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胚胎工程
胚胎工程指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术,如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎,还需要移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
操作对象:早期胚胎或配子
技术手段:体外受精、早期胚胎的培养、胚胎分割、胚胎移植、胚胎干细胞培养等
理论基础:哺乳动物体内受精和早期胚胎的发育规律。
一.精子和卵子的发生
(1)发生场所:睾丸
(2)时期:
初情期→生殖机能衰退
1.精子的发生
精原细胞
有丝分裂
初级精母细胞
次级精母细胞
精子细胞
精
子
MⅠ
第一阶段
第二阶段
(减数分裂分裂期)
第三阶段
(细胞变形)
MⅡ
多个精原细胞
染色体复制
变形
(3)精子发生的过程
精原细胞
多个初级精母细胞
多个精原细胞
多个精原细胞
精原细胞
多个精原细胞
多个精原细胞
初级精母细胞
有丝分裂
有丝分裂
染色体复制
(3)精子发生的过程
第1阶段—初级精母细胞的形成
初级精母细胞
次级精母细胞
精子细胞
MⅠ
MⅡ
减数分裂分裂期
第
2
阶段—精子细胞的生成
(3)精子发生的过程
(1个)
(2个)
(4个)
1.高尔基体→顶体;
细胞核是精子头部的主要成分
3.精子头的出现
4.线粒体→线粒体鞘
聚集在精子尾部,为
其运动提供能量;细
胞质浓缩形成原生质滴
2.中心体→尾
精子细胞变成精子示意图
5.精子形成;
原生质滴脱落
(自我检测)
精子各组成分别由精子细胞的哪一部分变成的?
线粒体鞘
精子结构图
精子细胞
精子细胞变形中的主要变化:
1.细胞核——
2.高尔基体——
3.中心体——
4.线粒体——
5.细胞内其他物质——
精子头的主要部分
头部的顶体
精子的尾
线粒体鞘膜(尾的基部)
原生质滴(球状,最后脱落)
①外形似蝌蚪,分头、颈、尾三大部分。
注意:不同种动物精子的形态相似,大小略有不同,与动物的体形大小无关。
(4)精子的形态
提示:不是。其一,动物在自然繁殖的条件下为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制;其二,在自然条件下,精子从射精部位运行到受精部位,在通过母畜生殖道的过程中,复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选,并致使大量的精子途中死亡,被分解或排除,造成精子大量损耗。最后到达受精部位(输卵管)的精子只剩百余个,与卵子完成受精的只有一个。
1.家畜每次射精排出的精子数以亿计,
但是通常只有一个精子能够与卵子结合,这能说是一种浪费吗?怎样理解这一现象?
提示:细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所,也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体是有氧呼吸产生运动能量的场所。精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘膜,是精子维持生
存和运动能量的“动力工厂”或“发动
机”。
2.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?为什么精子中的线粒体集中在尾的基部?
【归纳总结】
2.卵子的发生
(1)发生部位:卵巢
人的卵巢和卵细胞
(2)时期:胚胎的性别分化以后
胎儿期
初情期后
卵巢内
注意:前两阶段发生在卵巢,第三阶段发生在输卵管内。
次级卵母细胞
第二极体
输卵管
排卵
(4)卵子受精的标志:
当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时,说明卵子已经进行了受精。
注意:区分受精的标志和受精完成的标志
(思考与讨论)
1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子?
2.排卵是指卵子从卵泡中排出,还是指卵泡从卵巢中排出?
3.刚排出的卵是成熟的卵子吗?它在母体的什么部位与精子受精?
答:刚排出的卵子尚未完全成熟,最多完成了第一次减数分裂,需要在输卵管内进一步成熟,直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。
答:正常情况下,一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
答:是指卵子从卵泡中排出。
1.卵子发生的场所:
2.初级卵母细胞的减数第一次分裂发生在:
3.次级卵母细胞的减数第二次分裂发生在:
4.排出的卵子是什么时期的细胞:
5.卵子是否受精的重要标志:
当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时,说明卵子已经进行了受精。
排出的卵子是不成熟的,且成熟程度不同,有的可能是次级卵母细胞,比如猪、羊
有的可能是初级卵母细胞,比如马、犬
输卵管,受精时
卵巢、输卵管
卵巢,排卵前后
思考:
【归纳总结】
精子的发生
卵子的发生
区
别
场所
时间
过程特点
结果
相同点
睾
丸
卵巢、输卵管
初情期后
胚胎性别分化后开始,卵泡形成和卵巢内储备在出生前完成。减二分裂是和精子结合中完成
减一和减二是连续的
需变形,细胞质等分
减一和减二不连续的,不需变形,细胞质分配不均
1个→4个精子
1个→1个卵子+3个极体
1.先有丝分裂增加原始生殖细胞数,再减数分裂使其成熟。2.成熟中都经过一次染色体复制和两次减数分裂,使子细胞染色体数目减半。
巩固练习
1.下列不属于胚胎工程的是:
(
)
A.体外受精
B.胚胎分割、胚胎移植
C.胚胎干细胞培养
D.转基因鲤鱼的培育
2.有一个卵原细胞中含有A与A’、B与B’两对同源染色体,它形成的含有AB的配子有
(
)
A.1个
B.0或1个
C.2个
D.4个
D
B
精子
卵子
三、受精
三、受精
1、概念:指精子和卵子结合形成合子
(即受精卵)的过程。
2、标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。
3、场所:受精是在输卵管内完成的。
(一)受精前的准备阶段:
1)精子获能:精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才获得受精能力的生理现象.
2)卵子的准备:在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期,才具有与精子受精的能力。
4:过程.过程:
受精阶段
1.精子穿越放射冠
2.精子穿越透明带
3.进入卵黄膜
4.原核形成
5.配子结合
穿越放射冠:精卵相遇,在卵子外围集聚有几十个精子,它们首先发生顶体反应,使顶体释放的酶,直接溶解卵丘细胞之间的物质,形成穿越放射冠的通道。
穿过透明带:
顶体酶随后将透明带溶出一条孔洞,精子借自身运动穿越透明带;
几个精子同时分解透明带,但只有一个精子能穿过透明带进入卵子内,当第一个精子进入后,透明带的穿透性就立即发生变化,从而阻止其他精子穿越透明带。透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障
2.精子进入卵细胞膜
精子与卵细胞膜接触后立即被微绒毛抱合,精子外膜与卵细胞膜膜融合,精子头部入卵,尾部脱离
精子入卵后,卵细胞膜会发生一种生理反应,拒绝其他精子入卵,即卵细胞膜反应,卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障
卵黄膜上的微绒毛抱住精子
3.原核形成:
雄原核形成和雌原核形成
雄原核和雌原核同时向细胞中部靠拢,并相互融合成一个细胞核,这时称受精卵。
形成受精卵:
4.配子结合:
雌雄原核融合形成合子(受精卵)
受精完成的标志
体内受精和早期胚胎发育
、输卵管
受精作用过程:精卵相遇→顶体反应(释放顶体酶)→穿越放射冠→穿越透明带→精子与卵细胞膜接触后立即被微绒毛抱合→膜膜融合,入卵,精子尾部脱离→卵细胞膜反应→雄原核形成的同时完成减II,排出第二极体后雌原核形成→原核融合,形成合子
小结:受精阶段:
精子穿越放射冠
精子穿越透明带
精子穿越卵细胞膜
原核形成
配子结合
顶体反应(顶体酶)
透明带反应(第一道)
卵黄膜封闭作用(第二道)
雄原核形成和雌原核形成
雌雄原核融合成合子(受精卵)
受精的意义
维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定
;对于生物的遗传和变异十分重要。
巩固练习
1、精子与卵子结合过程中穿越的两道屏障是( )
①顶体反应
②透明带反应
③卵黄膜封闭作用
④精子穿越放射冠
A.
①
②
B.②
③
C.
③
④
D.
②④
2.在受精过程中
( )
①精子必须发生顶体反应,释放顶体酶
②顶体酶可使精子穿过放射冠、透明带、卵细胞膜
③卵细胞恢复并很快完成了第一次减数分裂
④精子和卵细胞的细胞核分别形成雄原核和雌原核
⑤
透明带反应防止了多精入卵和多精受精的发生
A.①②⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②④⑤
B
B
四.胚胎发育
卵巢
子宫
输卵管
受精卵
卵裂期
桑椹胚
囊胚(内含囊胚腔)
原肠胚(内含原肠腔)
胎儿形成
三.胚胎发育
1、卵裂期的特点:
细胞分裂方式为_______
细胞数目____
每个细胞体积_____
胚胎总体积_____或略有_____
DNA数目_____
有机物总量_____
有机物种类_____
有丝分裂
增加
不增加
缩小
减小
增加
减少
胚胎发育
增加
桑
椹
桑椹胚
特点: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
囊胚期
滋养层:发育成胎膜、胎盘,与母体建立联系。胚胎可通过这些组织从母体中获得正常发育所需的氧气和营养物质。
内细胞团细胞:即胚胎干细胞,将来发育成胎儿的各种组织,具有全能性,能发育成完整的胚胎
囊胚进一步扩大,导致透明带破裂,胚胎孵化
滋养层
内细胞团
囊
胚腔
囊胚的形成
原肠胚:
胚层分化
内细胞团表层的细胞形成外胚层,下方的细胞形成内胚层
在囊胚不断向内凹陷的过程中,形成外、中、内三个胚层,内胚层中间的空间是原肠腔。
原肠胚外胚层发育成神经系统,感觉器官,表皮及其附属结构;
中胚层发育成骨骼,肌肉,循环,排泄,生殖系统等;
内胚层发育成肝,胰等腺体,呼吸道,消化道的上皮.
受精卵
卵裂期
桑椹胚
囊胚(内含囊胚腔)
原肠胚(内含原肠腔)
胎儿形成
在透明带内进行有丝分裂,细胞数量不断增加,但胚胎总体积并不增加,或略有减少。
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
内细胞团:发育成胎儿各组织
滋养层细胞:发育成胎膜和胎盘
:最初发育在输卵管进行有丝分裂
三.胚胎发育
滋养层
外胚层
中胚层
内胚层
原肠腔
分化
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高?
2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时,应选择什么阶段的胚胎?如果换成牛又该怎样处理?
答:马的胚胎进入子宫时发育程度最高,其次为小鼠。
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高?
2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时,应选择什么阶段的胚胎?如果换成牛又该怎样处理?
资料分析<讨论>
答:马的胚胎进入子宫时发育程度最高,其次为小鼠。
答:马应选择囊胚阶段的胚胎。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?请结合本节内容举例说明。
提示:胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律,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;获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精;体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等,这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。
课堂小节
精子
卵子
受精作用
精子获能
卵子的准备
受精卵
透明带反应
顶体反应
雌雄原核结合
卵细胞膜反应
个体
卵裂期、桑椹胚、囊胚和原肠胚
4、当卵细胞达到(
)时期时,才具备与精子受精的能力
A.减数第二次分裂后期
B.减数第一次分裂末期
C.减数第二次分裂中期
D.
减数第二次分裂结束成熟
5、下列有关受精作用的叙述错误的是(
)
A.受精卵中全部的遗传物质一半来自父方,一半来自母方
B.受精时,精子和卵细胞的染色体会合在一起
C.受精卵中的染色体一半来自父方,一半来自母方D.受精卵中的染色体数与本物种体细胞的染色体数相同
6、关于桑椹胚和囊胚的比较,以下说法正确的是(
)(多选)
A.
囊胚期细胞分化是由于遗传物质突变引起的
B.囊胚期的细胞出现了细胞分化,但遗传物质未发生改变
C.
桑椹胚的各细胞结构功能基本相同
D.囊胚期内细胞团和滋养层细胞差异不是复制水平上的差异,而是转录水平上的差异引起的。
7、下列有关哺乳动物的胚胎发育早期的卵裂期过程的叙述中,错误的是(
)
A.
细胞数目不断增多
B.
细胞的分裂方式是有丝分裂
C.
胚胎中DNA的总量增加
D.
每个细胞的DNA含量不断增加,细胞全能性变小
8、下列能正确表示高等动物胚胎发育顺序的是
( )
A.受精卵→卵裂→原肠胚→囊胚→组织器官的分化
B.卵→卵裂→原肠胚→组织器官分化
C.受精卵→桑椹胚→原肠胚→幼体
D.受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化
9、下列说法正确的是(
)
A、成熟精子遇到卵子便可以发生受精作用
B、排出成熟卵子的过程即为排卵
C、卵子形成时分裂过程均在卵巢内完成的
D、卵子产生中的减数第二次分裂是在精子
和卵子的结合过程中完成的
D
10、下列不是精子、卵子发生的区别是(
)
A、初级精母、卵母细胞形成时间
B、
MⅠ和MⅡ的时间连续性
C、成熟生殖细胞是否经过变形
D、成熟生殖细胞中染色体的数量
11、下列属于精子和卵子的发生上的区别是(
)
A细胞的分裂方式
B
染色体数量
C遗传物质
D生殖细胞的贮备
D
D
12、获能后的精子和卵子受精时,将会发生(多选)(
)
A、尾部脱落
B、顶体反应
C、卵黄膜封闭
D、透明带反应
13、精子入卵后,发生的变化是(多选)(
)
A、精子完成第二次减数分裂,形成雄原核
B、精子发生顶体反应
C、激发透明带反应
D、卵子完成第二次减数分裂,形成雌原核
ABCD
CD
(海南卷)15.(18分)
请回答下列与哺乳动物精子和卵子发生有关的问题:
(1)精细胞经变形后,高尔基体发育形成精子的顶体,顶体内含有的
能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。
(2)某动物排卵时,减数第一次分裂尚未完成,此时卵子处于
卵母细胞阶段,当该细胞发育至减数第二次分裂
期时,才具备受精能力。若在卵黄膜和透明带之间看到两个极体,则表明
过程已完成。
顶体酶
初级
中
受精
体内受精和早期胚胎发育
、输卵管
精卵相遇→顶体反应(释放顶体酶)→穿越放射冠→穿越透明带→精子与卵细胞膜接触后立即被微绒毛抱合→膜膜融合,入卵,精子尾部脱离→卵细胞膜反应→雄原核形成的同时完成减II,排出第二极体后雌原核形成→原核融合,形成合子
胚胎发育过程:
(1)卵裂期:细胞进行有丝分裂,数量增加,胚胎总体积不增加;
(2)桑椹胚:32个细胞左右的胚胎,所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能,属全能细胞;
(3)囊胚:细胞开始分化,其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织;而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘;胚胎内部逐渐出现囊胚腔[注:囊胚的扩大会导致透明带的破裂,胚胎伸展出来,这一过程叫孵化];
(4)原肠胚:形成外、中、下胚层,由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。[细胞分化在胚胎期达到最大限度]
1.在牛的胚胎发育过程中,将来能发育成胎儿各种组织的是( )
A.透明带
B.囊胚的内细胞团
C.囊胚的滋养层
D.原肠胚的内胚层
2.透明带破裂发生于(
)
A.原肠胚期
B.卵裂时
C.囊胚期
D.桑椹胚期
3.卵细胞膜反应发生在(
)
A.排卵时
B.精子与放射冠接触时
C.顶体释放酸性水解酶后
D.精子进入卵子后
4.哺乳动物胚胎发育是指(
)
A.受精卵发育成囊胚
B.囊胚发育成原肠胚
C.幼体发育为成体
D.受精卵发育成幼体
5.哺乳动物受精卵在卵裂期发生的变化是(
)
细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大
B.
每个细胞的DNA含量不断增加,全能性增高
C.细胞的数目增多,有机物含量大增
D.逐渐出现了原肠腔,并有了胚层的分化
6.下列叙述不正确的是(
)
A.胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的
B.内细胞团将来发育成胎盘和胎膜
C.哺乳动物早期胚胎在一定时间内不与母体子宫建立组织上的联系
D.受精卵在输卵管开始进行分裂
7.下图为胚胎发育某时期的图像,下列相关叙述正确的是
A.
由受精卵发育到该时期,细胞分化程度逐渐增大
B.
如图所示时期是胚胎发育的囊胚期,①代表滋养层,③代表内细胞团
C.
该时期的每一细胞都属于全能细胞
D.
该胚胎进一步发育,①会破裂,进行“孵化”过程
囊胚是开始分化,内细胞团仍为全能细胞受精卵发育到胚胎时期,分化程度达到最大限度