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第4节 胚胎工程及其应用
第1课时 哺乳动物胚胎发育的基本过程
简述精子和卵细胞的发生以及受精过程。
01
简述哺乳动物胚胎发育的基本过程。
02
19 世纪 70年代，科学家用显微镜首次观察到海胆的精卵结合全过程。10 年后，科学家又观察到马蛔虫细胞的减数分裂过程。这些成果的发现使人们对动物的受精过程以及胚胎发育（embryogenesis）的研究更加深入。
那么，哺乳动物的精卵是如何完成受精的呢？胚胎的发育经过哪些过程呢？
2、卵细胞的发生
3、受精作用
囊胚
4、胚胎发育
体内受精和早期胚胎发育
1、精子的发生
受精卵
哺乳动物胚胎发育的基本过程：
阅读教材P73页，思考下列问题：
一、体内受精
1.精子发生的场所在哪里？精子的发生经过那些阶段？
2.卵细胞发生的场所在哪里？卵细胞发生的过程与精子的发生有什么不同？
3.受精作用的场所在哪里？受精作用完成的标志是什么？
1.精子的发生
（1）精子发生的场所：
（2）精子发生的时期：
睾丸内的曲细精管中
哺乳动物的睾丸
动物性成熟后
一、体内受精
精原细胞
第一阶段
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
大量精原细胞
有丝分裂
染色体复制
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
变形
（3）精子发生的过程：
第二阶段
第三阶段
精子
（1）外形似蝌蚪，分头、颈、
尾三大部分。
（2）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。
雌性动物的卵巢（发生）
输卵管（成熟）
（1）场所：
（2）时期：
2.卵细胞的发生
(性成熟后)初情期 生殖机能衰退
胎儿期（性别分化后）：形成初级卵母细胞
卵原细胞
有丝分裂
初级卵母细胞
减数分裂Ⅰ
第一极体
次级卵母细胞
两个第二极体
第二极体
成熟卵细胞（卵子）
退化消失
减数分裂Ⅱ
排卵前后完成
在受精过程完成
胎儿时期完成
多个卵原细胞
染色体复制
（3）卵细胞发生的过程及时期
排卵
卵子从卵泡中排出进入输卵管
①卵子一般在排出 后才能被精子穿入。
②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。
③卵子成熟的场所：
排出的卵子都要在 进一步成熟。
④卵子具备与精子受精能力的时期：
2-3h
初级卵母细胞
次级卵母细胞
输卵管内
MⅡ
透明带
卵细胞膜
核
（纺锤体—染色体复合物）
第一极体
具备受精能力的卵子结构
精子在雌性生殖道发生相应生理变化后，获得受精的能力。
发育到减数第二分裂中期（ MⅡ期）才具有受精能力
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
3.受精作用
准备阶段1---精子获能：
准备阶段2---卵子的准备：
受精：
精子与卵子结合成受精卵的过程
包括准备阶段和受精阶段
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。
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。
1951年发现“精子获能”现象，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
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
释放多种酶（顶体酶）
溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带）
借助精子自身运动
精子接触卵细胞膜
顶体反应
受精作用的过程
第2步：透明带反应
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。
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。
第4步：卵细胞膜发生生理反应
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
第5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。
雄原核
第一极体
放出的
第二极体
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
第6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，受精卵形成
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
是否受精的标志：
观察到两个极体或雌、雄原核。
受精是否完成的标志：
雌、雄原核融合形成合子。
情境探疑1
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：第一道屏障是透明带反应，第二道屏障
是卵细胞膜反应；其意义是保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。
3.精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有什么功能？
体现了细胞膜具有细胞间进行信息交流的功能。
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。
2.雌、雄原核是不是就是卵子、精子原来的核？
【核心归纳1】
受精过程
二、胚胎发育的过程
1.概念：哺乳动物的胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程，包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要发育阶段。
2.基本过程：
受精卵
桑椹胚
囊胚
原肠胚
胚层分化
胚体形成
胎儿
婴儿
胚卵期（输卵管）
胚胎期（子宫）
胚儿期（子宫）
出生
问题1：胚胎发育经过哪些时期？胚胎发育都是在子宫完成的吗？
（1）胚胎发育——胚卵期
桑椹胚
受精卵
囊胚
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
2细胞
4细胞
8细胞
有丝分裂
卵裂
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_____
透明带内
不断增加
并不增加
不断减小
不断增加
不变
减少
增加
1.概念
2.场所
3.分裂方式
卵 裂
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。
有丝分裂
4.特点
2细胞
4细胞
8细胞
受精卵
桑葚胚
桑葚胚
桑葚胚
1.概念
2.特点
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。
b：此时期每一个细胞都具有全能性，具有发育成完整个体的潜能
a：胚胎细胞数目在32个左右
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。
囊 胚
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。
滋养层
内胚层
外胚层
原肠腔
（2）胚胎发育——胚胎期
①时间：第2周至第8周。
②主要过程
a.囊胚壁逐渐发育为 ，内细胞团逐渐发育为二胚层的 。
b.从第3周开始，二胚层胚盘中的部分细胞增殖分化形成 。三胚层逐渐发育为各种器官的 。胚盘发育为 ，胎盘逐渐形成。约在第3周末， 出现。
c.从第4周开始，三胚层逐渐发育，形成眼、耳、鼻等器官的原基；第4周末，
开始发生；第8周末，胚体初具人形。
滋养层
胚盘
中胚层
原基
胚体
心脏
神经系统
（2）胚胎发育——胚胎期
①时间：第9周至出生。
②主要过程：9～12周，胎儿头部仍占优势，躯体长高，脑部继续增长，从外生殖器官可辨别 ；13～16周，胎儿小脑变得突出，耳郭伸出，出现 的动作；17～20周，出现睫毛和眉毛，胎毛覆盖皮肤；21周后，胎儿进一步发育直至出生。
3.从优生的角度出发，为了最大限度地避免具有遗传缺陷的胎儿出生，在妊娠期间，可通过 确保胎儿优生。
性别
闭眼和吸吮
产前检查和产前诊断
（3）胚胎发育——胎儿期
【情境探疑2】
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。
几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间
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。
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。
发育过程 特点
受精卵 受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育
卵裂期 细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数量不断增加，胚胎的总体积不增加，或略有缩小
桑椹胚 实心细胞团，每个细胞都具有全能性
囊胚 细胞开始出现分化，内细胞团将来发育成胎儿的各种组织
原肠胚 具有三个胚层
发育过程图示

【核心归纳2】
1．下列有关哺乳动物精子、卵子的发生及受精作用的叙述，正确的是 (　　)
A．顶体反应是防止多精入卵的一道屏障
B．卵子形成的过程需在卵巢和输卵管内完成
C．采集到的精子和卵子相遇即可发生受精作用
D．卵子发生时，MⅠ和MⅡ过程是不连续的，但细胞质均等分配
B
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
A
3.下列关于哺乳动物胚胎发育的描述，正确的是（ ）
A.指受精卵发育成成体的过程
B.包括桑椹胚、囊胚、原肠胚、胚层分化和胚体形成等主要阶段
C.整个胚胎发育过程可分为胚胎期和胎儿期两个阶段
D.囊胚植入子宫内膜，胚胎期结束，进入胎儿期
B
4.下图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是(　 　)
A．受精卵卵裂形成囊胚的过程中，每个细胞体积不断增大
B．受精卵发育为桑椹胚的过程是在透明带内完成的
C．在胚胎发育过程中，幼体所需要的原料全部来自卵黄
D．原肠胚是进行胚胎移植的最好时期
B

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