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第3节 胚胎工程
第2章 细胞工程
一 胚胎工程的理论基础
胚胎工程
【胚胎工程】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。
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等
操作对象：
技术手段：
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。
理论基础：
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。
讨论：
每个生命的诞生，都始于一颗精子和一颗卵子的相遇。精卵结合的过程是什么？
受精
【受精】(fertilization)指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。
1.概念
3.过程
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
胚胎工程的理论基础——受精
2.场所
输卵管
进行细胞间信息交流
一定的流动性
细胞膜的功能：
细胞膜具有：
⑤精子形成
MⅡ
准备阶段1：精子获能
胚胎工程的理论基础——受精
精原细胞（n→2n）
精子
（n）
初级精母细胞 （2n）
MⅠ
次级精母细胞 （n）
精细胞
（n）
变形
①顶体的发生
②尾的发育
③精子头出现
④细胞质浓缩
拓展：精子的变形过程
不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体形大小无关。
准备阶段1：精子获能
胚胎工程的理论基础——受精
成熟精子和几种主要家畜的精子示意图
准备阶段1：精子获能
胚胎工程的理论基础——受精
资料：
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。)
发现问题：用各种方法处理兔附睾中的精子，无法实现体外受精。
观察现象：精子在雌性动物生殖道内运行的时间不长，但必须经过这一时段才能受精。
得到启示：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，才获得受精能力。——这一现象称为“精子获能”。
研究价值：找到精子在体外获能的物质，实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能。
使精子获能的方法有直接利用雌性动物生殖道使精子获能；
将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。
常见的获能液有效成分有肝素、Ca2+载体等。
准备阶段2：卵子的准备
胚胎工程的理论基础——受精
（1）动物排出的卵子成熟程度不同：
有的可能是 ，如马、犬等；
有的可能是 ，如猪、羊等；
（2）卵子成熟的场所：
排出的卵子都要在 进一步成熟，
到 期，才具备与精子受精的能力。
初级卵母细胞
次级卵母细胞
输卵管内
MⅡ
卵巢
输卵管
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
具备受精能力的卵子结构
①精子穿越卵细胞膜外的结构
受精阶段
胚胎工程的理论基础——受精
释放出多种酶，以溶解这些结构
透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带
②精子触及卵细胞膜的瞬间
阻止多精入卵的第一道屏障
卵细胞膜立即发生生理反应，
拒绝其他精子再进入卵内。
③精子入卵后
受精阶段
胚胎工程的理论基础——受精
阻止多精入卵的第二道屏障
精子尾部脱离，原有核膜破裂，形成新的核膜，最后形成一个比原来精子核还大的核，叫做雄原核。
激活卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核。
受精标志：
观察到两个极体
或者雌、雄原核
④雌、雄原核形成
相关信息：多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会再形成两个第二极体。
⑤雌、雄原核靠近
受精阶段
胚胎工程的理论基础——受精
核膜消失、
第一次卵裂即将开始。
⑤雌、雄原核融合、形成受精卵
受精完成的标志
小结：（1）阻止多精入卵的两道屏障：
第一道： 时间： ；
第二道： 时间： 。
（2）两个标志
受精标志： ；
受精完成标志： 。
精子触及卵细胞膜的瞬间
精子入卵后
透明带反应
卵细胞膜反应
观察到两个极体或者雌、雄原核
雌、雄原核融合，形成合子
(1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管(　　)
(2)精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用(　　)
(3)受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子(　　)
(4)动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到MⅡ期才具备受精能力(　　)
判断正误
√
×
√
×
胚胎工程的理论基础——受精
卵子的发生和成熟示意图：
（1）①、②、③细胞名称：
（2）a、b、c表示细胞分裂，依次为：
（3）在精子与卵子结合过程中完成的分裂是：
（4）假设该动物体细胞内有染色体2n条，则①、②、③、④四种细胞内的染色体数目依次是：
卵原细胞、
次级卵母细胞
2n、2n、n、2n
胚胎工程的理论基础——受精
初级卵母细胞、
有丝分裂、
减数分裂Ⅰ、
减数分裂Ⅱ
减数分裂Ⅱ
原肠胚
囊胚
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
6. 原肠胚
哺乳动物的胚胎早期发育的场所：
输卵管和子宫
桑葚胚
1.卵裂期
（1）场所： 内
（2）分裂方式： ；
（3）特点
①细胞数量： ；
②胚胎总体积： ；
（4）其他表现
③每个细胞体积： ；
④每个细胞的核DNA数目： ；
⑤DNA总数目： ；
⑥有机物总量： ；
⑦有机物种类： 。
透明带
有丝分裂
不断增加
并不增加或略有减小
减小
增加
不变
减少
增加
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
（1）概念：当卵裂产生的子细胞逐渐形成 的细胞团，形似桑葚， 这时的胚胎称为桑葚胚。
（2）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，属于全能细胞。
2.桑葚胚（一般32细胞）
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
致密
（2）结构组成：
①内细胞团
位置： ；
作用： ；
②滋养层
位置： ；
作用： ；
③囊胚腔：胚胎内部含有 的腔
3.囊胚
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
（1）特点：细胞开始 。
分化
聚集在胚胎一端
将来发育成胎儿的各种组织
具有全能性
沿透明带内壁扩展和排列
将来发育成胎膜和胎盘
液体
（3）孵化：囊胚进一步扩大，会导致 破裂，胚胎从其中 。
透明带
伸展出来
*孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育
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 。
外胚层
内胚层
中胚层
逐渐分化形成各种组织、器官等
4.原肠胚
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
胚胎发育和个体发育
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
由受精卵发育成为成熟的胎儿
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 桑装胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38 50 50 60 60 70 68 80 3 桑建胚
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
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。几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间表。
：不同动物受精卵发育的比较
注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。
讨论1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
讨论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？
比较而言，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)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂(　　)
(2)囊胚的滋养层细胞具有全能性(　　)
(3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期(　　)
(4)囊胚内的内细胞团将来发育成胎盘和胎膜(　　)
(5)胚胎发育的场所是输卵管(　　)
判断正误
×
×
×
×
×
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
1.(2021·海南海口期中)下列有关早期胚胎发育过程中各阶段的叙述，错误的是
A.滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘
B.内细胞团可发育成胎儿的各种组织
C.高等哺乳动物细胞的分化开始于桑葚胚阶段
D.胚胎从透明带中伸展出来的过程发生于囊胚阶段
典题应用
及时反馈　知识落实
√
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
2.哺乳动物受精卵在卵裂过程中发生的变化是
A.细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大
B.细胞的数目增多，有机物含量增加
C.每个细胞的DNA含量不断增加，全能性提高
D.逐渐出现了原肠胚，并有了胚层的分化
√
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育
3.下图表示哺乳动物胚胎早期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.原肠胚。
(2)写出图中各标号的名称：[①]　　　；[②]　　　　；[③]　　　；[④]　　　。其中②能发育为胎儿的各种组织，表明其仍具有　　　。
(3)A阶段的细胞具有发育上的全能性，B阶段的细胞开始出现　　，C阶段开始出现　　　　。
桑葚胚
囊胚
滋养层
内细胞团
透明带
囊胚腔
全能性
分化
三个胚层
胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育

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