资源简介

(共35张PPT)
1 能不能让引进的良种奶牛在自然状态下实现快速、大量繁殖呢
2、能不能采用动物体细胞核移植技术进行克隆呢？
可以通过体外受精、胚胎移植、胚胎分割等技术实现
良种荷斯坦奶牛
——胚胎工程技术
从社会中来
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。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。
不能 ，牛的生育率很低，一头母牛一生只产生4--5头牛犊
目前不能，克隆技术又不够成熟，克隆动物可能存在健康问题
3 如果我们花了几万元买了一公一母两头良种牛，如何实现大量繁殖？
第3节 胚胎工程
操作对象
技术种类
工程实质
理论基础
动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞
体外受精、胚胎分割、胚胎移植
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。
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
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。
一 胚胎工程的定义
二 胚胎工程的理论基础
细胞间的信息交流（细胞膜上的糖蛋白有识别作用）
细胞膜具有一定的流动性
问题1：精卵相互识别的体现细胞膜什么功能？
问题2：精卵融合的结构基础是什么？
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
1受精
场所：
阶段：
定义：
（一)受精
补充1：精子的形成过程
精原(干)细胞
大量精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
染色体复制及相关蛋白质合成
细胞变形
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
（2）精子的结构：
头
颈
线粒体鞘
尾巴
顶体
（主要是细胞核）
（为精子运动提供能量）
（由中心体演变而来）
（1）场所：
曲细精管
在雄性动物的 内完成。
睾丸
有丝分裂
大鼠的精子190μm长而大象的精子却只有50μm长。
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
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
精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。
精子变形的过程
2 准备阶段1——精子获能
(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)原因：精液由精子和精浆组成，精浆中含有抑制精子获能的物质，只有精子进入雌性动物的生殖道后，由生殖道分泌产生相关物质解除对精子的抑制，才能使精子获得受精的能力。
(3)方法：
①直接利用雌性动物的生殖道
②精子培养在人工配制的获能液
Ca2＋载体肝素等（有差异）
精子获能指精子获得受精能力，而不是获得能量。
4 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
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。1951年发现“精子获能”现象，为哺乳动物体外受精奠定了理论基础。由于他在体外受精和胚胎移植研究中作出的重大贡献，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
补充2：卵子的形成过程
1、形成场所：
在雌性动物的 内完成。
卵巢
卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于 。
卵细胞的形成是一个 的过程，
有 次暂停
不连续
两
2、特点：
性成熟后，受______刺激，继续分裂
减数分裂Ⅰ前期
性激素
③卵子成熟的场所：
排出的卵子都要在________内进一步成熟。
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
①卵子一般在排出 后才能被精子穿入。
2-3h
不同
输卵管
④卵子具备与精子受精的时期：______期。
3 准备阶段2——卵子的准备
MⅡ
思考：在进行体外受精操作时，需要对精子和卵子进行什么处理？
精子——获能处理； 卵子——培养MⅡ期
1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？
2.防止多精入卵的机制有哪些？
3.精子入卵后，结构发生了哪些变化？
4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成标志是？
【任务一】观看视频，思考以下几个问题：
4 受精阶段
获能后的精子与卵子在 相遇
精子释放多种酶
溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带）
精子借助自身运动
精子接触卵细胞膜，随之细胞膜融合
(1)第1步：精子穿越卵细胞膜外结构(如透明带）
放射冠
透明带
细胞核
卵细胞膜
受精作用
输卵管
（2)第2步：透明带反应
精子的细胞膜与卵细胞膜（接触）融合时，卵细胞膜外的透明带迅速发生生理反应，
阻止多精入卵的第一道屏障
精子入卵后， 会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。
阻止多精入卵的第二道屏障
（4)第4步：卵细胞膜反应
阻止后来的精子进入透明带
卵细胞膜
(3)第3步：精子入卵
(5)第5步：雌雄原核的形成
①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。
②雌原核的形成：
精子入卵后，被激活的卵子完成 ，
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：
雌原核
注意：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。
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ
减数分裂Ⅱ
(6)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
两个极体
雌雄原核
受精的标志：
a.观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）
b.观察到雌、雄原核。
受精完成的标志：
雌、雄原核融合形成合子
核遗传物质:
精子和卵子各占一半
质遗传物质:
几乎全部来自卵子
受精卵的遗传物质
准备阶段
准备阶段1：精子获能
准备阶段2：卵子的准备：
精子穿越卵细胞膜外的结构（放射冠和透明层）
透明带反应(阻止多精入卵的第一道屏障)
精子接触卵细胞膜，发生融合
精子入卵(进入卵细胞膜)
卵细胞膜反应(阻止多精入卵的第二道屏障)
雄、雌原核形成
雌、雄原核融合形成合子
受精阶段
(受精的标志：观察到两个极体或雌、雄原核)
——受精完成的标志
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
在输卵管内发育到MⅡ期
保证受精卵中的遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证了遗传的稳定性。
受精小结
(1)图中a、b、c表示细胞分裂，依次为 ，在精子与卵子结合过程中完成的分裂是 (填“a”“b”或“c”)。图中的p、q表示的结构依次是 。c过程发生的场所为 。
1.观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题：
有丝分裂、减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ
c
透明带、卵细胞膜
输卵管
(2)卵子成熟后，即可进行受精，判断卵子受精的标志是______________
_________________________。
可以观察到两个
极体(或观察到雌、雄原核)
巩固练习
(1)写出图中字母表示的结构名称。
a.　　　 , b.　　　, c.　　 。
2.下图为哺乳动物受精过程示意图,请据图回答下列问题。
(2)该过程发生的场所是　　　,能体现受精作用实质的是图中的　　过程。
透明带
雄原核
雌原核
输卵管
④
(3)在精卵相遇之前,精子在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化,具有了受精能力,这个过程叫　　　 。卵子一般排出后都要在　　　　中进一步成熟,当达到　 　　　　　　 时,才具备与精子受精的能力。
精子获能　
输卵管
减数分裂Ⅱ中期(或MⅡ期)
次级卵母细胞
受精
2细胞期
4细胞期
8细胞期
受精卵
桑葚胚
囊胚
着床，原肠胚
1场所：
2分裂方式：
输卵管和子宫
有丝分裂
人卵细胞受精到受精卵卵裂后植入的过程
(二)胚胎早期发育
3过程
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵裂（期）
（1)卵裂
项目 变化
每个细胞体积
DNA总量
每个细胞内的DNA总量
有机物总量
物质种类
减小
增多
不变
减少
增多
受精卵→囊胚早期
①时期：
②场所：
③特点：
在透明带内
细胞数量
胚胎总体积
不断增加
并不增加
细胞进行代谢分解有机物
（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。
桑葚胚通常有32个细胞左右。
桑葚胚
（3)囊胚：
②特点：
细胞开始分化（细胞的结构、功能出现差别）
桑葚胚→
（聚集在胚胎一端的细胞）
（沿透明带内壁扩展和排列的细胞）
具有全能性
内细胞团
滋养层
囊胚腔
发育成
胎盘和胎膜
发育成
胎儿的各种组织
③结构：
透明带
①概念：随着胚胎的进一步发育，胚胎内部出现含有液体的腔--囊胚腔，这个时期的胚胎叫作囊胚
囊胚
孵化
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。
(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：
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
拓展：胚胎发育 vs 个体发育
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。
思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较
（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，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
（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。如体外模拟使卵母细胞在体外成熟，精子在体外完成获能，获能的精子和培养成熟的卵子在试管内完成受精，获得的受精卵在人工培养条件下继续发育等
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
练习与应用
二、拓展应用
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。
细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中，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。
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？感兴趣的话，请通过查阅相关资料或请教专家来进行了解。关于受精作用，你还能提出其他问题吗？
精液由精子和精浆两部分组成。精浆中含有一种能抑制精子获能的物质，因此在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时,由生殖道分泌产生些物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。不同动物的精子在雌性动物生殖道内获能的部位可能会所有差异，但主要是在子宮和输卵管中。精子的获能涉及以下变化：雌性动物生殖道分泌的一些物质使精子表面的物质发生变化(如某些酶将顶体表面的糖蛋白降解)；精子表面膜结构一些物质的比例发生变化；膜的通透性发生变化等。这些变化可以暴露出精子表面与卵细胞相识别的受体，改变精子的活力，为后续受精做准备。
关于防止多精人卵的机制，教材只进行了简单介绍，内容主要涉及防止多精入卵的两道重要屏障：透明带反应和卵细胞膜反应。它们分别发生在精子穿越透明带触及卵细胞膜的瞬间及精子入卵之后。如果学生査阅专业书籍，还会发现，生殖道对精子具有初步的筛选作用，在经过雌性动物生殖道的一些屏障后，只有少数活动力强的精子能到达受精部位；在精子和卵细胞识別后会发生一些反应，如卵细胞表面的精子识别受体很快发生分子修饰，使后来的精子表面的卵细胞结合蛋白不能识别受体等。具体的生理、生化机制，请参阅有关专著。
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。
4.卵裂期和桑葚胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质，
胚胎发育所需营养主要来自卵黄。
囊胚期细胞开始分化，透明带破裂，滋养层细胞（以后发育成胎盘、
胎膜，与母体建立联系）从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。
早期胚胎发育认识的误区
1.误认为子宫是唯一的发育场所。
受精卵形成后即在输卵管内开始进行有丝分裂，
输卵管为受精卵发育的最初场所。
2.误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。
卵裂时期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。
3.误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。
早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减少，
但有机物种类增加。

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