2-3-1-胚胎工程的理论基础-课件

Fromsociety00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。能不能让引进的两种奶牛快速、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？

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。

Embryoengineering00胚胎工程为什么进行要胚胎工程？哺乳动物自身繁殖率低畜牧业上需要快速大量繁殖良种家畜体外受精早期胚胎培养胚胎分割胚胎移植短内时间内可产生大量后代胚胎工程

Embryoengineering00胚胎工程指对生殖细胞、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

目的技术种类操作水平主要集中在细胞水平上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。理论基础哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律胚胎形成经过了哪些过程？受精和早期胚胎发育的基本过程是怎样的？胚胎工程的理论基础CONTENTS目录受精Fertilization01胚胎早期发育Earlyembryonicdevelopment02习题巩固Exercisestoconsolidate03受精FertilizationPART01

Fertilization01受精受精定义阶段受精前的准备阶段受精阶段指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。准备阶段Ⅰ——精子获能准备阶段Ⅱ——卵子的准备场所输卵管内

Fertilization01受精精子的发生(1)场所：在雄性动物的

内完成。(2)时期：从

开始到

衰退。睾丸初情期生殖机能精细胞次级精母细胞初级精母细胞大量精原细胞精子精原细胞有丝分裂染色体复制减Ⅰ减Ⅱ变形减数分裂前减数分裂变形曲细精管附睾输精管精子的形成过程精原细胞（1个，间期）染色体复制初级精母细胞（1个，减Ⅰ）有同源染色体（2N）次级精母细胞（2个，减Ⅱ）无同源染色体（N）精细胞（4个）精子（4个，2种）变形

Fertilization01受精②尾的发育⑤精子形成③精子头出现④细胞质浓缩①顶体的发生

Fertilization——Thestructureofmaturesperm01受精——成熟精子的结构头颈线粒体鞘尾巴成熟精子含有的细胞质很少细胞核（主要部分）高尔基体（顶体）中心体(尾的基部)细胞内其他物质——原生质滴(球状,最后脱落)

Fertilization——Thestructureofmaturesperm01受精——成熟精子的结构思考：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？（1）细胞核是精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，

它参与受精过程。（2）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。

Fertilization——Capacitation01受精——精子获能张明觉1951年，他发现“精子获能”的生理现象。同年，澳大利亚学者奥斯汀博士也在实验中发现相同现象。国际生理学界把他们俩的研究成果命名为“张—奥原理”。这一现象的发现解开了精卵受精之谜，为哺乳类卵子体外受精的成功，奠定了理论基础。1959年，他首次成功地把兔子的精子和卵子在体外结合，再放回到兔子子宫里，体外受精的卵子发育正常，文章发表在1959年的《自然》杂志上。正是他的研究，促成了第一个试管婴儿的诞生，因此，张明觉博士也被誉为“试管婴儿的先驱”。

Fertilization——Capacitation01受精——精子获能（1）概念：

刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的

发生

后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”生殖道相应的生理变化（2）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

的建立奠定了基础。体外受精技术

Fertilization——Capacitation01受精——精子获能研究精子获能机制找到精子在体外获能的方法实现哺乳动物精子体外获能为体外受精奠定了重要基础直接利用雌性动物的生殖道使精子获能将精子培养在人工配制的获能液中使其获能获能液中的有效成分有：肝素、Ca2+载体等。精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。

Fertilization——Ovumpreparation01受精——卵子的准备卵子的发生卵巢性别分化卵原细胞初级卵母细胞第一极体第二极体第二极体第二极体间期减Ⅰ减Ⅱ减数分裂前退化消失原始卵泡成熟卵泡黄体次级卵母细胞(1)场所：在雌性动物的

内完成。(2)时期：动物的胚胎在

以后。卵细胞次级卵母细胞

Fertilization——Ovumpreparation01受精——卵子的准备原始卵泡成熟卵泡黄体次级卵母细胞排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？卵子从卵泡中排出正常情况下，一个卵巢中有多个卵泡，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。卵细胞的形成过程卵原细胞MI初级卵母细胞联会细胞质不均等分裂卵细胞的形成过程MII次级卵母细胞第二极体卵细胞第一极体均等分裂不均等分裂卵细胞获得较多的细胞质,可为受精后形成的受精卵和早期胚胎发育提供足够的物质和能量

Fertilization——Ovumpreparation01受精——卵子的准备①不同动物排出的卵子成熟程度不同卵原细胞初级卵母细胞次级卵母细胞马、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马、犬排卵猪、羊排卵

Fertilization——Ovumpreparation01受精——卵子的准备②卵子的成熟卵原细胞初级卵母细胞次级卵母细胞马、犬排卵猪、羊排卵MⅡ(中)期卵母细胞发育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。

Fertilization——Ovumpreparation01受精——卵子的准备②卵子的成熟MⅡ(中)期卵母细胞透明带卵细胞膜核（纺锤体—染色体复合物）第一极体成熟卵母细胞卵子一般在排出

后才能被精子穿入。2-3h

Fertilization01受精第1步：精子穿越卵细胞膜外结构顶体反应获能后的精子与卵子在输卵管相遇释放多种酶（顶体酶）溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带）借助精子自身运动精子接触卵细胞膜

Fertilization01受精第2步：透明带反应在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面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。阻止多精入卵的第一道屏障

Fertilization01受精第3步：精子入卵精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。阻止多精入卵的第二道屏障第4步：卵细胞膜发生生理反应精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。

Fertilization01受精第5步：雌雄原核的形成雄原核的形成：精子如卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。雌原核的形成：精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。雄原核雌原核第一极体放出的第二极体

Fertilization01受精第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成雌、雄原核充分发育相向移动，彼此靠近核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成雌、雄原核靠近核膜消失，第一次卵裂即将开始

Fertilization01受精受精的标志放出的第二极体第一极体多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ雄原核雌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

Fertilization01受精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期，才具备与精子受精的能力精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道；将精子培养到获能液（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

Fertilization01受精第1步：精子穿越卵细胞膜外结构第2步：透明带发生生理反应第3步：精子入卵第4步：卵细胞膜发生生理反应第5步：雌雄原核的形成第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成阻止多精入卵的两道屏障01习题巩固

Exercisestoconsolidate1.下图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵

的过程，下列叙述错误的是（）A.图中X指卵细胞膜反应，Y指卵子的减数第二次分裂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.精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶B01习题巩固

Exercisestoconsolidate2.精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后，顶体膜与精子细胞膜融合，释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列叙述正确的是()A.顶体内储存的溶酶体酶是在精子的溶酶体中合成的B.精子游向卵子所需的能量来自线粒体和细胞质基质C.顶体膜和精子细胞膜融合体现了生物膜的选择透过性D.受精卵中的遗传物质一半来自父方另一半来自母方

B01习题巩固

Exercisestoconsolidate3.下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子()C透明带和卵细胞膜之间的两个极体是不同的，分别是第一极体和第二极体胚胎早期发育EarlyembryonicdevelopmentPART02Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育次级卵母细胞受精2细胞期4细胞期8细胞期桑葚胚囊胚1.场所输卵管、子宫2.分裂方式有丝分裂卵裂胚胎发育早期，有一段时间在透明带内进行，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不断增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育原肠胚受精卵2细胞4细胞8细胞桑葚胚囊胚卵裂(细胞未分化)Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育项目变化细胞数目每个细胞体积DNA总量每个细胞内的DNA总量有机物总量物质种类胚胎总体积增多减小增多不变减少增多卵裂期的特点不增加或略有减小Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育桑葚胚当卵裂产生的子细胞数目达到32个，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。桑葚胚桑葚每个细胞具有全能性，属于全能性细胞。Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育囊胚

内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。内细胞团滋养层囊胚腔透明带发育胎盘和胎膜发育胎儿的各种组织滋养层细胞已经分化细胞开始出现分化内细胞团细胞具有全能性Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育孵化内细胞团滋养层囊胚腔透明带囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。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。由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统。Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育原肠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Earlyembryonicdevelopment02胚胎早期发育原肠胚外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体Comparisonoffertilizedeggdevelopmentindifferentanimals02不同动物受精卵发育的比较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细胞桑装胚天发育阶段小鼠24~3838〜5050〜6060〜7068〜803桑建胚绵羊36~38424867〜72963~416细胞猪21〜5151-6666~7290-110110-1142~2.54~6细胞马2430〜3650〜607298-1066囊胚牛27~4244〜6546〜9096-120120-1444〜58~16细胞注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。Comparisonoffertilizedeggdevelopmentindifferentanimals02不同动物受精卵发育的比较讨论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。讨论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。Comparisonoffertilizedeggdevelopmentindifferentanimals02不同动物受精卵发育的比较

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。讨论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。03习题巩固

Exercisestoconsolidate3.(2019·南通质检)关于桑椹胚和囊胚的比较，以下说法错误的是A.桑椹胚的各细胞结构、功能基本相同B.囊胚期细胞分化是由于遗传物质突变引起的C.囊胚期的细胞出现了分化，但遗传物质未发生改变D.囊胚期内细胞团和滋养层细胞的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√03习题巩固

Exercisestoconsolidate4.下列关于蛙胚胎发育过程的叙述，正确的是A.通过细胞分裂不断增加细胞数量，并在一定时期发生细胞分化B.胚胎发育过程中细胞不断分裂，但不发生凋亡C.随着细胞分裂次数的增加，蛙胚的有机物总量不断增加D.发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐增加√03课堂小结

Briefsummary03课堂小结

Briefsummary(2)个体发育过程中，从囊胚阶段开始出现细胞分化，但此阶段细胞的全能性仍很高，可用于胚胎分割。(3)原肠胚阶段是个体发育过程中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿于生物整个个体发育过程中。(4)早期胚胎发育的营养物质来自卵黄，发育后期通过胎盘从母体吸收。受精精子获能受精前的准备卵子准备MⅡ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课堂小结习题巩固ExercisestoconsolidatePART0303习题巩固

Exercisestoconsolidate1.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。

（

）××√03习题巩固

Exercisestoconsolidate2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的