資源簡介

(共29張PPT)
問題：你有什么方案可以實現荷斯坦奶牛的快速大量繁殖呢
①核移植技術進行克隆 什么是胚胎工程
②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。
我國奶牛單產水平低。高產奶牛 的引進價格昂貴，靠大量引進優 良品種來提高產量不太可行
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 般占懷孕總數的1～2.3%),一 頭 母牛一生大約生育四五次。
從社會中來
學習目標
1.簡述受精和胚胎早期發育的基本過 程。
2.說明胚胎的形成經過了受精及早期 發育等過程。
第2章 細胞工程
第3節 胚胎工程
胚胎工程的理論基礎
胚胎工程的概述p56
胚胎工程：
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。
1.操作對象：動物生殖細胞、受精卵、早期胚胎細胞
2.操作水平：主要集中在細胞水平上
3.技術手段：體外受精、胚胎移植、胚胎分割
4.工程實質：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。
5.理論基礎：哺乳動物 ( 體 內 )受精和早期胚胎發育的規律。
一、受精
1. 概 念：精子和卵子相互識別，融合成合子(受精卵)的過程。
細胞膜進行細胞間的信息交流 細胞膜具有一定的流動性
2.場 所 ：哺乳動物的輸卵管內。
輸卵管、
準備階段I:精子獲能 卵 巢
準備階段IⅡ:卵子的準備
3.過 程 ：
準備階段
受精階段
子宮內膜
一生殖道
輸卵管
卵巢
精 子
精 細 胞
次 級 精 母 細 胞
初 級 精 母 細 胞
大 量 精 原 細 胞
精原細胞
一、受精
4.準備階段I—精子獲
能 精子形成的場所： 睪丸(曲細精管)
· 精子形成的過程：
染色體復制
有絲分裂
變形
MⅡ
MI
細胞核
發育中的頂體 中心體演變成尾
高爾基體
細胞質-
線粒體
頂體的發生 尾的發育 精子頭出現
線粒體鞘
頂體
尾
頭 原生質滴
【 拓 展 】 精子的變形
精子形成 細胞質濃縮
頂體 (高爾基體)
頭 (主要是細胞核)
頸 (中心體)
線粒體鞘 (線粒體纏繞變形)
尾 (中心體微管延長)
牛
豬
綿羊
馬
思考：精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 (P59)
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。
【 拓 展 】 精子的變形
一、受精
4.準備階段I--精子獲
能 剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在雌性動物生殖道內發生相應 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”。
精子獲能的機制： 精液由精子和精漿組成，精漿中含有抑制精子頂體酶
的釋放以及與卵子識別結合的物質 (如去能因子等),只有交配后精液 進入雌性動物的生殖道后， 生殖道分泌產生某些物質 (某些酶類等物質) 解除對精子的抑制，才能使精子獲得受精的能力。
精子獲能的方法： ① 直接利用雌性動物的生殖道
② 在人工配制的獲能液中培養獲能，常見有效成分有 Ca +
載體、肝素等。
【 拓 展 】 精子獲能
精子獲能是指精子在受精前獲得穿透卵子透明帶能力的生理過程。這一過程涉及一系列復雜的生 理和生化變化，主要包括以下幾個機制：
1. 膽固醇外流：精子獲能過程中，精子細胞膜上的膽固醇會流失，導致膜的流動性增加，為精子 與卵子的結合創造有利條件。
2. 離子通道調節：精子獲能過程中，細胞內Ca +和HCO 的濃度會發生顯著變化。 Ca +在精子的生 理活動中起關鍵調控作用，其濃度增加會激活腺苷酸環化酶，進而提高細胞內cAMP的水平。此外， HCO -不僅調節精子膜電位，還能激活腺苷酸環化酶，促進cAMP的合成。
3. 蛋白質酪氨酸磷酸化：蛋白質酪氨酸磷酸化是精子獲能的重要標志之一。cAMP-PKA信號通路在 這一過程中起關鍵作用，通過激活蛋白激酶A(PKA), 進一步促進多種蛋白的磷酸化。
4. 細胞膜重組：精子獲能過程中，細胞膜的結構和功能會發生顯著變化，包括質膜的重組和膽固 醇的重新分布。這些變化有助于精子的超活化運動和頂體反應。
5. 信號通路的調控：精子獲能涉及多種信號通路的協同作用，包括cAMP-PKA通路、 sAC-cAMP-PKA 通路以及cGMP-PKG通路。
6. 超活化運動：獲能后的精子運動方式會發生顯著改變，表現為強有力的、尾部呈“鞭打樣”的
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。
不對稱運動。這種超活化運動有助于精子 7. 去能因子的去除：精子在附睪中分泌白 些去能因子被去除，精子才獲得真正的受
出生后
精子進入后
完成減數第 豬、羊排卵二次分裂
次級卵 卵子
母細胞 精子
2a
卵原細胞
增殖分裂
放射冠(卵丘細胞)
第一極體
細胞核
質膜
透明帶
卵細胞的形成是一個不連續的過程。
排出的卵子要在輸卵管內發育到MI (中)期時，才具備與精子受精的能力。
一、受精
4.準備階段II--卵子的準備
原始卵泡
成熟卵泡
黃體
次級卵母
細 胞
停止在減 數第 一 次 分裂前期
具備受精能力的卵子結構
馬、犬排卵 第一極體
完成減 數第一 次分裂
初級卵 母細胞
初級卵 母細胞
青春期后
胚胎期
卵子的結構
透明帶是包裹在卵母細胞外的一層非細胞
性的糖蛋白膜結構，主要由卵泡細胞和初 級卵母細胞分泌形成。
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 卵細胞膜 核
(紡錘體—染色體復合物)
第一極體
透明帶變薄、缺失或者過厚等都會影響受精過程，從而導致不孕。
具備受精能力的卵子結構
【 拓 展 】
【 拓 展 】 排出卵子的去向
人類女性排出的卵子可在輸卵管中存活12-24小時，在這段時間內等待著
精子的識別結合。若卵子排出后由于多種原因不能與精子結合形成受精卵，便在 24小時后自然死亡。失去這次受精的機會，就要等1個月后下一個卵子成熟并被 排出，重復同樣的過程。
女性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以上 的卵子。如果分別與精子相結合，就出現了異卵雙胞胎或多胞胎。有些情況下 一 個受精卵形成的胚胎在早期發育過程中會一分為二形成同卵雙胞胎。
精子觸及卵細胞膜的瞬間，透
精子接觸卵細胞膜 明帶會迅速發生生理反應， 阻
透明帶反應 止后來的精子進入透明帶。
精子入卵后，卵細胞膜會立即
精子入卵 發生生理反應，拒絕其他精子
卵細胞膜反應 進入卵內。
雄原核
雌原核 第一極體
第二極體
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。
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——雄 原 核 。
5.受精階段 精子穿越卵細胞膜外 的結構，如透明帶等
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
! 受精的標志： 觀察到兩個極體或雌雄原核。
精子釋放多種酶溶解膜外結構
受精過程結束后，受精
卵的分裂也就開始了。
注意：受精卵的核基因是精子和卵子各占一半； 受精卵的細胞質基因幾乎全部來自
卵 子 。
! 受精完成的 標 志 ：雌雄原核融合形成合子。
形成含有兩個染色體組的合子， 受精卵形成。
一、受精
5.受精階段
雌、雄原核靠近核 膜消失形成合子
雄原核 雌原核
一、受精
思考：受精過程中卵子的哪些結構發生生理反應可以防止多精入卵 這有什么意義
阻止多精入卵有兩道屏障：
第一道屏障是透明帶反應；
第二道屏障是卵細胞膜反應。
保證受精卵中核遺傳物質與親代體細胞一致，從而保證遺傳的穩定性。
防止多精入卵的其他機制
生殖道對精子具有初步的篩選作用。在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才能到達受精部位； 在精子和卵細胞識別后，卵
細胞表面的精子識別受體很快被修飾，使后來的精子不能識別。
雌性動物生殖道
準備階段I: 精子獲能
人工配制的獲能液
準備階段I: 卵子的準 ——在輸卵管內發育到MⅡ(中)期 備
精子穿越卵細胞膜外的結構
雄、雌原核形成 (受精的標志：觀察到兩個極體或雌、雄原核)
雌、雄原核融合形成合子 (受精完成的標志)
小結：受精
準備階段
受精階段
透明帶反應(阻止多
精入卵的第一道屏障)
卵細胞膜反應(阻止多 精入卵的第二道屏障)
精子接觸卵細胞膜
精子入卵(進入卵細胞膜)
(1)圖中a 、b 、c表示細胞分裂，依次 有絲分裂、減數分裂I 、 減數分裂Ⅱ
為
在精子與卵子結合過穆 成 的 腿膜 (填“a”“b’輸卵管”)。圖中
的p減數分鸛結構 次媼 Ⅱ期) 。c過程發生的
場所為子成熟后，即可進行 受精到判斷卵子受精的標志是可以觀察到兩個時，才 本或糖子受糠彬能力。 O
第 一 極體
C
第二極體 ④
練一練
觀察家畜卵子的發生和成熟示意圖，思考并回答下面的問題：
核 第一極體
生長
p
②
③
①
b
q
a
二、胚胎早期發育
1.胚胎的早期發育
(1)場所： 輸卵管和子宮
(2)分裂方式： 有絲分裂
胚胎發育早期，有一段時間在
透明帶內進行，細胞的數量不斷增 加，但胚胎的總體積并不增加，這 種受精卵的早期分裂稱為卵裂。
(3)過程
2-細胞胚
精子
受精卵
卵母細胞
卵裂期
4-細胞胚
8-細胞胚
輸卵管
子宮壁
受精卵 2細胞 4細胞 8細胞 桑葚胚 囊胚
桑葚胚
囊胚
著床
項目
變化
細胞數目
增多
每個細胞體積 DNA總量
減小
增多
每個細胞內的DNA總量 有機物總量
不變
減少
物質種類
增多
二、胚胎早期發育
2.卵裂
(1)場所： 在透明帶內
(2)時期： 受精卵 → 桑葚胚
(3)特點： 細胞的數量不斷增加，
但胚胎的總體積不增加。
卵裂期
受精卵 2細胞 4細胞 8細胞 桑葚胚 囊胚
二、胚胎早期發育
3. 桑甚胚：
當卵裂產生的子細胞數目
達到32個左右，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。
特 點 ：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， 屬于全能 細胞(胚胎干細胞)。
受精卵 2細胞 4細胞 8細胞 桑葚胚 囊胚
桑甚胚 桑甚
內細胞團 —-發育成胎兒的各種組織，屬于全能細胞。
( 沿透明帶內壁擴展和排列的細胞)
滋養層細胞 ——發育成胎膜和胎盤。 滋養層
可用于胎兒的性別鑒定、DNA分析等 透明帶
囊胚腔 囊胚內部含有液體的腔。 囊胚腔
二、胚胎早期發育
4. 囊 胚 ：
(1)特點： 細胞開始分化 受精卵 2細胞 4細胞 8細胞 桑葚胚 囊胚
(3)孵化： 囊胚進一步擴大會導致透明帶破裂破裂，胚 胎從其中伸展出來的過程。
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
(聚集在胚胎一端的細胞)
(2)結構：
皮膚細胞 消化細胞胰腺細胞肺細胞
內胚層
外 胚 層
。中 胚 層
內 胚 層
受精卵 囊胚 原腸胚
中胚層 生殖細胞
骨骼肌 心肌 平滑肌 紅細胞 骨細胞 卵細胞 精子
正在分化的 中胚層細胞
一外胚層 內胚層 原腸腔
正在分化的 中胚層細胞
二、胚胎早期發育
5. 原 腸 胚 ：
(1)特點： 出現胚層分化
(2)結構：
外胚層： 表面的細胞層
原腸胚 內胚層： 向內遷移的細胞
中胚層：內外兩個胚層之間
這三個胚層將逐漸分化形成各種組 織、器官等，最終形成胎兒。
外胚層 中胚層 內胚層
色素細胞 腦神經元
外胚層
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.卵裂期和桑葚胚時期，只進行細胞分裂，不需要從外界獲取營養物質， 胚胎發育所 需營養主要來自卵細胞。
3.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。
4.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。
5.囊胚期細胞時透明帶破裂，滋養層細胞(以后發育成胎盤、胎膜，與母體建立聯系) 從外界吸收營養物質，使胚胎繼續發育。
受精卵→ 2細胞 → 4細胞 → 8細胞 → 桑葚胚一
卵裂期
胚胎發育
外胚層
中胚層
內胚層(原腸腔)
胚后發育
孵化
囊胚 ·
內細胞團
滋養層細胞 囊胚腔
【 拓 展 】 胚胎發育和個體發育
繼續
分化
原腸胚
全能細胞 細胞分化
性成熟個體
出 生
發育
個體發育
幼體
動物 種類 受精卵發育/h 進入子宮時發育 天數和發育階段 2細胞 4細胞 8細胞 16細胞 桑棋胚 天
發育階段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3
桑葚胚
山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4
10~16細胞
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
不同動物受精卵發育的比較
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表。
討 論 ：
1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發育程度最高
馬的胚胎進入子宮時，發育程度最高，它處于囊胚階段。
動物 種類 受精卵發育/h 進入子宮時發育 天數和發育階段 2細胞 4細胞 8細胞 16細胞 桑棋胚 天
發育階段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3
桑葚胚
山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4
10~16細胞
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
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，在實踐中通常用發育到囊胚階段的胚胎進行移植。
不同動物受精卵發育的比較
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 。
不同動物受精卵發育的比較
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。
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。 ( x )
(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
二、擴展應用
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。

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