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(共36张PPT)
2018年3月，地球上最后地球上最后一头雄性北方白犀牛“在肯尼亚死亡。地球上剩下最后两只雌性北方白犀牛。但研究人员设法保存了雄性北方白犀牛的精子。
克隆北方白犀牛
无性生殖
北方白犀牛种群遗传多样性会很低
试管动物
第3节第1课时
胚胎工程的理论基础
目录
CONTENTS
胚胎工程的理论基础
一/
受精
1/
胚胎早期发育
2/
新课程标准 核心素养
1.简述受精和胚胎早期发育的基本过程。 2.说明胚胎的形成经过了受精及早期发育等过程。 1.生命观念——从精子和卵细胞的结构理解受精作用过程。
2.科学思维——构建模型分析早期胚胎发育中相关物质和结构的变化。
1978年世界首例试管婴儿
露易丝.布朗
1988年中国首例试管婴儿郑萌珠
思考·讨论
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。
思考1.试管婴儿技术包括哪些操作步骤？
思考2.试管婴儿培育和正常怀孕有何异同？
①体外受精
②胚胎的早期培养
③胚胎移植
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。
1、操作对象：
2、技术种类：
3、工程实质：
4、理论基础：
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
哺乳动物(体内)受精和早期胚胎发育的规律
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。
6、目的：
生产后代，以满足人类的各种需求。
5、操作水平：
主要集中在细胞水平上
2.卵子的发生
3.受精作用
囊胚
4.胚胎发育
1.精子的发生
受精卵
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？
1、受精的场所？包括几个阶段？
2、什么是精子获能？精子获能是指精子获得能量吗？获能的方法？
3、排出的卵子是成熟的卵细胞吗？卵子成熟的场所？卵子发育至
哪个时期才具备受精的能力？
4、防止多精入卵的屏障有哪些？受精的标志？受精完成的标志？
请同学们自主阅读教材P56-57，思考下列问题。
卵巢
卵巢
输卵管
输卵管
子宫内膜
生殖道
受精是精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。
受精在输卵管内完成
受精过程
受精前的准备阶段
受精阶段
准备阶段1
准备阶段2
精子获能
卵子的准备
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：
2.场所：
输卵管
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
精原细胞
精子
卵原细胞
第一极体
第二极体
卵细胞
1、准备阶段Ⅰ—精子获能
科学研究发现,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,才能获得受精能力,这一生理现象称为“精子获能”
(1) 精子获能的方法
① 直接利用雌性动物的生殖道
② 培养在人工配制的获能液，常见有效成分有 Ca2+载体、肝素等。
头
颈
线粒体鞘
尾
顶体
外形似蝌蚪，分头、颈、尾三大部分
精子头的主要部分？
头部的顶体？
精子的尾？
线粒体鞘膜？（尾的基部）
原生质滴最后脱落
细胞核
中心体
线粒体
高尔基体
细胞内其他物质
精子
注：精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
(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。
体外受精技术
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。
拓展应用《教材》P59
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。
精子获能现象的发现
张明觉
1951年，他发现“精子获能”的生理现象。同年，澳大利亚学者奥斯汀博士也在实验中发现相同现象。国际生理学界把他们俩的研究成果命名为“张—奥原理”。这一现象的发现解开了精卵受精之谜，为哺乳类卵子体外受精的成功，奠定了理论基础。
1959年，他首次成功地把兔子的精子和卵子在体外结合，再放回到兔子子宫里，体外受精的卵子发育正常，文章发表在1959年的《自然》杂志上。正是他的研究，促成了第一个试管婴儿的诞生，因此，张明觉博士也被誉为“试管婴儿的先驱”。
卵子一般排出2-3小时后才能被精子穿入,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Ⅱ—卵子的准备
排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时,才具备与精子受精的能力。
发育
具备受精能力的卵子结构
回顾：卵子的发生
1.场所：在雌性动物的 内完成。
2.时期：动物的胚胎在 以后。
卵巢
性别分化
原始卵泡
成熟卵泡
黄体
次级卵母细胞
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。
排卵是指卵子从卵泡中排出。
分裂过程不连续，有两次暂停。
透明带是包裹在卵母细胞外的一层基质，就像蛋壳，化学本质是糖蛋白，由卵细
胞或其他细胞分泌。
1、可保护卵母细胞和早期胚胎；
2、保护人类卵子和精子间的识别，防止其他物种精子进入；
3、当精子与透明带结合后，可以发生反应更利于精子钻入卵子；
4、当一个精子进入后，透明带会阻止其他精子再进入。
透明带变薄或者缺失，会表现为不孕，可以采用显微注射方式来改善卵子的正常受精率，获得更多可利用胚胎，提高妊娠几率。
3、受精阶段
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
精子的顶体释放多种酶溶解膜外结构
精子接触卵细胞膜
透明带反应
精子触及卵细胞的瞬间，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
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
卵细胞膜反应
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
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—雄原核（受精的标志)
防止多精入卵的两个屏障
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
雌、雄原核靠近
核膜消失形成合子
受精过程结束后,受精卵的分裂也就开始了
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
形成含有两个染色体组的合子,受精卵形成
受精完成的标志
两个极体
雌雄原核
受精的标志
受精的标志：观察到两个极体或雌雄原核
受精完成的标志：雌雄原核的融合
受精的标志≠受精完成的标志
思考1：受精过程中卵子的哪些结构发生生理反应可以防止多精入卵？这有什么意义？
阻止多精入卵有两道屏障：第一道屏障是 ，第二道屏障
是 ；其意义是保证受精卵中 与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。
思考2：如何判断卵子是否受精？
思考3：精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有什么功能？
受精完成的标志是？
体现了细胞膜具有 的功能。
透明带反应
卵细胞膜反应
遗传物质
观察到两个极体或雌、雄原核
雌、雄原核融合形成合子
雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。
细胞间进行信息交流
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
刚排出的精子必需在雌性动物的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”
卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟,到MⅡ期,才具备与精子受精的能力
精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道；将精子培养到获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵形成雄原核；卵子释放第二极体后，形成雌原核
雌雄原核靠近
核膜消失
卵子完成减数分裂Ⅱ
输卵管
精子入卵激活后
发生场所？
发生时间？
1、受精过程的顺序为(　　)
① 第一次卵裂开始　
② 雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵　
③ 精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构　
④ 卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带　
⑤ 雌、雄原核的形成
A.①③④⑤② B.③④②⑤①
C.④⑤①③② D.③④⑤②①
D
受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。
受精卵
卵裂
桑葚胚
囊胚
原肠胚
1、场所：
1、早期胚胎发育的场所？
胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？
2、卵裂期胚胎总体积变化？有机物总量变化？有机物种类的变化？
3、囊胚阶段内细胞团会发育成什么？滋养层呢？
4、什么是孵化？ 孵化的意义？
请同学们自主阅读教材P58，完成下列问题。
胚胎发育早期，有一段时间在透明带内进行，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为卵裂。
（1）卵裂
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
项目 变化
细胞数目
物质种类
DNA总量
每个细胞内的DNA总量
有机物总量
每个细胞体积
增多
减小
增多
不变
减少
增多
2．主要阶段及特点
（3）囊胚
特点：
结构：
细胞开始分化
内细胞团
滋养层细胞
—发育成胎儿的各种组织
—已分化，只能发育成胎膜和胎盘
内细胞团
囊胚腔
滋养层
透明带
未分化，具有全能性，可作为胚胎干细胞来源
02
囊胚植入子宫内膜 ， 称为着床 。
2．主要阶段及特点
—羊水环境
囊胚腔
桑葚胚
（2）桑葚胚：
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。
桑葚胚通常有32个细胞左右。
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．主要阶段及特点
二
桑葚胚
囊胚
胚胎进一步发育，细胞逐渐分化。
透明带
内细胞团
聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团
将来发育成胎儿的各种组织
滋养层
沿透明带内壁扩展和排列的细胞
将来发育成胎膜和胎盘
囊胚腔
随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔
囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化。
孵化
（3）囊胚
孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。
（4）原肠胚
囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。
原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。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中胚层。
这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等，最终形成胎儿。
2．主要阶段及特点
——出现胚层分化
内细胞团表层的细胞。
外胚层
内胚层
内细胞团下方的细胞衍生形成。
中胚层
内细胞团细胞经过变化插到内外胚层形成。
原肠腔
内胚层包围的囊腔。
（4）原肠胚
小结和拓展：胚胎发育 vs 个体发育
全能细胞
细胞分化
幼体
继续分化
出生发育
性成熟个体
孵化
卵裂期
胚胎发育
胚后发育
个体发育
内细胞团
滋养层细胞
囊胚腔
外胚层
中胚层
内胚层
（原肠腔）
思考 讨论
不同动物受精卵发育的比较
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。
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
讨论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。
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？
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，在实践中通常发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
思考 讨论
不同动物受精卵发育的比较
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等。
思考 讨论
不同动物受精卵发育的比较
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
本课小结
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。（ ）
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
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A
一、概念检测
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