【课件】胚胎工程的理论基础课件2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3

1、第三节 胚胎工程3.1.1 胚胎工程的理论基础 2018年3月，地球上最后地球上最后一头雄性北方白犀牛“苏丹”在肯尼亚死亡。剩下的Najin和她的孩子成为了地球上最后两只雌性北方白犀牛。但研究人员设法保存了雄性北方白犀牛的精子。克隆北方白犀牛克隆北方白犀牛无性生殖无性生殖北方白犀牛种群遗传多样性会很低模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。试管动物试管动物胚胎工程试管婴儿试管婴儿张丽珠教授张丽珠教授试管婴儿之母试管婴儿之母胚胎工程1.1.概念：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指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作

2、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。人类的各种需求。胚胎工程技术包括胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。等。细胞水平上细胞水平上生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞在体外条件下在体外条件下, , 对动物自然受精和早期胚胎发育条件对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作进行的模拟操作哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律操作对象工程实质理论基础操作目的生产动物后代，以满足人类的各种需求生产动物后代，以

3、满足人类的各种需求受精胚胎早期发育 受 精 Fertilization（一）受精1.1.定义：定义： 指精子和卵子结合指精子和卵子结合形成合子形成合子( (即即受精卵受精卵) )的过程。的过程。2.2.场所：场所：输卵管内输卵管内3.3.过程：过程：准备阶段准备阶段受精阶段受精阶段准备阶段准备阶段 1 精子获能精子获能 准备阶段准备阶段 2 卵子的准备卵子的准备 精子头出现精子头出现细胞质浓缩细胞质浓缩顶体的发生顶体的发生尾的发育尾的发育精子形成精子形成精子变形的过程和结构：精子变形的过程和结构：头颈线粒体鞘尾（细胞核）（中心体）顶体（高尔基体）精子细胞变成精子的过程中，细胞中精子细胞变成精子

4、的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？粒体都保留下来？问问细胞核细胞核精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，参与受精过程参与受精过程。线粒体线粒体精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运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动提供能量。头颈线粒体鞘尾精子头部有去能因子，精子头部有去能因子，抑制了它的受精能力抑制了它的受精能力* *在在雌性生殖道雌性生殖道内，有些化学物质会使精子的头部内，有些化学物质会使精子的头部发生一定的变化，使精子发生一定的变化，使精子具有真正的受

5、精能力具有真正的受精能力。体外受精* *将精子培养在将精子培养在人工配制的获能人工配制的获能液液中使其获能中使其获能。1.1 1.1 准备阶段准备阶段11精子获能精子获能 精子必须在精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获后，才能获得受精能力得受精能力的现象。的现象。1.1.概念：概念：2.2.精子获能的方法：精子获能的方法：（1 1）直接利用雌性动物生殖道直接利用雌性动物生殖道使精子获能；使精子获能；（2 2）将精子培养在）将精子培养在人工配制的获能液人工配制的获能液中使其获能等。中使其获能等。 获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效获能液

6、的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有成分有肝素、肝素、CaCa2+2+载体载体等等。* *精子获能实质是指精子获得受精精子获能实质是指精子获得受精“能力能力”，而不是获得能量。而不是获得能量。几种主要家畜的精子示意图几种主要家畜的精子示意图* *不同种动物精子的不同种动物精子的形态相似形态相似，大小略有大小略有不同不同，与动物的，与动物的体型大小无关体型大小无关。3.3.研究精子获能机制的意义研究精子获能机制的意义：实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为体外受精技体外受精技术术的建立奠定了基础。的建立奠定了基础。第一极体细胞质卵周隙透明带 卵

7、子在卵子在输卵输卵管内管内达到减数第达到减数第二次分裂中期二次分裂中期（M）时，才）时，才具备受精能力具备受精能力。若卵子处于若卵子处于M时期，没有精子与其受精时期，没有精子与其受精会如何？会如何？问问 那么那么M细胞后面的减数分裂将没细胞后面的减数分裂将没有办法进行，之后会被排出体外。有办法进行，之后会被排出体外。1.2 1.2 准备阶段准备阶段22卵子准备卵子准备空卵泡黄体成熟卵泡未成熟的卵子（1 1）卵子一般在排出）卵子一般在排出_后才能被精子后才能被精子穿入。穿入。（2 2）动物排出的卵子）动物排出的卵子 不同。不同。有的可能是有的可能是_，如，如马、犬马、犬等；等；有的可能是有的可能

8、是_，如，如猪、羊猪、羊等；等；（3 3）排出的卵子都要在）排出的卵子都要在_进一步进一步成熟。成熟。（4 4）卵子具备与精子受精能力的时）卵子具备与精子受精能力的时期：期： 。2-3h初级卵母细胞初级卵母细胞次级卵母细胞次级卵母细胞输卵管内输卵管内M成熟程度成熟程度透明带透明带卵细胞膜卵细胞膜核核（纺锤体（纺锤体染色体复合物）染色体复合物）第一极体第一极体1.1.精子穿过了哪些结构？释放了什么物质？精子穿过了哪些结构？释放了什么物质？2.2.什么防止精子进入卵细胞？什么防止精子进入卵细胞？3.3.雌雄遗传物质有什么变化？如何结合？雌雄遗传物质有什么变化？如何结合？2 2 受精阶段受精阶段（1

9、）精卵接触）精卵接触获能后的精子与卵子在输卵管相遇获能后的精子与卵子在输卵管相遇释放出多种酶释放出多种酶（顶体反应）（顶体反应）精子接触卵精子接触卵细胞膜细胞膜 精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。生理反应，阻止后来的精子进入透明带。 防止多精入卵的第一个屏障（透明带反应）以以溶解溶解卵细胞膜外的一卵细胞膜外的一些结构（透明带）些结构（透明带）借助精子自身运动借助精子自身运动（2）精子入卵）精子入卵精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。（卵细胞膜反应） 精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，精子入卵后，卵细胞膜会立即

10、发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。拒绝其他精子再进入卵内。 防止多精入卵的第二个屏障（3）原核形成）原核形成雄原核雄原核第一极体第一极体放出的放出的第二极体第二极体雄原核的形成：雌原核的形成： 精子如卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并精子如卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形形成一个新的核膜成一个新的核膜，形成一个，形成一个比原来精子的核还比原来精子的核还大的核大的核，叫做雄原核。，叫做雄原核。 精子入卵后被激活的精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂卵子完成减数分裂，排，排出第二极体出第二极体，形成雌原核。，形成雌原核。（4）合子形成）合子形成雌、雄原核充雌、雄原核充分发育，分发育，相向移相向移

11、动，彼此靠近。动，彼此靠近。 核膜消失，第一核膜消失，第一次卵裂即将开始。次卵裂即将开始。核膜消失，核膜消失，形成含有形成含有两个染色体组的合子两个染色体组的合子，受精卵形成。受精卵形成。受精的标志：观察到两个极体或者雌雄原核观察到两个极体或者雌雄原核受精完成的标志：雌雄原核形成合子雌雄原核形成合子 胚 胎 早 期 发 育 Early embryonic development（二）胚胎早期发育1.1.场所：场所： 输卵管内输卵管内2.2.方式：方式： 有丝分裂有丝分裂卵裂卵裂( (细胞未分化细胞未分化) )3.3.过程：过程：受精卵受精卵卵裂卵裂桑椹胚桑椹胚囊胚囊胚原肠胚原肠胚3.3.卵裂的

12、特点：卵裂的特点：细胞数目：细胞数目： 每个细胞体积：每个细胞体积： DNA总量总量： 每个细胞内的每个细胞内的DNA数数： 有机物总量：有机物总量： ；有机物种类：；有机物种类： 胚胎总体积：胚胎总体积： 不断增加不断增加不断减小不断减小不断增加不断增加不变不变减少减少增加增加并不增加并不增加桑葚胚:（未分化）1.1.概念：概念：2.2.特点：特点：当卵裂产生的子细胞逐渐形成当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团致密的细胞团，形似桑葚形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。时，这时的胚胎称为桑葚胚。这一阶段及之前的每一个细胞这一阶段及之前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎都具有发育成完整胚胎的潜能的

13、潜能，属于，属于全能细胞全能细胞。胚胎细胞数目32个左右桑葚胚桑葚胚桑葚桑葚囊胚:（已分化）1.1.概念：概念：2.2.特点：特点：3.3.结构：结构：胚胎胚胎进一步发育，细胞进一步发育，细胞开始出现开始出现分化分化，形成形成内细胞团内细胞团、滋养滋养层层；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体液体的囊腔的囊腔囊胚腔囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚，这个时期的胚胎叫做囊胚。内细胞团内细胞团滋养层滋养层囊胚腔囊胚腔透明带透明带细胞开始出现分化细胞开始出现分化内细胞团内细胞团滋养层滋养层囊胚腔囊胚腔发育发育胎儿的各种组织胎儿的各种组织内细胞团具有全能性内细

14、胞团具有全能性发育发育胎盘和胎膜胎盘和胎膜滋养层细胞已经分化滋养层细胞已经分化孵化:孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 囊胚进一步扩大，会导致囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。这一过程叫做孵化。原肠胚: 囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。胞形成内胚层，出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。滋养层滋养层内胚层内胚层 外胚层外胚层原肠腔原肠腔外胚层：外胚

15、层：内胚层：内胚层：中胚层：中胚层：表面的细胞层表面的细胞层向内迁移的细胞向内迁移的细胞内外两个胚层之间内外两个胚层之间逐渐分化形逐渐分化形成各种组织、成各种组织、器官等器官等不同动物受精卵发育的比较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243838505060607068803桑

16、葚胚绵羊363842486772963416细胞猪2151516666729011011011422.546细胞马243036506072981066囊胚牛2742446546909612012014445816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】2. 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段的胚胎? ?如果换成牛又该怎样处理？如果换成牛又该怎样处理？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。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。 小鼠应

17、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，胚胎虽然最早可在下，胚胎虽然最早可在816816细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎细胞阶段进入子宫，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。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。1.1. 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 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

18、的。人们正是在认识了这些自然规律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。受精，获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育等。3. 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供理论基础? ?请结合所学习的内容举例说明。请结合所学习的内容举例说明。受精精子获能受精前的准备卵子准备M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桑葚胚受精卵每个细胞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组成个体的各种组织细胞胎盘、胎膜等胚外组织细胞外胚层内胚层中胚层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