資源簡介

(共28張PPT)
第3節 胚胎工程
——胚胎工程的理論基礎
第2章 細胞工程
我國對奶類的總需求量很大，但我國奶牛的單產水平并不高。而引進一頭外國高產成年奶牛往往需要數萬元。
1、能不能讓引進的良種奶牛快速、大量繁殖呢
牛的生育率很低！一頭母牛每年只能產一胎，每胎生一個牛仔,每胎產2個牛仔的情況比較少見，一頭母牛一生大約生育四五次。
2、但克隆技術又不夠成熟，克隆動物可能存在健康問題， 如果你花了幾萬元買了一公一母兩頭良種牛，如何實現大量繁殖？
動物體細胞核移植技術進行克隆
可以通過體外受精（有性生殖）、胚胎分割等技術獲得多個良種奶牛胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。
問題探討
良種荷斯坦奶牛
——胚胎工程技術
①操作對象：
②操作水平：
③技術手段：
生殖細胞、受精卵或早期胚胎
體外受精、早期胚胎培養、胚胎移植、胚胎分割等
哺乳動物體內受精和早期胚胎發育的規律
④實質：
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
胚胎工程
⑤理論基礎：
主要集中在細胞水平上
——是指對生殖細胞、受精卵或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。
胚胎工程技術包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
一、受精
概念：
精子與卵子結合形成合子(即受精卵)的過程。
過程
受精前的準備階段
受精階段:
準備階段1:精子獲能
準備階段2:卵子的準備
哺乳動物的輸卵管內。
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
場所：
睪丸內的曲細精管
形成過程：
精原細胞
次級精母細胞
初級精母細胞
精細胞
精子
精原細胞
初級精母細胞
（整個過程連續進行，不間斷）
知識回顧
必修二 減數分裂與受精作用
一、受精
[思考P59]精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結構會消失，為什么細胞核和線粒體都保留下來？
細胞核——精子儲存遺傳物質的場所，決定后代的遺傳特性，參與受精過程。
線粒體——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。
*不同種動物精子的形態相似，大小略有不同，與動物的體型大小無關
1、概念：
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生相應的生理變化后，才能獲得受精能力，這一生理現象稱為“精子獲能”。
2、獲能方法：
（1）直接利用 使精子獲能；
（2）將精子培養在 中使其獲能；
雌性動物生殖道
人工配制的獲能液
不是獲得能量
3、研究精子獲能機制的意義：
實現了各種哺乳動物精子在體外條件下的獲能，為______________的建立奠定了基礎。
體外受精技術
*精子頭部有去能因子，抑制了它的受精能力。在雌性生殖道內，有些化學物質會使精子的頭部發生一定的變化，使精子具有真正的受精能力。
（一）準備階段1——精子獲能
（常見的有肝素，Ca2+載體等）
（二）準備階段2——卵子的準備
①卵子一般在排出2-3h后才能被精子穿入；不同動物排出的卵子成熟程度不同
卵原細胞
初級卵母細胞
次級卵母細胞
馬、犬等少數哺乳動物排出的卵子是初級卵母細胞
豬、羊等多數哺乳動物排出的卵子是次級卵母細胞
排卵指卵子從卵泡中排放到輸卵管中。
（二）準備階段2——卵子的準備
②卵子都要在 內進一步成熟，達到 時，才具備與精子受精的能力。
輸卵管
MⅡ期
具備受精能力的卵子（MⅡ期）結構
透明帶
卵細胞膜
核
（紡錘體—染色體復合物）
第一極體
非生物膜結構，主要成分是糖蛋白，保護卵細胞，防止多精子進入
透明帶是包裹在卵母細胞外的一層基質，就像蛋殼，化學本質是糖蛋白，由卵細
胞或其他細胞分泌。
1、可保護卵母細胞和早期胚胎；
2、保護人類卵子和精子間的識別，防止其他物種精子進入；
3、當精子與透明帶結合后，可以發生反應更利于精子鉆入卵子；
4、當一個精子進入后，透明帶會阻止其他精子再進入。
透明帶變薄或者缺失，會表現為不孕，可以采用顯微注射方式來改善卵子的正常受精率，獲得更多可利用胚胎，提高妊娠幾率。
精子穿越卵細胞膜外的結構，如透明帶
精子釋放的多種酶溶解
精子接觸卵細胞膜
透明帶反應
觸及卵細胞膜瞬間，透明帶迅速發生生理反應，阻止后來的精子進入透明帶
精子入卵
①精子形成雄原核
②卵子完成減Ⅱ，排出第二極體，形成雌原核
卵細胞膜反應
精子入卵后，卵細胞膜立即發生生理反應，拒絕其他精子再進入卵內
精子入卵尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜
防止多精入卵的兩個屏障
（三）受精階段
（哺乳動物受精過程）
雌、雄原核靠近，核膜消失。形成受精卵開始發育。
受精的標志 ：
兩個極體
雌雄原核
雌雄原核形成合子
①精子形成雄原核
②卵子完成減Ⅱ，排出第二極體，形成雌原核
受精完成的標志：
觀察到兩個極體或雌雄原核
（三）受精階段
（哺乳動物受精過程）
獲能后的精子與卵子相遇，穿越透明帶
精子觸及卵細胞膜的瞬間，發生透明帶反應
精子入卵后，發生卵細胞膜反應
形成雌原核和雄原核
雌雄原核靠近，核膜消失
受精完成
形成合子（受精卵）
一、受精
卵子完成減數分裂Ⅱ
輸卵管
精子入卵激活后
發生場所？
發生時間？
人卵細胞受精到受精卵卵裂后植入的過程
1.胚胎發育的場所在哪里？ 分裂的方式是？
2.胚胎發育過程主要包括哪幾個階段？
3.發育的每個階段各有何特征？
任務二
閱讀教材“胚胎早期發育”相關內容，回答以下問題：
二、胚胎早期發育
幼體
繼續分化
出生發育
性成熟個體
孵化
胚胎發育
受精卵
2細胞胚
4細胞胚
8細胞胚
桑葚胚
囊胚
原腸胚
受精卵形成后，在輸卵管內進行有絲分裂，開始發育：
早期發育的胚胎可分為以下幾個階段：桑葚胚、囊胚、原腸胚
二、胚胎早期發育
胚胎總DNA數________;
1.卵裂:
卵裂是指受精卵早期的快速的有絲分裂。
受精卵
2細胞
4細胞
8細胞
桑葚胚
（1）場所：
透明帶內
（2）分裂方式：
有絲分裂
（3）特點：
細胞數目_______;
胚胎總體積__________;
每個細胞的體積_________;
胚胎總有機物_________;
每個細胞具有________________。
每個細胞的核DNA數目________;
增加
不增加
減小
減少
增加
不變
發育的全能性
透明帶
二、胚胎早期發育
2.桑葚胚:
當卵裂產生的子細胞數目達到32個，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。
桑葚胚
桑葚
這一階段及之前的每個細胞都具有發育成完整胚胎的潛能。
二、胚胎早期發育
3.囊胚:
——聚集在胚胎一端的細胞，將來發育成胎兒的各種組織。
——沿透明帶內壁擴展和排列的細胞，將來發育成胎膜和胎盤。
——胚胎內部含有液體的腔。
內細胞團
滋養層細胞
囊胚腔
內細胞團
囊胚腔
滋養層
透明帶
囊胚進一步擴大會導致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無法繼續發育。
孵化
二、胚胎早期發育
4.原腸胚:
——表面的細胞層。
——向內遷移的細胞。
——內外兩個胚層之間。
外胚層
內胚層
中胚層
逐漸分化形成各種組織、器官等。
二、胚胎早期發育
原腸胚三胚層的發育
外胚層：表皮及其附屬結構、神經系統、感覺器官
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
內胚層：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺體
胚胎早期發育
特別提醒：
1.胚胎發育中的細胞分裂均為有絲分裂，原腸胚階段是個體發育中分化限度最大的階段，但細胞分化貫穿于生物體整個生命歷程中。
2.桑葚胚及以前的細胞均未分化，細胞全能性高，是胚胎分割的最佳時期。
3.桑葚胚到囊胚的發育過程中，細胞開始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
拓展了解——胚胎發育和個體發育
全能細胞
細胞分化
幼體
繼續分化
出生發育
性成熟個體
孵化
卵裂期
胚胎發育
個體發育
內細胞團
滋養層細胞
囊胚腔
外胚層
中胚層
內胚層
（原腸腔）
動物種類 進入子宮時發育的天數 進入子宮時的發育階段
小鼠 3 桑葚胚
山羊 4 10-16細胞
綿羊 3-4 16細胞
豬 2-2.5 4-6細胞
馬 6 囊胚
牛 4-5 8-16細胞
1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發育程度最高？
馬。（它處于囊胚階段）
不同動物受精卵發育的比較
思考 討論
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胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？
小鼠——至少發育到桑葚胚階段。
牛——自然情況下，要發育到8-16細胞階段。
實踐中，通常要發育到囊胚階段（提高移植后胚胎的發育率和妊娠率）
胚胎工程的許多技術都是在了解了哺乳動物在自然條件下受精和胚胎早期發育規律的基礎上實現的。人們正是在認識了這些自然規律的基礎上，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內完成受精，獲得的受精卵能在人工培養條件下繼續發育等。
3. 為什么說關于動物的體內受精和胚胎發育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎 請結合所學習的內容舉例說明。
小結
受精
精子獲能
受精前的準備
卵子準備
MⅡ期具備受精能力
雌性動物的生殖道或培養在獲能液(肝素或Ca2+載體)中
精子穿過卵細胞膜外結構
精子接觸卵細胞膜
精子入卵稱為雄原核；卵子釋放第二極體，形成雌原核
雌雄原核靠近
核膜消失
桑葚胚
受精卵
每個細胞能發育成組成個體的任何細胞類型及胚外組織
囊胚
原腸胚
卵裂
孵化
內細胞團
滋養層
組成個體的各種組織細胞
胎盤、胎膜等胚外組織細胞
外胚層內胚層中胚層
練習與應用(P59)
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
×
×
√
A
一.概念檢測
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。
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
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。
這里涉及的問題，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，這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。
二、拓展應用

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