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(共28张PPT)
第3节 胚胎工程
——胚胎工程的理论基础
第2章 细胞工程
我国对奶类的总需求量很大，但我国奶牛的单产水平并不高。而引进一头外国高产成年奶牛往往需要数万元。
1、能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢
牛的生育率很低！一头母牛每年只能产一胎，每胎生一个牛仔,每胎产2个牛仔的情况比较少见，一头母牛一生大约生育四五次。
2、但克隆技术又不够成熟，克隆动物可能存在健康问题， 如果你花了几万元买了一公一母两头良种牛，如何实现大量繁殖？
动物体细胞核移植技术进行克隆
可以通过体外受精（有性生殖）、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
问题探讨
良种荷斯坦奶牛
——胚胎工程技术
①操作对象：
②操作水平：
③技术手段：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎
体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割等
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
⑤理论基础：
主要集中在细胞水平上
——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。
一、受精
概念：
精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
过程
受精前的准备阶段
受精阶段:
准备阶段1:精子获能
准备阶段2:卵子的准备
哺乳动物的输卵管内。
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
场所：
睾丸内的曲细精管
形成过程：
精原细胞
次级精母细胞
初级精母细胞
精细胞
精子
精原细胞
初级精母细胞
（整个过程连续进行，不间断）
知识回顾
必修二 减数分裂与受精作用
一、受精
[思考P59]精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？
细胞核——精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，参与受精过程。
线粒体——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。
*不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关
1、概念：
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”。
2、获能方法：
（1）直接利用 使精子获能；
（2）将精子培养在 中使其获能；
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
不是获得能量
3、研究精子获能机制的意义：
实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为______________的建立奠定了基础。
体外受精技术
*精子头部有去能因子，抑制了它的受精能力。在雌性生殖道内，有些化学物质会使精子的头部发生一定的变化，使精子具有真正的受精能力。
（一）准备阶段1——精子获能
（常见的有肝素，Ca2+载体等）
（二）准备阶段2——卵子的准备
①卵子一般在排出2-3h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
排卵指卵子从卵泡中排放到输卵管中。
（二）准备阶段2——卵子的准备
②卵子都要在 内进一步成熟，达到 时，才具备与精子受精的能力。
输卵管
MⅡ期
具备受精能力的卵子（MⅡ期）结构
透明带
卵细胞膜
核
（纺锤体—染色体复合物）
第一极体
非生物膜结构，主要成分是糖蛋白，保护卵细胞，防止多精子进入
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。
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
精子释放的多种酶溶解
精子接触卵细胞膜
透明带反应
触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带
精子入卵
①精子形成雄原核
②卵子完成减Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核
卵细胞膜反应
精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
精子入卵尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜
防止多精入卵的两个屏障
（三）受精阶段
（哺乳动物受精过程）
雌、雄原核靠近，核膜消失。形成受精卵开始发育。
受精的标志 ：
两个极体
雌雄原核
雌雄原核形成合子
①精子形成雄原核
②卵子完成减Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核
受精完成的标志：
观察到两个极体或雌雄原核
（三）受精阶段
（哺乳动物受精过程）
获能后的精子与卵子相遇，穿越透明带
精子触及卵细胞膜的瞬间，发生透明带反应
精子入卵后，发生卵细胞膜反应
形成雌原核和雄原核
雌雄原核靠近，核膜消失
受精完成
形成合子（受精卵）
一、受精
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？
人卵细胞受精到受精卵卵裂后植入的过程
1.胚胎发育的场所在哪里？ 分裂的方式是？
2.胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？
3.发育的每个阶段各有何特征？
任务二
阅读教材“胚胎早期发育”相关内容，回答以下问题：
二、胚胎早期发育
幼体
继续分化
出生发育
性成熟个体
孵化
胚胎发育
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
受精卵形成后，在输卵管内进行有丝分裂，开始发育：
早期发育的胚胎可分为以下几个阶段：桑葚胚、囊胚、原肠胚
二、胚胎早期发育
胚胎总DNA数________;
1.卵裂:
卵裂是指受精卵早期的快速的有丝分裂。
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
（1）场所：
透明带内
（2）分裂方式：
有丝分裂
（3）特点：
细胞数目_______;
胚胎总体积__________;
每个细胞的体积_________;
胚胎总有机物_________;
每个细胞具有________________。
每个细胞的核DNA数目________;
增加
不增加
减小
减少
增加
不变
发育的全能性
透明带
二、胚胎早期发育
2.桑葚胚:
当卵裂产生的子细胞数目达到32个，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
桑葚
这一阶段及之前的每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能。
二、胚胎早期发育
3.囊胚:
——聚集在胚胎一端的细胞，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，将来发育成胎膜和胎盘。
——胚胎内部含有液体的腔。
内细胞团
滋养层细胞
囊胚腔
内细胞团
囊胚腔
滋养层
透明带
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。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。
孵化
二、胚胎早期发育
4.原肠胚:
——表面的细胞层。
——向内迁移的细胞。
——内外两个胚层之间。
外胚层
内胚层
中胚层
逐渐分化形成各种组织、器官等。
二、胚胎早期发育
原肠胚三胚层的发育
外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官
中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统
内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体
胚胎早期发育
特别提醒：
1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。
2.桑葚胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。
3.桑葚胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
拓展了解——胚胎发育和个体发育
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
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）
动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
山羊 4 10-16细胞
绵羊 3-4 16细胞
猪 2-2.5 4-6细胞
马 6 囊胚
牛 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？
马。（它处于囊胚阶段）
不同动物受精卵发育的比较
思考 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——至少发育到桑葚胚阶段。
牛——自然情况下，要发育到8-16细胞阶段。
实践中，通常要发育到囊胚阶段（提高移植后胚胎的发育率和妊娠率）
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。
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。
小结
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
MⅡ期具备受精能力
雌性动物的生殖道或培养在获能液(肝素或Ca2+载体)中
精子穿过卵细胞膜外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核
雌雄原核靠近
核膜消失
桑葚胚
受精卵
每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织
囊胚
原肠胚
卵裂
孵化
内细胞团
滋养层
组成个体的各种组织细胞
胎盘、胎膜等胚外组织细胞
外胚层内胚层中胚层
练习与应用(P59)
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
×
×
√
A
一.概念检测
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。
2.精子在雌性动物的生殖道内是如何获能的 除了教材中介绍的，防止多精入卵的机制还有哪些
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。
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。
这里涉及的问题，需要查阅生殖生物学相关书籍。通过查阅专业资料，学生能了解到，精子获能的机制很神奇，防止多精入卵的机制同样神奇而且非常复杂，这都是机体在长期进化的过程中形成的、用来保障本物种延续的机制。
二、拓展应用

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