2-3-1-胚胎工程的理论基础

第三节胚胎工程（一）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量的主要因素之一，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。能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢?遺憾的是，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?良种荷斯坦奶牛胚胎工程胚胎工程是指对生殖细胞、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。一、胚胎工程的理论基础胚胎工程的许多技术，实际上是在体外条件下,对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。因此，了解哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律十分重要。（一）受精1、受精的概念、阶段和场所2、准备阶段1——精子获能3、准备阶段2——卵子的准备4、受精阶段1、受精的概念、阶段和场所受精是指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。（1）概念（2）阶段受精前的准备阶段受精阶段准备阶段1：精子获能准备阶段2：卵子的准备（2）场所哺乳动物的受精是在输卵管内完成的。2、准备阶段1——精子获能相关信息：精子获能的方法（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。使精子获能的方法有直接利用雌性动物生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。2、准备阶段1——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。通过对精子获能机制的研究，科学家找到了使精子在体外获能的方法，实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了重要基础。牛猪绵羊马成熟精子和几种主要家畜的精子示意图头颈线粒体鞘尾2、准备阶段1——精子获能3、准备阶段2——卵子的准备卵子一般在排出2~3h后才能被精子穿入。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。排卵是指卵子从卵泡中排出，进入输卵管。但它们都要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。3、准备阶段2——卵子的准备4、受精阶段

精子穿越卵细胞外的结构（如透明带等）

精子接触卵细胞膜同时借助自身的运动接触卵细胞膜，触摸瞬间发生透明带反应阻止多精入卵。

精子进入卵细胞精子入卵后卵细胞膜立即发生卵细胞膜反应阻止多精入卵。雄原核第一极体雌原核第二极体获能后的精子释放多种酶溶解膜外结构。

雌、雌原核形成

雌、雄原核靠近

核膜消失卵裂开始雄原核第一极体雌原核第二极体精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，称为雄原核。与此同时，精子入卵后被激活的卵子完成减Ⅱ，排除第二极体后，形成雌原核。雄、雌原核充分发育后，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。受精过程结束。受精的标志：透明带和卵细胞膜之间有两个极体(P58相关信息）（二）胚胎早期发育1、早期发育场所及细胞分裂方式2、卵裂3、早期胚胎发育的阶段4、原肠胚5、思考讨论1、早期发育场所及细胞分裂方式受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。2、卵裂3、早期胚胎发育的阶段2细胞4细胞8细胞受精卵透明带桑葚胚（32细胞）透明带内细胞团囊胚腔滋养层囊胚注意：从受精卵到桑椹胚是卵裂期。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。卵裂期的细胞都有全能性。囊胚胚胎进一步发育，细胞逐渐分化。细胞分化最早出现在囊胚。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。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。透明带内细胞团囊胚腔滋养层随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔——囊胚腔。这时期的的胚胎叫做囊胚。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。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。4、原肠胚囊胚孵化后，将发育成原肠胚。原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。随着发育的进行，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层。这三个胚层将逐渐分化成各种组织、器官等。滋养层内胚层外胚层原肠腔不同动物受精卵发育的比较不同动物受精卵发育及其进人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人子宫的时间表动物种类受精卵发育的时间/h进入子官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24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊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。1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高?马的胚胎进人子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。不同动物受精卵发育的比较不同动物受精卵发育及其进人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人子宫的时间表动物种类受精卵发育的时间/h进入子官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24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊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。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。不同动物受精卵发育的比较不同动物受精卵发育及其进人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人子宫的时间表动物种类受精卵发育的时间/h进入子官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24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊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。3.为什么说关于