2.3 胚胎工程的理论基础 课件生物学人教版（2019）选择性必修3(共35张PPT)

(共35张PPT)
第2章细胞工程
第3节胚胎工程
第1课时胚胎工程的理论基础
问题：自然繁殖速度太慢，实现至少5年。若你是牧场技术员，会怎么做
①核移植技术进行克隆
问题：遗传多样性低。存在健康问题(异常肥胖、 什么是胚胎工程呢 发育困难、脏器缺陷和免疫失调等)
② 可以通过体外受精、胚胎分割等胚胎工程技术获得多个良种奶牛胚 胎 ， 然后移植给代孕母牛生下后代。
我国奶类总需求量很大，普通奶 牛产奶量年平均水平仅为3~4t 国外高产奶牛年产奶量为8.5t,
牧场引入一批高产奶牛，希望3 年内让奶牛数量翻倍，但牛的生 育率很低。一头母牛一生大约生 育四五次。一次只能生一个牛仔
新课导入
某牧场现 状分析
胚胎工程 操作对象
1.概念 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
2.常用技术： 体外受精、 胚胎移植、 胚胎分割等
3.操作水平： 主要集中在细胞水平上
4.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。
5.理论基础： 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
原 核 形成 合子 形成 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
雄原核
精子入卵后，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
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
精子释放多种酶，以溶解卵细胞膜外的 一些结构
精子借助自身的运动接触卵细胞膜
精子的细胞膜与卵细胞膜融合，卵细胞 膜外的透明带 会迅速发生生理反应，阻 止后来的精子进入透明带
自主学习能力测评 p67 自主学习
卵子的 在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期时， 准备 才具备与精子受精的能力
精子精子入卵后， 卵细胞膜 会立即发生生 入卵理反应，拒绝其他精子再进入卵内
准备阶段 受精阶段
在雌性动物的生殖道 内完成
3.过 程
精卵 接触
精子 获能
2.场所：哺乳动物的输卵管内 。
准备阶段1:精子获能
厂 准备阶 段
3.过 程 ： L准备阶段2:卵子的准备
受精阶段
一、受精
1.概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
细胞膜的功能： 进行
细胞间信息交流
细胞膜具有： 一 定的流动性
减数分裂 I
初级精母细胞
次级精母细胞 精细胞
精子的形成过程
减数分裂Ⅱ
个 个
精原 细胞
回顾
精子
④细胞质浓缩 ⑤精子形成
②尾的发育
细胞核
精子的形成过程
①顶体的发生
③精子头出现
线粒体细胞核
中心体演变成尾部
精子变形
发育中的顶体
[思考P59]精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒
体都保留下来
细胞核——精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，参与受精过程。
线粒体—— 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。
— —尾巴 中心体
成熟精子含有的细胞质很少
细胞内其他物质—— 原生质滴(球状，最后脱落)
—— 高尔基体(顶体)
头 细胞核(主要部分)
— — 颈
— 线粒体鞘(为精子提供能量)
一、受精
绵羊 马
牛 猪
一、受精
1| 准备阶段1——精子获能
科学研究发现，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”
精子获能的原因：精液由精子和精浆组成，精浆中含有抑制精子获能的物质，
只有精子进入雌性动物的生殖道后，由生殖道分泌产生相关物质解除对精子 的抑制，才能使精子获得受精的能力。
1、精子获能的方法：
①自然：直接利用雌性动物的生殖道
②胚胎工程：培养在人工配制的获能液
精子获能指精子获得受精能力， 而不是获得能量。
Ca + 载 体 肝素等
初级卵母细胞
次级卵母细胞
第一极体
卵原细胞
减数分裂 I
减数分裂Ⅱ
卵细胞
第二极体
不久，三个极体就
退化消失。
一、受精
2.准备阶段Ⅱ——卵子准备
一、受精
2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备
1.卵子的形成 思 考 ：精子与卵子的形成有什么不同
胚胎期 出生后 青春期后
①卵细胞的形成是一个不连续的过程
②卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于减数分裂I 前期
精子进入后
完成减数第 二次分裂
精子
完成减
数第一 次级卵 次分裂 母细胞
停止在减 数第 一 次 分裂前期
卵原细胞 增殖分裂
初级卵
母细胞
初级卵 母细胞
第一极体
排卵
卵子
●
2n
一、受精
2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备
输卵管
卵巢
子宫内膜
阴道
排卵指卵子从卵泡中排放到输卵管中。
输卵管
卵巢
初级卵母细胞 次级卵母细胞
发育
马、犬排卵 猪、羊排卵
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
透明带
卵细胞膜
核
(纺锤体—染色体复合物)
第一极体
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 。
卵子一般在排出2-3 h 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。
一、受精
2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备
卵子一般在排出2-3 h 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。
那么MⅡ 后面的减数分裂将没有办法进行，之后
会被排出体外。
卵原细胞
马、犬排卵
一、受精
2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备
初级卵母细胞
猪、羊排卵
透明带
卵细胞膜
核
(纺锤体—染色体复合物)
第一极体
若卵子处于MⅡ时期，没有精子与其受精会如何
成熟场所 输卵管
成熟时期 MⅡ 期
次级卵母细胞
发育
卵子的成熟
自主学习能力测评p69
归纳总结
1.精子、卵子发育过程中的五点理解
(1)自然状态下，精子获能是在雌性动物的生殖道内发生的。
(2)精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量。
(3)不同动物排出的卵子成熟程度不同。
(4)卵子减数分裂Ⅱ、受精和受精卵的早期细胞分裂都是在雌性动 物的输卵管中进行的。
(5)卵子减数分裂Ⅱ是在精子和卵子结合的过程中完成的。
3 .受精阶段
雄原核—
雌原核
第一极体 第二极体
释放出多种酶，以溶解 卵细胞膜外的一些结构。
精子触及卵细胞膜瞬间，
透明带迅速发生生理反 应，阻止后来精子进入 透明带 。
精子入卵后，卵细胞膜 立即发生生理反应，拒 绝其他精子再进入卵内。
精子穿越卵细胞膜 外结构，如透明带
精子接触卵细胞膜
透明带 反应
精子入卵
卵细胞 膜反应
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
获能后的精子与卵子在输卵管相 遇
防止 多精 入卵 的两 个屏 障
核膜消失，形成含有两个染 色体组的合子，受精卵形成
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。
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一 次卵裂即将开始
受精的标志：观察到两个极体或雌雄原核
受精完成的标志： 雌雄原核形成合子
注意 ：
受精卵的核基因是精子和卵子各占一半； 受精卵的质基因几乎全部来自卵子。
3 .受精阶段
雄原核
第二极体
雌原核
第一极体
①
雌雄原核
两个极体
透明带是包裹在卵母细胞外的一层基质，
就像蛋壳，化学本质是糖蛋白， 由卵细 胞或其他细胞分泌。
1、 可保护卵母细胞和早期胚胎；
2、 保护人类卵子和精子间的识 别 ，防止 其他物种精子进入；
3、 当精子与透明带结合后，可以发生反 应更利于精子钻入卵 子 ；
4、 当一个精子进入后，透明带会阻止其 他精子再进入。
放射冠
精子
透明带
卵子
透明带变薄或者缺失，会表现为不孕， 可以采用显微注射方式来改善卵 子的正常受精率，获得更多可利用胚胎，提高妊娠几率。
一、受精
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵形成雄原核 ;卵子释放第二极体 后，形成雌原核
雌雄原核靠近
核膜消失
卵子排出后需要在
输卵管中进一步成
熟，到MⅡ期，才具
备与精子受精的能
力
卵子完成减数分裂Ⅱ
发生场所 .输卵管
发生时间精子入卵激活后
刚排出的精子必需在雌 性动物的生殖道发生相 应生理变化后，才能获 得受精能力，这一现象 称为 “精子获能”
精子获能的方法：利 用雌性动物的生殖道 ;将精子培养到获能 液 (Ca + 载体、肝素 等)中使其获能
受精前的准备 受精
精子获能 卵子准备
一、受精
A.图 中X指卵细胞膜反应，Y指卵子完成减数分裂Ⅱ
B.经图中Y 过程只形成了雌原核
C.精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D.可以观察到雌、雄原核作为受精标志
解析：Y指卵子完成减数分裂Ⅱ,Y过程释放第二极体后，形成雌原核。
自主学习能力测评p69
「 即 时 应 用 」
1.如图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵的过程。下
X
尾部脱离， 核膜破裂
Y
列叙述错误的是( B)
形成雄原核
形成雌原核
形成防止多精入卵的屏障
精子入卵后
受精卵
精子的细胞膜与卵细胞
膜融合，卵细胞膜外的 透明带发生的阻止后来 的精子进入透明带的反
应
精子入卵后，卵细胞膜
立即发生拒绝其他精子 进入的生理反应
自主学习能力测评 p69
2. 受精过程中的“两大反应”和“两道屏障”
透明带内
反应 容
卵细胞 内
膜反应容
防止多
精入卵 的两道 屏障
受精过程中的两大反应
二、胚胎早期发育
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2.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
二、胚胎早期发育
1.场所：输卵管、子宫
4. 桑葚胚
5. 囊胚
内细胞团
滋养层
精核
卵核一
2. 受精
卵
1.
卵裂
4细胞期
8细胞期
人卵细胞受精到受精卵卵裂后植入的过程
3.
2细胞期
排卵 卵巢
6. 植入
项目
变化
细胞数目
增加
胚胎的总体积
不增加
每个细胞体积
减小
DNA总量
增多
每个细胞内的DNA总量
不变
有机物总量
减少
1 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。
分裂方式： 有丝分裂
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
二、胚胎早期发育
桑葚胚
受精卵
8细胞
2细胞
4细胞
自主学习能力测评 p70
3.如图表示的是蛙的受精卵在卵裂的过程中，DNA总量、每个细
胞体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势(横坐标表 示发育时间)。其中正确的是(A)
② ③
C.②④ D.③④
①
A.①② B.①③
所有细胞
④
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。
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。
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
二、胚胎早期发育
受精卵
2细胞
桑葚
桑葚胚
8细胞
4细胞
28
内细胞团 ——发育成胎儿的各种组织
结 构 ：滋养层细胞 _ — 发育成胎膜和胎盘
囊胚腔 囊胚腔
内细胞团 滋养层
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， 透明带
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。
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
特点： 细胞开始分化
二、胚胎早期发育
具有全能性，可以分离 出胚胎干细胞
囊胚腔
内细胞团 滋养层
—— 滋养层
透明带、 — 外胚层
原肠腔 内胚层
④ 原肠胚 一出现胚层分化
外 胚 层 ：表面的细胞层
内胚层： 向内迁移的细胞 种组织、器官等
中胚层： 内外两个胚层之间
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
二、胚胎早期发育
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
逐渐分化形成各
原肠胚
30
(2.如 哺乳动物早期胚胎发育的过程，下列相关叙述正确的是
a b C
I Ⅱ Ⅲ
A.I 时期为桑葚胚，该时期的细胞具有发育的全能性
B.过程a和b为卵裂，细胞数目增多，有机物的含量增多 C.Ⅲ时期透明带破裂，胚胎伸展出来发生孵化
D.细胞分化从Ⅲ时期开始，然后贯穿于动物的整个生命历程
自主学习能力测评 p70
「即时应用」
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 1 6 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
二、胚胎早期发育
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表。
注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。
二、胚胎早期发育
不同动物受精卵发育的比较
1.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。
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
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。
自主学习能力测评p71 随堂检测
3.下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过程中，防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应
B.②过程通过有丝分裂增殖，胚胎总体积逐渐增大，有机物总量逐渐减少
C.原肠胚只含内、外两个胚层
D.a时期的内细胞团将来可以发育成胎膜和胎盘
受 精 卵 ② 桑葚胚③ a
子
b→ 幼 体
课堂小结
细胞在透明带内
卵裂 分裂，胚胎总体 孵化
积并不增加
受精前的准备 → 受精 — → 受 精 卵 → 桑 葚 胚 — → 囊胚 原肠胚
精子获能 卵子准备
雌性动物 MⅡ期
的生殖道 具备受
或培养到 精能力
获能液(肝
素或Ca +
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
滋养层
胎盘、胎膜
等胚外组织
细胞
内细胞团
组成个体 的各种组 织细胞
每个细胞能
发育成组成
个体的任何
细胞类型及
胚外组织
外胚层 内胚层
中胚层
一 .概念检测
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 ( X )
(3)精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入职。 ( )
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
练习与应用