(共27张PPT)
第二章 细胞工程
第3节 胚胎工程
人教版·选择性必修3
(第一课时)
胚胎工程的理论基础
问题探究:
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。
思考·讨论:
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?
核移植技术进行克隆
可以通过体外受精、胚胎分割等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。
胚胎工程的发展历程
1. 胚胎工程的概念
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。
操作对象
技术种类
工程实质
理论基础
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
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。
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
一、受精
1. 受精
① 概念:
精子和卵细胞结合形成合子(受精卵)的过程。
思考讨论:
(1)受精作用的发生体现了细胞膜的什么功能?
体现了细胞膜的什么特点?
(2) 受精卵的细胞核和细胞质的遗传物质来源分别是?
② 场所:
③ 过程
输卵管
①受精前的准备阶段
②受精阶段
准备阶段1:精子获能
准备阶段2:卵子的准备
相互识别、融合
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
一、受精
精子的形成过程
中段
顶体
多余细胞质
顶体
中心体
鞭毛
线粒体鞘
③细胞核
①高尔基体
②中心体
④其它物质
⑤线粒体聚集在尾的基部
便于运动
——“减负”
一、受精
头部的顶体
精子的尾
精子头的主要部分
线粒体鞘
原生质滴(球形)脱落
精子的变形过程
一、受精
2. 准备阶段1:精子获能
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内发生相应生理变化后,才能获得受精能力,这一生理现象称为“精子获能”。
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,被人们誉为“试管婴儿”的先驱。
a、直接利用雌性动物的生殖道
b、培养在人工配制的获能液
① 精子获能的方法:
常见的有效成分有:肝素、Ca2+载体
头
颈
线粒体鞘
(细胞核)
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。
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
卵细胞
第一极体
第二极体
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
不久,三个极体就退化消失。
一、受精
卵细胞的形成过程
3. 准备阶段2:卵子的准备
卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟,到MⅡ中期,才具备与精子受精的能力。
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。
一、受精
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
一、受精
一、受精
精子接触卵细胞膜
一、受精
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
精子穿越卵细胞膜外的结构(透明带)
透明带反应
释放出多种酶,以溶解卵细胞膜外的一些结构
雄原核
第二极体
雌原核
第一极体
精子入卵后,尾部脱离,核膜破裂,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。
卵细胞膜反应
防止多精入卵的两个屏障
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。
精子触及卵细胞膜的瞬间,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。
透明带反应:
卵细胞膜反应:
精子接触卵细胞膜
一、受精
透明带
卵细胞膜
核
第一极体
精子穿越卵细胞膜外的结构(透明带)
透明带反应
释放出多种酶,以溶解卵细胞膜外的一些结构
雄原核
第一极体
第二极体
雌原核
精子入卵后,尾部脱离,核膜破裂,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。
卵细胞膜反应
防止多精入卵的两个屏障
雌、雄原核靠近
雌雄原核融合,形成合子
透明带和卵细胞膜的间隙有两个极体或者雌、雄原核
受精的标志:
受精完成的标志:
核膜消失,第一次卵裂即将开始
一、受精
课堂小结
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
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”
卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟,到MⅡ中期,才具备与精子受精的能力
精子获能的方法:①利用雌性动物的生殖道;②将精子培养到获能液(Ca2+载体、肝素等) 中使其获能
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵后,尾部脱离,核膜破裂,形成雄原核;卵子完成减数分裂Ⅱ,释放第二极体后,形成雌原核。
雌雄原核靠近
核膜消失,雌雄原核融合,形成合子
胚胎发育的场所:
人卵细胞受精到受精卵卵裂后植入的过程
二、胚胎早期发育
1. 胚胎早期发育的过程
输卵管和子宫
分裂方式:
有丝分裂
二、胚胎早期发育
受精卵
2细胞
8细胞
桑葚胚
4细胞
1. 胚胎早期发育的过程
胚胎发育早期,有一段时间是在透明带内进行分裂,细胞的数量不断增加,但胚胎的总体积并不增加,这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
卵裂
项目 变化
细胞数目
胚胎总体积
每个细胞体积
DNA总量
每个细胞内的DNA总量
有机物总量
物质种类
增加
减小
增多
不变
减少
增多
不增加
二、胚胎早期发育
受精卵
2细胞
8细胞
桑葚胚
4细胞
1. 胚胎早期发育的过程
卵裂
②细胞未分化,具有全能性;属于全能干细胞(胚胎干细胞)。
①细胞数目达到32个,排列紧密,形似桑葚。
桑葚胚时期特点:
每个细胞都能发育成组成个体的任何组织细胞或胎盘、胎膜等胚外组织细胞
二、胚胎早期发育
受精卵
2细胞
8细胞
桑葚胚
孵化
4细胞
1. 胚胎早期发育的过程
卵裂
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。
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
囊胚
二、胚胎早期发育
囊胚:胚胎进一步发育,胚胎的内部出现了含有液体的腔
——囊胚腔,这个时期的胚胎叫作囊胚。
沿透明带内壁扩展和排列的细胞,称为滋养层细胞,它们将来发育成胎膜和胎盘。
内细胞团:
滋养层细胞:
聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团,将来发育成胎儿的各种组织。
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
囊胚
滋养层
内胚层
外胚层
原肠腔
结构
外胚层:
内胚层:
中胚层:
表面的细胞层
向内迁移的细胞
内外两个胚层之间的细胞
逐渐分化形成各种组织、器官等。
原肠胚:囊胚孵化后,将发育形成原肠胚。
二、胚胎早期发育
二、胚胎早期发育
课堂小结
桑葚胚
受精卵
排列紧密,形似桑葚。
每个细胞具有全能性,能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织
囊胚
原肠胚
卵裂
细胞在透明带内分裂,胚胎总体积并不增加
孵化
内细胞团
滋养层
个体的各种组织细胞
胎盘、胎膜等胚外组织细胞
通常含有三个胚层:外胚层、内胚层、中胚层
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。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。
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 6细胞 8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 4~6细胞
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。
二、胚胎早期发育
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?
思考·讨论:不同动物受精卵发育的比较
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。
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。
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。
二、胚胎早期发育
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
【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。( )
(3) 精子入卵后,卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵。( )
练习与应用
教材P83
√
×
×
A
二、胚胎早期发育
【扩展应用】
1. 精母细胞在变成精子的过程中,很多结构会消失,而细胞核与线粒体都保留了下来,请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。
练习与应用
教材P59
提示:细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中,细胞核是遗传物质储存的场所,决定后代的遗传特性,它参与受精过程。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。
二、胚胎早期发育
练习与应用
教材P59
【扩展应用】
2.精子在雌性动物的生殖道内是如何获能的?除了教材中介绍的,防止多精入卵的机制还有哪些?感兴趣的话,请通过查阅相关资料或请教专家来进行了解。关于受精作用,你还能提出其他问题吗 。
提示:出题的目的不是让学生准确地答出精子获能的机制和防止多精入卵的具体机制,而是鼓励有兴趣的学生去查阅资料或请教专家,并引导他们去查阅相对专业的书籍,这是学习的深入过程。这里涉及的问题,在普通生物学或者一般的细胞工程专著中可能找不到答案,需要查阅生殖生物学相关书籍。通过查阅专业资料,学生能了解到,精子获能的机制很神奇,防止多精入卵的机制同样神奇而且非常复杂,这都是机体在长期进化的过程中形成的、用来保障本物种延续的机制。
二、胚胎早期发育
谢谢观看
Thank you