第3節(jié)

胚胎工程——胚胎工程的理論基礎賀老師第2章細胞工程

我國對奶類的總需求量很大，但我國奶牛的單產水平并不高。而引進一頭外國高產成年奶牛往往需要數萬元。1、能不能讓引進的良種奶牛快速、大量繁殖呢?

牛的生育率很低！一頭母牛每年只能產一胎，每胎生一個牛仔,每胎產2個牛仔的情況比較少見，一頭母牛一生大約生育四五次。2、但克隆技術又不夠成熟，克隆動物可能存在健康問題，

如果你花了幾萬元買了一公一母兩頭良種牛，如何實現大量繁殖？動物體細胞核移植技術進行克隆可以通過體外受精（有性生殖）、胚胎分割等技術獲得多個良種奶牛胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。問題探討良種荷斯坦奶牛——胚胎工程技術操作對象技術種類工程實質理論基礎動物生殖細胞、受精卵、早期胚胎細胞體外受精、胚胎分割、胚胎移植在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作。哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律胚胎工程的定義

胚胎工程是指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。細胞間的信息交流（細胞膜上的糖蛋白有識別作用）細胞膜具有一定的流動性問題1：精卵相互識別的體現細胞膜什么功能？問題2：精卵融合的結構基礎是什么？胚胎工程的理論基礎——受精受精前的準備階段受精階段指精子和卵子結合形成合子(即受精卵)的過程。準備階段Ⅰ——精子獲能準備階段Ⅱ——卵子的準備輸卵管受精場所：階段：定義：胚胎工程的理論基礎——受精精子的形成過程精原細胞大量精原細胞初級精母細胞次級精母細胞精細胞精子染色體復制及相關蛋白質合成細胞變形減數分裂Ⅰ減數分裂Ⅱ（2）精子的結構：頭頸線粒體鞘尾巴頂體（主要是細胞核）（為精子運動提供能量）（由中心體演變而來）（1）場所：曲細精管在雄性動物的

內完成。睪丸有絲分裂大鼠的精子190μm長而大象的精子卻只有50μm長。不同種動物精子的形態(tài)相似，大小略有不同，與動物的體型大小無關⑤精子形成④細胞質濃縮①頂體的發(fā)生②尾的發(fā)育③精子頭出現精細胞變成精子的過程中，細胞中很多結構會消失，為什么細胞核和線粒體都保留下來？細胞核是遺傳物質儲存的場所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過程。線粒體是精子進行有氧呼吸的主要場所，為精子的生存和運動提供能量。精子變形的過程胚胎工程的理論基礎——受精1準備階段1——精子獲能科學研究發(fā)現，剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在雌性動物的生殖道發(fā)生相應的生理變化后，才能獲得受精能力，這一生理現象稱為“精子獲能”精子獲能的原因：精液由精子和精漿組成，精漿中含有抑制精子獲能的物質，只有精子進入雌性動物的生殖道后，由生殖道分泌產生相關物質解除對精子的抑制，才能使精子獲得受精的能力。1、精子獲能的方法：①自然：直接利用雌性動物的生殖道②胚胎工程：培養(yǎng)在人工配制的獲能液Ca2＋載體肝素等精子獲能指精子獲得受精能力，而不是獲得能量。2、研究精子獲能機制的意義：實現了各種哺乳動物在體外條件下的獲能，為

的建立奠定了基礎。體外受精技術張明覺，美籍華人，生殖生物學家、育種學家和避孕藥的創(chuàng)始人。1951年發(fā)現“精子獲能”現象，為哺乳動物體外受精奠定了理論基礎。由于他在體外受精和胚胎移植研究中作出的重大貢獻，被人們譽為“試管嬰兒”的先驅。胚胎工程的理論基礎——受精1準備階段1——精子獲能胚胎工程的理論基礎——受精卵子的形成過程1、形成場所：在雌性動物的

內完成。卵巢卵泡中的卵母細胞在排卵前都處于

。卵細胞的形成是一個

的過程，有

次暫停不連續(xù)兩2、特點：性成熟后，受______刺激，繼續(xù)分裂減數分裂Ⅰ前期性激素③卵子成熟的場所：排出的卵子都要在________內進一步成熟。②不同動物排出的卵子成熟程度

：有的可能是________________，如馬、犬等；有的可能是________________，如豬、羊等；初級卵母細胞次級卵母細胞①卵子一般在排出

后才能被精子穿入。2-3h不同輸卵管④卵子具備與精子受精能力的時期：___________________期。胚胎工程的理論基礎——受精2準備階段2——卵子的準備MⅡ（減Ⅱ中期）思考：在進行體外受精操作時，需要對精子和卵子進行什么處理？精子——獲能處理；

卵子——培養(yǎng)成熟1.受精時，精子依次穿過了哪些結構？2.防止多精入卵的機制有哪些？3.精子入卵后，結構發(fā)生了哪些變化？4.卵細胞受精的標志是什么？受精完成標志是？胚胎工程的理論基礎——受精【任務一】觀看視頻，思考以下幾個問題：3受精階段胚胎工程的理論基礎——受精3受精階段獲能后的精子與卵子在

相遇釋放多種酶（頂體酶）溶解卵細胞膜外的一些結構（如透明帶）借助精子自身運動精子接觸卵細胞膜頂體反應第1步：精子穿越卵細胞膜外結構（放射冠和透明帶）放射冠透明帶細胞核卵細胞膜受精作用輸卵管第2步：透明帶反應在精子觸及卵細胞膜的瞬間，卵細胞膜外面的透明帶會迅速發(fā)生生理反應，

。阻止多精入卵的第一道屏障精子入卵后，

會立即發(fā)生生理反應，拒絕其他精子再進入卵內。阻止多精入卵的第二道屏障第4步：卵細胞膜反應第3步：精子入卵精子外膜與卵細胞膜融合，精子入卵。3受精階段阻止后來的精子進入透明帶卵細胞膜第5步：雌雄原核的形成①雄原核的形成：精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜，形成一個比原來精子的核還大的核，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

，排出第二極體，形成雌原核。雄原核第一極體放出的第二極體卵子完成減數分裂Ⅱ輸卵管精子入卵激活后發(fā)生場所：發(fā)生時間：雌原核注意：雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來的核，而是在原來細胞核的基礎上形成的新核，原核膜已破裂。多數哺乳動物的第一極體不進行減數分裂Ⅱ3受精階段減Ⅱ第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成雌、雄原核充分發(fā)育相向移動，彼此靠近核膜消失，形成含有兩個染色體組的合子，受精卵形成雌、雄原核靠近核膜消失，第一次卵裂即將開始3受精階段兩個極體雌雄原核受精的標志：a.觀察到兩個極體（透明帶和卵細胞膜之間）b.觀察到雌、雄原核。受精完成的標志：雌、雄原核融合形成合子核遺傳物質:精子和卵子各占一半質遺傳物質:幾乎全部來自卵子受精卵的遺傳物質準備階段準備階段1：精子獲能準備階段2：卵子的準備：精子穿越卵細胞膜外的結構（放射冠和透明層）透明帶反應(阻止多精入卵的第一道屏障)精子接觸卵細胞膜精子入卵(進入卵細胞膜)卵細胞膜反應(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階段(受精的標志：觀察到兩個極體或雌、雄原核)——受精完成的標志雌性動物生殖道人工配制的獲能液在輸卵管內發(fā)育到MⅡ期保證受精卵中的遺傳物質與親代體細胞一致，從而保證了遺傳的穩(wěn)定性。3受精作用小結(1)圖中a、b、c表示細胞分裂，依次為

，在精子與卵子結合過程中完成的分裂是

(填“a”“b”或“c”)。圖中的p、q表示的結構依次是

。c過程發(fā)生的場所為

。1.觀察家畜卵子的發(fā)生和成熟示意圖，思考并回答下面的問題：有絲分裂、減數分裂Ⅰ、減數分裂Ⅱc透明帶、卵細胞膜輸卵管(2)卵子成熟后，即可進行受精，判斷卵子受精的標志是_______________________________________。可以觀察到兩個極體(或觀察到雌、雄原核)鞏固練習(1)寫出圖中字母表示的結構名稱。a.

,b.

,c.

。

2.下圖為哺乳動物受精過程示意圖,請據圖回答下列問題。

(2)該過程發(fā)生的場所是

,能體現受精作用實質的是圖中的

過程。透明帶雄原核雌原核輸卵管④(3)在精卵相遇之前,精子在雌性動物生殖道內發(fā)生相應的生理變化,具有了受精能力,這個過程叫

。卵子一般排出后都要在

中進一步成熟,當達到

時,才具備與精子受精的能力。精子獲能輸卵管減數分裂Ⅱ中期(或MⅡ期)鞏固練習次級卵母細胞受精2細胞期4細胞期8細胞期受精卵桑葚胚囊胚著床，原腸胚1.場所：2.分裂方式：輸卵管和子宮有絲分裂胚胎工程的理論基礎——胚胎早期發(fā)育人卵細胞受精到受精卵卵裂后植入的過程受精卵2細胞4細胞8細胞桑葚胚囊胚原腸胚卵裂（期）1.卵裂項目變化每個細胞體積DNA總量每個細胞內的DNA總量有機物總量物質種類減小增多不變減少增多受精卵→桑葚胚①時期：②場所：③特點：在透明帶內細胞數量

胚胎總體積

不斷增加并不增加胚胎工程的理論基礎——胚胎早期發(fā)育細胞進行代謝分解有機物2.桑葚胚：

當卵裂產生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。①概念：受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚桑葚胚桑葚②特點：這一階段及之前的每一個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，每個細胞都具有全能性，屬于全能性細胞。胚胎工程的理論基礎——胚胎早期發(fā)育桑葚胚通常有32個細胞左右。桑葚胚3.囊胚：①特點：細胞開始分化（細胞的結構、功能出現差別）桑葚胚→囊胚形成（聚集在胚胎一端的細胞）（沿透明帶內壁擴展和排列的細胞）具有全能性內細胞團滋養(yǎng)層囊胚腔發(fā)育成胎盤和胎膜發(fā)育成胎兒的各種組織②結構：囊胚擴大→孵化孵化：囊胚進一步擴大會導致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫做孵化。透明帶胚胎工程的理論基礎——胚胎早期發(fā)育4.原腸胚：①特點：受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚②結構：出現胚層分化逐漸分化形成各種組織、器官等表面的細胞層向內遷移的細胞內外兩個胚層之間中胚層：外胚層：內胚層：全能細胞細胞分化幼體繼續(xù)分化出生發(fā)育性成熟個體孵化卵裂期胚胎發(fā)育胚后發(fā)育個體發(fā)育內細胞團滋養(yǎng)層細胞囊胚腔外胚層中胚層內胚層拓展：胚胎發(fā)育vs個體發(fā)育討論：(1)表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高?馬的胚胎進人子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。思考·討論

不同動物受精卵發(fā)育的比較（2）將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應選擇至少發(fā)育到什么階段的胚胎?如果換成牛又該怎樣處理?小鼠應選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8~16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植。思考·討論

不同動物受精卵發(fā)育的比較(3)不同動物胚胎進入子宮所處的時期不同，這個胚胎工程提供了什么啟示？體外受精形成的胚胎，發(fā)育到一定階段方可移植到子宮中。

思考·討論

不同動物受精卵發(fā)育的比較1.判斷下列有關哺乳動物受精的表述是否正確。（1）在自然條件下，受精在子宮中完成。（

）（2）精子需要獲能才能與卵子結合，而卵子一經排出就具備受精能力。（

）（3）精子入卵后，卵細胞膜會發(fā)生反應阻止其他精子入卵。（

）2.下列有關哺乳動物早