人教版 选择性必修3 高中生物 2.3胚胎工程(共60张PPT)

(共60张PPT)
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。
思考：能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？
良种荷斯坦奶牛
从社会中来
第3节
胚胎工程
胚胎工程
胚胎工程是指对生殖细胞、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。
动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞
体外受精、胚胎移植、胚胎分割
获得的胚胎需移植到雌性动物体内生产后代
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
1
操作对象：
2
技术种类：
3
特点：
5
理论基础：
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
实质：
一、胚胎工程的理论基础
精子
卵子
合子
输卵管内
受精前的准备阶段
受精阶段
自然条件
一、受精
概念：
场所：
过程：
受精是_______和________结合形成______的过程。
在__________下，哺乳动物的受精在__________完成。
包括__________________和__________。
即受精卵
准备阶段1—精子获能
准备阶段2—卵子的准备
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
成熟精子结构
成熟精子结构
头
颈
线粒体鞘
尾巴
成熟精子含有的细胞质很少
（细胞核——遗传物质的储存场所)
（线粒体——为精子运动提供能量)
（是精子代谢和运动的器官)
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。
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物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”。
准备阶段Ⅰ——精子获能
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，为哺乳动物体外受精奠定了理论墓础。由于他在体外受精和胚胎移植研究中作出的重大贡献，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
①定义
精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
②体外精子获能
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。
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。
准备阶段2-卵子的准备
准备阶段Ⅱ——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
准备阶段Ⅱ——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
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。
马、犬排卵
猪、羊排卵
MⅡ(中)期卵母细胞
发育
准备阶段Ⅱ——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
精子穿越透明带
精子接触卵细胞膜
精子进入
卵细胞
雄原核
第一极体
雌原核
第二极体
雌、雌原核形成
雌、雄原核靠近
核膜消失，卵裂开始
雄原核
第一极体
雌原核
第二极体
受精
受精阶段
受精阶段
第1步：精子穿越卵细胞膜外结构
获能后的精子与卵子相遇
释放多种酶
溶解卵细胞膜外的一些结构
借助精子自身运动
精子接触卵细胞膜
第2步：透明带发生生理反应
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
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
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。
第4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
第5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
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
两个极体
雌雄原核融合
受精的标志:
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
C
练习：下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子( 　　)
受精阶段总结
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
卵细胞膜发生生理反应
第4步：雌雄原核的形成
第5步：雌、雄原核融合，受精卵形成
阻止多精入卵的两道屏障
二
胚胎早期发育
胚胎早期发育的场所？细胞分裂方式？
经历哪些阶段？卵裂期包括哪些阶段？
归纳各发育阶段的特点？
那些时期的细胞具有发育的全能性？
什么是孵化？有何重要性？
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
卵裂期变化特点
1.场所：
输卵管、子宫
2.过程：
受精场所和过程
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
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
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。
卵裂期
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
主要阶段及特点
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
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。
特点：每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞
桑椹胚
主要阶段及特点
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
囊胚
特点：
结构：
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，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。
主要阶段及特点
细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑椹胚
囊胚
原肠胚
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
主要阶段及特点
原肠胚
囊胚腔
外胚层
内胚层
中胚层
原肠腔
表皮及其附属结构
神经系统和感官
循环系统
脊索
真皮
消化道上皮
呼吸道上皮
腺体
肌肉
内脏细胞外膜
泌尿系统
生殖系统
各种组织器官系统
个体
特别提醒
1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。
2.桑椹胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。
3.桑椹胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
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。
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
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
思考·讨论
受精
受精前的准备
精子获能
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
受精卵
受精
课堂小结
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
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
习题巩固
(1)写出图中字母表示的结构名称。
a.　　　　 , b.　　　　,
c.　　　 。
3.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。
透明带
雄原核
雌原核
输卵管
④
(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)
习题巩固
胚胎工程技术及其应用
引进一头良种成年奶牛需要3万－5万元。牛的生育率低，一头牛一胎只一个，一生只能生育四五次。牛的生育率虽然很低，但是牛的卵母细胞却相当的多，其卵巢中卵母细胞数目要比一生中排卵数多1000倍左右。
国产奶牛：年均产奶量3000公斤左右
国际良种奶牛：年均产奶量10000公斤左右
我国蒙古黄牛：均重300Kg
澳大利亚海福特肉用牛：2岁体重可达800Kg
如何实现良种牛的快速大量繁殖？
新课导入
体外受精
早期
胚胎培养
【试管动物技术】是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育成早期胚胎后，再经胚胎移植产生后代的技术。
受体母牛
(代孕)
获能精子
成熟卵子
胚胎移植
受精卵
早期胚胎
试管牛
试管牛 = 克隆牛
一
体外受精和胚胎移植
卵巢
新鲜或解冻的精液
MII期卵母细胞
获能精子
精子离心处理
体外受精
受精卵培养
2.体外受精技术的意义：
是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎。
体外受精
1. 体外受精的步骤
主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。
卵母细胞的采集
精子的获取
受精
采集方法 适用范围 采集过程 培养
输卵管采卵 (冲取卵子)
卵巢采卵 屠宰动物 的卵巢采卵
活体采卵 实验动物以及家畜
大型动物
或大家畜
小鼠、兔、猪、羊
牛、马
利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。
从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞。
可直接与获能的精子在体外受精。
采集后的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
(不需要)
(需要)
卵母细胞的采集和培养
体外受精
方法 操作过程 适用动物
培养法 将精子放入人工配制的获能液中使其获能 啮齿动物、家兔及猪等动物
化学 诱导法 将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能 牛、羊等家畜
精子在进行体外受精前需要精子获能处理
体外受精
1.胚胎移植的概念：
是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
胚胎来源？
体外受精及其他方式得到的胚胎
细胞核移植技术
体内受精
转基因技术等
供体？
受体？
提供胚胎的个体
接受胚胎的个体
胚胎移植
胚胎移植
胚胎分割
胚胎移植
2.胚胎移植的过程：
优良供体母牛
优良公牛
受体母牛
具有优良性状的后代
进行同期发情处理
超数排卵
受体发情
发情配种或人工授精
移植胚胎
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
遗传性状优良、生产能力强供体母牛
健康的体质、正常的繁殖能力受体母牛
多种激素同期发情处理
促性腺激素
超数排卵
供体公牛
发情配种或人工授精
收集胚胎并检查
胚胎移植
妊娠检查
分娩（胚胎移植的犊牛）
胚胎移植
供体：
提供胚胎的个体
选择标准：
遗传性状优良，生产能力强
职能：
产生具有优良遗传特性的胚胎
受体：
接受胚胎的个体
选择标准：
职能：
有健康体质和正常繁殖能力
承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务
①同期发情处理
②超数排卵处理
一般用激素（孕激素、前列腺素等）处理；
使供体和受体同期发情
使供体和受体生殖器官的生理变化同步，目的是为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。
应用外源促性腺激素
诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
仅对供体处理
胚胎移植
（1）供体、受体的选择和处理
（2）两次检查
①对收集的胚胎进行质量检查
②对受体是否妊娠进行检查
移植前
移植后
桑椹胚或囊胚阶段
胚胎移植
3.胚胎移植成功的生理学基础
胚胎移入 的基础
胚胎收集 的基础
移入胚胎存活的基础
保留胚胎遗传特性基础
排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，为胚胎的收集提供可能。
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内存活提供了可能。
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，其遗传物质不会发生改变，为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障，同时保障了供体优良遗传性状。
胚胎移植
课本P62思考与讨论
4.胚胎移植的意义
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
胚胎移植
二
胚胎分割
如何提高胚胎的利用率？
胚胎分割
1. 概念：
指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份，经移植获得同卵双胞胎或多胎的技术。
3. 特点：
4. 实质：
2.理论依据：
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。
来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，可产生遗传性状相同的后代。
胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。
胚胎分割
5.具体操作
选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中。
用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植入受体。
胚胎分割
胚胎分割时的注意事项
在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意要将 均等分割。
若分割时不能均等分割，会出现 的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
内细胞团
含内细胞团多
思考：胚胎分割是不是分割的份数越多，效率越高？
分割的次数越多，分割后胚胎成活的概率越小。
不是
胚胎分割
胚胎分割
（1）可以促进优良动物品种的繁殖。
（2）产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。
（3）胚胎移植前进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。
6. 胚胎分割的意义
胚胎分割
胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同
项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物
相同点 都属于 或克隆，最终技术是 . 不 同 点 胚胎的 来源 雌性动物的早期胚胎或 及其他方式得到的胚胎 通过 技术获得的重构胚
遗传 物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多 克隆动物的核遗传物质主要由 提供
起点 经过 或其他方式形成的一个细胞（受精卵） 经过 技术形成的一个细胞
无性繁殖
胚胎移植
体外受精
核移植
供体细胞核
受精作用
核移植
胚胎分割
胚胎工程
理论基础
常用技术及应用
1.体外受精
2.胚胎移植
3.胚胎分割
1.生理学基础
2.步骤
终端技术
终端技术
1.分别采集精子和卵母细胞
2.成熟培养和精子获能
3.在培养液中培养，促使完成受精
定义、选择胚胎和仪器用具、过程、优势和问题
课堂小结