(共37张PPT)
第3节 胚胎工程
胚胎工程的理论基础
第二章 细胞工程
第一课时
以精子和卵细胞的结构为例，阐述细胞的结构与功能的适应。
以过程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程。
学习目标
生命观念
科学思维
来源 | 央视纪录片《种子 种子》
良种荷斯坦奶牛
从社会中来
奶牛品种对奶牛的产量影响很大，而一头成年奶牛需数万元。
可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？
思考
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。
胚胎工程
Embryo Engineering
操作对象：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。
1
技术手段：体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。
2
理论基础：哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。
3
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。
4
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
概念
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
场所
输卵管内。
过程
受精前的准备阶段
受精阶段
准备阶段Ⅰ— 精子获能
准备阶段Ⅱ — 卵子的准备
01 / 哺乳动物的受精
准备阶段1-精子获能
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
人的睾丸和精子示意图
曲细精管
精原细胞形成成熟精子的过程
1.场所
2.时期
睾丸的曲细精管
初情期
生殖机能衰退
准备阶段1-精子获能
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
精原细胞形成成熟精子的过程
3.过程
三个阶段
1
精原细胞
有丝分裂
大量精原细胞
部分细胞染色体复制
初级精母细胞
2
初级精母细胞
MI
2个次级精母细胞
MII
4个精子细胞
3
精子细胞
变形
精子
①顶体的发生
②尾的发育
③精子头出现
④细胞质浓缩
⑤精子形成
准备阶段1-精子获能
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
精原细胞形成成熟精子的过程
4.精子变形的过程和成熟精子结构
细胞核
高尔基体
细胞质
线粒体
发育中的顶体
中心体演变成尾
顶体
尾
头
线粒体鞘
原生质滴
准备阶段1-精子获能
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
精原细胞形成成熟精子的过程
4.精子变形的过程和成熟精子结构
成熟精子结构
1
2
3
4
5
1
2
3
顶体（_________）
高尔基体
头（_______）
细胞核
颈
4
线粒体鞘（______）
线粒体
5
尾（_______）
中心体
细胞内其他物质——原生质滴 (球状,最后脱落)
成熟精子含有的细胞质很少
准备阶段1-精子获能
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
颈
线粒体鞘
尾
头
*在雌性生殖道内，有些化学物质会使精子的头部发生一定的变化，使精子具有真正的受精能力。
精子头部有去能因子，抑制了它的受精能力？
*将精子培养在人工配制的获能液中使其获能。
体外受精？
准备阶段1-精子获能
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。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。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。
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
1951年发现“精子获能”现象，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
生殖生物学家
育种学家
避孕药创始人
张明觉
美籍华人
精子获能
准备阶段1-精子获能
精子获能
1.概念
2.获得方法
3.研究精子获能机制的意义
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”。
不是获得能量
（1）直接利用_________________使精子获能；
（2）将精子培养在__________________中使其获能；
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
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。
实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为___________的建立奠定了基础。
体外受精技术
准备阶段1-精子获能
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
1951年，张明觉发现“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”。
准备阶段2-卵子的准备
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
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。
1
原始卵泡
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
2
黄体
3
成熟卵泡
4
次级卵母细胞
2
3
4
1
准备阶段2-卵子的准备
1.场所
卵巢(卵泡中)
2.时间
胚胎在性别分化后
3.过程
分裂过程不连续，有两次暂停。
黄体
空卵泡
未成熟的卵子
成熟卵泡
卵泡＝卵泡细胞＋未成熟卵细胞
卵子一般在排出______后才能被精子穿入。一些实验证据表明，卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程。
2-3h
卵细胞
卵泡
准备阶段2-卵子的准备
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
4.动物排出的卵子成熟程度不同
① 有的可能是_______________
② 有的可能是_______________
初级卵母细胞
次级卵母细胞
5.卵子成熟的场所
排出的卵子都要在__________进一步成熟。
卵子具备与精子受精能力的时期： .
输卵管内
MⅡ期
初级卵母细胞
次级卵母细胞+ 第一极体
MII期
马、犬
猪、羊、牛
成熟，具备受精能力
排卵（无受精能力）
准备阶段2-卵子的准备
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
① 精子穿过了哪些结构？释放了什么物质？
② 什么防止精子进入卵细胞？
③ 雌雄遗传物质有什么变化？如何结合？
受精阶段
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
1、精卵接触
1顶体反应
获能后的精子与卵子在输卵管相遇精子释放出多种酶以溶解卵细胞膜外的一些结构（透明带）
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。
防止多精入卵的第一个屏障
2透明带反应
受精阶段
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
2、精子入卵
卵细胞膜反应
防止多精入卵的第二个屏障
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。
受精阶段
基本概念
准备阶段1-精子获能
准备阶段2-卵子的准备
受精阶段
3、原核形成
① 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。
② 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
受精阶段
4、合子形成
受精的标志
观察到两个极体或者雌雄原核
人类和大部分哺乳动物：第一极体很少再进行第二次分裂，只有少部分哺乳动物的第一极体才会分裂形成两个第二极体；即使分裂，在实际操作中也不容易三个都同时观察到，但只要能看到两个极体，就足以说明问题。
受精完成的标志
雌雄原核形成合子
雌、雄原核充分发育，相向移动，彼此靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始。形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成
受精阶段
受精过程梳理
获能后的精子与卵子相遇时，发生顶体反应
形成精子穿越放射冠的通路
防止多精入卵的第一道防线
防止多精入卵的第二道防线
受精完成的标志
精子触及卵细胞膜的瞬间，发生透明带反应
精子入卵后，发生卵细胞膜反应
形成雌原核和雄原核
形成合子（受精卵）
机体在长期进化过程中形成的、用来保障本物种延续的机制
受精卵
受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂。
02 / 胚胎早期发育
桑椹胚
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
有丝分裂
卵裂
囊胚
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
原肠胚
过程
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_____
卵裂
透明带内
不断增加
并不增加
不断减小
不断增加
不变
减少
增加
1.概念
2.场所
3.分裂方式
卵裂
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。
有丝分裂
4.特点
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵
裂
2细胞
4细胞
8细胞
受精卵
桑葚胚
桑葚胚
桑葚胚
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵
裂
桑葚胚
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。
b：此时期每一个细胞都具有全能性，具有发育成完整个体的潜能
a：胚胎细胞数目在32个左右
囊胚
囊胚
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵
裂
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
1.概念
2.特点
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
细胞开始出现分化
囊胚
囊胚
囊胚
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵
裂
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
3.结构
4.孵化
内细胞团
滋养层
囊胚腔
将来发育成胎儿的各种组织
发育成胎膜和胎盘
*内细胞团细胞具有全能性
① 概念：囊胚进一步扩大，会导致_______破裂，胚胎从_______中________，这一过程叫做孵化
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。
透明带
伸展出来
透明带
囊胚
原肠胚
原肠胚
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
卵
裂
原肠胚
原肠腔
内胚层
滋养层
外胚层
结构
外胚层
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
内胚层
中胚层
胚胎早期发育过程梳理
桑葚胚
囊胚
原肠胚
胎儿形成
（内含囊胚腔）
（内含原肠腔）
受精卵
细胞未分化
由具有全能性细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑椹。
卵裂
细胞分化
内细胞团：发育成胎儿各种组织
滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘
滋养层 |外胚层 |中胚层 |内胚层 | 原肠腔
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。
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
几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间
注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间
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
马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段
表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
1
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
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。
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？
2
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
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？
3
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。
随堂练习
【1】下列关于受精的说法，正确的是( )。
A
A
精子获能后才能受精
B
受精卵中的核DNA主要来自卵细胞
C
到达输卵管中的卵子都是初级卵母细胞
D
精子和卵子的相互识别依赖细胞膜的功能特点
解析
受精卵中的核DNA一半来自卵细胞，一半来自精子，B错误；到达输卵管中的卵子可能是初级卵母细胞或次级卵母细胞，C错误；精子和卵子相互识别依赖细胞间的信息交流，精子和卵子的结合依赖细胞膜的结构特点（流动性），D错误。
随堂练习
【2】 下图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是( )。
C
A
图中①过程均在透明带中进行
B
由受精卵形成囊胚的过程中进行卵裂，每个细胞的体积不断增大
C
桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化
D
图中性成熟的个体是通过无性生殖获得的
解析
在囊胚期胚胎会进行孵化，透明带破裂，此后过程不在透明带中进行，A错误；由受精卵形成囊胚的过程中进行卵裂，细胞体积减小，B错误；图中性成熟的个体是由受精卵发育而来的，是通过有性生殖获得的，D错误。
受精卵
桑椹胚
囊胚
原肠胚
···
幼体
···
性成熟的个体
①
②
版权声明
版权声明
课件版权归属“一起课件”，仅可自用，不可传播，不得用作商业性使用，不得上传至百度文库、等盈利网站。任何侵权行为将被视为版权侵害，侵权者将承担一定的法律责任。2.3.1 胚胎工程的理论基础（同步练习）
一、选择题
1.下列有关胚胎工程的叙述，错误的是( )
A．胚胎工程操作的对象是生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
B．胚胎工程的理论基础是体内受精和胚胎移植
C．胚胎工程的结果是通过胚胎移植生产后代，满足人类的各种需求
D．胚胎工程技术包括有体外受精、胚胎移植和胚胎分割等
2.下列哪些过程发生在受精过程中( )
①获能后的精子与卵子相遇后，首先释放多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构
②释放的酶可使精子穿过放射冠、透明带、卵细胞膜
③卵子恢复并很快完成了减数第一次分裂
④精子和卵子的细胞核分别形成雄原核和雌原核
⑤透明带反应可以防止多精入卵的发生
A．①②⑤ B．①④⑤
C．②③④ D．②④⑤
3.在受精卵中，来自精子和卵细胞相同的是( )
A．线粒体数量 B．DNA分子数量
C．染色体数量 D．RNA分子数量
4.下列有关胚胎工程的说法，正确的是( )
A．受精之前使精子获得能量，卵子进行到MⅡ期就可进行受精
B．在实际胚胎工程操作中，常以观察到一个极体或者雌、雄原核作为受精的标志
C．胚胎在囊胚阶段开始分化，在桑葚胚和囊胚阶段可以移植或分割
D．防止多精入卵受精的两道屏障是顶体反应和透明带反应
5.如图为受精作用及胚胎发育示意图，a、b代表两个发育时期，下列叙述正确的是( )
A．①过程主要包括：精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和融合
B．a、b分别是原肠胚和囊胚时期
C．①～④过程都没有发生细胞分化
D．b阶段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
6.下列关于哺乳动物早期胚胎发育过程的叙述，错误的是( )
A．胚胎发育从完成受精作用时就已开始，直至发育成为成熟的胎儿
B．卵裂期细胞数目增多，体积变小，有机物含量和种类不断减少
C．桑葚胚以前的细胞均未分化，都是全能干细胞
D．囊胚期细胞开始分化，分化成了内细胞团细胞和滋养层细胞
7.如图是牛囊胚示意图，有关该图的叙述错误的是( )
A．囊胚腔是一个含有液体的囊腔
B．滋养层将来发育成胎膜和胎盘
C．透明带是初级卵母细胞在减数第一次分裂时形成的
D．内细胞团将来分化成内胚层
8.下图为哺乳动物早期胚胎发育的过程，下列有关叙述不正确的是( )
A．过程a和b使胚胎中有机物的含量减少
B．Ⅰ、Ⅱ时期的胚胎中都含有全能细胞
C．胚胎移植必须使用处于Ⅱ或Ⅲ时期的胚胎
D．图示过程中，部分细胞中的遗传物质可能发生改变
9.下列有关高等动物受精作用的叙述正确的是( )
A．在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体时说明卵子已受精
B．精子与卵子结合过程中，卵子完成减数第一次分裂
C．精子细胞膜与卵子细胞膜的融合依靠细胞膜的功能特点
D．获能的精子与卵子相遇后，会释放出多种酶，防止多精入卵
10．Leigh氏综合征患者中20%～25%是由线粒体基因突变导致的。一位母亲约有1/4的线粒体携带有这种线粒体突变基因，她的前两个孩子因患有该病而夭折。她的第三个孩子因为接受了另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。下图为男婴的孕育过程，下列说法不正确的是( )
A．图示过程中代表该母亲卵母细胞的是卵母细胞B
B．该健康男婴孕育过程中依次使用了核移植、体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术
C．进行早期胚胎的体外培养时，培养液中除了添加必需营养成分外，还需要添加血清
D．体外受精获得的早期胚胎，可培养至原肠胚阶段进行胚胎移植
二、综合题
11.下图表示精、卵相遇时卵子示意图。请仔细读图，回答下列问题。
(1)写出各部分名称：②______________________； ③__________________________。
(2)精子与卵子相遇时，首先释放出____________，可溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触______________________。
(3)在精子接触卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入______________的反应，这是防止多精子入卵的第________道屏障。
(4)精子入卵后，________会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，这是防止多精入卵受精的第______________道屏障。
(5)精子入卵后，形成一个新的核即____________。与此同时，被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出________后形成________。当__________________，受精过程至此结束。
12.下图1为某高等动物生活史示意图，图2为图1中某阶段部分过程，请据图回答下列问题。
(1)图1中A过程表示________过程，若A过程能使生物产生正常变异，则原因之一是该过程的四分体时期同源染色体中非姐妹染色单体发生了________，出现基因重组的结果。
(2)图2是图1中________(填字母)阶段部分过程，该过程表示____________________。
(3)在图2中，F表示________，①部位是__________，该部位细胞在功能上具有____________________。②部位是____________________。
参考答案：
一、选择题
1.B 2.B 3.C 4.C 5.A 6.B 7.D 8.C 9.A 10.D
二、综合题
11.答案：(1)透明带 第一极体
(2)多种酶 卵细胞膜
(3)透明带 一
(4)卵细胞膜 二
(5)雄原核 第二极体 雌原核 雌、雄原核充分发育，彼此融合成为合子
解析：此图表示卵子的结构，①表示放射冠，②表示透明带，③表示第一极体。精子与卵子相遇时，首先释放出多种酶，可溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触卵细胞膜；精子接触卵细胞膜的瞬间，发生透明带反应，以拒绝其他精子进入卵子；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。精子入卵后，形成雄原核，与此同时，卵子形成雌原核，两种原核融合形成受精卵。
12.答案：(1)减数分裂 交叉互换
(2)C 胚胎发育
(3)囊胚 内细胞团 全能性 滋养层
解析：(1)图1中A过程表示减数分裂产生生殖细胞过程，A过程能使生物产生正常变异，其中之一是基因重组，一是非同源染色体间的自由组合，二是四分体时期同源染色体中非姐妹染色单体发生了交叉互换。(2)图2是胚胎发育过程，发生在图1中C阶段部分。(3)在图2中，F表示囊胚，①部位是内细胞团，该部位细胞在功能上具有全能性。②部位是滋养层。
(
1
)
（北京）股份有限公司
