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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？
可以通过体外受精、胚胎分割等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。
问题探讨
胚胎工程
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。
动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞
体外受精、胚胎移植、胚胎分割
获得的胚胎需移植到雌性动物体内生产后代
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
1
操作对象：
2
技术种类：
3
特点：
4
理论基础：
5
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
受精
概念
场所
过程
精子和卵子结合形成合子（受精卵）的过程
输卵管
受精阶段
准备阶段
精原细胞
第一阶段
第二阶段
第三阶段
精原细胞
初级精母细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
N
精细胞
N
精细胞
N
精子
有丝 分裂
①
染色体 复制
②
MⅠ 分裂
③
MⅡ 分裂
④
变 形
⑤
精子的产生
细胞核：
高尔基体：
中心体：
线粒体：
其它物质：
精子头部的主要部分
头部的顶体
精子的尾
线粒体鞘
原生质滴
精子的产生
哺乳动物成熟的精子外形似蝌蚪，分头、颈和尾三部分。
牛 猪 绵羊 马
不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物体型大小无关。
精子的产生
细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。
精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？
线粒体则是精子有氧呼吸产生能量的场所。
精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘，可以为精子的运动提供能量，使其能够到达卵子处完成受精。
问题讨论:
场所
时间
过程
雌性动物的卵巢
胎儿性别分化到生殖机能衰退
胎儿期和初情期后两个阶段
卵子的产生
卵原细胞
胎儿期
初级卵母细胞
卵泡
有丝 分裂
①
被卵泡细胞包围
②
排卵
小知识：牛刚出生时，每侧卵巢大约含有15万个卵泡，出生后能够发育成成熟排卵的卵泡只有200个左右，一生产生犊牛4~5头，所以卵母细胞的利用率很低，这正是胚胎工程要研究解决的问题之一。
卵泡是雌性哺乳动物生殖的基本单位。
一个卵泡=1个卵母细胞+多个卵泡细胞
卵子的产生
第一阶段：
初情期后（排卵）
初级卵母细胞
MⅠ 分裂
③
MⅡ分裂、受精
次级卵母细胞
透明带
卵细胞膜
+
第一极体
合子
第一极体
排卵
卵子的产生
排卵
第二阶段
排卵：卵子从卵泡排出（未成熟）。
排出的卵子尚未成熟
有的处于减数分裂Ⅰ 时期
（排出来时是初级卵母细胞）
+
第二极体
有的处于减数分裂Ⅱ 时期
（排出来时是次级卵母细胞）
第三阶段：
卵子：雌性动物的生殖细胞。
1、一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
2、排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
3、刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？
问题讨论:
刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步成熟到减数第二次分裂中期。
正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子
指卵子从卵泡中排出。
排出的卵子是在输卵管内与精子受精的
排卵
排卵
项目 精子的发生 卵子的发生
区 别 场所
时间
过程 特点
结果
相同点 原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂
生殖细胞的成熟过程为减数分裂
成熟过程中染色体均经过一次复制和细胞两次分裂，子细胞中染色体数目减半
睾丸的曲细精管
卵巢
初情期开始到生殖机能衰退
胎儿期到生殖机能衰退
①MⅠ分裂和MⅡ分裂是连续的
②需要变形
③细胞质均等分裂
①MⅠ分裂和MⅡ分裂是不连续的
②不需要变形
③细胞质不均等分裂
1个精原细胞形成4个精子细胞
1个卵原细胞形成1个卵细胞
精子和卵子发生的比较
张明觉，美籍华人，生殖生物学家、育种学家和避孕药的创始人。1908年生于山西省，1951年发现“精子获能”现象，为哺乳动物体外受精奠定了理论基础，由于他在体外受精和胚胎移植研究中作出的重大贡献，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
准备阶段1--精子获能
精子必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。
1
准备阶段
注意点：精液由精子和精浆组成，精浆中含有抑制精子获能的物质，只有精子进入雌性动物的生殖道后，由生殖道分泌产生相关物质解除对精子的抑制，才能使精子获得受精的能力。
（1）概念
刚刚排出的精子__________与卵子受精，必须在__________________发生_______________后，才能获得__________，这一生理现象称为“精子获能”
（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
（3）使精子获能的方法
①直接利用_________________使精子获能；
②将精子培养在__________________中使其获能；
不能立即
雌性动物的生殖道
相应的生理变化
受精能力
体外受精技术
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
一、受精
1.准备阶段1—精子获能
*获能液的成分因动物种类不同而有所差异；
*获能液常见有效成分有肝素、Ca2+载体等；
（1）卵子一般在排出_________后才能被精子穿入
（2）动物排出的卵子尚未成熟
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___________进一步成熟
（4）卵子具备与精子受精能力的时期
_______期
2-3h
初级卵母细胞
次级卵母细胞
输卵管内
MⅡ
一、受精
2.准备阶段2—卵子的准备
准备阶段2--卵子的准备
在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具备与精子受精的能力。
1
准备阶段
（5）具备受精能力的卵子结构
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
一、受精
家畜卵子发生和成熟示意图
穿越放射冠
穿越透明带
进入卵细胞膜
雌雄原核形成
雌雄原核融合
卵细胞膜
放射冠
（由卵丘细胞构成）
透明带
第一极体
MⅡ中期的次级卵母细胞
2
受精阶段
卵细胞膜
透明带
放射冠
第一极体
①精卵相遇，发生顶体反应，精子穿入放射冠
穿越放射冠
穿越透明带
进入卵细胞膜
雌雄原核形成
雌雄原核核膜消失形成合子
2
受精阶段
获能后的精子与卵子相遇时，首先发生顶体反应（精子膜与顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程）。
顶体内的酶释放出来溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。
1
精子如何穿越卵细胞膜外结构
透明带反应：在精子接触卵细胞膜的瞬间，会产生使后来的精子不能进入透明带的生理反应。（防止多精子入卵受精的第一道屏障）
精子与透明带接触，顶体酶将透明带溶出一条通道，精子借自身运动穿过透明带并接触卵细胞膜。
②精子接触透明带
③精子穿过透明带，接触卵细胞膜
2
受精阶段
穿越放射冠
穿越透明带
进入卵细胞膜
雌雄原核形成
雌雄原核核膜消失形成合子
2
透明带反应具体表现
卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其它精子再进入卵内。（防止多精入卵受精的第二道屏障）
卵细胞膜表面有大量的微绒毛，当精子与卵细胞膜接触时，立即被微绒毛抱合，随后，精子的外膜和卵细胞膜相互融合，精子入卵。
④精子头部膨胀，同时卵子完成减数第二次分裂、释放出第二极体
穿越放射冠
穿越透明带
进入卵细胞膜
雌雄原核形成
雌雄原核核膜消失形成合子
2
受精阶段
3
卵细胞膜反应具体表现
4
防止多精入卵的两个屏障
透明带反应、卵细胞膜反应
①观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）
②观察到雌、雄原核
一、受精
5
受精的标志
*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，观察到的两个极体为一个第一极体一个第二极体；
精子进入卵子后,尾部脱离，原核膜破裂， 形成新核膜，形成雄原核。
卵子被激活完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核。
雌原核
雄原核
第一极体
第二极体
⑤雌雄原核形成
穿越放射冠
穿越透明带
进入卵细胞膜
雌雄原核形成
雌雄原核核膜消失形成合子
2
受精阶段
⑥核膜消失，雌雄原核融合
第一极体
第二极体
雌雄原核充分发育成熟后，相向移动，彼此接触，二者体积缩小、合并，两组核染色体合为一组，形成一个含二倍体染色体的合子，也称受精卵。
受精成功的标志：雌雄原核核膜消失形成合子
⑦第一次卵裂即将开始
穿越放射冠
穿越透明带
进入卵细胞膜
雌雄原核形成
雌雄原核核膜消失形成合子
2
受精阶段
小结：受精
受精的标志：卵细胞膜和透明带之间出现两个极体
受精结束的标志：雌雄原核核膜消失形成合子
顶体反应：发生于精子和卵子相遇时，顶体释放的顶体
酶直接溶解卵丘细胞间的物质，使精子穿越放射冠。
透明带反应：发生于精子与卵细胞膜触及的瞬间，可阻
止其它精子穿越透明带，是阻止多精入卵的第一道屏障。
卵细胞膜反应：发生于精子入卵后，可阻止其它精子入
卵，是阻止多精入卵的第二道屏障。
穿越放射冠
穿越透明带
进入卵细胞膜
雌雄原核形成
雌雄原核融合
问题讨论:
其一，公畜一次排出几亿个精子到母畜的生殖道内，可大大提高受精的概率，是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；
家畜每次排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？
其二，在自然条件下，精子从产生部位运行到受精部位，将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。
下列细胞，哪一个为受精的标志（ ）
C
一、受精
思考
胚胎发育
受精卵
2细胞期
4细胞期
8细胞期
在透明带中进行
细胞分裂方式为有丝分裂
胚胎总体积不变或略有缩小
细胞数目增加、DNA总量、有机物种类增加
每个细胞体积、有机物总量减少
都是全能细胞
卵裂
胚胎发育
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
胚胎细胞数目在32个左右
胚胎形成致密的细胞团，形似桑葚
该阶段前的细胞均未分化，都具有发育成完整
胚胎的潜能，属于全能细胞
卵裂
胚胎发育
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
囊胚腔
滋养层
透明带
内细胞团
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。
具有囊胚腔
孵化：透明带破裂，胚胎从其中伸展出来
卵裂
胚胎发育
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
外胚层:内细胞团表层细胞发育而成
内胚层:内细胞团下方细胞发育而成
原肠腔：由内胚层包围的囊腔
外胚层
滋养层
内胚层
原肠腔
卵裂
胚胎发育
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
胚胎发育
注意点：高等动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育，胚胎发育的起点是受精卵，终点是成熟的胎儿；胎儿出生后的发育过程属于胚后发育。因此，高等动物个体发育的起点是受精卵子，终点是性成熟的个体。
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
各种动物受精卵发育及进入子宫的时间
讨论：1、表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
2、将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应该选择什么阶段的胚胎？
如果换成牛又该如何处理？
思考讨论:
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
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？
表中马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。
小鼠应选择发育到囊胚阶段的胚胎。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。
思考讨论:
3.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哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和早期胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，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，获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精，体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果
小结：体内受精与胚胎早期发育
问题讨论:
早期胚胎发育过程中营养物质的来源是什么？
①卵裂期和桑葚胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质，胚胎发育所需营养主要来自卵黄。
②囊胚期细胞开始分化，透明带破裂，滋养层细胞（以后发育成胎盘、胎膜，与母体建立联系）从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。
C
1.如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
巩固训练
2.下列与卵子形成和排卵有关的叙述，正确的是( )
A. 卵子形成时的减Ⅰ和减Ⅱ过程都在卵巢中完成
B. 卵子形成时的减Ⅰ和减Ⅱ过程是连续进行的
C. 排卵是指卵泡从卵巢中排出
D. 排卵排出的卵子是未成熟的卵子
D
巩固训练
B
3.下列有关哺乳动物精子、卵子的发生及受精作用的叙述，正确的是( )
A.顶体反应是防止多精入卵的一道屏障
B.卵子形成的过程需在卵巢和输卵管内完成
C.采集到的精子和卵子相遇即可发生受精作用
D.卵子发生时，MⅠ和MⅡ过程是不连续的，但细胞质均等分配
巩固训练
C
4.如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是( )
A.图中①过程表示胚胎发育，②过程表示胚后发育
B.受精卵卵裂形成囊胚的过程中，胚胎的总体积不断增大
C.桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化
D.原肠胚是进行胚胎移植的最好时期
巩固训练
D
5.如图表示动物早期胚胎发育过程中的某个时期，下列说法正确的是( )
A.该时期为囊胚期，3表示包裹早期胚胎的放射冠
B.1表示未分化的滋养层细胞
C.2表示内细胞团细胞，将来发育成胎膜和胎盘
D.4表示囊胚腔，囊胚腔中含有液体
巩固训练
谢谢观看!

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