胚胎工程的理论基础课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

本节聚焦: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么样的？选择性必修3/第2章/细胞工程/第3节胚胎工程——胚胎工程的理论基础

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。胚胎工程的概念：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。操作对象主要集中在细胞水平上在体外条件下，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目的技术种类工程实质：操作水平：理论基础：知识回顾：一、精子的形成精子的发生是在睾丸完成的。雄性动物从初情期至生殖机能衰退，睾丸曲细精管不断进行生殖细胞的增殖。曲细精管为高度弯曲的上皮状管道，每个睾丸小叶中含有1—4条。1.场所着丝粒分裂姐妹染色单体分开1个精原细胞(2N)

减数第一次分裂染色体复制1个初级精母细胞(2N)2个次级精母细胞(N)减数第二次分裂4个精细胞(N)变形作用4个精子(N)同源染色体联会，出现四分体、交叉互换同源染色体分离非同源染色体自由组合一、精子的形成2.形成过程精细胞变形成精子一、精子的形成③精子头出现④细胞质浓缩①顶体的发生细胞核高尔基体细胞质线粒体⑤精子形成顶体头原生质滴线粒体鞘尾②尾的发育发育中的顶体中心体演变成尾精细胞变形为精子的过程中，细胞核变为精子头的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘，其他物质浓缩为原生质滴，而后脱落。

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(尾的基部)

原生质滴(球状,最后脱落)精子细胞变形总结一、精子的形成尾部：中段和尾中段的线粒体鞘含有螺旋状排列的线粒体，为精子的运动提供能量。尾部是精子代谢和运动器官。尾部的中心含一条贯穿全尾的轴丝（类似鞭毛）。一、精子的形成3.形态头：头部正面呈椭圆形，侧面呈梨形，内含一个染色质十分致密的细胞核和一个顶体。顶体：是一种膜系细胞器（高尔基体），呈帽状罩于细胞核的前方。顶体内含多种水解酶（顶体酶）相当于巨大溶酶体。

细胞核:父方的遗传物质、单倍体，双链DNA，与蛋白质紧密结合。精子形似蝌蚪，总长约66μm，分头、尾部（中段和尾）两部分。一、精子的形成4.不同物种的精子精子的形态：不同动物精子都形似蝌蚪，但其大小略有不同与动物体型大小无关。二、卵细胞的形成1.场所卵子发生在卵巢完成的。胚胎性别分化后，雌性胎儿卵巢内卵原细胞通过有丝分裂增加数量；卵原细胞可进一步形成初级卵母细胞；初级卵母细胞被卵泡细胞包围形成卵泡；哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内储备在出生前完成，与精子形成不同。卵巢示意图卵细胞卵泡第三阶段：减数分裂Ⅱ是在精子与卵子结合的过程中完成的，次级卵母细胞经分裂产生一个成熟的卵子和第二极体。第一阶段：胚胎在性别分化后，雌性胎儿卵巢内的卵原细胞通过有丝分裂增加数量，部分卵原细胞经染色体复制和其他物质的合成，演变为初级卵母细胞，形成卵泡。第二阶段：排卵前后完成了减数分裂Ⅰ,产生一个次级卵母细胞和一个第一极体，进入输卵管。2、卵子的产生与减数分裂卵原细胞有丝分裂次级卵母细胞第二极体卵原细胞初级卵母细胞染色体复制并进一步演变减数第二次分裂染色体数目：2n染色体数目：卵原细胞：2n初级卵母细胞：4n染色体数目：2n染色体数目：n（单倍体）第一极体减数第一次分裂卵细胞初级卵母细胞胎儿期初情期/青春期后初级卵母细胞生长，透明带形成排卵前后完成，胞质不均等分裂精卵结合过程中完成胞质不均等分裂第二极体被观察到是受精重要标志染色体数目：4n二、卵细胞的形成3.形态卵细胞结构图

卵细胞是哺乳动物体内最大的细胞，大约是精子体积的100倍。其直径可达0．125—0．15毫米，和人的头发尖的直径差不多。

卵呈球形，卵的细胞膜外面具有外被，其成分主要是糖蛋白，是由卵细胞或其它细胞分泌的。在哺乳动物中这种外被叫做透明带，其作用是保护卵子，阻止异种精子进入。透明带外面还具有由卵丘细胞形成的放射冠。

卵细胞细胞质多，核糖体十分丰富，同时还含有大量营养物质，卵细胞不能运动。

卵子是通过减数分裂形成的，第一次减数分裂在卵巢内完成，经过排卵过程，即将次级卵母细胞及外周的透明带和放射冠排出，倘若次级卵母细胞遇到精子，再结合过程中进行减数第二次分裂，成为真正意义上的卵细胞。

一个卵细胞排出后约可存活12—24小时，在这12—24小时内等待着与精子相遇、结合。若卵子排出后由于多种原因不能与精子相遇形成受精卵，便在24小时后自然死亡。失去这次受精的机会，就要等到1个月后另一个卵子成熟并被排出，重复同样的过程。左右两个卵巢通常是轮流排卵，少数情况下能同时排出两个或两个以上的卵子。如果分别与精子相结合，就出现了双卵双胞胎和多卵多胞胎。知识延伸卵细胞与精子形成过程的主要区别不同点精子的形成过程卵细胞的形成过程分裂场所分裂过程分裂结果睾丸卵巢内形成均等的分裂有变形期不均等的分裂无变形期一个精原细胞分裂形成四个（两种）精子一个卵原细胞分裂形成一个卵细胞和三个（两种）极体（退化消失）精子和卵子相互识别，融合形成成合子（受精卵）的过程。细胞膜的功能进行细胞间信息交流细胞膜的结构具有一定的流动性输卵管卵巢子宫雌性动物生殖道精子获能精子发生的使之具有受精能力的生理变化卵子的准备卵巢排出的卵子发育到MⅡ中期受精的场所2.受精前的准备1.概念受精前的准备阶段和受精阶段二、受精2.受精前的准备阶段准备阶段1：精子获能①

概念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研究精子获能机制的意义

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。二、受精2.受精前的准备阶段准备阶段1：精子获能③使精子获能的方法1、直接利用雌性动物生殖道使精子获能。2、将精子培养在人工配制的获能液中使其获能。获能液的成分因动物种类不同而有所差异。获能液常见有效成分有肝素、Ca2+离子载体等。二、受精2.受精前的准备阶段准备阶段1：精子获能④

成熟精子的结构

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。头颈线粒体鞘尾二、受精2.受精前的准备阶段准备阶段2：卵子的准备①

卵子一般在排出2-3h后才能被精子穿入。②

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。③

卵子成熟的场所：

排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。④

卵子具备与精子受精能力的时期为MⅡ期。具备受精能力的卵子结构二、受精卵细胞结构图

动物排出的卵子成熟程度不同，要在输卵管内进一步成熟，发育到减数第二分裂中期（MⅡ中期），才具备与精子受精的能力。排卵是指卵子从卵泡中排出。动物排出的卵子：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；卵子一般在排出2-3h后才能被精子穿入。卵子=次级（初级）卵母细胞+透明带+放射冠卵子的准备3.受精阶段获能后的精子与卵子相遇时，首先它释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触卵细胞膜。精子穿越卵细胞膜外的结构在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(透明带反应)，阻止后来的精子进入透明带

(第一道屏障)。精子入卵后，卵细胞膜也会发生反应(卵细胞反应)(第二道屏障)。形成雄原核和雌原核精子入卵后形成雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核。精子接触卵细胞膜一、受精形成雄原核和雌原核精子穿越卵细胞膜外的结构精子接触卵细胞膜3.受精阶段二、受精雌、雄原核靠近雄、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。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。核膜消失，开始卵裂

相关信息:多数哺乳动物的第一极体不会进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。精子入卵后，卵子完成减数第二次分裂，释放出第二极体。观察到两个极体或雌、雄原核；在实际胚胎工程操作中受精的标志：二、受精两个极体雌雄原核3.受精阶段精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带精子接触卵细胞膜透明带反应卵细胞膜反应形成雄原核、雌原核，释放第二极体精子入卵雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵受精结束，卵裂开始精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带精子接触卵细胞膜透明带反应卵细胞膜反应形成雄原核、雌原核，释放第二极体精子入卵雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵受精结束，卵裂开始（1）精子如何穿越卵细胞膜外结构______________________（2）防止多精入卵的两个屏障________________________（3）透明带反应具体表现___________________________________________________________________________________（4）卵细胞膜反应具体表现________________________________________________________释放多种酶，溶解这些结构透明带反应、卵细胞膜反应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。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。精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带精子接触卵细胞膜透明带反应卵细胞膜反应形成雄原核、雌原核，释放第二极体精子入卵雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵受精结束，卵裂开始（5）透明带反应发生时间________________________（6）卵细胞膜反应发生时间________________________（7）雄原核的形成精子入卵后，尾部____，原有的核膜____并______________，最后形成一个_________________的核，叫做雄原核；（8）雌原核的形成精子入卵后,被____的卵子完成__________，____________后，形成雌原核。精子触及卵细胞膜的瞬间精子入卵后脱离破裂形成一个新的核膜比原来精子的核还大激活减数分裂Ⅱ排出第二极体精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带精子接触卵细胞膜透明带反应卵细胞膜反应形成雄原核、雌原核，释放第二极体精子入卵雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵受精结束，卵裂开始（9）受精的标志____________________________________________________________________________。①

观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）②

观察到雌、雄原核*多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体，观察到的两个极体为一个第一极体一个第二极体。思考:

多数哺乳动物进行受精时，为什么只能看到两个极体？思考：下列细胞，哪一个为受精的标志（）C受精完成的标志：雌雄原核形成合子

雌雄原核充分发育后，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。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。4.受精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。二、受精1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵细胞？2.排卵是指卵细胞从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？3.刚排出的卵是成熟的卵细胞吗？它在母体的什么部位与精子受精？

刚排出的卵细胞尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，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。排出的卵细胞是在输卵管内与精子受精的。正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵细胞。是指卵细胞从卵泡中排出。易错点4.产生卵子的过程是否都发生在卵巢中？否、减II过程是在输卵管中。易错点

不是。其一，在自然繁殖的条件下，可以说是动物为繁殖后代、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，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（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。5.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？

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。而线粒体则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”。6.精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？1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵细胞？2.排卵是指卵细胞从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？3.刚排出的卵是成熟的卵细胞吗？它在母体的什么部位与精子受精？

刚排出的卵细胞尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，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。排出的卵细胞是在输卵管内与精子受精的。正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵细胞。是指卵细胞从卵泡中排出。易错点4.产生卵子的过程是否都发生在卵巢中？否、减II过程是在输卵管中。易错点

不是。其一，在自然繁殖的条件下，可以说是动物为繁殖后代、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，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（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。5.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？

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。而线粒体则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”。6.精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？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受精精子获能的方法：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总结二、胚胎早期发育胚胎发育早期，有一段时间在透明带内进行，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。受精卵卵裂过程：2细胞(第一次卵裂)4细胞(第二次卵裂)8细胞(第三次卵裂)桑葚胚每个细胞的体积减小；胚胎总有机物减小；胚胎总DNA数增加；每个细胞具有发育的全能性。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。桑葚胚每个细胞具有全能性，属于全能性细胞。三、胚胎早期发育桑葚胚桑葚囊胚三、胚胎早期发育囊胚胚胎进一步发育，细胞开始出现分化。内细胞团透明带滋养层囊胚腔聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团；发育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。内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源（具有全能性）。胎盘和胎膜发育滋养层细胞已经分化。随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的腔——囊胚腔。三、胚胎早期发育孵化囊胚进一步扩大，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。

囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。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。出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。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。由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统。原肠胚滋养层内胚层外胚层原肠腔孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无继续培养。三、胚胎早期发育胎儿成形胎儿成形三、胚胎早期发育同卵双胞胎的形成示意图三、胚胎早期发育受精卵卵裂期桑椹胚囊胚（内含囊胚腔）原肠胚（内含原肠腔）胎儿形成滋养层外胚层中胚层内胚层原肠腔：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。：由全能细胞构成，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：最初在输卵管进行有丝分裂胚胎早期发育小结拓展了解——胚胎发育和个体发育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。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。

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？讨论1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？不同动物受精卵发育的比较比较而言，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