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胚胎工程
第二章 细胞工程
胚胎工程许多技术，实际是在体外条件下，
对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行模拟操作。
胚胎工程
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。
操作对象：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
技术：
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等
操作水平：
主要集中在细胞水平上
世界首例试管婴儿
中国首例试管婴儿
相同：都通过有性生殖产生，都要在母体子宫内发育形成胎儿。
不同：受精作用在体外，在体外发育成早期胚胎进行胚胎移植。
1.试管婴儿技术包括哪些
操作步骤？
2.试管婴儿培育和正常怀孕有何异同？
体外受精
早期胚胎培养
胚胎移植
胚胎工程
曲细精管
人的睾丸和精子示意图
产生场所：
产生时期：
初情期（性成熟）开始
哺乳动物精子和卵细胞的发生
精子的形成过程：
③精子头出现
④细胞质浓缩
①顶体的发生
②尾的发育
⑤精子形成
哺乳动物精子和卵细胞的发生
精子的形成过程-变形
1.细胞核
2.高尔基体
3.中心体
4.线粒体
5.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
(球状,最后脱落)
很多结构消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，解释这一现象？
①细胞核是遗传物质储存的场所。
②线粒体为精子的生存和运动提供能量。
哺乳动物精子和卵细胞的发生
哺乳动物精子和卵细胞的发生
卵细胞的形成过程：
产生场所：
卵巢和输卵管
哺乳动物精子和卵细胞的发生
卵巢(减数第一次分裂)
产生场所：
输卵管(减数第二次分裂)
性别分化后
排卵是指卵子从卵泡中排出，
还是指卵泡从卵巢中排出？
是指卵子从卵泡中排出。
哺乳动物精子和卵细胞的发生
≠成熟的卵细胞
卵子结构图
哺乳动物精子和卵细胞的发生
透明带
放射冠(卵丘细胞)
细胞质膜
核
细胞质
1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
2.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？
刚排出的卵子尚未完全成熟,且成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，例如猪、羊；有的可能是初级卵母细胞，例如马、犬。
一个
输卵管
哺乳动物精子和卵细胞的发生
相同点：
精子和卵子的发生有何异同？
①原始生殖细胞的增殖为有丝分裂
②生殖细胞的成熟为减数分裂
③成熟细胞均经染色体复制一次和细胞两次分裂，子细胞中染色体数目减半。
哺乳动物精子和卵细胞的发生
项目 精子的发生 卵子的发生
区别 场所
时间
过程特点
结果
是否变形
睾丸
卵巢、输卵管
初情期后
胎儿时期、初情期后
连续的，需变形；
细胞质均等分配
MⅠMⅡ是不连续的，不需变形；
细胞质不均等分配
4个精子
一个卵子
需要
不需要
精子和卵子的发生有何异同？
哺乳动物精子和卵细胞的发生
包括受精前的准备阶段和受精阶段。
受精是精子与卵子结合形成合子(受精卵)的过程
概念：
场所：
在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
过程：
胚胎工程的理论基础——受精
1951年
动物排出的精子不能马上与卵子受精，必须
在雌性生殖道内停留一段时间才能与卵子受精
张明觉
精子获能：刚刚排出的精子不能立即与卵细胞受精，必须在雌性动物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。
胚胎工程的理论基础——受精
准备阶段
①精子获能
注意：
①精子获能实质是指精子获得受精的“能力”，而不是获得能量。
②精子获能的场所：
方法：
①利用雌性生殖道让精子获能。
②将精子培养在人工配置的获能液中使其获能等。
常用有效成分：Ca2+载体、肝素等
胚胎工程的理论基础——受精
精子获能：刚刚排出的精子不能立即与卵细胞受精，必须在雌性动物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。
准备阶段
①精子获能
雌性动物的生殖道
胚胎工程的理论基础——受精
准备阶段
②卵子的准备
都要在输卵管内进一步发育成熟，到MⅡ时，才具备与精子受精的能力。
卵子一般在排出2-3小时后才能被精子穿入。
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
释放出多种酶，以溶解这些结构
精子接触卵细胞膜
透明带反应
精子形成雄原核、卵子完成减数第二次分裂，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
防止多精入卵的两个屏障
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，叫做雄原核。
雄原核
雌原核
放出第二极体
第一极体
胚胎工程的理论基础——受精
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵。
第一次卵裂即将开始
雌雄原核充分发育后，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。
受精完成的标志：
雌雄原核形成合子
受精的标志：
观察到两个极体或者雌雄原核
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。
胚胎工程的理论基础——受精
胚胎工程的理论基础——受精
1.如图表示卵子的发生过程．与此相关的叙述中，不合理的是（　　）
A.图中A是第一极体，B是合子，E是受精，阶段C是胚胎期，阶段D是初情期后
B.当观察到第二极体时，可以表明卵子进行受精
C.能发生染色体着丝点分裂的阶段是④
D.①阶段存在的变异方式有基因突变、基因重组和染色体变异
D
2.精子内的顶体由溶酶体特化而来．精卵识别后，顶体膜与精子细胞膜融合，释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵．下列叙述正确的是（　　）
A.顶体内储存的溶酶体酶是在精子的溶酶体中合成的
B.精子游向卵子所需的能量来自细胞质基质和线粒体
C.顶体膜和精子细胞融合体现生膜的选择透过性
D.受精卵中遗传物质上的DNA一半来自父方，另一半来自母方
B
1、场所：
输卵管、子宫
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
卵
裂
4细胞
8细胞
桑葚胚
2.过程——卵裂
概念：
胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
场所：
透明带内
分裂方式：
有丝分裂
特点：
细胞数量 ，胚胎总体积 _________
每个细胞体积___________
DNA总数目__________
每个细胞的核DNA数目_____
有机物总量_____，有机物种类_____
增加
基本不变
减少
增加
不变
减少
增加
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
2.过程——卵裂
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
桑葚胚(一般32细胞)：
当卵裂产生的子细胞逐渐形成 的细胞团，形似桑葚时，这是的胚胎称为桑葚胚
特点：这一阶段及之前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能干细胞
致密
1、场所：
输卵管、子宫
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵
裂
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
内细胞团
滋养层
2.过程
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
囊胚：
胚胎进一步发育，细胞______________，形成____________、_________；
随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有_______的囊腔—_________，
这个时期的胚胎叫做囊胚。
囊胚腔
滋养层
内细胞团
开始分化
内细胞团
滋养层
液体
囊胚腔
未分化的细胞，具有全能性，
将来发育成胎儿的各种组织
沿透明带内壁扩展和排列的细胞，称为滋养层细胞，它们将来发育成胎膜和胎盘。胚胎可通过这些组织从母体中获得正常发育所需的氧气和营养物质。
2.过程
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
囊胚：
胚胎进一步发育，细胞______________，形成____________、_________；
随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有_______的囊腔—_________，
这个时期的胚胎叫做囊胚。
囊胚腔
滋养层
内细胞团
开始分化
内细胞团
滋养层
液体
囊胚腔
囊胚进一步_____，会导致_____________，胚胎从__________中___________，
这一过程叫做孵化。
扩大
透明带破裂
透明带
伸展出来
1、场所：
输卵管、子宫
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵
裂
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
内细胞团
滋养层
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
2.过程
原肠胚：
___________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__________________________________。
出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。
囊胚孵化
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
胚胎发育和个体发育
细胞分化
动物 种类 受精卵发育的时间/h 进入子宫时受精卵的 发育天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38 50 50 60 60 70 68 80 3 桑葚胚
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
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？
不同动物受精卵发育的比较
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？
马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。
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
1.判断下列有关哺乳动物的表述是否正确。
⑴在自然条件下，受精在子宫中完成。（ ）
⑵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。（ ）
⑶精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵。（ ）
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
×
√
×
A
3.如图为哺乳动物受精作用及胚胎发育示意图，a、b表示胚胎发育的两个不同时期．下列有关叙述错误的是（　　）
A. ①过程发生了同源染色体的分离和自由组合
B. ②过程细胞通过有丝分裂的方式增殖
C. a时期可分离得到胚胎干细胞
D. b时期会分化成三个胚层
A
胚胎工程理论基础总结
1.精子、卵子发生的场所分别是？
睾丸；卵巢和输卵管
2.成熟精子的受精准备阶段：
精子获能
3.使精子获能的方法有：
利用雌性生殖道让精子获能；
Ca2+载体、肝素等进行处理/诱导
4.排卵是指：
卵子从卵泡中排出
5.精子和卵子发生的比较
场所、时期、特点(表格)
6.受精的场所：
输卵管
7.防止多精入卵的屏障：
透明带反应、卵细胞膜反应
8.受精的标志：
观察到透明带和卵细胞膜之间有2个极体，或雌雄原核
胚胎工程理论基础总结
9.(1)写出各个阶段的名称：
A：________
B：________
C：________
(2)写出图中各标号的名称：【2】________，【4】__________。
(3)A时期的细胞具有发育上的_________性，B时期开始出现__________，C时期开始出现____________。
(4)【2】将来发育成________________。
(5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中，细胞数目________，胚胎总体积________。
(1)桑椹胚　囊胚　原肠胚　(2)内细胞团　囊胚腔
(3)全能　细胞分化 胚层分化　(4)胎儿的各种组织　
(5)增多 基本不变或略有缩小
资料1.荷斯坦牛是产奶量很高的奶牛品种，原产于荷兰，但是一头荷斯坦牛的售价高昂。某公司从国外引进了一对纯种的荷斯坦牛，一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。
荷斯坦牛
资料2.牛的生育率虽然低，但是一头母牛一生可以排出的卵细胞约200个左右，卵巢中卵母细胞的数量是它的1000倍（20万）：公牛平均每次射精5mL，精子数50亿。
胚胎工程技术及其应用
如何快速、大量繁殖引进的荷斯坦牛？
动物细胞核移植-克隆动物
试管动物技术-试管动物
试管动物:是指通过人工操作使卵细胞在体外受精，培养发育为早期胚胎后，再进行胚胎移植生产的个体。
思考：如何培育试管奶牛？
胚胎工程技术及其应用
精子
卵子
受精卵
体外受精
早期胚胎
早期胚胎发育
子宫
胚胎移植
个体
卵母细胞的采集
精子的收集与获能
体外受精
方法 场所 是否培养
小型动物
大型动物
输卵管
卵巢
抽吸法
否，直接与获能的精子受精
是，需培养至
MⅡ中期
注射促性腺激素
(超数排卵)
牛卵母细胞
屠宰的牛卵巢
胚胎工程技术及其应用
卵母细胞的采集
B超活采仪
机械破碎法
试管动物:是指通过人工操作使卵细胞在体外受精，培养发育为早期胚胎后，再进行胚胎移植生产的个体。
思考：如何培育试管奶牛？
胚胎工程技术及其应用
精子
卵子
受精卵
体外受精
早期胚胎
早期胚胎发育
子宫
胚胎移植
个体
卵母细胞的采集
精子的收集与获能
体外受精
培养法:
放入人工配制的获能液中
化学诱导法:
放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中
(2)精子体外获能方法：
(1)精子的收集
胚胎工程技术及其应用
体外受精
卵巢
MⅡ卵母细胞
体外受精
获能精子
精子离心处理
新鲜或解冻的精液
受精卵培养
场所：培养液
上清液含有精子获能抑制剂
试管动物:是指通过人工操作使卵细胞在体外受精，培养发育为早期胚胎后，再进行胚胎移植生产的个体。
思考：如何培育试管奶牛？
胚胎工程技术及其应用
精子
卵子
受精卵
体外受精
早期胚胎
早期胚胎发育
子宫
胚胎移植
个体
卵母细胞的采集
精子的收集与获能
体外受精
胚胎培养发育到适宜阶段时，
可将其取出向受体移植或冷冻保存。
胚胎工程技术及其应用
胚胎移植
概念：将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
冲卵
质量检查、培养
胚胎移植
妊娠检查
……同期发情处理……
（孕激素）
超数排卵
优良供体公牛
配种
胚胎移植的犊牛
优良供体母牛
遗传性状优良，生产能力强
健康受体母牛
有健康体质和正常生殖能力
胚胎工程技术及其应用
胚胎移植
过程
（促性腺激素）
胚胎移植的主要生理学基础
哺乳动物发情排卵后，生殖器官变化相同。
胚胎形成后呈游离状态，有利于胚胎收集。
无免疫排斥反应。
供体胚胎与受体子宫可建立正常生理和组织联系，遗传特性不受影响。
胚胎移入的基础：
胚胎收集的基础：
移入胚胎存活的基础：
保留胚胎遗传特性的基础：
胚胎工程技术及其应用
胚胎移植

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