2.3.1 胚胎工程的理论基础 课件-2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3(共57张PPT)

(共57张PPT)
From society
00
从社会中来
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。能不能让引进的两种奶牛快速、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？
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。
Embryo engineering
00
胚胎工程
为什么进行要胚胎工程？
哺乳动物自身繁殖率低
畜牧业上需要快速大量繁殖良种家畜
体外受精
早期胚胎培养
胚胎分割
胚胎移植
短内时间内可产生大量后代
胚胎工程
Embryo engineering
00
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。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
操作对象
目的
技术种类
操作水平
主要集中在细胞水平上
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
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
胚胎形成经过了哪些过程？
受精和早期胚胎发育的基本过程是怎样的？
胚胎工程的理论基础
CONTENTS
目录
受精
Fertilization
01
胚胎早期发育
Early embryonic development
02
习题巩固
Exercises to consolidate
03
受精
Fertilization
PART 01
Fertilization
01
受精
受精
定义
阶段
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
场所
输卵管内
Fertilization
01
受精
精子的发生
(1)场所：在雄性动物的 内完成。
(2)时期：从 开始到 衰退。
睾丸
初情期
生殖机能
精细胞
次级精母细胞
初级精母细胞
大量精原细胞
精子
精原细胞
有丝 分裂
染色体复制
减Ⅰ
减Ⅱ
变形
减数分裂前
减数 分裂
变形
曲细精管
附睾
输精管
精子的形成过程
精原细胞（1个，间期）
染色体复制
初级精母细胞（1个，减Ⅰ）
有同源染色体（2N）
次级精母细胞（2个，减Ⅱ）
无同源染色体（N）
精细胞（4个）
精子（4个，2种）
变形
Fertilization
01
受精
②尾的发育
⑤精子形成
③精子头出现
④细胞质浓缩
①顶体的发生
Fertilization——The structure of mature sperm
01
受精——成熟精子的结构
头
颈
线粒体鞘
尾巴
成熟精子含有的细胞质很少
细胞核（主要部分）
高尔基体（顶体）
中心体
(尾的基部)
细胞内其他物质——原生质滴(球状,最后脱落)
Fertilization——The structure of mature sperm
01
受精——成熟精子的结构
思考：精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，
而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？
（1）细胞核是精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，
它参与受精过程。
（2）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。
Fertilization——Capacitation
01
受精——精子获能
张明觉
1951年，他发现“精子获能”的生理现象。同年，澳大利亚学者奥斯汀博士也在实验中发现相同现象。国际生理学界把他们俩的研究成果命名为“张—奥原理”。这一现象的发现解开了精卵受精之谜，为哺乳类卵子体外受精的成功，奠定了理论基础。
1959年，他首次成功地把兔子的精子和卵子在体外结合，再放回到兔子子宫里，体外受精的卵子发育正常，文章发表在1959年的《自然》杂志上。正是他的研究，促成了第一个试管婴儿的诞生，因此，张明觉博士也被誉为“试管婴儿的先驱”。
Fertilization——Capacitation
01
受精——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
发生 后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”
生殖道
相应的生理变化
（2）研究精子获能机制的意义：
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
Fertilization——Capacitation
01
受精——精子获能
研究精子获能机制
找到精子在体外获能的方法
实现哺乳动物精子体外获能
为体外受精奠定了重要基础
直接利用雌性动物的生殖道使精子获能
将精子培养在人工配制的获能液中使其获能
获能液中的有效成分有：肝素、Ca2+载体等。
精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
Fertilization——Ovum preparation
01
受精——卵子的准备
卵子的发生
卵巢
性别分化
卵原细胞
初级卵母细胞
第一极体
第二极体
第二极体
第二极体
间期
减Ⅰ
减Ⅱ
减数分裂前
退化消失
原始卵泡
成熟卵泡
黄体
次级卵母细胞
(1)场所：在雌性动物的 内完成。
(2)时期：动物的胚胎在 以后。
卵细胞
次级卵母细胞
Fertilization——Ovum preparation
01
受精——卵子的准备
原始卵泡
成熟卵泡
黄体
次级卵母细胞
排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
卵子从卵泡中排出
正常情况下，一个卵巢中有多个卵泡，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
卵细胞的形成过程
卵原细胞
MI初级卵母细胞
联会
细胞质不均等分裂
卵细胞的形成过程
MII次级卵母细胞
第二极体
卵细胞
第一极体
均等分裂
不均等分裂
卵细胞获得较多的细胞质,可为受精后形成的受精卵和早期胚胎发育提供足够的物质和能量
Fertilization——Ovum preparation
01
受精——卵子的准备
①不同动物排出的卵子成熟程度不同
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞
猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞
马、犬排卵
猪、羊排卵
Fertilization——Ovum preparation
01
受精——卵子的准备
②卵子的成熟
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
马、犬排卵
猪、羊排卵
MⅡ(中)期卵母细胞
发育
排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时，才具备与精子受精的能力。
Fertilization——Ovum preparation
01
受精——卵子的准备
②卵子的成熟
MⅡ(中)期卵母细胞
透明带
卵细胞膜
核
（纺锤体—染色体复合物）
第一极体
成熟卵母细胞
卵子一般在排出 后才能被精子穿入。
2-3h
Fertilization
01
受精
第1步：精子穿越卵细胞膜外结构
顶体反应
获能后的精子与卵子在输卵管相遇
释放多种酶（顶体酶）
溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带）
借助精子自身运动
精子接触卵细胞膜
Fertilization
01
受精
第2步：透明带反应
在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。
阻止多精入卵的第一道屏障
Fertilization
01
受精
第3步：精子入卵
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。
阻止多精入卵的第二道屏障
第4步：卵细胞膜发生生理反应
精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。
Fertilization
01
受精
第5步：雌雄原核的形成
雄原核的形成：
精子如卵后，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。
雌原核的形成：
精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。
雄原核
雌原核
第一极体
放出的
第二极体
Fertilization
01
受精
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
Fertilization
01
受精
受精的标志
放出的第二极体
第一极体
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ
雄原核
雌原核
观察到两个极体或者雌、雄原核。
受精完成的标志：
雌雄原核形成合子
Fertilization
01
受精
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
刚排出的精子必需在雌性动物的生殖道发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为“精子获能”
卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟，到MⅡ期，才具备与精子受精的能力
精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道；将精子培养到获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核
雌雄原核靠近
核膜消失
Fertilization
01
受精
第1步：精子穿越卵细胞膜外结构
第2步：透明带发生生理反应
第3步：精子入卵
第4步：卵细胞膜发生生理反应
第5步：雌雄原核的形成
第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成
阻止多精入卵的两道屏障
01
习题巩固
Exercises to consolidate
1.下图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵
的过程，下列叙述错误的是（ ）
A.图中X指卵细胞膜反应，
Y指卵子的减数第二次分裂
B.经图中Y过程只形成了雌原核
C.精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D.精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶
B
01
习题巩固
Exercises to consolidate
2.精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后，顶体膜与精子细胞膜融合，释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列叙述正确的是( )
A.顶体内储存的溶酶体酶是在精子的溶酶体中合成的
B.精子游向卵子所需的能量来自线粒体和细胞质基质
C.顶体膜和精子细胞膜融合体现了生物膜的选择透过性
D.受精卵中的遗传物质一半来自父方另一半来自母方
B
01
习题巩固
Exercises to consolidate
3.下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子( 　　)
C
透明带和卵细胞膜之间的两个极体是不同的，分别是第一极体和第二极体
胚胎早期发育
Early embryonic development
PART 02
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
次级卵母细胞
受精
2细胞期
4细胞期
8细胞期
桑葚胚
囊胚
1.场所
输卵管、子宫
2.分裂方式
有丝分裂
卵裂
胚胎发育早期，有一段时间在透明带内进行，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不断增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
原肠胚
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
卵裂
(细胞未分化)
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
项目 变化
细胞数目
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
胚胎总体积
增多
减小
增多
不变
减少
增多
卵裂期的特点
不增加或略有减小
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
桑葚胚
当卵裂产生的子细胞数目达到32个，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。
桑葚胚
桑葚
每个细胞具有全能性，属于全能性细胞。
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
囊胚
内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。
内细胞团
滋养层
囊胚腔
透明带
发育
胎盘和胎膜
发育
胎儿的各种组织
滋养层细胞已经分化
细胞开始出现分化
内细胞团细胞具有全能性
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
孵化
内细胞团
滋养层
囊胚腔
透明带
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。
如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。
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。
由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统。
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
原肠胚
滋养层
内胚层
外胚层
原肠腔
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
Early embryonic development
02
胚胎早期发育
原肠胚
外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官
中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统
内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体
Comparison of fertilized egg development in different animals
02
不同动物受精卵发育的比较
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 桑装胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38 50 50 60 60 70 68 80 3 桑建胚
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。
Comparison of fertilized egg development in different animals
02
不同动物受精卵发育的比较
讨论1. 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
比较而言，马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。
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，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
Comparison of fertilized egg development in different animals
02
不同动物受精卵发育的比较
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。
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。
03
习题巩固
Exercises to consolidate
3.(2019·南通质检)关于桑椹胚和囊胚的比较，以下说法错误的是
A.桑椹胚的各细胞结构、功能基本相同
B.囊胚期细胞分化是由于遗传物质突变引起的
C.囊胚期的细胞出现了分化，但遗传物质未发生改变
D.囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异不是复制水平上的差异，而是转录水平上的差异引起的
√
03
习题巩固
Exercises to consolidate
4.下列关于蛙胚胎发育过程的叙述，正确的是
A.通过细胞分裂不断增加细胞数量，并在一定时期发生细胞分化
B.胚胎发育过程中细胞不断分裂，但不发生凋亡
C.随着细胞分裂次数的增加，蛙胚的有机物总量不断增加
D.发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐增加
√
03
课堂小结
Brief summary
03
课堂小结
Brief summary
(2)个体发育过程中，从囊胚阶段开始出现细胞分化，但此阶段细胞的全能性仍很高，可用于胚胎分割。
(3)原肠胚阶段是个体发育过程中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿于生物整个个体发育过程中。
(4)早期胚胎发育的营养物质来自卵黄，
发育后期通过胎盘从母体吸收。
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
MⅡ期具备受精能力
雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核
雌雄原核靠近
核膜消失
桑葚胚
受精卵
每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织
囊胚
原肠胚
卵裂
细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加
孵化
内细胞团
滋养层
组成个体的各种组织细胞
胎盘、胎膜等胚外组织细胞
外胚层内胚层中胚层
课堂小结
习题巩固
Exercises to consolidate
PART 03
03
习题巩固
Exercises to consolidate
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。
（ ）
×
×
√
03
习题巩固
Exercises to consolidate
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
03
习题巩固
Exercises to consolidate
3.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。
提示：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。
03
习题巩固
Exercises to consolidate
4.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
生殖道对精子具们初步的师选作用。在经雄性动物生殖道的一些屏障后，只有少数活动力强的精子呢到达受精部位；在精子和卵细胞识别后会发生一些反应，如细胞表面的精子识别受体很快发生了修饰，使后来的精子表面的卵细胞结合蛋白不能识别受体。
防止躲进入卵的其他机制
03
习题巩固
Exercises to consolidate
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人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。但主要是在子官和输卵管中。精子的获能涉及以下变化： 雌性动物生殖道分部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解);精子表血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。
精子获能的机制
课时作业
THANK YOU