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(共30张PPT)
第二章 细胞工程
第三节 胚胎工程
人教版（2019）选择性必修三
（一）胚胎工程的理论基础
学习目标
1.哺乳动物在自然条件下受精和早期胚胎的发育规律是胚胎工程重要的理论基础。阐述细胞的结构与功能的适应。(生命观念)
2.以过程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程。（科学思维）
课前导入
灰绿色
良种荷斯坦奶牛
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。能不能让引进的良种奶牛快速、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
胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决。可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后胚胎移植给其他品种代孕母牛生下后代。
课前导入
胚胎工程是指对生殖细胞、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。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
①操作对象：
②技术手段：
③理论基础：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎
体外受精、早期胚胎培养、胚胎分割、胚胎移植等。
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操作水平：
主要集中在细胞水平上
一、受精
定义:
过程:
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
细胞膜具有：一定的流动性
哺乳动物的输卵管内。
受精
一、受精
准备阶段1——精子获能
张明觉
1951年，他发现“精子获能”的生理现象。同年，澳大利亚学者奥斯汀博士也在实验中发现相同现象。国际生理学界把他们俩的研究成果命名为“张—奥原理”。这一现象的发现解开了精卵受精之谜，为哺乳类卵子体外受精的成功，奠定了理论基础。
1959年，他首次成功地把兔子的精子和卵子在体外结合，再放回到兔子子宫里，体外受精的卵子发育正常，文章发表在1959年的《自然》杂志上。正是他的研究，促成了第一个试管婴儿的诞生，因此，张明觉博士也被誉为“试管婴儿的先驱”。
一、受精
准备阶段1——精子获能
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在_________________发生_________________后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”。
雌性动物的生殖道
相应的生理变化
2.研究精子获能机制的意义：
实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为_____________的建立奠定了基础
体外受精技术
1.定义：
一、受精
准备阶段1——精子获能
3.使精子获能的方法
①直接利用雌性动物的生殖道使精子获能
②将精子培养在人工配制的获能液中使其获能
*获能液的成分因动物种类不同而有所差异,常见有效成分有肝素、Ca2+载体等。
4.成熟精子的结构
遗传物质的储存场所
为生存和运动提供能量
一、受精
准备阶段2——卵子的准备
卵子一般排出2-3小时后才能被精子穿入，不同动物排出的卵子成熟程度不同
卵原细胞
初级卵母细胞
马、犬排卵
猪、羊排卵
发育
次级卵母细胞
马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞
猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞
排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时，才具备与精子受精的能力。
一、受精
受精阶段
防止多精子入卵受精的两个屏障:
透明带反应
卵细胞膜反应
一、受精
受精阶段
（1）受精的标志：透明带和卵细胞膜之间有两个极体
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。在胚胎工程中，以观察到两个极体或雌、雄原核作为受精的标志。
（2）受精完成的标志：雌雄原核融合，形成合子
雄原核
雌原核
第一极体
放出的第二极体
一、受精
受精阶段
一、受精
受精阶段
一、受精
受精阶段小结
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
刚排出的精子必需在雌性动物的生殖道发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为“精子获能”
卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟，到MⅡ中期，才具备与精子受精的能力
精子获能的方法：①利用雌性动物的生殖道；②将精子培养到获能液(Ca2+载体、肝素等) 中使其获能
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵后，尾部脱离，核膜破裂，形成雄原核；卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核。
雌雄原核靠近
核膜消失，雌雄原核融合，形成合子。
二、胚胎早期发育
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？
4.什么是桑葚胚？
同学们认真阅读P56-57，思考下列问题：
二、胚胎早期发育
幼体
继续分化
出生发育
性成熟个体
卵裂期
胚胎发育
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
受精卵开始向子宫移动，受精卵在输卵管一边移行，一边进行有丝分裂，逐渐发育成胚胎。可分为以下几个阶段：桑椹胚、囊胚、原肠胚
二、胚胎早期发育
1.卵裂
桑葚胚
卵裂
(细胞未分化)
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
胚胎发育早期有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称卵裂。
二、胚胎早期发育
2.桑葚胚
当卵裂产生的子细胞数目达到32个，逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。
这一阶段及之前的每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。
(2)特点
(1)概念
二、胚胎早期发育
3.囊胚
内细胞团
滋养层
囊胚腔
发育
胎盘和胎膜
发育
胎儿的各种组织
聚集在胚胎一端
沿透明带内壁扩展和排列
胚胎内部含有液体的腔。
内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。
滋养层细胞已经分化，将来只能分化为胎盘和胎膜。
二、胚胎早期发育
3.囊胚
囊胚进一步_______，会导致____________，胚胎从_________中__________，这一过程叫做孵化。
扩大
透明带破裂
透明带
伸展出来
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
二、胚胎早期发育
桑葚胚→囊胚形成
囊胚扩大→孵化
二、胚胎早期发育
4.原肠胚
内胚层
中胚层
外胚层
囊胚孵化后，将发育形成_______；原肠胚表面的细胞层为_________，向内迁移的细胞形成_______；随着发育的进行，一部分细胞还会在内外两个胚层之间形成______；这三个胚层将_____________________________；
原肠胚
外胚层
内胚层
中胚层
逐渐分化形成各种组织、器官等
二、胚胎早期发育
受精卵
：最初在输卵管进行有丝分裂
卵裂期
：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。
桑葚胚
：由全能细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑葚
囊胚（内含囊胚腔）
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
原肠胚（内含原肠腔）
外胚层
中胚层
内胚层
胎儿形成
进一步发育为不同的组织、器官、系统
胚胎早期发育过程小结
2.(1) 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高
二、胚胎早期发育
不同动物受精卵发育的比较
注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高
表中马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。
2.(1) 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高
二、胚胎早期发育
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。
3.不同动物胚胎进入子宫所处的时期不同，这个胚胎工程提供了什么启示？
体外受精形成的胚胎，发育到一定阶段方可移植到子宫中。
课堂小测
1.下图为精子的亚显微结构模式图。下列有关精子发生的叙述中，不正确的是( )
A.精子发生是连续的，开始于初情期
B.图中①是由高尔基体发育形成的
C.发育形成图中④的细胞器在植物细胞中不存在
D.精子的遗传物质存在于图中的②和③
C
解析：精子的发生是从初情期开始，经过MⅠ和MⅡ两次连续分裂再经变形而形成的，A正确；图中①是顶体，是由高尔基体发育形成的，B正确；发育形成图中④的细胞器为中心体，在低等植物细胞中也存在，C错误；精子的遗传物质存在于图中的②（细胞核）和③（线粒体），D正确。
课堂小测
2.下列有关哺乳动物精子和卵子发生的叙述，正确的是( )
A.一个卵泡中能形成两到三个成熟的卵子
B.精细胞内的其他物质浓缩为球状，叫作原生质滴，原生质滴中存在中心体
C.不同种动物的精子的形态相似，大小略有不同，体型越大的动物精子越大
D.成熟卵子的形成部位是输卵管
D
解析：通常一个卵泡中只能形成一个成熟的卵子，A错误；精细胞内的其他物质浓缩为球状，叫作原生质滴，中心体演变为精子的尾，B错误；精子的大小与体型大小无关，C错误；成熟卵子的形成是在输卵管中，D正确。
课堂小测
3.下列有关胚胎发育的叙述，错误的是( )
A.受精过程的结束即胚胎发育的开始
B.胚胎发育的初期是在输卵管中进行的
C.桑葚胚期的胚胎从透明带中伸展出来，称为孵化
D.高等动物早期胚胎发育的顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚
C
解析：卵子和精子在输卵管完成受精后，发育也就开始了，因此胚胎发育的初期是在输卵管中进行的，AB正确；早期胚胎发育过程中，囊胚期由于细胞增殖使细胞数量增多，且出现了囊胚腔，因此体积进一步扩大，会从透明带中伸展出来，这一过程称孵化，C错误；高等动物早期胚胎发育的顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚，D正确。
课堂小测
4.如图表示哺乳动物早期胚胎发育的两个阶段，据图分析错误的是( )
A.甲阶段为桑葚胚，乙阶段为囊胚
B.甲阶段的细胞一般都具有全能性，乙阶段的细胞逐渐分化
C.乙阶段③破裂，胚胎从其中伸展出来的过程叫孵化
D.②④分别为内细胞团、滋养层，其中后者发育为胎膜和胎盘
D
解析：该表示哺乳动物发育过程的几个阶段，甲阶段细胞在透明带内，形似桑葚，故是桑葚胚，乙阶段透明带破裂，内部出现含有液体的腔，故是囊胚，A正确；甲阶段桑葚胚之前细胞没有发生分化，一般都具有全能性，乙阶段囊胚的细胞逐渐分化，形成滋养层细胞和内细胞团，B正确；孵化是指囊胚从透明带出来，进入母体子宫内，并植入子宫内膜的过程，C正确；①沿透明带内壁扩展和排列，是滋养层细胞，将来发育为胎盘和胎膜，④是囊胚腔，D错误。
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