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(共31张PPT)
第3节 胚胎工程
（一）胚胎工程的理论基础
我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？
良种荷斯坦奶牛
胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决
从社会中来
①操作对象：
②操作水平：
③技术手段：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎
体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割等
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律
④实质：
在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作
⑤理论基础：
主要集中在细胞水平上
1.概念：
对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。
胚胎工程
1
受精
2
胚胎早期发育
01
胚胎工程的理论基础
受精
定义:
阶段:
受精前的准备阶段
受精阶段:
准备阶段Ⅰ:精子获能
准备阶段Ⅱ:卵子的准备
精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
细胞膜的功能：
进行细胞间信息交流
细胞膜特性：
具有一定的流动性
哺乳动物的输卵管内。
01
胚胎工程的理论基础
场所：
睾丸内的曲细精管
形成过程：
精原细胞
次级精母细胞
初级精母细胞
精细胞
精子
精原细胞
初级精母细胞
（整个过程连续进行，不间断）
知识回顾
必修二 减数分裂与受精作用
（一）准备阶段 1 —精子获能
【补充】精子变形的过程和结构
头
颈
线粒体鞘
尾
顶体
（高尔基体）
（细胞核）
（中心体）
③精子头出现
④细胞质浓缩
①顶体的发生
②尾的发育
⑤精子形成
[思考P59]精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？
细胞核——精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，参与受精过程。
线粒体——精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。
*不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关
1、概念：
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”。
2、获能方法：
（1）直接利用 使精子获能；
（2）将精子培养在 中使其获能；
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
不是获得能量
3、研究精子获能机制的意义：
实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为______________的建立奠定了基础。
体外受精技术
（一）准备阶段 1 —精子获能
*精子头部有去能因子，抑制了它的受精能力
*在雌性生殖道内，有些化学物质会使精子的头部发生一定的变化，使精子具有真正的受精能力。
02
卵细胞的形成是一个不连续的过程
知识回顾
必修二 减数分裂与受精作用
形成过程：
（一）准备阶段2 —卵子的准备
（1）卵子一般在排出 后才能被精子穿入
（2）动物排出的卵子成熟度不同；
有的可能是 ，如马、犬等；
有的可能是 ， 如猪、羊等。
（3）卵子成熟的场所：
排出的卵子都要在 内进一步成熟。
（4）卵子具备与精子受精能力的时期：
2~3h
初级卵母细胞
次级卵母细胞
输卵管
M Ⅱ （减数第二次分裂中期）
（一）准备阶段2 —卵子的准备
排卵指卵子从卵泡中排放到输卵管中。
放射冠（卵丘细胞）
透明带
细胞核
卵细胞膜
自主阅读课本P57“受精阶段”文字部分，回答以下问题
1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？
2.防止多精入卵的机制有哪些？这有什么意义？
3.入卵后，精子和卵子发生了哪些变化？
4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？
（二）受精阶段
两个极体
雌雄原核
受精标志
精子释放蛋白酶溶解膜外结构
透明带反应
透明带发生的阻止精子进入的生理反应
卵细胞膜反应
卵细胞膜发生的阻止精子进入的生理反应
受精的标志 ：观察到两个极体和雌雄原核
（二）受精阶段
1、过程
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
精子释放多种酶溶解膜外结构
精子接触卵细胞膜
透明带反应
精子触及卵细胞的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带
精子入卵
精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核
卵细胞膜反应
精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
雄原核
第一极体
雌原核
第二极体
精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核——雄原核
防止多精入卵的两个屏障
（二）受精阶段
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵。第一次卵裂即将开始
雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。
受精的标志 ：观察到两个极体或雌雄原核
2、受精完成的标志：
两个极体
雌雄原核
受精标志
雌雄原核形成合子
（二）受精阶段
1.胚胎发育的场所在哪里？
2.胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？
3.发育的每个阶段各有何特征？
任务二
阅读教材“胚胎早期发育”相关内容，回答以下问题：
02
胚胎早期发育
1、场所：输卵管、子宫2、过程：02胚胎早期发育受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑葚胚囊胚原肠胚卵裂期在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。卵裂期分裂方式：项目变化细胞数目胚胎的总体积每个细胞体积DNA总量每个细胞内的DNA总量有机物总量增加减小增多不变减少不增加有丝分裂0202胚胎早期发育受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑葚胚囊胚原肠胚桑葚胚桑葚胚特点：每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。02细胞数目达到32个，排列紧密，形似桑葚。02胚胎早期发育受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑葚胚囊胚原肠胚囊胚特点：结构：细胞开始分化内细胞团滋养层细胞囊胚腔——发育成胎儿的各种组织——发育成胎膜和胎盘内细胞团囊胚腔滋养层囊胚透明带具有全能性孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。0202胚胎早期发育受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑椹胚囊胚原肠胚原肠胚逐渐分化形成各种组织、器官等表面的细胞层向内迁移的细胞内外两个胚层之间中胚层：外胚层：内胚层：原肠胚——出现胚层分化0202胚胎早期发育原肠胚三胚层的发育
外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官
中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统
内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体
02
胚胎早期发育
原肠胚三胚层的发育
外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官
中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统
内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体
特别提醒：
1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。
2.桑葚胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。
3.桑葚胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
受精卵
卵裂期
桑葚胚
囊胚（内含囊胚腔）
原肠胚（内含原肠腔）
胎儿形成
外胚层
中胚层
内胚层
：在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加。
：由全能细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑葚
内细胞团：发育成胎儿各组织
滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘
：最初在输卵管进行有丝分裂
胚胎发育小结
主要特点：
进一步发育为不同的组织、器官、系统
动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
山羊 4 10-16细胞
绵羊 3-4 16细胞
猪 2-2.5 4-6细胞
马 6 囊胚
牛 4-5 8-16细胞
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段
不同动物受精卵发育的比较
思考 讨论
动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
牛 4-5 8-16细胞
2.将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
小鼠应选择至少发育到桑葚胚阶段的胚胎进行移植。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8-16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
不同动物受精卵发育的比较
思考 讨论
3.为什么说有关动物体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？
胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下受精和胚胎早期发育规律的基础上实现的。人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟才使卵母细胞能在体外成熟，精子能在体外完成获能。获能的精子和培养成熟的卵子能在试管内完成受精。获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育。
不同动物受精卵发育的比较
思考 讨论
练习与应用
1.判断下列有关哺乳动物受精的表述是否正确。
（1）在自然条件下，受精在子宫中完成。（ ）
（2）精子需要获能才能与卵子结合，而卵子一经排出就具备受精能力。（ ）
（3）精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵。（ ）
2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是（ ）
A.在桑葚胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔
B.胚胎干细胞是一类未分化的细胞，可以从早期胚胎中分离获得
C.桑葚胚的细胞一般都具有全能性，囊胚的细胞逐渐分化
D.受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加
×
×
√
A
概念检测
练习与应用
1.精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。
提示：细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中，细胞核是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过程。线粒体是精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。
拓展应用
练习与应用
2.精子在雌性动物的生殖道内是如何获能的 除了教材中介绍的，防止多精入卵的机制还有哪些 感兴趣的话，请通过查阅相关资料或请教专家来进行了解。关于受精作用，你还能提出其他问题吗
提示：出题的目的不是让学生准确地答出精子获能的机制和防止多精入卵的具体机制，而是鼓励有兴趣的学生去查阅资料或请教专家，并引导他们去查阅相对专业的书籍，这是学习的深入过程。这里涉及的问题，在普通生物学或者一般的细胞工程专著中可能找不到答案，需要查阅生殖生物学相关书籍。通过查阅专业资料，学生能了解到，精子获能的机制很神奇，防止多精入卵的机制同样神奇而且非常复杂，这都是机体在长期进化的过程中形成的、用来保障本物种延续的机制。
拓展应用

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