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胚胎工程（第1课时）
一 胚胎工程的理论基础
良种荷斯坦奶牛
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。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？
可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
从社会中来
2018年3月，地球上最后地球上最后一头雄性北方白犀牛“在肯尼亚死亡。地球上剩下最后两只雌性北方白犀牛。但研究人员设法保存了雄性北方白犀牛的精子。
克隆北方白犀牛
无性生殖
试管动物
从社会中来
1.你能想出什么方法来拯救北方白犀牛，扩大其种群数量呢？
2.克隆北方白犀牛可以发到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别？
3.要想获得在遗传多样性上具有更大优势的后代，你能想出哪些繁育方法？
“克隆”属于无性生殖，后代的遗传多样性低
可以通过模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。
从社会中来
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。
胚胎工程
操作对象
技术手段
概念：
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：
哺乳动物的输卵管内。
过程
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
精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
一 受精
1.准备阶段1－精子的获能
头
颈
线粒体鞘
尾
牛
猪
绵羊
马
成熟精子和几种主要家畜的精子示意图
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”
精子获能的方法：
①直接利用雌性动物的生殖道
②培养在人工培植的获能液
肝素
Ca2＋载体
一 受精
*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
2.准备阶段2－卵子的准备
【资料1】
卵子又称卵细胞，卵子是哺乳动物体内最大的细胞，直径约140 m；精子比卵子小得多，它头部的长度只有4~5 m。
【资料2】
自然条件下，哺乳动物的受精是在输卵管内完成的。科学家研究发现，刚刚排出的精子不能立即与卵子受精；动物排出的卵子成熟程度不同，可能是初级卵母细胞，也可能是次级卵母细胞，它们需要成熟后才具备受精的能力。
排卵是指卵子从卵泡中排出。
一 受精
卵子要在输卵管内进一步成熟，达到减数第二次分裂中期（MⅡ中期）时，才具备与精子受精的能力。
具备受精能力的卵子结构
2.准备阶段2－卵子的准备
一 受精
思考：在进行体外受精操作时，需要对精子和卵子进行怎样的处理？
精子要获能
卵子要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。
一 受精
一 受精
3.受精阶段
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
精子穿越卵细胞膜外的结构（透明带）
精子接触卵细胞膜
雄原核
第一极体
第二极体
雌原核
精子入卵后形成雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
一 受精
获能后的精子穿越透明带
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
形成合子（受精卵）
防止多精入卵的第一道防线
防止多精入卵的第二道防线
机体在长期进化过程中形成的、用来保障本物种延续的机制
受精完成的标志
一 受精
受精卵
卵裂
由具有全能性细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑葚
囊胚
原肠胚
内细胞团：
发育成胎儿各组织
滋养层细胞：
发育成胎膜和胎盘
（内含囊胚腔）
（内含原肠腔）
滋养层
外胚层
内胚层
中胚层
原肠腔
胎儿形成
桑葚胚
细胞分化
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
透明带
内细胞团
滋养层
囊胚腔
二 胚胎早期发育
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑椹胚
囊胚
透明带
内细胞团
滋养层
囊胚腔
卵裂期
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
二 胚胎早期发育
桑葚胚
胚胎细胞数目在32个左右；胚胎形成致密的细胞团，形似桑葚；该阶段前的每一个细胞均未分化，属于 细胞。
全能
二 胚胎早期发育
囊胚
细胞开始出现分化，_____________将来发育成胎盘和胎膜;
___________将来发育成胎儿的各种组织;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_____。
滋养层
滋养层
内细胞团
内细胞团
囊胚腔
孵化
透明带
二 胚胎早期发育
原肠胚
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。
外胚层
内胚层
原肠腔
滋养层
二 胚胎早期发育
二 胚胎早期发育
【思考·讨论】
动物 种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育 天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑棋胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑棋胚
山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4 10~16细胞
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
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。
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
表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
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？
马，它处于囊胚阶段，其次为小鼠。
小鼠应选择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，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
【思考·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哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。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，获能精子和成熟卵母细胞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。
【思考·讨论】
一、受精
概念：精子与卵子结合形成合子(受精卵)的过程
场所：输卵管的壶腹部
过程：
小结
小结
二、胚胎早期发育
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
小结
1. 判断下列有关哺乳动物的表述是否正确。
(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。 ( )
练习与应用
×
×
√
一、概念检测
2. 下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是 ( )
A. 在桑椹胚阶段，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. 桑椹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
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。
练习与应用
谢谢观看

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