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(共27張PPT)
第2章 細胞工程
胚胎工程的理論基礎
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，一生約生育四五次。如何解決這個難題呢？
良種荷斯坦奶牛
核移植技術進行克隆；
可以通過體外受精、胚胎分割等胚胎工程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。
胚胎工程
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：___________、___________、___________等技術手段。
體外受精 胚胎移植 胚胎分割
操作對象
胚胎工程的實質：
胚胎工程的理論基礎：
哺乳動物體內受精和早期胚胎發育的規律。
體外條件下, 對動物自然受精和早期胚胎發育條件進行模擬操作。
目的
一、受精p56
受精前的準備階段
受精階段
指精子和卵子結合形成合子(即受精卵)的過程。
準備階段Ⅰ——精子獲能
準備階段Ⅱ——卵子的準備
輸卵管內
受精
場所：
階段：
定義：
進行細胞間信息交流
細胞膜的流動性
一、受精p56
1.受精前的準備階段
(一)準備階段Ⅰ——精子獲能
科學研究發現，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精子獲能的方法：
①直接利用雌性動物的生殖道
②培養在人工配制的獲能液
牛
豬
綿羊
馬
成熟精子和幾種主要家畜的精子示意圖
頭
頸
線粒體鞘
尾
肝素
Ca2＋載體
③研究精子獲能機制的意義p57：
①概念：
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
獲能的實質是：
1.溶解精子表面的糖蛋白，
2.使精子獲得釋放頂體酶的能力；
3.使精子表面的識別因子和結合因子暴露。
精子的形成過程
1
精原細胞
初級精母細胞
次級精母細胞
精細胞
精子
減數分裂Ⅰ
減數分裂Ⅱ
頭
頸
線粒體鞘
尾巴
成熟精子含有的細胞質很少
主要是細胞核
中心體
細胞內其他物質——原生質滴（球狀，最后脫落）
(遺傳物質的儲存場所)
線粒體
(提供能量)
一、受精p57
1.受精前的準備階段
(一)準備階段Ⅰ——精子獲能
④成熟精子結構：
*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
大鼠的精子190μm長而大象的精子卻只有50μm長。
一、受精p57
精子變形過程
1
⑤精子形成
④細胞質濃縮
①頂體的發生
②尾的發育
③精子頭出現
一、受精p57
1.受精前的準備階段
(二)準備階段Ⅱ——卵子的準備
②不同動物排出的卵子成熟程度 ：
有的可能是________________，如馬、犬等；
有的可能是________________，如豬、羊等；
初級卵母細胞
次級卵母細胞
③卵子成熟的場所：
①卵子一般在排出 后才能被精子穿入。
2-3h
不同
排出的卵子都要在________內進一步成熟。
輸卵管
④卵子具備與精子受精能力的時期：_______期。
MⅡ
卵細胞的形成過程
1
卵原細胞
初級卵母細胞
次級卵母細胞
卵細胞
第一極體
第二極體
減數分裂Ⅰ
減數分裂Ⅱ
不久，三個極體就退化消失。
一、受精p57
2.受精階段
精子穿越卵細胞膜外的結構，如透明帶
釋放出多種酶，以溶解卵細胞膜外的一些結構
精子接觸卵細胞膜
精子形成雄原核、卵子完成減數分裂Ⅱ，釋放第二極體，形成雌原核
精子入卵
精子觸及卵細胞膜瞬間，透明帶迅速發生生理反應，阻止后來精子進入透明帶。
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。
防止多精入卵的兩個屏障
一、受精p57
2.受精階段
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵。
第一次卵裂即將開始
受精完成的標志：
雌雄原核形成合子
受精的標志：
觀察到兩個極體或雌雄原核p58相關信息
雌雄原核充分發育后，相向移動，彼此靠近，核膜消失。這個含有兩個染色體組的合子就是受精卵。受精過程結束后，受精卵的發育也就開始了。
兩個極體
雌雄原核
受精標志
一、受精p57
1．受精過程的順序為(　　)
①第一次卵裂開始　
②雌、雄原核相向移動，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵　
③精子釋放出多種酶，溶解卵細胞膜外的一些結構　
④卵細胞膜外的透明帶發生反應，阻止后來的精子進入透明帶　
⑤雌、雄原核的形成
A.①③④⑤② B.③④②⑤① C.④⑤①③② D.③④⑤②①
D
一、受精p57
2．以下與受精作用有關的說法中，不正確的是(　　)
A.受精作用的實質是精子的核和卵細胞的核融合
B.受精后的卵細胞能阻止其他精子的進入
C.受精作用前后卵細胞的活躍狀態不同
D.受精卵中的染色體和DNA均由精子和卵細胞各提供一半
D
一、受精p57
二、胚胎早期發育p58
1.場所：
2.過程：
輸卵管和子宮
2細胞
4細胞
8細胞
桑葚胚
受精卵
囊胚
透明帶
內細胞團
囊胚腔
滋養層
受精卵
桑葚胚
囊胚
原腸胚
3.分裂方式：
有絲分裂
二、胚胎早期發育p58
1.卵裂：
②特點：
胚胎發育早期，有一段時間是在透明帶內進行分裂，細胞數量不斷增加，胚胎總體積不增加，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。
①場所：
受精卵
2細胞胚
4細胞胚
8細胞胚
桑葚胚
囊胚
原腸胚
在透明帶內
細胞數量__________，胚胎總體積__________
每個細胞體積____________
DNA總數目___________
每個細胞的核DNA數目_______
有機物總量_______，有機物種類______
不斷增加
并不增加
不斷減小
不斷增加
不變
減少
增加
二、胚胎早期發育p58
2.桑葚胚：
當卵裂產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。
①概念：
受精卵
2細胞胚
4細胞胚
8細胞胚
桑葚胚
囊胚
原腸胚
桑葚胚
桑葚
②特點：
這一階段及之前的每一個細胞都具有發育成完整胚胎的潛能，每個細胞都具有全能性，屬于全能性細胞。
二、胚胎早期發育p583.囊胚：①特點：受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚②結構：細胞開始分化內細胞團滋養層細胞囊胚腔——發育成胎兒的各種組織——發育成胎膜和胎盤內細胞團囊胚腔滋養層囊胚透明帶具有全能性孵化：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。內細胞團的細胞未分化，可以作為胚胎干細胞的來源。二、胚胎早期發育p58
4.原腸胚：
①特點：
受精卵
2細胞胚
4細胞胚
8細胞胚
桑葚胚
囊胚
原腸胚
②結構：
出現胚層分化
逐漸分化形成各
種組織、器官等
表面的細胞層
向內遷移的細胞
內外兩個胚層之間
中胚層：
外胚層：
內胚層：
拓展：個體發育VS胚胎發育
全能細胞
幼體
繼續分化
出生發育
性成熟個體
孵化
卵裂期
胚胎發育
胚后發育
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）
思考討論p59
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。
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
討論1：表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發育程度最高
馬的胚胎進人子宮時，發育程度最高，它處于囊胚階段。
不同動物受精卵發育的比較
思考討論p59
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
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
不同動物受精卵發育的比較
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，在實踐中通常將發育到囊胚階段的胚胎進行移植。
思考討論p59
不同動物受精卵發育的比較
討論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？
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
(1)胚胎工程操作的對象可以是生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞。( )
(2)剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在輸精管中發生相應的生理變化后才
能獲得受精能力。( )
(3)防止多精入卵的機制有透明帶反應和卵細胞膜反應。( )
(4)精子入卵后，被激活的卵子才能完成減數分裂Ⅱ。( )
(5)胚胎發育早期，有一段時間是在透明帶內進行分裂，細胞的數量不斷增加，胚胎
的總體積也不斷增加。( )
(6)受精卵通過卵裂產生的子細胞，逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚，稱為桑葚胚。
( )
√
課堂檢測
√
×
√
×
√
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
小結
受精
胚胎早期發育
胚胎工程的理論基礎
準備階段1—精子獲能
準備階段2—卵子的準備
受精
卵裂
桑葚胚
囊胚
原腸胚
精子穿越卵細胞膜外的結構
精子接觸卵細胞膜
精子入卵
雌、雄原核形成
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵

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