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(共37张PPT)
第2章 细胞工程
第3节 胚胎工程
（第一课时）
学习目标
目标
01
02
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）
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）
牛的生育率很低。一头母牛每年只能产一胎，每胎生一个牛仔,每胎产2个牛仔的情况比较少见（一般占怀孕总数的1～2.3%），一头母牛一生大约生育四五次。
我国奶牛单产水平低。高产奶牛的引进价格昂贵，靠大量引进优良品种来提高产量不太可行
我国奶业现状分析
从社会中来
问题1:你有什么方案可以实现荷斯坦奶牛的快速大量繁殖呢？
①核移植技术进行克隆
②可以通过体外受精、胚胎分割等胚胎工程技术获得多个良种奶牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
什么是胚胎工程呢
目的
生产后代，以满足人类的各种需求。
技术手段
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等
理论基础
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
操作水平
主要集中在细胞水平上
操作对象
生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
工程实质
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
一、胚胎工程的概述
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
受精
2
胚胎早期发育
一、胚胎工程的理论基础
受精的场所？包括几个阶段？
防止多精入卵的屏障有哪些？受精的标志？受精完成的标志？
2
3
4
1
合作探究一：请同学们自主阅读教材P56-57，小组合作思考讨论完成问题。
排出的卵子是成熟的卵细胞吗？卵子成熟的场所？卵子发育至哪个时期才具备受精的能力？
什么是精子获能？精子获能是指精子获得能量吗？获能的方法？
一、胚胎工程的理论基础
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精：
受精
定义
阶段
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
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
场所
输卵管内
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精：
1.准备阶段Ⅰ——精子获能
科学研究发现，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”
(1)精子获能的方法
①直接利用雌性动物的生殖道
②培养在人工培植的获能液
肝素
Ca2＋载体
问题2: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？
头
颈
线粒体鞘
尾
顶体
（高尔基体）
（细胞核）
（中心体）
变形
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。
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精：
1.准备阶段Ⅰ——精子获能
问题2: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？
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
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
马、犬排卵
猪、羊排卵
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精：
2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备
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。
发育
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
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
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精：
3.受精阶段
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
雌、雄原核靠近
受精过程结束后，受精卵的分裂也就开始了
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精：
3.受精阶段
两个极体
雌雄原核
受精标志
受精的标志：观察到两个极体或雌雄原核
受精完成的标志：雌雄原核的融合
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期，才具备与精子受精的能力
精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道；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
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精：
　实战训练　
1.下列有关哺乳动物受精的表述，正确的是(　　)
A．在自然条件下，受精在子宫中完成
B．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
C．精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵
D．精子入卵后，精卵立即融合形成受精卵
　实战训练　
2.受精过程的顺序为(　　)
①第一次卵裂开始　
②雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵　
③精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构　
④卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带　
⑤雌、雄原核的形成
A.①③④⑤② B.③④②⑤①
C.④⑤①③② D.③④⑤②①
　实战训练　
3.下列过程发生在受精过程中的是(　　)
①精子与卵子接触,释放多种酶
②精子释放的酶可使精子穿过透明带、卵细胞膜
③卵子恢复分裂并很快完成了减数分裂Ⅰ
④精子和卵子的细胞核分别形成雄原核和雌原核
⑤透明带反应可以防止多精入卵的发生
A.①②⑤　　 B.①④⑤ C.②③④ D.②④⑤
　实战训练　
4.下列有关哺乳动物体内受精表达正确的是(　　)
A.动物排出的卵子成熟程度不同，只有部分具备与精子受精的能力
B.卵子形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的
C.透明带和卵细胞膜发生相应反应来防止多精子入卵
D.精子无需穿过透明带也可以与卵细胞膜接触
　实战训练　
5.以下与受精作用有关的说法中，不正确的是(　　)
A.受精作用的实质是精子的核和卵细胞的核融合
B.受精后的卵细胞能阻止其他精子的进入
C.受精作用前后卵细胞的活跃状态不同
D.受精卵中的染色体和DNA均由精子和卵细胞各提供一半
　实战训练　
6.下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子( 　　)
早期胚胎发育的场所？
胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？
什么是孵化？ 孵化的意义？
2
3
4
1
合作探究二：请同学们自主阅读教材P58，小组合作思考讨论完成问题。
囊胚阶段内细胞团会发育成什么？滋养层呢？
卵裂期胚胎总体积变化？有机物总量变化？有机物种类的变化？
一、胚胎工程的理论基础
一、胚胎工程的理论基础
（二）胚胎早期发育：
2.过程
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。
(1)概念
(2)分裂方式
有丝分裂
(3)特点
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
　实战训练　
7.如图表示人的受精卵在卵裂期过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、细胞数量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是（ ）
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
一、胚胎工程的理论基础
（二）胚胎早期发育：
2.过程
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
(2)特点
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。
(1)概念
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。
桑葚胚
桑葚
一、胚胎工程的理论基础
（二）胚胎早期发育：
2.过程
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
内细胞团
聚集在胚胎一端，将来发育成胎儿的各种组织。
囊胚腔
沿透明带内壁扩展和排列，将来发育成胎膜和胎盘
滋养层细胞
胚胎内部含有液体的腔。
内细胞团
囊胚腔
滋养层
透明带
孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，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。
内细胞团细胞具有全能性
一、胚胎工程的理论基础
（二）胚胎早期发育：
2.过程
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
原肠胚
外胚层
表面的细胞层
内胚层
内外两个胚层之间
中胚层
向内迁移的细胞
逐渐分化形成各种组织、器官等。
——出现胚层分化
滋养层
内胚层
外胚层
原肠腔
一、胚胎工程的理论基础
（二）胚胎早期发育：
2.过程
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
原肠胚
每个细胞具有全能性，能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织
卵裂
细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加
孵化
个体的各种组织细胞
胎盘、胎膜等胚外组织细胞
通常含有三个胚层：外胚层、内胚层、中胚层
一、胚胎工程的理论基础
（二）胚胎早期发育：
桑葚胚
受精卵
囊胚
原肠胚
内细胞团
滋养层
　实战训练　
8. 下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是 ( )
A.在桑椹胚阶段，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.桑椹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
　实战训练　
9.右图是胚胎发育过程中某阶段示意图，下列有关叙述错误的是(　　)
A.图中②将发育为胎膜和胎盘等结构
B.图中③可发育成胎儿的各种组织
C.高等哺乳动物细胞分化开始于桑葚胚期
D.胚胎从①中伸展出来的过程叫做孵化
　实战训练　
10.下列关于哺乳动物早期胚胎发育的叙述,正确的是 ( )
A.合子形成后立即进入子宫内进行有丝分裂
B.卵裂时随着细胞数目的增加,胚胎总体积增大
C.桑葚胚阶段前的每个细胞都属于全能细胞
D.内细胞团将来发育成胎盘和胎膜
　实战训练　
11.下图为哺乳动物早期胚胎发育的过程示意图,下列有关叙述错误的是 ( )
A.过程a和b使胚胎中有机物的含量减少
B.Ⅰ时期胚胎中的细胞具有全能性
C.细胞分化开始于Ⅲ时期
D.图示过程中,部分细胞中的遗传物质可能发生改变
　实战训练　
12.下列有关动物早期胚胎发育过程的说法，错误的是(　　)
A.卵裂过程中细胞体积增大，有机物的总量不断下降
B.桑葚胚期，细胞暂未分化，此时的细胞具有发育的全能性
C.卵裂过程是在透明带内完成的，进行的是有丝分裂
D.内、外两个胚层在原肠胚期形成
13.图2-3-6表示的是哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段,请据图回答问题:
(1)写出各个阶段的名称:
A:　　　　　,B:　　　　　,C:　　　　　　。
囊胚
原肠胚
桑葚胚
(2)写出图中各标号的名称:
②　　　　　　,④　　　　　　　,⑤　　　　　　　,⑧　　　　　　。
(3)A时期的细胞具有　　　　　性,B时期开始出现　　　　　　,C时期开始出现　　　　　　。
(4)②将来发育成　　　　　　　　　　　　。
囊胚腔
外胚层
全能
内胚层
内细胞团
细胞分化
胚层分化
胎儿的各种组织
　实战训练　
一、胚胎工程的理论基础
不同动物受精卵发育的比较
思考.讨论
不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间有明显的差异。请分析下表，讨论相关问题(注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间)
动物 种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育 天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑棋胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑棋胚
山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4 10~16细胞
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6细胞
马 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细胞
问题3: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
一、胚胎工程的理论基础
不同动物受精卵发育的比较
思考.讨论
问题4: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。
问题5:为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础 请结合所学习的内容举例说明。
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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