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第3节 胚胎工程
从社会中来
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。
拥有人气明星“黑白花”奶牛之称的美国荷斯坦奶牛泌乳量高居各乳用牛之冠，母牛一般产乳量高达7000kg（305天）。
引进一头成年荷斯坦奶牛奶牛往往需要数万元；同时，牛的生育率很低，一生约生育四五次。
你有什么方案可以实现荷斯坦奶牛的快速大量繁殖呢？
动物细胞核移植技术克隆
克隆属于无性繁殖，后代的遗传多样性低，限制了优良新品种选育，危及奶业的可持续发展
胚胎工程
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。
技术种类：
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等
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
理论基础：
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
一、受精
受精是精子与卵细胞结合形成合子（即受精卵）的过程
包括受精前的准备阶段和受精阶段。
在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
准备阶段1—精子获能
精子的发生
精原细胞
次级精母细胞
初级精母细胞
精细胞
精子
精子的变形
整个过程连续进行，不间断
准备阶段1—精子获能
精子的发生
精原细胞→初级精母细胞→次级精母细胞→精细胞→精子
精子的变形
⑤精子形成
③精子头出现
④细胞质浓缩
①顶体的发生
②尾的发育
圆形的精细胞经过变形，其中的细胞核变为精子的头部，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘。同时细胞内的其他物质浓缩为球状，叫做原生质滴，随着精子的成熟过程向后移动，直到最后脱落。
精子获能
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道内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”。
方法：
直接利用雌性动物的生殖道使精子获能
将精子培养在人工配制的获能液中使其获能
（获能液中的有效成分有：肝素、Ca2+载体等）
准备阶段2—卵子的准备
卵细胞的发生
卵原细胞
初级卵母细胞
第一极体
第二极体
第二极体
第二极体
间期
减Ⅰ
减Ⅱ
退化消失
卵细胞
次级卵母细胞
分裂过程不连续，有两次暂停
卵细胞的准备
动物排出的卵细胞成熟度不同；
有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；
有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。
排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟,至MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期）才具备与精子完成受精的能力。
受精阶段
透明带
卵细胞膜
核
（纺锤体—染色体复合物）
第一极体
非生物膜结构，主要成分是糖蛋白，保护卵细胞，防止异种精子进入
精子穿越卵细胞膜外的结构
获能后的精子与卵细胞相遇时，首先它释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触卵细胞膜。
精子接触卵细胞膜
在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带，发生透明带反应。
阻止多精入卵的第一道屏障
精子进入卵细胞膜(精子入卵)
精子与卵细胞膜接触时，立即被微绒毛抱合，精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。
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
阻止多精入卵的第二道屏障
雌雄原核形成
精子入卵后，尾部脱离，原有核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子核还大的核，叫做雄原核。
精子入卵后，被激活的卵子完成减数分裂II，排出第二极体后，形成雌原核。
雌雄原核融合形成受精卵
雄、雌原核充分发育后，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。
多数哺乳动物的第一极体不会进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。
在实际胚胎工程操作中
受精的标志：观察到两个极体或雌、雄原核；
二、胚胎早期发育
胚胎发育的场所：输卵管和子宫
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
胎儿形成
卵裂
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。胚胎发育早期，有一段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为卵裂。
胚胎没有和母体建立联系,不能从母体获取有机物,而一直有呼吸消耗,有机物总量减少。
桑葚胚
当卵裂产生的子细胞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。
桑葚胚通常由32个细胞左右，每个细胞都能发育成组成个体的任何组织细胞或胎盘、胎膜等胚外组织细胞，属于全能细胞，分裂能力强，处于未分化状态。
胚胎进一步发育，细胞开始出现分化，形成内细胞团、滋养层；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔—囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚。
内细胞团将来发育成胎儿的各种组织；滋养层将来发育成胎膜和胎盘。
囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从透明带中伸展出来的过程叫孵化。
囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。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中胚层。这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
MⅡ期具备受精能力
雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核
雌雄原核靠近
核膜消失
桑葚胚
受精卵
每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织
囊胚
原肠胚
卵裂
细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加
孵化
内细胞团
滋养层
组成个体的各种组织细胞
胎盘、胎膜等胚外组织细胞
外胚层内胚层中胚层
课堂小结

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