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(共27张PPT)
第2章 细胞工程
胚胎工程的理论基础
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。能不能让引进的良种奶牛快速、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？
良种荷斯坦奶牛
核移植技术进行克隆；
可以通过体外受精、胚胎分割等胚胎工程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。
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：___________、___________、___________等技术手段。
体外受精 胚胎移植 胚胎分割
操作对象
胚胎工程的实质：
胚胎工程的理论基础：
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。
体外条件下, 对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行模拟操作。
目的
一、受精p56
受精前的准备阶段
受精阶段
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
准备阶段Ⅰ——精子获能
准备阶段Ⅱ——卵子的准备
输卵管内
受精
场所：
阶段：
定义：
进行细胞间信息交流
细胞膜的流动性
一、受精p56
1.受精前的准备阶段
(一)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”
②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
牛
猪
绵羊
马
成熟精子和几种主要家畜的精子示意图
头
颈
线粒体鞘
尾
肝素
Ca2＋载体
③研究精子获能机制的意义p57：
①概念：
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
获能的实质是：
1.溶解精子表面的糖蛋白，
2.使精子获得释放顶体酶的能力；
3.使精子表面的识别因子和结合因子暴露。
精子的形成过程
1
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
头
颈
线粒体鞘
尾巴
成熟精子含有的细胞质很少
主要是细胞核
中心体
细胞内其他物质——原生质滴（球状，最后脱落）
(遗传物质的储存场所)
线粒体
(提供能量)
一、受精p57
1.受精前的准备阶段
(一)准备阶段Ⅰ——精子获能
④成熟精子结构：
*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
大鼠的精子190μm长而大象的精子却只有50μm长。
一、受精p57
精子变形过程
1
⑤精子形成
④细胞质浓缩
①顶体的发生
②尾的发育
③精子头出现
一、受精p57
1.受精前的准备阶段
(二)准备阶段Ⅱ——卵子的准备
②不同动物排出的卵子成熟程度 ：
有的可能是________________，如马、犬等；
有的可能是________________，如猪、羊等；
初级卵母细胞
次级卵母细胞
③卵子成熟的场所：
①卵子一般在排出 后才能被精子穿入。
2-3h
不同
排出的卵子都要在________内进一步成熟。
输卵管
④卵子具备与精子受精能力的时期：_______期。
MⅡ
卵细胞的形成过程
1
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
卵细胞
第一极体
第二极体
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
不久，三个极体就退化消失。
一、受精p57
2.受精阶段
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构
精子接触卵细胞膜
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
精子入卵
精子触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来精子进入透明带。
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。
防止多精入卵的两个屏障
一、受精p57
2.受精阶段
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵。
第一次卵裂即将开始
受精完成的标志：
雌雄原核形成合子
受精的标志：
观察到两个极体或雌雄原核p58相关信息
雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。
两个极体
雌雄原核
受精标志
一、受精p57
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
一、受精p57
2．以下与受精作用有关的说法中，不正确的是(　　)
A.受精作用的实质是精子的核和卵细胞的核融合
B.受精后的卵细胞能阻止其他精子的进入
C.受精作用前后卵细胞的活跃状态不同
D.受精卵中的染色体和DNA均由精子和卵细胞各提供一半
D
一、受精p57
二、胚胎早期发育p58
1.场所：
2.过程：
输卵管和子宫
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
受精卵
囊胚
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
3.分裂方式：
有丝分裂
二、胚胎早期发育p58
1.卵裂：
②特点：
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，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
①场所：
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
在透明带内
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______
不断增加
并不增加
不断减小
不断增加
不变
减少
增加
二、胚胎早期发育p58
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。
①概念：
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
桑葚胚
桑葚
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，每个细胞都具有全能性，属于全能性细胞。
二、胚胎早期发育p583.囊胚：①特点：受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑葚胚囊胚原肠胚②结构：细胞开始分化内细胞团滋养层细胞囊胚腔——发育成胎儿的各种组织——发育成胎膜和胎盘内细胞团囊胚腔滋养层囊胚透明带具有全能性孵化：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。内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。二、胚胎早期发育p58
4.原肠胚：
①特点：
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
②结构：
出现胚层分化
逐渐分化形成各
种组织、器官等
表面的细胞层
向内迁移的细胞
内外两个胚层之间
中胚层：
外胚层：
内胚层：
拓展：个体发育VS胚胎发育
全能细胞
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p59
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
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
马的胚胎进人子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。
不同动物受精卵发育的比较
思考讨论p59
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
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16细胞
注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间
不同动物受精卵发育的比较
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，在实践中通常将发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
思考讨论p59
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
(1)胚胎工程操作的对象可以是生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。( )
(2)刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在输精管中发生相应的生理变化后才
能获得受精能力。( )
(3)防止多精入卵的机制有透明带反应和卵细胞膜反应。( )
(4)精子入卵后，被激活的卵子才能完成减数分裂Ⅱ。( )
(5)胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞的数量不断增加，胚胎
的总体积也不断增加。( )
(6)受精卵通过卵裂产生的子细胞，逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚，称为桑葚胚。
( )
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课堂检测
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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
小结
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

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