2.3.1胚胎工程的理论基础课件（共32张PPT、含1份视频）2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

(共32张PPT)
第2章 细胞工程
第3节 胚胎工程
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。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。
良种荷斯坦奶牛
从社会中来
1.怎样让引进的少量的良种奶牛快速、大量繁殖呢
通过动物体细胞核移植技术生产大量克隆牛
目前人类对克隆技术的应用还存在许多问题：例如成功率低、理论研究较为滞后、健康问题等
良种荷斯坦奶牛
从社会中来
1.怎样让引进的少量的良种奶牛快速、大量繁殖呢
提高优良奶牛品种的出生率
2.如何提高进口优良奶牛的出生率呢
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。
———胚胎工程
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。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。
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。
1.常用技术：
体外受精、胚胎移植、胚胎分割
在体外条件下，对动物_________和_____________条件进行的模拟操作。
2.工程实质：
操作对象
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
胚 胎 工 程
自然受精
早期胚胎发育
3.理论基础：
一、胚胎工程的理论基础
1
受精
2
胚胎早期发育
01
受 精
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
受精是在_______内完成
1.概念:
指_____和______结合形成_____(即_______)的过程。
精子
受精卵
卵子
合子
2.场所:
输卵管
3.过程：
包括受精前的_____阶段和_______阶段。
准备
受精
(雄性动物)从_______到_______________。
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
精子的发生是在____ 内的_________中完成。
睾丸
初情期
曲细精管
生殖机能衰退
1.精子的形成
曲细精管的组织细胞
（1）场所:
（2）时期:
(3)过程：
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精子细胞
精子
有丝分裂
减Ⅰ分裂
减Ⅱ分裂
间期
变形
精子的变形过程
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
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
1.精子的形成
高尔基体——
细胞核——
中心体——
线粒体——
细胞内其他物质——
精子头的主要部分
头部的顶体(内含多种酶)
精子的尾
线粒体鞘(尾的基部)
原生质滴(最后脱落)
成熟精子的结构
（1）外形似蝌蚪，分__、__、__、三大部分。
（2）不同种动物精子的形态____，大小略有____，与动物的体形大小________。
头 颈 尾
相似
不同
无关
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
1.精子的形成
雄性动物刚刚排出的精子能立即与卵子受精吗？
不能
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
——准备阶段1：精子获能
2.精子的获能
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在_________________发生_______________后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”
雌性动物的生殖道
相应的生理变化
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
（1）概念：
（2）研究精子获能机制的意义：
（3）获能方法：
①直接利用雌性动物的生殖道，使精子获能；
②将精子培养在人工配制的获能液中，使其获能等。
获能液的成分因动物种类不同有所差异,常见的有肝素，钙离子载体等。
（一般不进行MⅡ）
有丝分裂
MⅠ
卵原细胞
第一极体
MⅡ
卵子
第二极体
退化消失
受精
初级卵母细胞
次级卵母细胞
合子
胎儿时期
多个卵原细胞
染色体复制
初情期
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
3.卵子的形成
（1）过程:
（2）时期:
（3）场所:
胎儿时期场所：
初情期场所：
卵巢
输卵管
输卵管
卵巢
子宫
排卵
排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
排卵：卵子从卵泡中排出。
卵子：一般指雌性动物的生殖细胞。
第一极体
卵母细胞膜
卵丘细胞
卵母细胞核
透明带
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
3.卵子的形成
排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
输卵管
卵巢
子宫
卵泡：由初级卵母细胞和周围的卵泡细胞组成。
雌性动物刚刚排出的卵子能立即与获能的精子受精吗？
不能
（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
（5）具备受精能力的卵子结构
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
（一）受精
一、胚胎工程的理论基础
——准备阶段2：卵子的准备
4.卵子的准备
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
顶体释放出多种酶，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、胚胎工程的理论基础
（一）受精
——受精阶段
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵。
第一次卵裂即将开始
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。
受精完成的标志：
雌雄原核融合形成合子
受精的标志：
观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）或者观察到雌雄原核
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。
一、胚胎工程的理论基础
（一）受精
——受精阶段
02
胚胎早期发育
1、场所：
输卵管、子宫
2、过程：
（二）胚胎早期发育
一、胚胎工程的理论基础
20
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵裂期
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，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
1.卵裂期
③分裂方式：
项目 变化
细胞数目
胚胎的总体积
每个细胞体积
DNA总量
每个细胞内的DNA总量
有机物总量
增加
减小
增多
不变
减少
不增加
有丝分裂
（二）胚胎早期发育
一、胚胎工程的理论基础
①概念：
②场所：
透明带内
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
桑椹胚
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。
每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，
属于全能细胞。
02
（二）胚胎早期发育
一、胚胎工程的理论基础
①概念：
②特点：
透明带
22
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
3.囊胚
内细胞团
囊胚腔
滋养层
囊胚
透明带
（二）胚胎早期发育
一、胚胎工程的理论基础
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
23
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
3.囊胚
细胞开始分化
内细胞团
滋养层细胞
囊胚腔
——发育成胎儿的各种组织
——发育成胎膜和胎盘
内细胞团
囊胚腔
滋养层
囊胚
透明带
具有全能性
孵化：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，这一过程叫做孵化。
孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。
（二）胚胎早期发育
一、胚胎工程的理论基础
②特点：
③结构：
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑椹胚
囊胚
原肠胚
4.原肠胚
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：
原肠胚
——出现胚层分化
一、胚胎工程的理论基础
（二）胚胎早期发育
原肠胚
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
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表。
不同动物受精卵发育的比较
注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。
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？
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。
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。
1. 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
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。
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。
不同动物受精卵发育的比较
小结and拓展：胚胎发育 vs 个体发育
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
（原肠腔）
练习与应用
一、概念检测（P59）
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)精子人卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子人卵。( )
×
×
√
练习与应用
一、概念检测（P59）
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（P59）
练习与应用
1.精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，为什么细胞核与线粒体都保留了下来？
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
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，但主要是在子宫和输卵管中。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);精子表面脱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，由生殖道分泌产生一些物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。
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人卵的两道重要屏障: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人卵之后。如果学生查阅专业书籍，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;在精子和卵细胞识别后会发生一些反应，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。