資源簡介

(共43張PPT)
第二章 細胞工程
第3節 胚胎工程
第1課時 胚胎工程的理論基礎
選必三 P56
從社會中來
我國對奶類的總需求量很大，但與奶業發達的國家相比，我國奶牛的單產水平還存在一定差距。
奶牛品種是影響產奶量的主要因素之一，而引進一頭成年奶牛往往需要數萬元，高昂的價格使得靠大量引進優良品種來提高產量不太可行。
能不能讓引進的良種奶牛快速、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一頭犢牛，一生生育四五次。如何解決這個難題呢？
可以通過體外受精、胚胎分割等技術獲得多個良種奶牛的胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。
胚胎工程的迅速發展讓人們大量繁殖優良家畜品種的愿望，正在成為現實。
選必三 P56
良種荷斯坦奶牛
胚胎工程
胚胎工程是指對生殖細胞、受精卵或者早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。
胚胎工程技術包括___________、___________和___________等。
胚胎工程的許多技術，實際上是在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發育條件進行的模擬操作。因此，了解哺乳動物受精和早期胚胎發育的規律十分重要。
胚胎移植
體外受精
胚胎分割
受精
每個生命的誕生，都始于一顆精子和一顆卵子的相遇。精卵結合的過程是什么？
1、精子發生的場所：
2、精子發生的時期：
3、精子發生的過程：
睪丸內的曲細精管中
從初情期開始直到生殖機能衰退
發生的過程大體可分為三個階段
哺乳動物的睪丸
回憶：精子的形成
4、精子的形成過程：
回憶：精子的形成
著絲點分裂
姐妹染色單體分開
1個精原細胞(2N)
減數第一次分裂
染色體復制
1個初級精母細胞(2N)
2個次級精母細胞(N)
減數第二次分裂
4個精細胞(N)
變形作用
4個精子 (N)
同源染色體聯會，
出現四分體、交叉互換
同源染色體分離
非同源染色體自由組合
③精子頭出現
④細胞質濃縮
①頂體的發生
細胞核
高爾基體
細胞質
線粒體
②尾的發育
發育中的頂體
中心體演變成尾
⑤精子形成
頂體
頭
原生質滴
線粒體鞘
尾
精子的變形過程
（1）外形似蝌蚪，分頭、頸、尾三大部分。
（2）不同種動物精子的形態相似，大小略有不同，與動物的體形大小無關。
(球狀,最后脫落)
回憶：卵細胞的形成
卵巢（發生）
輸卵管（成熟）
1、場所：
2、時期：
卵原細胞
初級卵母細胞
有絲分裂增加數量
染色體復制
儲存于卵泡中
胎
兒
期
初情期→生殖機能衰退
胎兒期（性別分化后）：
形成初級卵母細胞
初級卵母細胞
初級卵母細胞生長透明帶形成
透明帶
卵細胞膜
馬、犬
排出的卵是___________
初級卵母細胞
M Ⅰ
次級卵母細胞
+
第一極體
MⅡ
排卵
羊牛豬
卵從卵泡中排出進入輸卵管
合 子
+
受精
排出的卵是__________
卵細胞膜與透明帶的間隙可以觀察
到___個極體或者________
卵子是否受精的標志
2
次級卵母細胞
第二極體
+
第一極體
初
情
期/青春期
后
雌、雄原核
卵細胞結構圖
卵細胞是哺乳動物體內最大的細胞，大約是精子體積的100倍。其直徑可達0．125-0．15毫米，和人的頭發尖的直徑差不多。
卵呈球形，卵的細胞膜外面具有外被，其成分主要是糖蛋白，是由卵細胞或其它細胞分泌的。在哺乳動物中這種外被叫做透明帶，其作用是保護卵子，阻止異種精子進入。透明帶外面還具有由卵丘細胞形成的放射冠。
卵細胞細胞質多，核糖體十分豐富，同時還含有大量營養物質，卵細胞不能運動。
卵子是通過減數分裂形成的，第一次減數分裂在卵巢內完成，經過排卵過程，即將次級卵母細胞及外周的透明帶和放射冠排出，倘若次級卵母細胞遇到精子，再結合過程中進行減數第二次分裂，成為真正意義上的卵細胞。
補充：卵細胞的形態
　　一個卵細胞排出后約可存活12-24小時，在這12-24小時內等待著與精子相遇、結合。若卵子排出后由于多種原因不能與精子相遇形成受精卵，便在24小時后自然死亡。失去這次受精的機會，就要等到1個月后另一個卵子成熟并被排出，重復同樣的過程。左右兩個卵巢通常是輪流排卵，少數情況下能同時排出兩個或兩個以上的卵子。如果分別與精子相結合，就出現了雙卵雙胞胎和多卵多胞胎。
拓展
一、 受精
（一） 概念：
受精是精子與卵子結合形成合子（即受精卵）的過程。
（二）場所：在自然條件下，哺乳動物的受精在________內完成。
輸卵管
（三）過程：包括　 和 　。
受精前的準備階段
受精階段
（1）概念：剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在__________________發生相應的生理變化后，才能獲得_________，這一生理現象稱為“精子獲能”。
1. 準備階段 1—精子獲能
受精能力
雌性動物的生殖道
精子和卵子相互識別，融合成合子（受精卵）的過程。
細胞膜的功能:進行細胞間信息交流
細胞膜具有一定的流動性
一、 受精
1. 準備階段 1—精子獲能
（2）科學家找到了使精子在體外獲能的方法，實現了各種哺乳動物在體外條件下的獲能，為_____________的建立奠定了基礎。
體外受精技術
【P56相關信息】使精子獲能的方法有直接利用雌性動物的生殖道使精子獲能；將精子培養在人工配制的獲能液中使其獲能等。獲能液的成分因動物種類不同而有所差異，常見的有效成分有肝素、Ca2+載體等。
（二）過程：
一、 受精
卵子一般在排出2 3 h后才能被精子穿入。動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初級卵母細胞，如馬、犬等；有的可能是次級卵母細胞，如豬、羊等。但它們都要在輸卵管內進一步成熟，到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。
2. 準備階段 2—卵子的準備
卵泡 = 卵泡細胞 + 初級卵母細胞
卵子 = 次/初級卵母細胞 + 透明帶 + 放射冠
排卵 = 卵子從卵泡中排出
（二）過程：
卵丘細胞
卵母細胞核
透明帶
第一極體
卵母細胞膜
排卵：卵子從卵泡排出
牛剛出生時，每側卵巢大約有15萬個卵泡，每個卵泡內都有一個初級卵母細胞。出生后能夠發育成熟排卵的卵泡只有200個左右，一生產下犢牛4-5頭。
拓展
一、 受精
3. 受精階段
（二）過程：
精子穿越放射冠、透明帶
精子接觸卵細胞膜
透明帶反應
透明帶發生的阻止精子進入的生理反應
精子進入
卵細胞
卵細胞膜反應
卵細胞膜發生的阻止精子進入的生理反應
防止多精入卵
雄原核
第一極體
雌原核
第二極體
精子發生頂體反應(釋放蛋白酶溶解膜外結構)
雌、雄原核靠近
核膜消失卵裂開始
雄原核
精子脫尾，核膜重構
雌原核
卵子完成減數分裂釋放第二極體
∨
雌、雌原核形成
雄原核
第一極體
雌原核
第二極體
一、 受精
3. 受精階段
（二）過程：
1) 精子穿越放射冠：
① 什么是放射冠？
放射冠是包圍在卵子透明帶外面的卵丘細胞群。
頂體反應，使頂體內的酶釋放出來，直接溶解卵丘細胞之間的物質，形成精子穿越放射冠的通路。
② 精子穿越放射冠時發生什么反應？是如何進行的？
一、 受精
3. 受精階段
（二）過程：
2) 精子穿越透明帶：
① 精子穿越透明帶時形成孔道時需要什么酶？
② 精子穿越透明帶后并接觸卵細胞膜時發生什么反應？
透明帶反應是精子觸及卵黃膜的瞬間，會產生阻止后來精子進入透明帶的生理反應。 （防止多精入卵受精的第一道屏障）
頂體酶將透明帶溶出一條孔道，精子借自身運動穿越透明帶，并接觸卵細胞膜。
一、 受精
3. 受精階段
（二）過程：
3） 精子進入卵細胞膜：
① 精子是如何進入卵細胞膜的？
卵黃膜上的
微絨毛抱住精子
卵細胞膜反應：防止多精入卵受精的第二道屏障。
② 精子入卵后卵細胞膜會發生什么反應？
有何作用？
當精子與卵黃膜接觸時，立即被微絨毛抱合，
隨后，精子外膜和卵黃膜相互融合，精子入卵。
一、 受精
3. 受精階段
（二）過程：
4）原核形成： 雄原核形成和雌原核形成
5）雌雄原核融合： 雌雄原核融合形成合子(受精卵)
【P58相關信息】多數哺乳動物的第一極體不進行減數分裂Ⅱ，因而不會形成兩個第二極體。在實際胚胎工程操作中，常以觀察到兩個極體或者雌、雄原核作為受精的標志。
隨堂練習
1. 判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)一個卵泡一般只能形成一個成熟的卵細胞。（ ）
(2)排卵是指卵泡從卵巢中排出。( )
(3)產生成熟卵細胞的過程都發生在卵巢中。( )
2. 下列細胞，哪一個代表已經完成受精的卵子( 　　)
√
C
排卵是指卵細胞從卵泡中排出
MII過程是在輸卵管中。
透明帶和卵細胞膜之間的兩個極體是不同的，分別是第一極體和第二極體
隨堂練習
3．下列關于受精過程的敘述，錯誤的是(　　)
A．獲能后的精子與卵子相遇后，釋放多種酶溶解卵細胞膜外的結構
B．卵細胞膜反應是防止多精入卵的第一道屏障
C．精子與卵細胞膜相互融合，精子入卵
D．雄原核形成的同時，卵子完成減數第二次分裂
B
提示：精子受精過程主要包括：精子穿越放射冠和透明帶、進入卵細胞膜、原核形成和融合等過程。獲能的精子與卵細胞相遇后，發生頂體反應，釋放頂體酶穿過放射冠進入透明帶，接觸透明帶并發生透明帶反應，這是第一道屏障，隨后入卵與卵細胞膜接觸，發生卵細胞膜反應，這是第二道屏障。在精子形成雄原核時，卵子完成減數第二次分裂，排出第二極體，形成雌原核，雌、雄原核結合，完成受精作用。
不是。①在自然繁殖的條件下，可以說是動物為繁殖后代、延續物種的一種生理保障機制；②在自然條件下，精子從射精部位運行到受精部位，將對精子進行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達受精部（輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。
【思考】家畜每次射精排出的精子數以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現象？
細胞核是精子遺傳物質儲存和復制的場所，也是參與精、卵結合和后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是有氧呼吸產生運動能量的場所。精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發動機”。
【思考】精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結構會消失，而細胞核和線粒體都保留下來，對這一現象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？
2．根據哺乳動物受精過程示意圖，回答下面的問題：
(1)圖中字母表示的結構名稱分別是[a]_____________、[b]____________。
雄原核
雌原核
(2)圖中數字表示的過程分別是①___________________________、
②___________________________、③_______________________。
精子穿過透明帶
精子進入卵細胞膜
雌、雄原核融合
(3)在精卵相遇之前，精子在雌性動物生殖道發生
相應的生理變化，具有了受精能力，這個過程叫作_________________。卵子一般在排出后都要在____________中進一步成熟，當達到__________時，才具備與精子受精的能力。(4)動物胚胎是由合子經有絲分裂形成的，合子只由一個精子和卵子結合的生理基礎是_________________________________。
精子獲能
輸卵管
MⅡ期
透明帶反應和卵細胞膜反應
提示：(1)據圖可知a是雄原核，b是雌原核。(2)據圖可判斷①是精子穿過透明帶，②是精子進入卵細胞膜，③是雌、雄原核融合。(3)精卵相遇之前，精子在雌性動物生殖道內發生相應的生理變化，具備了受精能力，這個過程叫作精子獲能。卵子在排出后一般都要在輸卵管中進一步成熟，達到減數第二次分裂中期時，才具備與精子受精的能力。(4)受精時的透明帶反應和卵細胞膜反應是防止多精入卵受精的兩道屏障。
二、胚胎早期發育
1. 過程：
卵裂
2細胞
4細胞
8細胞
受精卵
桑葚胚
（32細胞）
卵裂期的特點
細胞分裂方式為________
細胞數目_________
每個細胞體積_______
胚胎總體積______或略有_____
有機物總量_______
有機物種類_________
DNA總數目_____
有絲分裂
增加
不增加
縮小
減小
減少
增加
增加
透明帶
細胞只進行有絲分裂，且不需要從外界獲取營養物質
每個細胞具有全能性，屬于全能性細胞。
桑葚胚
發育成胎兒的各種組織
發育胎膜和胎盤
內細胞團細胞具有全能性
透明帶
內細胞團
囊胚腔
滋養層
胚胎進一步發育，出現細胞分化
二、胚胎早期發育
1. 過程：
囊胚，準備在子宮內膜著床
二、胚胎早期發育
1. 過程：
透明帶
內細胞團
囊胚腔
滋養層
孵化
囊胚從透明帶中伸展出來。
(孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無法繼續發育)
大規模分化
外胚層
內胚層
原腸腔
內胚層包圍的囊腔
滋養層
原腸胚
囊胚腔
原腸腔
中胚層
內胚層
外胚層
體腔囊法
外胚層：內細胞團表層的細胞
內胚層：內細胞團下方的細胞衍生形成
中胚層：內細胞團細胞經過變化插到內外胚層形成(體腔囊法和裂體腔法/端細胞法)
拓展
外胚層：表皮及其附屬結構、神經系統、感覺器官
內胚層：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺體
中胚層：皮膚真皮、脊索、肌肉、骨骼、內臟器官外膜、循環系統、排泄系統、生殖系統
外表感神腺，
內呼消肝胰。
拓展
胚胎發育總結
受精后6星期，人形已隱約可見。這時，胚胎的心跳每分鐘140—150下．是母親心跳的兩倍。
人類胚胎第8周時在子宮內的照片
此時胎兒已長到20周，他移動手臂，把手指放在唇邊，這可以促進它對吮吸的反映 。
不同動物受精卵發育及其進入子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關問題。
選必三 P59
思考·討論：不同動物受精卵發育的比較
幾種動物受精卵發育及其進入子宮的時間
動物種類 受精卵發育的時間/h 進入子宮時受精卵的發育天數和發育階段 2細胞 4細胞 8細胞 16細胞 桑葚胚 天 發育階段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
綿羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16細胞
豬 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6細胞
馬 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16細胞
注：馬牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間
馬的胚胎進入子宮時，發育程度最高，它處于囊胚階段
1. 表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發育程度最高？
2. 將體外培養的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應選擇至少發育到什么階段的？如果換成牛又該怎樣處理？
選必三 P59
思考·討論：不同動物受精卵發育的比較
小鼠應選擇至少發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育率和妊娠率，在實踐中通常發育到囊胚階段的胚胎進行移植；
3.為什么說關于動物的體內受精和胚胎發育的而研究，會為胚胎工程提供理論基礎？
人們正是在認識自然受精和早期胚胎發育的規律的基礎上，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條件下繼續發育等
選必三 P54
思考·討論：有關體細胞核移植的問題
一、概念檢測
1．判斷下列有關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合，而卵子一經排出就具備受精能力。( )
（3）精子入卵后，卵細胞膜會發生反應阻止其他精子入卵。（ ）
2．下列有關哺乳動物早期胚胎發育的敘述，錯誤的是（ ）
A．在桑葚胚階段，胚胎的內部開始出現含有液體的腔
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，胚胎中細胞數目不斷增加，但胚胎的總體積并不增加
練習與應用 （書本P55）
A
√
二、拓展應用
1．精母細胞在變成精子的過程中，很多結構會消失，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知識來解釋這一現象。
細胞核和線粒體都是精子的重要結構。其中，細胞核是遺傳物質儲存的場所，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，請通過查閱相關資料或請
教專家來進行了解。關于受精作用，你還能提出其他問題嗎？
出題的目的不是讓學生準確地答出精子獲能的機制和防止多精入卵的具體機制，而是鼓勵有興趣的學生去查閱資料或請教專家，并引導他們去查閱相對專業的書籍，這是一個深入學習的過程。這里涉及的問題，在普通生物學或者一般的細胞工程專著中可能找不到答案，需要查閱生殖生物學相關書籍。通過查閱專業資料，學生能了解到，精子獲能的機制很神奇，防止多精入卵的機制同樣神奇而且非常復雜，它們都是機體在長期進化的過程中形成的、用來保障本物種延續的機制。
2．精子在雌性動物的生殖道內是如何獲能的？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，請通過查閱相關資料或請
教專家來進行了解。關于受精作用，你還能提出其他問題嗎？
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，因此在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有交配后精液進入雌性動物的生殖道，生殖道分泌產生一些物質解除了對精子獲能的抑制，精子才能獲能。不同動物的精子在雌性動物生殖道內獲能的部位可能不同，但精子主要是在子宮和輸卵管中獲能。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使精子表面的物質發生變化（如某些酶將頂體表面的糖蛋白降解）；膜的通透性發生變化等。這些變化可以暴露出精子表面與識別卵細胞的受體，改變精子的活力，為后續受精做準備。
2．精子在雌性動物的生殖道內是如何獲能的？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，請通過查閱相關資料或請
教專家來進行了解。關于受精作用，你還能提出其他問題嗎？
關于防止多精入卵的機制，教材只進行了簡單介紹，內容主要涉及防止多精入卵的兩道重要屏障：透明帶反應和卵細胞膜反應。它們分別發生在精子穿越透明帶觸及卵細胞膜的瞬間及精子入卵之后。學生查閱專業書籍，還會發現，生殖道對精子具有初步的篩選作用，精子經過雌性動物生殖道的一些屏障后，只有少數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生一些反應，如卵細胞表面的精子識別受體很快發生分子修飾，使后來的精子表面的卵細胞結合蛋白不能識別它等。具體的生理、生化機制，請參閱有關專著。

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