2-3-1 胚胎工程的理论基础 课件（27张PPT）高中生物学人教版（2019）选择性必修三

(共27张PPT)
§2-3 胚胎工程（1）
细胞工程
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，一生生育四五次。如何解决这个难题呢？
【提示】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。
良种荷斯坦奶牛
胚胎工程
胚胎工程的迅猛发展让人们大量繁殖优良家畜品种的愿望，正在成为现实。
胚胎工程的含义
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。
胚胎工程的技术手段
胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
胚胎工程的理论基础
胚胎工程的许多技术，实际上是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
受精
含 义
受精是精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。
场 所
在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
阶 段
包括受精前的准备阶段和受精阶段。
受精前的准备阶段
准备阶段1——精子获能
精子的结构：
头、颈、线粒体鞘、尾
含义：
刚刚排出的精子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”。
发现意义（成果）：
通过对精子获能机制的研究，科学家找到了使精子在体外获能的方法，实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了重要基础。
头
颈
线粒体鞘
尾
牛
猪
绵羊
马
成熟精子和几种主要家畜的精子示意图
受精前的准备阶段
直接利用雌性动物的生殖道使精子获能
精子
获能的方法
将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等
获能液
获能液的成分因动物种类不同而有所差异；
常见的有效成分有肝素、Ca2＋载体等。
受精前的准备阶段
准备阶段2——卵子的准备
卵子一般在排出2～3 h后才能被精子穿入。
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。
它们要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。
精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等）
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
获能后的精子与卵子相遇时，释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。
受精阶段
精子接触卵细胞膜
精子借助自身的运动接触卵细胞膜。
触及瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。
受精阶段
精子入卵，形成原核
雄原核
第一极体
雌原核
放出第二极体
精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子进入。尾部脱离。
精子入卵后原核膜破裂，形成一个新核膜，最后形成一个比原来精子核大的雄原核。同时，被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核。
受精阶段
雌、雄原核靠近
雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近。
受精阶段
第一次卵裂即将开始
受精阶段
核膜消失。形成含有两个染色体组的合子——受精卵。
受精过程结束，受精卵开始发育。
胚胎早期发育
分裂方式
有丝分裂
场 所
输卵管
胚胎早期发育
卵裂
场所：透明带
特点：细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
胚胎早期发育
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。
胚胎早期发育
囊胚
特点：细胞逐渐分化。
结构
透明带
内细胞团
内细胞团
囊胚腔
内细胞团
特点：聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团
发育趋势：将来发育成胎儿的各种组织；
胚胎早期发育
囊胚
特点：细胞逐渐分化。
结构
透明带
内细胞团
内细胞团
囊胚腔
内细胞团
滋养层细胞
特点：沿透明带内壁扩展和排列的细胞，称为滋养层细胞。
发育趋势：将来发育成胎膜和胎盘。
胚胎早期发育
囊胚
特点：细胞逐渐分化。
结构
透明带
内细胞团
内细胞团
囊胚腔
内细胞团
滋养层细胞
囊胚腔：随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔——囊胚腔。
胚胎早期发育
囊胚
特点：细胞逐渐分化。
结构
透明带
内细胞团
内细胞团
囊胚腔
孵化
含义：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化。
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。
胚胎早期发育
囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。随着发育的进行，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层。这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。
【思考·讨论】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及发育阶段 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 36～36 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表
注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。
【思考·讨论】不同动物受精卵发育的比较
讨论
Discuss
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
Discuss
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。
【思考·讨论】不同动物受精卵发育的比较
讨论
Discuss
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。
【提示】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。
预习：胚胎工程技术及其应用
本课学习结束
相关信息
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。在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。