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第34讲　胚胎工程
考点一　体内受精和早期胚胎发育
考点二　胚胎工程及应用
一、胚胎工程的概念
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。
操作对象
技术手段
操作水平：
特点
主要集中在细胞水平上。
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。
理论基础：
1.精子的形成过程
曲细精管
(1)场所：在雄性动物的 内完成。
(2)时期：从 开始到 衰退。
睾丸的曲细精管
初情期
生殖机能
考点一　体内受精和早期胚胎发育
二、体内受精
(3).精子细胞转变为精子
⑤精子形成
②尾的发育
③精子头出现
④细胞质浓缩
①顶体的发生
细胞核——
高尔基体——
中心体——
线粒体——
细胞内其他物质——
精子头的主要部分
头部的顶体
精子的尾
线粒体鞘（尾的基部）
原生质滴（最后脱落）
（作用：为精子的运动提供动力）
哺乳动物成熟的精子外形似蝌蚪，分头、颈和尾三大部分。
*不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关
成熟精子结构：
头
颈
线粒体鞘
尾巴
成熟精子含有的细胞质很少
---主要是细胞核——遗传物质的储存场所
---线粒体——为精子运动提供能量
---是精子代谢和运动的器官
2.卵细胞的形成过程
卵细胞
卵泡
(1)场所：在雌性动物的 内完成。
(2)时期： 。
卵巢
输卵管
胎儿时期(性别分化以后)和初情期以后
卵子结构图
3.体内受精
_____________
_____________
受精是_____和____结合形成____的过程。
在自然条件下，哺乳动物的受精在________完成。
包括
受精前准备阶段
受精阶段
准备阶段1—精子获能
准备阶段2—卵子的准备
精子
卵子
合子
输卵管内
(1)概念：
(2)场所：
(3)过程：
精子
直接利用________________使精子获能；
将精子培养在_______________中使其获能；
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”
准备阶段1-精子获能
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。
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
雌性动物的生殖道
人工配制的获能液
①概念：
②使精子获能的方法：
*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；
③研究精子获能机制的意义:
精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
准备阶段2-卵子的准备
②不同动物排出的卵子成熟程度 ：
有的可能是____________，如马、犬等；
有的可能是____________，如猪、羊等；
初级卵母细胞
次级卵母细胞
③卵子成熟的场所：
①卵子一般在排出 后才能被精子穿入。
2-3h
不同
排出的卵子都要在______内进一步成熟。
输卵管
④卵子具备与精子受精能力的时期：_____期。
MⅡ
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
马、犬排卵
猪、羊排卵
MⅡ(中)期卵母细胞
发育
透明带
卵细胞膜
核
纺锤体—染色体复合物
第一极体
原始卵泡
成熟卵泡
黄体
初级或次级卵母细胞
排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
卵子从卵泡中排出
正常情况下，一个卵巢中有多个卵泡，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
(4)受精阶段
第1步：精子穿越卵细胞膜外结构
获能后的精子与卵子在输卵管相遇
发生顶体反应释放多种酶（顶体酶）
溶解卵细胞膜外的一些结构（放射冠，透明带）
精子接触卵细胞膜
第2步：精子接触卵细胞膜
在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面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。
(透明带反应是阻止多精入卵的第一道屏障)
第3步：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。
(卵细胞膜反应是阻止多精入卵的第二道屏障)
雄原核
雌原核
第一极体
放出的
第二极体
第4步：雌雄原核的形成
雄原核的形成：
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，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。
雌原核的形成：
精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。
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；
雌、雄原核靠近
核膜消失，卵裂即将开始
第5步：雌、雄原核融合，受精卵形成
雌、雄原核充分发育
相向移动，彼此靠近，核膜消失
形成含有两个染色体组的合子就是受精卵，受精过程结束。
放出的第二极体
第一极体
雄原核
雌原核
受精的标志:
观察到两个极体或者雌、雄原核。
受精完成的标志：
雌、雄原核融合形成合子(受精卵)
小结：受精作用
1、场所：
2、受精标志：
输卵管
透明带与卵细胞膜之间出现2个极体
3、受精完成标志：
雌雄原核融合
受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自______________，而细胞质的遗传物质几乎来自____________.
精子、卵子
卵细胞
4、受精阶段
“三大反应”“两道屏障”
防止 。
是防止 。
顶体释放 ，溶解 细胞之间的物质，形成通道。
（精卵相遇时）
（精子触及卵细胞膜的瞬间）
顶体酶
卵丘
多精入卵受精的第一道屏障
多精入卵受精的第二道屏障
顶体反应：
透明带反应：
精子进入卵细胞膜
卵细胞膜反应：
三、早期胚胎发育
(1)卵裂期
卵裂期
①细胞分裂方式是__________ ②细胞数目_____
③胚胎总体积___________________
④每个细胞的体积______ ⑤胚胎总有机物_____ ⑥胚胎总DNA数______
⑦每个细胞具有___________________
有丝分裂
增加
不增加或略有减小
减小
减小
增加
发育的全能性
桑椹胚：细胞数目达到32个左右，它之前每一个细胞都具有全能性。
细胞分裂方式：
有丝分裂
场所：
透明带
全能细胞
(2)囊胚
不增加或略有减小
囊胚腔
滋养层
内细胞团
①细胞开始出现分化
②滋养层将来发育成胎盘和胎膜
③内细胞团(ICM )将来发育成胎儿的各种组织。
内细胞团(ICM )的细胞具有发育的全能性。
④囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。
(3)原肠胚
滋养层
内胚层
外胚层
原肠腔
外胚层：内细胞团表层细胞形成
内胚层：内细胞团下方的细胞形成
出现原肠胚：由内胚层包围的囊腔
考点二　胚胎工程及应用
受精卵
早期胚胎
子宫
个体
体外受精
早期胚胎培养
胚胎移植
精子
卵子
一、试管动物
1.概念：
通过人工操作使卵子在 受精，经培养发育为_________后，再进行 产生的的个体。
体外
早期胚胎
移植
2.用到的技术：
卵巢
新鲜或解冻的精液
MII期卵母细胞
获能精子
精子离心处理
体外受精
受精卵培养
(1)体外受精
①. 步骤：
主要包括 和 等步骤。
卵母细胞的采集
精子的获取
受精
卵母细胞的采集、精子的获取
受精
成熟培养
获能处理
培养液共同培养
哺乳动物体外受精过程示意图
目的是除去精清以利于精子获能。
②意义：
是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎。
新鲜或解冻的精液
卵巢
MⅡ期
卵母细胞
精子离心处理
获能精子
体外 受精
受精卵培养
早期胚胎
产生很多胚胎
胚胎移植
提高繁殖力
采集方法 适用范围 采集过程 培养
输卵管采卵 (冲取卵子)
卵巢采卵 屠宰动物 的卵巢采卵
活体采卵
实验动物以及家畜
大型动物
或大家畜
小鼠、兔、猪、羊
牛、马
利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。
从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞。
可直接与获能的精子在体外受精。
采集后的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
(不需要)
(需要)
卵母细胞的采集和培养
体外受精
方法 操作过程 适用动物
培养法 将精子放入人工配制的获能液中使其获能 啮齿动物、家兔及猪等动物
化学 诱导法 将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能 牛、羊等家畜
精子在进行体外受精前需要精子获能处理
体外受精
（2）胚胎移植
①概念：
指将通过________及________得到的胚胎，移植到_______、___________的____动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
体外受精
其他方式
同种的
生理状态相同
雌性
体外受精得到的胚胎
其他方式得到的胚胎
同种的、生理状态相同的雌性动物体内
新个体
移植
发育
②胚胎来源:
胚胎来源 生殖方式
体外受精
体内受精
动物细胞核移植技术
胚胎分割
有性生殖
有性生殖
无性生殖
无性生殖
转基因动物
有性或无性生殖
选择标准：
职能：
有健康体质和正常繁殖能力
承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务
③供体和受体:
(1)供体：
(2)受体：
提供胚胎的个体
接受胚胎的个体
遗传性状优良，生产能力强
产生具有优良遗传特性的胚胎
选择标准：
职能：
胚胎移植
④步骤:
优良供体母牛
受体母牛
受体发情
同期发情处理
超数排卵处理
发情配种
或人工受精
胚胎移植
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
具有优良性状的后代
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
优良公牛
供体、受体的选择和处理
配种或进行人工授精
胚胎的收集
胚胎的检查培养或保存
胚胎的移植
移植后的检查
优良供体母牛
优良公牛
（遗传性状优良，生产能力强）
受体母牛
（有健康体质和正常繁殖能力）
具有优良性状的后代
进行同期发情处理
超数排卵
受体发情
发情配种或人工授精
移植胚胎
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
注意:
①思考：什么是同期发情处理？
利用某些激素人为地控制并调整供受体发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。
②思考：同期发情处理的目的是什么？
使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。
③思考：超数排卵的目的是什么？
使一头母畜一次排出比自然情况下多许多的成熟卵子，用于配种或者人工授精，可获得多枚胚胎 ，经胚胎移植可得到多个后代。
④思考：如何进行超数排卵？
用外源促性腺激素处理供体母牛，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
受体
供体
（1）对供体和受体母牛进行选择，并用激素进行同期发情处理
（2）供体母本用促性腺激素处理使之超数排卵
（3）超数排卵的母牛发情后，选择 同种优秀的公牛进行配种或人工授精。
（4）配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宮内的胚胎冲洗出来（也叫冲卵）
（5）冲卵后，对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应该发育到桑椹胚或囊胚阶段。
胚胎冷冻保存(-196℃,液氮中）
（6）将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存。
（1）手术法:引出受体子宫和卵巢,将胚胎注入子宫角,缝合创口。
（2）非手术法:将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。
（8）对受体母牛进行是否妊娠检查。
（9）受体母牛生下胚胎移植的小牛犊。
遗传性状优良、生产能力强供体母牛
健康的体质、正常的繁殖能力受体母牛
多种激素同期发情处理
促性腺激素
超数排卵
供体公牛
发情配种或人工授精
收集胚胎并检查
胚胎移植
妊娠检查
分娩（胚胎移植的犊牛）
①该过程中两次使用激素：
②该过程中的两次检查：
③ 胚胎移植成功与否要有两个条件：
第一次对受、供体进行同期发情处理；
第二次用于供体的超数排卵。
第一次对收集的胚胎进行检查；
第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。
进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。
⑤胚胎移植的生理学基础
生理学基础 意义
哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的
为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境
哺乳动物早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态
为胚胎的收集提供可能
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
为胚胎在受体内的存活提供了可能
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受任何影响（即遗传物质不会发生改变）
为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障，同时保留了遗传特性
⑥.胚胎移植的实质：
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量。
(1)缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代
(2)可在短期内大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良。
胚胎移植是胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
⑧.胚胎移植的地位：
⑦.胚胎移植的意义:
①概念：
④繁殖方式(实质)： 。
⑤主要仪器设备： 。
采用________将________切割成__________________等，经移植获得_____________的技术。
机械方法
早期胚胎
2等份、4等份或8等份
同卵双胎或多胎
②理论基础：
早期胚胎细胞具有很强的 ，并保持着 。
分裂能力
细胞全能性
无性繁殖、克隆
③胚胎分割产生后代的特点:
后代具有 的遗传物质。
相同
体视显微镜和显微操作仪
体视显微镜
显微操作仪
（3）胚胎分割
⑥操作程序：
若分割不均，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
a.选择发育良好、形态正常的 ，移入盛有 的培养皿中；
b.在显微镜下用 分割，在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意
；
c.分割后的胚胎可 ，或 。
桑葚胚或囊胚
操作液
分割针或分割刀
直接移植给受体
胚胎分割的时期
胚胎分割的工具
将内细胞团均等分割
胚胎分割的注意事项
胚胎分割的操作环境
分割后胚胎的去向
经体外培养后，再移植给受体
桑葚胚或囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性
性别鉴定的取样部位和方法
胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同
项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物
相同点 都属于 或克隆，最终技术是 .
不 同 点 胚胎的 来源 雌性动物的早期胚胎或 及其他方式得到的胚胎 通过 技术获得的重构胚
遗传 物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多 克隆动物的核遗传物质主要由 提供
起点 经过 或其他方式形成的一个细胞（受精卵） 经过 技术形成的一个细胞
无性繁殖
胚胎移植
体外受精
核移植
供体细胞核
受精作用
核移植
胚胎工程技术及其应用
体外受精
胚胎分割
步骤 卵母细胞的采集、精子的获取、受精
胚胎分割的概念
胚胎分割的基础 细胞的全能性、每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质
胚胎分割的步骤 选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植
体外受精技术的意义 是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎
胚胎分割的意义
胚胎移植
胚胎移植的步骤
胚胎移植的概念
胚胎移植的意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖能力
①促进优良动物品种的繁殖；
②产生遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；
③对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义
课堂小结

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