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第二章 第3节 胚胎工程
第1课时：胚胎工程的理论基础
良种荷斯坦奶牛
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，然后移植给代孕母牛生下后代。
从社会中来
你能想出什么方法来扩大良种荷斯坦奶牛种群的数量呢
培育克隆牛可以达到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别
要想获得在遗传多样性上具有更大优势的后代，你能想出其他繁育方法吗
阅读教材“从社会中来”了解我国在奶牛生产中存在的问题，思考以下问题：
“克隆”属于无性生殖，后代的遗传多样性低。
克隆技术、体外受精
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
胚胎工程
⑤操作水平：
主要集中在细胞水平上
目 录
一、胚胎工程的理论基础
1
受精
2
胚胎早期发育
受精
一
受精
概念:
阶段:
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。
一、受精
头
颈
尾
精子由哪些部分组成
精子的结构特点与其功能有什么相关性
成熟精子的结构示意图
(1)准备阶段——精子获能 原因：刚排出的精子不能立即受精，与要在雌性生殖道发生相应的生理变化后，获得受精能力
1.受精前的准备阶段
线粒体鞘
成熟精子含有的细胞质很少
高尔基体
细胞核
顶体
(1)准备阶段——精子获能
怎么让精子获能
直接利用 使精子获能；
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
生物种类不同成分有差异；
常见有效成分有肝素、Ca2+载体等。
1.受精前的准备阶段
肝素
①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
(2)准备阶段——卵子的准备：排出的卵子需要在输卵管内进一步成熟。
1.受精前的准备阶段
②卵子的成熟
(2)准备阶段——卵子的准备
1.受精前的准备阶段
卵子要在 内进一步成熟，达到 时，才具备与精子受精的能力。
输卵管
具备受精能力的卵子结构
透明带
卵细胞膜
核
(纺锤体—染色体复合物)
第一极体
MⅡ中期
阅读教材57页“受精阶段”部分的内容，思考回答以下问题。
受精时，精子依次穿过了哪些结构
防止多精人卵的机制有哪些
精子人卵后，它的结构发生了哪些变化
卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？
任务一
2.受精阶段
精子穿越卵细胞膜外结构，如透明带
释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。
精子接触卵细胞膜
透明带反应
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
精子入卵
卵细胞膜反应
精子触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来精子进入透明带。第一道屏障
精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。
第二道屏障
防多精入卵的两个屏障
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
2.受精阶段
借助自身运动（线粒体供能）
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
受精完成的标志：
雌雄原核形成合子
受精的标志：
观察到两个极体或雌雄原核
核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成
2.受精阶段
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
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。
两个极体
雌雄原核
关于受精作用的四点提醒
(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。
(2)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，它们是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。
(4)不同动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟．当达到减数分裂Ⅱ的中期时，才具备与精子受精的能力。
2.受精阶段
哺乳动物精子和卵子发生的不同点
(1)形成精子的减数分裂是连续的，场所唯一(MⅠ和MⅡ的场所都是睾丸)；而形成卵子的减数分裂是不连续的，场所不唯一(MⅠ场所在卵巢，MⅡ场所在输卵管中)。
(2)精子和卵子发生的时间不同：精子的发生是从初情期一直到生殖机能衰退；多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是胎儿出生前完成的，MⅠ是在雌性动物排卵前后完成的，MⅡ是在受精过程中完成的。
(3)精子的形成过程需要变形；卵细胞的形成过程不需要变形。
2.受精阶段
胚胎早期发育
二
【自主学习】
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？
二、胚胎早期发育
分裂方式：有丝分裂
任务二
阅读教材“胚胎早期发育”相关内容，回答以下问题：
输卵管和子宫
幼体
继续分化
出生发育
性成熟个体
孵化
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
胚胎发育和个体发育
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
卵裂
(细胞未分化)
1.卵裂
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
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
桑葚
2.桑葚胚
内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。
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
滋养层细胞已经分化，将来只能分化为胎盘和胎膜。
3.囊胚
囊胚腔
外胚层
内胚层
中胚层
原肠腔
表皮及其附属结构
神经系统和感官
循环系统
脊索
真皮
消化道上皮
呼吸道上皮
腺体
肌肉
内脏细胞外膜
泌尿系统
生殖系统
各种组织器官系统
个体
4.原肠胚
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
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
(1)受精的标志≠受精完成的标志：判断受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。
(2)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
(3)卵裂时有机物总量减少的原因：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而胚胎一直呼吸消耗，有机物总量减少。
受精
胚胎早期发育
胚胎工程的理论基础
准备阶段1—精子获能
准备阶段2—卵子的准备
受精
卵裂
桑葚胚
囊胚
原肠胚
精子穿越卵细胞膜外的结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵
雌、雄原核形成
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵
本节小结
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。（ ）
×
×
√
教材课后习题·概念检测
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
教材课后习题·概念检测
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。
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。
教材课后习题·拓展应用
提示：
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
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。
提示：
教材课后习题·拓展应用
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谢
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