(共27张PPT)
第3节 胚胎工程
一 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。
良种荷斯坦奶牛
从社会中来
胚胎工程: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。
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等
操作对象:
技术手段:
生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
工程实质:
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
理论基础:
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律
(一)概念:
受精是_____和_____结合形成_____的过程
精子
卵子
合子
(二)场所:
输卵管内
(三)过程:
包括________________和________。
受精前的准备阶段
受精阶段
一、受精
精原细胞
精子
卵原细胞
第一极体
第二极体
卵细胞
即精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后,才能获得受精能力的现象。
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,被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
A. 使精子获能的方法有直接利用雌性动物
生殖道使精子获能;将精子培养在人工配
制的获能液中使其获能等。
B. 获能液的成分因动物种类不同而有差异,
常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。
一、受精
1、准备阶段1—精子获能
头
颈
线粒体鞘
尾
成熟精子结构和几种主要家畜的精子示意图
一、受精
1、准备阶段1—精子获能
③精子头出现
④细胞质浓缩
①顶体的发生
②尾的发育
⑤精子形成
C.精子的变形过程
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
具备受精能力的卵子结构
2、准备阶段2—卵子的准备
(1)卵子一般在排出______后才能被精子穿入
(2)动物排出的卵子成熟程度不同:
有的可能是____________,如马、犬等;
有的可能是____________,如猪、羊等;
(3)卵子成熟的场所:
排出的卵子都要在________进一步成熟
(4)卵子具备与精子受精能力的时期:
2-3h
初级卵母细胞
次级卵母细胞
输卵管内
MⅡ
一、受精
一、受精
2、准备阶段2—卵子的准备
3、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,以溶解这些结构
精子接触卵细胞膜
透明带反应
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
卵细胞膜反应
精子触及卵细胞膜的瞬间,透明带会迅速发生生理反应,阻止后来的精子进入透明带
精子入卵后,卵细胞膜会立即发生生理反应,拒绝其他精子再进入卵内
防止多精入卵的两个屏障
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,最后形成一个比原来精子的核还大的核,叫做雄原核。
雄原核
雌原核
放出第二极体
第一极体
一、受精
核膜消失,形成受精卵。
雌、雄原核靠近
第一次卵裂即将开始
受精的标志:
观察到两个极体或雌、雄原核。
受精完成的标志:
雌雄原核形成合子
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。
一、受精
3、受精阶段
受精阶段“四步曲”
一、受精
受孕过程是指精子与卵子相遇、受精,受精卵再经输卵管输送到子宫腔内这个过程。即输卵管壶腹部等待受精。卵子的存活时间约为24小时。
(一)场所:
输卵管和子宫
原肠胚
受精卵
卵裂
桑椹胚
囊胚
原肠胚
(二)过程:
二、胚胎早期发育
1、卵裂
(1)概念:
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,胚胎总体积并不增加,这种受精卵的早期分裂称为卵裂
(2)场所:
透明带内
(3)分裂方式:
有丝分裂
(4)特点:
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
2、桑葚胚
(1)概念:
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。
(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,属于全能细胞。
3、囊胚
(1)概念:
胚胎进一步发育,细胞开始出现____,形成________、______;随着胚胎进一步发育,胚胎内部出现了含有____的囊腔—______,这个时期的胚胎叫做囊胚;
分化
内细胞团
滋养层
液体
囊胚腔
(2)特点:
细胞开始出现分化
二、胚胎早期发育
(3)结构
内细胞团
囊胚腔
滋养层
内细胞团:
滋养层:
囊胚腔:
将来发育成胎儿的各种组织
沿透明带内壁扩展和排列,
将来发育成胎膜和胎盘
(4)孵化:
囊胚进一步扩大,会导致_______破裂,胚胎从_______中________,这一过程叫做孵化
透明带
伸展出来
透明带
①概念:
②意义:
孵化非常重要,如果不能正常孵化,胚胎就无法继续发育
4、原肠胚
结构
外胚层:
内胚层:
中胚层:
表面的细胞层
向内迁移的细胞
内外两个胚层之间
逐渐分化形成各种组织、器官等
二、胚胎早期发育
不同动物受精卵发育的比较
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
思考·讨论
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高?
马的胚胎进入子宫时,发育程度最高,它处于囊胚阶段
思考·讨论
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
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?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而研究,会为胚胎工程提供理论基础?
人们正是在认识自然受精和早期胚胎发育的规律的基础上,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中完成受精,获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育等
拓展——胚胎发育和个体发育
课堂建构
一、概念检测
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
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。
1.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。
课堂演练
透明带
雄原核
雌原核
输卵管
④
(1)写出图中字母表示的结构名称。a. , b. , c. 。
(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)
2.下图是某种哺乳动物生殖和发育过程的图解,请据图回答下列问题。
(1)写出A、B所示生理过程的名称。A , B 。 (2)在A过程中卵子的形成需要经过两次分裂,减数分裂Ⅱ是在 的过程中完成的。 (3)B过程是在雌性动物的 中完成的。精、卵结合过程中,阻止多精入卵的两道屏障分别是 和 。 (4)在C过程中,细胞分裂的方式是 分裂,在发育过程的 期,胚胎突破透明带。
课堂演练
减数分裂
受精
精、卵结合
输卵管
透明带反应
卵细胞膜反应
有丝
囊胚
3.(不定项)下图为某二倍体哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图,下列叙述正确的是( )
A.下丘脑、垂体分泌的相关激素参与该哺乳动物次级卵母细胞的形成B.受精作用促进次级卵母细胞完成减数分裂ⅡC.细胞Ⅳ的卵细胞膜和透明带之间出现两个极体时,说明卵子已经开始受精D.个体性成熟后在排卵期,在相关激素的作用下完成细胞Ⅰ→细胞Ⅱ
ABC
课堂演练
4.(不定项)下面为不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间表,依据下表分析错误的是( )
动物种类 发育阶段 2细胞/h 4细胞/h 8细胞/h 16细胞/h 桑葚胚/h 进入子宫时受精卵的发育时间/d
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6
A.小鼠胚胎进入子宫时的发育程度比牛的低B.在体外将马胚胎移植到子宫时应选择16细胞阶段C.受精卵发育的阶段顺序为2细胞→4细胞→8细胞→16细胞→桑葚胚D.2细胞→4细胞→8细胞→16细胞发育阶段进行的是有丝分裂
AB
课堂演练