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第2章 细胞工程
第3节 胚胎工程(1)----理论基础
胚胎工程
胚胎早期发育
受精
胚胎移植
体外受精
胚胎分割
基本技术及应用
理论基础
学习目标
从社会中来
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。
良种荷斯坦奶牛
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？
胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决。
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。
①操作对象：
②技术手段：
③理论基础：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
体外受精、早期胚胎培养、胚胎分割、
胚胎干细胞培养、胚胎移植等。
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。
④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。
胚胎工程①概念
精子的发生
卵子的发生
受精卵
胚胎
个体
①
①
②
受精过程
③
胚胎发育(早期、晚期)
④
胚后发育
胚胎工程②理论基础
胚胎工程②理论基础1:精卵子的发生
1.精子和卵子的发生
1.精子的发生
①场所：
②时间：
③过程：
睾丸（曲细精管中）
哺乳动物的睾丸
初情期→生殖机能退化
三个阶段
精细胞变形中的主要变化：
精子头的主要部分
精细胞结构 精子结构(部位)
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
顶体
尾部
线粒体鞘(尾的基部)
原生质滴(球形)，随精子成熟过程向后移动，直到最后脱落。
胚胎工程②理论基础1:精卵子的发生
1.精子和卵子的发生
1.精子的发生
胚胎工程②理论基础1:精卵子的发生
1.精子和卵子的发生
1.精子的发生
问题1：家畜每次射精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？
不是浪费。
①在自然繁殖的条件下，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；
②在自然条件下，精子从射精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。
胚胎工程②理论基础1:精卵子的发生
1.精子和卵子的发生
1.精子的发生
问题2：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？
细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。
而线粒体则是有氧呼吸产生运动能量的场所，为精子运动提供动力。因此被保留下来。
精子是呈蝌蚪状，靠尾部的摆动来运动。而线粒体就集中在尾部，为精子的运动提供能量。
胚胎工程②理论基础1:精卵子的发生
1.精子和卵子的发生
2.卵子的发生
①场所：
②时间：
③过程：
卵巢(卵泡中)
胚胎在性别分化后
分裂不过不连续，有两次暂停。
哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前(即胎儿期)完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别。
a.减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的。（卵巢中）
b.减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的。
（输卵管中）
c.卵子受精的标志：
在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体。
一个卵泡=一个卵母细胞+多卵泡细胞
卵泡是雌性哺乳动物生殖的基本单位
排出的卵子组成
排卵：
放射冠
透明带
卵母细胞
卵(母)细胞膜
卵(母)细胞质
卵(母)细胞核
卵子从卵泡中排出
胚胎工程②理论基础1:精卵子的发生
1.精子和卵子的发生
2.卵子的发生
问题1：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，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。
排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。
胚胎工程②理论基础1:精卵子的发生
1.精子和卵子的发生
2.卵子的发生
问题2：判断卵子受精以观察到两个极体为标志，卵母细胞减数分裂不是形成三个极体吗？
人类和大多数哺乳动物：
第一极体很少再进行第二次分裂，只有少部分哺乳动物的第一极体才会分裂形成两个第二极体 ；
即使分裂，在实际操作中也不容易三个都同时观察到，但只要能看到两个极体，就足以说明问题。
受精的标志：在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
1.概念
2.场所
输卵管的壶腹部。
3.过程
受精前的准备阶段
受精阶段
精子和卵子相互识别，融合成合子（受精卵）的过程。
细胞膜的功能
进行细胞间信息交流
细胞膜具有
一定的流动性
输卵管
卵巢
子宫
雌性动物生殖道
准备阶段2:精子获能
精子发生的使之具有受精能力的生理变化
准备阶段1:卵子的准备
卵巢排出的卵子发育到MⅡ期
受精的场所
使精子获能的方法:直接利用雌性动物生殖道；培养在人工配制的获能液。
获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。
卵子一般在排出后2一3h才能被精子穿入。
一些实验证据表明，卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程。
动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等，
有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。
但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
3.过程:精子穿越放射冠
①精、卵相遇，发生顶体反应，精子穿入放射冠。
什么是放射冠？
放射冠是包围在卵子透明带外面的卵丘细胞群。
顶体反应，使顶体内的酶释放出来，直接溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。
精子穿越放射冠时发生什么反应？是如何进行的？
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
3.过程:精子穿越透明带
②精子接触透明带
③精子穿过透明带，接触卵细胞膜。
精子穿越透明带时形成孔道时需要什么酶？
精子穿越透明带后并接触卵细胞膜时发生什么反应？
透明带反应是精子触及卵黄膜的瞬间，会产生阻止后来精子进入透明带的生理反应。
（防止多精入卵受精的第一道屏障）
顶体酶将透明带溶出一条孔道，精子借自身运动穿越透明带，并接触卵细胞膜。
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
3.过程:精子进入卵细胞膜
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。
a.精子与卵细胞膜接触时，立即被微绒毛抱合，精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。
(阻止多精入卵的第二道屏障)
b.精子入卵后，发生卵细胞膜反应。
卵黄膜上的微绒毛抱住精子
精子是如何进入卵细胞膜的？
精子入卵后卵细胞膜会发生什么反应？ 有何作用？
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
3.过程:原核形成
⑤雌雄原核形成
a.精子入卵后，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。
b.精子入卵后，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。
c.卵子受精的标志：
在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体。
或在卵子中观察到雌雄原核
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
3.过程:雌雄原核融合成受精卵
⑥核膜消失
两个原核融合
⑦第一次卵裂即将开始。
雌雄原核融合，标志着受精过程结束(完成)。
受精卵的遗传物质
核遗传物质一半来自于精子,一半来自于卵子;
质遗传物质几乎全部来自于卵子。
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
3.过程
①精、卵相遇，发生顶体反应，精子穿入放射冠。
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。
②精子接触透明带
③精子穿过透明带，接触卵细胞膜。
⑤雌雄原核形成
⑥核膜消失
两个原核融合
⑦第一次卵裂即将开始。
①精子穿越放射冠
②精子穿越透明带
③精子进入卵细胞膜
④雌雄原核形成
⑤雌雄原核融合形成受精卵
顶体反应
↓
透明带反应（第一道屏障）
↓
卵细胞膜反应（第二道屏障）
↓
↓
卵细胞膜和透明到之间观察到两个极体
胚胎工程②理论基础2:受精
2.受精
3.过程
1. 下列有关哺乳动物受精的表述，正确的是 (　　 )
A. 自然状态下，受精在子宫中完成
B. 精子需要获能才能与卵子结合，而卵子一经排出就具有受精能力
C. 精子入卵后，卵子恢复并很快完成了减数第一次分裂
D. 透明带反应和卵细胞膜反应可以防止多精入卵的发生
D
2. 下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子( 　　)
C
课堂检测
卵裂
特点
4细胞
8细胞
受精卵
桑葚胚
（32细胞）
透明带
2细胞
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
胚胎工程②理论基础3:胚胎早期发育
1.场所
输卵管
2.方式
有丝分裂
3.过程
胚胎工程②理论基础3:胚胎早期发育
3.过程: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
每个细胞具有全能性，属于全能性细胞。
桑葚胚
（32细胞）
②囊胚
①桑葚胚
发育成胎儿的各种组织
发育胎膜和胎盘
内细胞团细胞具有全能性
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
胚胎进一步发育，出现细胞分化
囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。
胚胎工程②理论基础3:胚胎早期发育
3.过程:囊胚
胚胎工程②理论基础3:胚胎早期发育
3.过程:原肠胚
囊胚腔
原肠腔
中胚层
内胚层
外胚层
囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。
由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统
不同动物受精卵进入子宫的时间
将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠体内，至少应发育到什么阶段的胚胎？若为马呢？
囊胚
桑葚胚
输卵管
子宫
动物 种类 进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段
天 发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
绵羊 3~4 16细胞
猪 2~2.5 4~6细胞
马 6 囊胚
牛 4~5 8~16
思考讨论P56
胚胎工程②理论基础3:胚胎早期发育
关于胚胎发育的正确叙述是( 　　)
A.胚胎发育早期随细胞不断分裂体积增大
B.在桑葚胚阶段，胚胎内部出现空腔
C.可以从桑葚胚或囊胚的内细胞团获取胚胎干细胞
D.囊胚阶段的每一细胞属于全能细胞
C
课堂检测
课堂小结

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