 一般情況下檢查合格的胚胎需要移植到同種的、生理狀況相同的受體子宮內(nèi)，胚胎才能繼續(xù)發(fā)育。 在胚胎移植前應(yīng)該對受體進行同期發(fā)情處理，使供體和受體生殖器的生理變化同步，目的是為供體的胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境2.受體會不會對來自供體的胚胎發(fā)生免疫排斥反應(yīng)? 受體對來自供體的胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)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，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(zhì)在孕育過程中一般不發(fā)生變化。4.胚胎移植實質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。你認(rèn)為這樣的概括正確嗎?為什么? 正確；胚胎移植的成功率與供體、受體生理環(huán)境的一致性密切相關(guān)，只有供體、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。
采用________將_________切割成___________________等，經(jīng)移植獲得_______________的技術(shù)
2等份、4等份或8等份
（1）理論基礎(chǔ)：細胞的全能性。（2）物質(zhì)基礎(chǔ)：每個細胞核內(nèi)具有相同的遺傳物質(zhì)。
體視顯微鏡、顯微操作儀
來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，因此，胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一。
做DNA分析，鑒定性別遺傳病的篩查
盛有操作液的培養(yǎng)皿中，在顯微鏡下分割
牛胚胎性別鑒定和分割示意圖
做性別鑒定時選取滋養(yǎng)層細胞DNA分析分割囊胚時，要將內(nèi)細胞團均等分割
直接移植給受體或經(jīng)體外培養(yǎng)后，再移植給受體
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(xué)研究的寶貴材料③在胚胎移植前，進行性別鑒定、遺傳病篩查等，對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代有重要意義
實踐證明，采用胚胎分割技術(shù)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。
課本P64 荷斯坦奶牛是世界上產(chǎn)奶量最高的奶牛品種之一。某良種公司引進了純種荷斯坦奶牛并用胚胎分割技術(shù)繁育了良種荷斯坦奶牛群體、如果你是一名科技專欄的記者，現(xiàn)在需要寫一篇關(guān)于用胚胎分割技術(shù)繁育良種奶牛的報道，請寫出你準(zhǔn)備向胚胎工程專家提出的三個問題，然后與其他同學(xué)交換問題，再以訪談錄的形式回答他提出的問題(可通過查閱網(wǎng)絡(luò)、書籍上的資料或向?qū)＜艺埥痰确绞浇鉀Q自己回簽不出的問題)1.公司繁育成功的良種奶牛是將胚胎幾等分得到的后代?2.采用胚胎分割技術(shù)，理論上一頭純種荷斯坦奶牛一年可由代孕母牛生下多少頭小牛?實際得到了多少頭?3.如果理論值與實際值存在差異，產(chǎn)生差異的原因是什么?4.胚胎分割后經(jīng)移植獲得的同卵雙胎或多胎，是否保持了良種奶牛所有的優(yōu)良性狀?5.是否有生理缺陷?等等。
①試管動物和克隆動物的性狀不同：前者由父本和母本共同決定，后者一般與核供體相同。②試管動物和克隆動物的生殖方式不同：前者是有性生殖，后者是無性生殖。③試管動物和克隆動物的產(chǎn)生過程不同：前者經(jīng)過了體外受精過程，后者經(jīng)過了核移植過程。④試管動物和克隆動物細胞核遺傳物質(zhì)來源不同：前者細胞核遺傳物質(zhì)來自母本和父本兩個個體，后者細胞核遺傳物質(zhì)僅來自供核親本一個個體。⑤試管動物和克隆動物的發(fā)育起點不同：前者的發(fā)育起點是受精卵，后者的發(fā)育起點是經(jīng)過核移植后的重組細胞。⑥獲得試管動物和克隆動物相同之處：二者都經(jīng)過早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植環(huán)節(jié)。
試管動物和克隆動物的異同
如果你是良種牲畜培育專家，想大量獲得良種牛，有哪些辦法？
利用核移植技術(shù)、體外受精（試管嬰兒）、胚胎分割獲得胚胎，生殖方式一樣嗎？
不一樣核移植——無性生殖; 體外受精——有性生殖; 胚胎分割——無性生殖
課本P64 一.概念檢測
1.體外受精和胚胎移植都是在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用較多的胚胎工程技術(shù)。判斷下列相關(guān)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查，以防止發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。 ( )
2、杜泊羊以其生長速度快、肉質(zhì)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。
(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?
(1)請將圖中括號內(nèi)的內(nèi)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。
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。
課本P64 二.拓展應(yīng)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死亡，該物種僅剩下兩頭雌性。在此之前，研究人員設(shè)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(shù)來人工繁育北方白犀牛?運用這些技術(shù)一定能繁育成功嗎?請說出你的理由。
提示:可以使用人工授精、體外受精、胚胎移植、體細胞核移植等技術(shù)來人工繁育北方白犀牛。運用這些技術(shù)不一定能成功繁育北方白犀牛，因為任何一項技術(shù)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。
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死亡，該物種僅剩下兩頭雌性。在此之前，研究人員設(shè)法保存了北方白犀牛的精子。請回答下列問題。
(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?
提示: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。

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