2.3.1 胚胎工程的理论基础 课件（共26张PPT）

(共26张PPT)
第2章 第3节 一、胚胎工程的理论基础
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量的主要因素，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，能不能让引进的良种奶牛快速、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？
【答案】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，然后胚胎移植给
其他品种代孕母牛生下后代。
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。
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
任务一 ：胚胎工程的概念
体内受精和早期胚胎发育
2、卵子的发生
3、受精作用
囊胚
4、胚胎发育
1、精子的发生
受精卵
任务二 ：受精前的准备
精子的形成
精子的发生是在睾丸完成的
雄性动物从初情期至生殖机能衰退，睾丸曲细精管不断进行生殖细胞的增殖
曲细精管为高度弯曲的上皮状管道，每个睾丸小叶中含有1-4条
1.场所
头
颈
线粒体鞘
尾
*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.成熟精子的结构
（细胞核）
（中心体）
顶体（高尔基体）
细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。
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？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？
线粒体则是精子有氧呼吸产生能量的场所。
精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘，可以为精子的运动提供能量，使其能够到达卵子处完成受精。
问题讨论:
卵细胞的形成
1.场所
卵子发生在卵巢完成
胚胎性别分化后，雌性胎儿卵巢内卵原细胞通过有丝分裂增加数量
卵原细胞可进一步形成初级卵母细胞
初级卵母细胞被卵泡细胞包围形成卵泡
哺乳动物卵泡的形成与在卵巢内储备在出生前完成，与精子形成不同
卵巢示意图
精子和卵子的结构
2.形态
卵细胞结构图
卵细胞是哺乳动物体内最大的细胞，大约是精子体积的100倍。其直径可达0．125-0．15毫米，和人的头发尖的直径差不多。
卵子是通过减数分裂形成的，第一次减数分裂在卵巢内完成，经过排卵过程，即将次级卵母细胞及外周的透明带和放射冠排出，倘若次级卵母细胞遇到精子，再结合过程中进行减数第二次分裂，成为真正意义上的卵细胞。
1、一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
2、排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
3、刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？
问题讨论:
刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步成熟到减数第二次分裂中期。
正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子
指卵子从卵泡中排出。
排出的卵子是在输卵管内与精子受精的
排卵
排卵
指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。
1.概念：
3.过程:
2.场所:
受精前的准备阶段
受精阶段
任务三、受精的过程
输卵管
准备阶段1：精子获能
准备阶段2：卵子的准备
精子获能现象的发现
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”。
刚刚排出的精子不能立即与卵细胞受精，必须在雌性动物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。
方 法
①利用雌性动物的生殖道让精子获能。
②将精子培养在人工配置的获能液中使其获能等。
精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
精子获能
场所
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。
动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。
但他们都要在输卵管内进一步发育成熟，到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。
卵子的准备
卵细胞
卵泡
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
1．精子穿过卵细胞膜外的结构
2．精子接触卵细胞膜
4．雌雄原核靠近
5．核膜消失，第一次卵裂即将开始
3．精子入卵形成雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核
雄原核
第一极体
雌原核
释放第二极体
顶体反应
透明带反应
卵质膜反应
受精过程
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。
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
受精过程
雌、雄原核靠近
核膜消失，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：
雌雄原核形成合子
受精的标志：
观察到两个极体或者雌、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。
任务四、胚胎早期发育过程及其主要特点
1.场所：
输卵管、子宫
2.方式：
有丝分裂
卵裂
(细胞未分化)
3.过程：
受精卵
卵裂
桑椹胚
囊胚
原肠胚
卵裂的特点：
细胞数目：
每个细胞体积：
DNA总量：
每个细胞内的DNA数：
有机物总量： ；有机物种类：
胚胎总体积：
不断增加
不断减小
不断增加
不变
减少
增加
并不增加
桑葚胚:（未分化）
1.概念：
2.特点：
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。
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。
胚胎细胞数目32个左右
桑葚胚
桑葚
囊胚:（已分化）
1.概念：
2.特点：
3.结构：
胚胎进一步发育，细胞开始出现分化，形成内细胞团、滋养层；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔—囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚。
内细胞团
滋养层
囊胚腔
透明带
细胞开始出现分化
内细胞团
滋养层
囊胚腔
发育
胎儿的各种组织
内细胞团具有全能性
发育
胎盘和胎膜
滋养层细胞已经分化
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。
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。
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。
滋养层
内胚层
外胚层
原肠腔
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
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】
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？
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。
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）
课堂小结