2.3.1 胚胎工程的理论基础-【省心备课】2024-2025学年高二生物同步教学精优课件（人教版2019选择性必修3）

第3节 胚胎工程 ——胚胎工程的理论基础 贺老师 第2章 细胞工程 1 我国对奶类的总需求量很大，但我国奶牛的单产水平并不高。而引进一头外国高产成年奶牛往往需要数万元。 1、能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢? 牛的生育率很低！一头母牛每年只能产一胎，每胎生一个牛仔,每胎产2个牛仔的情况比较少见，一头母牛一生大约生育四五次。 2、但克隆技术又不够成熟，克隆动物可能存在健康问题， 如果你花了几万元买了一公一母两头良种牛，如何实现大量繁殖？ 动物体细胞核移植技术进行克隆 可以通过体外受精（有性生殖）、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。 问题探讨 良种荷斯坦奶牛 ——胚胎工程技术 2 操作对象 技术种类 工程实质 理论基础 动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞 体外受精、胚胎分割、胚胎移植 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 胚胎工程的定义 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。 3 细胞间的信息交流（细胞膜上的糖蛋白有识别作用） 细胞膜具有一定的流动性 问题1：精卵相互识别的体现细胞膜什么功能？ 问题2：精卵融合的结构基础是什么？ 胚胎工程的理论基础——受精 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 输卵管 受精 场所： 阶段： 定义： 4 胚胎工程的理论基础——受精 精子的形成过程 精原细胞 大量精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精子 染色体复制及相关蛋白质合成 细胞变形 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ （2）精子的结构： 头 颈 线粒体鞘 尾巴 顶体 （主要是细胞核） （为精子运动提供能量） （由中心体演变而来） （1）场所： 曲细精管 在雄性动物的 内完成。 睾丸 有丝分裂 大鼠的精子190μm长而大象的精子却只有50μm长。 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 5 ⑤精子形成 ④细胞质浓缩 ①顶体的发生 ②尾的发育 ③精子头出现 精细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？ 细胞核是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过程。 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。 精子变形的过程 6 胚胎工程的理论基础——受精 1 准备阶段1——精子获能 科学研究发现，刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能” 精子获能的原因：精液由精子和精浆组成，精浆中含有抑制精子获能的物质，只有精子进入雌性动物的生殖道后，由生殖道分泌产生相关物质解除对精子的抑制，才能使精子获得受精的能力。 1、精子获能的方法： ①自然：直接利用雌性动物的生殖道 ②胚胎工程：培养在人工配制的获能液 Ca2＋载体肝素等 精子获能指精子获得受精能力，而不是获得能量。 获能的实质是：1.溶解精子表面的糖蛋白，2.使精子获得释放顶体酶的能力； 3.使精子表面的识别因子和结合因子暴露。 “能”是指“能量”？ 获能液的成分因动物种类不同而有所差异； 7 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 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，为哺乳动物体外受精奠定了理论基础。由于他在体外受精和胚胎移植研究中作出的重大贡献，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。 胚胎工程的理论基础——受精 1 准备阶段1——精子获能 8 胚胎工程的理论基础——受精 卵子的形成过程 1、形成场所： 在雌性动物的 内完成。 卵巢 卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于 。 卵细胞的形成是一个 的过程，有 次暂停 不连续 两 2、特点： 性成熟后，受______刺激，继续分裂 减数分裂Ⅰ前期 性激素 （2）时期：动物的胚胎在性别分化以后。 9 ③卵子成熟的场所： 排出的卵子都要在________内进一步成熟。 ②不同动物排出的卵子成熟程度 ： 有的可能是________________，如马、犬等； 有的可能是________________，如猪、羊等； 初级卵母细胞 次级卵母细胞 ①卵子一般在排出 后才能被精子穿入。 2-3h 不同 输卵管 ④卵子具备与精子受精能力的时期：___________________期。 胚胎工程的理论基础——受精 2 准备阶段2——卵子的准备 MⅡ（减Ⅱ中期） 思考：在进行体外受精操作时，需要对精子和卵子进行什么处理？ 精子——获能处理； 卵子——培养成熟 10 1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？ 2.防止多精入卵的机制有哪些？ 3.精子入卵后，结构发生了哪些变化？ 4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成标志是？ 胚胎工程的理论基础——受精 【任务一】观看视频，思考以下几个问题： 3 受精阶段 11 胚胎工程的理论基础——受精 3 受精阶段 获能后的精子与卵子在 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 顶体反应 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构（放射冠和透明带） 放射冠 透明带 细胞核 卵细胞膜 受精作用 输卵管 顶体是位于精子头部细胞核前方的囊状细胞器（特化的溶酶体），内含多种水解酶（如透明质酸酶、顶体素、蛋白酶等）。当精子与卵子接触时，顶体膜破裂，释放这些酶以溶解卵子外围的保护层，为精子入卵创造通道。 12 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， 。 阻止多精入卵的第一道屏障 精子入卵后， 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：卵细胞膜反应 第3步：精子入卵 精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。 3 受精阶段 阻止后来的精子进入透明带 卵细胞膜 精子入卵后卵细胞膜会发生什么反应？有何作用？ 13 第5步：雌雄原核的形成 ①雄原核的形成： 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，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。 ②雌原核的形成： 精子入卵后被激活的卵子完成 ， 排出第二极体，形成雌原核。 雄原核 第一极体 放出的 第二极体 卵子完成减数分裂Ⅱ 输卵管 精子入卵激活后 发生场所： 发生时间： 雌原核 注意：雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ 3 受精阶段 减Ⅱ 14 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 3 受精阶段 两个极体 雌雄原核 受精的标志： a.观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间） b.观察到雌、雄原核。 受精完成的标志： 雌、雄原核融合形成合子 核遗传物质: 精子和卵子各占一半 质遗传物质: 几乎全部来自卵子 受精卵的遗传物质 15 准备阶段 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备： 精子穿越卵细胞膜外的结构（放射冠和透明层） 透明带反应(阻止多精入卵的第一道屏障) 精子接触卵细胞膜 精子入卵(进入卵细胞膜) 卵细胞膜反应(阻止多精入卵的第二道屏障) 雄、雌原核形成 雌、雄原核融合形成合子 受精阶段 (受精的标志：观察到两个极体或雌、雄原核) ——受精完成的标志 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 在输卵管内发育到MⅡ期 保证受精卵中的遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证了遗传的稳定性。 3 受精作用小结 16 (1)图中a、b、c表示细胞分裂，依次为 ，在精子与卵子结合过程中完成的分裂是 (填“a”“b”或“c”)。图中的p、q表示的结构依次是 。c过程发生的场所为 。 1.观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题： 有丝分裂、减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ c 透明带、卵细胞膜 输卵管 (2)卵子成熟后，即可进行受精，判断卵子受精的标志是______________ _________________________。 可以观察到两个 极体(或观察到雌、雄原核) 巩固练习 17 (1)写出图中字母表示的结构名称。 a.　　　 , b.　　　, c.　　 。 2.下图为哺乳动物受精过程示意图,请据图回答下列问题。 (2)该过程发生的场所是　　　,能体现受精作用实质的是图中的　　过程。 透明带 雄原核 雌原核 输卵管 ④ (3)在精卵相遇之前,精子在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化,具有了受精能力,这个过程叫　　　 。卵子一般排出后都要在　　　　中进一步成熟,当达到　 　　　　　　 时,才具备与精子受精的能力。 精子获能　 输卵管 减数分裂Ⅱ中期(或MⅡ期) 巩固练习 18 次级卵母细胞 受精 2细胞期 4细胞期 8细胞期 受精卵 桑葚胚 囊胚 着床，原肠胚 1.场所： 2.分裂方式： 输卵管和子宫 有丝分裂 胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育 人卵细胞受精到受精卵卵裂后植入的过程 高等动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育；胚胎发育的起点是受精卵，终点是成熟的胎儿；胎儿出生后的发育过程属于胚后发育。因此，高等动物个体发育的起点是受精卵，终点是性成熟的个体。 19 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂（期） 1.卵裂 项目 变化 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 减小 增多 不变 减少 增多 受精卵→桑葚胚 ①时期： ②场所： ③特点： 在透明带内 细胞数量 胚胎总体积 不断增加 并不增加 胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育 细胞进行代谢分解有机物 20 2.桑葚胚： 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。 ①概念： 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 桑葚胚 桑葚 ②特点： 这一阶段及之前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，每个细胞都具有全能性，属于全能性细胞。 胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育 桑葚胚通常有32个细胞左右。 桑葚胚 桑葚胚通常有32个细胞左右。 21 3.囊胚： ①特点： 细胞开始分化（细胞的结构、功能出现差别） 桑葚胚→囊胚形成 （聚集在胚胎一端的细胞） （沿透明带内壁扩展和排列的细胞） 具有全能性 内细胞团 滋养层 囊胚腔 发育成 胎盘和胎膜 发育成 胎儿的各种组织 ②结构： 囊胚扩大→孵化 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。 透明带 孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 22 胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育 4.原肠胚： ①特点： 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 ②结构： 出现胚层分化 逐渐分化形成各种组织、器官等 表面的细胞层 向内迁移的细胞 内外两个胚层之间 中胚层： 外胚层： 内胚层： 23 全能细胞 细胞分化 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 孵化 卵裂期 胚胎发育 胚后发育 个体发育 内细胞团 滋养层细胞 囊胚腔 外胚层 中胚层 内胚层 拓展：胚胎发育 vs 个体发育 【注意点】高等动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育，胚胎发育的起点是受精卵，终点是成熟的胎儿；胎儿出生后的发育过程属于胚后发育。因此，高等动物个体发育的起点是受精卵子，终点是性成熟的个体。 24 讨论：(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。 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 25 （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。 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 26 (3) 不同动物胚胎进入子宫所处的时期不同，这个胚胎工程提供了什么启示？ 体外受精形成的胚胎，发育到一定阶段方可移植到子宫中。 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 27 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，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。（ ） 2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是（ ） A.在桑葚胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔 B.胚胎干细胞是一类未分化的细胞，可以从早期胚胎中分离获得 C.桑葚胚的细胞一般都具有全能性，囊胚的细胞逐渐分化 D.受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加 × × √ A 一、概念检测 28 1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化 限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。 2.桑葚胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。 3.桑葚胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高， 也可用于胚胎分割。 4.卵裂期和桑葚胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质， 胚胎发育所需营养主要来自卵黄。 囊胚期细胞开始分化，透明带破裂，滋养层细胞（以后发育成胎盘、 胎膜，与母体建立联系）从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。 29 早期胚胎发育认识的误区 1.误认为子宫是唯一的发育场所。 受精卵形成后即在输卵管内开始进行有丝分裂， 输卵管为受精卵发育的最初场所。 2.误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。 卵裂时期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。 3.误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。 早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减少， 但有机物种类增加。 30 31 Lavf58.51.100 $$