2.3.1胚胎工程的理论基础课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

2.3.1 胚胎工程的理论基础 S z L w h 珠珠的电脑 (珠) - 问题∙探讨 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，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，能不能让引进的良种奶牛快速、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？ 良种荷斯坦奶牛 讨论 1、你能想出什么方法来扩大良种荷斯坦奶牛种群的数量呢? 克隆技术、体外受精 S z L w h 问题∙探讨 良种荷斯坦奶牛 讨论 2、培育克隆牛可以达到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别? “克隆”属于无性生殖，后代的遗传多样性低。 3、要想获得在遗传多样性上具有更大优势的后代，你能想出其他繁育方法吗? 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。 S z L w h 胚胎工程 体外受精、胚胎移植、胚胎分割 S z L w h 胚胎工程的理论基础 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。 操作对象 目的 技术种类 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 S z L w h 胚胎工程的理论基础 1 受精 2 胚胎早期发育 S z L w h 一、受精 受精 概念: 阶段: 准备阶段 受精阶段: 准备阶段Ⅰ:精子获能 准备阶段Ⅱ:卵子的准备 精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜具有：一定的流动性 哺乳动物的输卵管内。 S z L w h 一、受精 资料1：1951年，“试管婴儿之父”张明觉发现“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。 S z L w h 一、受精 （一）受精前的准备阶段 头 颈 尾 精子由哪些部分组成? 精子的结构特点与其功能有什么相关性? 成熟精子的结构示意图 （1）准备阶段——精子获能 线粒体鞘 高尔基体 细胞核 顶体 刚排出的精子不能立即受精，与要在雌性生殖道发生相应的生理变化后，获得受精能力 原因： S z L w h 一、受精 （一）受精前的准备阶段 （1）准备阶段——精子获能 直接利用 使精子获能； 将精子培养在 中使其获能； 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 肝素 获能液的成分因动物种类不同而有所差异，常见有效成分有肝素、Ca2+载体等。 思考:怎么让精子获能? S z L w h 一、受精 （一）受精前的准备阶段 （1）准备阶段——精子获能 ③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。 ④ 成熟精子的结构 遗传物质的储存场所 为生存和运动提供能量 S z L w h 一、受精 （一）受精前的准备阶段 （2）准备阶段——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 S z L w h 珠珠的电脑 (珠) - 一、受精 （一）受精前的准备阶段 （2）准备阶段——卵子的准备： ②卵子的成熟 具备受精能力的卵子结构 透明带 卵细胞膜 核 (纺锤体—染色体复合物) 第一极体 卵子要在 内进一步成熟，达到 时，才具备与精子受精的能力。 输卵管 MⅡ中期 S z L w h 一、受精 S z L w h 一、受精 （二）受精阶段 精子穿越卵细胞膜外结构，如透明带 释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子形成雄原核、卵子完成减数分裂 Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核 精子入卵 卵细胞膜反应 精子触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来精子进入透明带。第一道屏障 精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。 第二道屏障 防多精入卵的两个屏障 雄原核 雌原核 第一极体 第二极体 借助自身运动（线粒体供能） S z L w h 一、受精 雄原核 雌原核 第一极体 第二极体 两个极体 雌雄原核 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 受精完成的标志： 雌雄原核形成合子 受精的标志： 观察到两个极体或雌雄原核 核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成 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。 S z L w h 一、受精 S z L w h 一、受精 关于受精作用的四点提醒 成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。 精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。 雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，它们是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。 不同动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟．当达到减数分裂Ⅱ的中期时，才具备与精子受精的能力。 S z L w h 一、受精 哺乳动物精子和卵子发生的不同点 形成精子的减数分裂是连续的，场所唯一（MⅠ和MⅡ的场所都是睾丸）；而形成卵子的减数分裂是不连续的，场所不唯一（MⅠ场所在卵巢，MⅡ场所在输卵管中）。 精子和卵子发生的时间不同：精子的发生是从初情期一直到生殖机能衰退；多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是胎儿出生前完成的，MⅠ是在雌性动物排卵前后完成的，MⅡ是在受精过程中完成的。 精子的形成过程需要变形；卵细胞的形成过程不需要变形。 S z L w h 二、胚胎早期发育 有丝分裂 场所： 输卵管、子宫 分裂方式： S z L w h 二、胚胎早期发育 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 孵化 卵裂期 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 （细胞未分化） 胚胎发育早期有一段时间是在透明带内进行分裂，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卵裂 S z L w h 二、胚胎早期发育 概念： 桑葚胚 1.桑葚胚 桑葚 特点： 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。 每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。 S z L w h 二、胚胎早期发育 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 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，将来只能分化为胎盘和胎膜。 3.囊胚 开始分化，形成囊胚腔 S z L w h 二、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。 透明带 内细胞团 囊胚腔 滋养层 S z L w h 二、胚胎早期发育 4.原肠胚 囊胚孵化后，将发育形成_______；原肠胚表面的细胞层为_________，向内迁移的细胞形成_______；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______；这三个胚层将_____________________________； 原肠胚 外胚层 内胚层 中胚层 逐渐分化形成各种组织、器官等 进一步分化，形成三个胚层和原肠腔 S z L w h 二、胚胎早期发育 特别提醒： 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。 S z L w h 二、胚胎早期发育 1.结合受精过程中精子和卵细胞的特点，分析早期胚胎发育过程中营养物质的来源是什么。 ①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。 ②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。 思考讨论 S z L w h 二、胚胎早期发育 不同动物受精卵发育的比较 动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段 小鼠 3 桑葚胚 山羊 4 10-16细胞 绵羊 3-4 16细胞 猪 2-2.5 4-6细胞 马 6 囊胚 牛 4-5 8-16细胞 1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段 S z L w h 二、胚胎早期发育 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。 动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段 小鼠 3 桑葚胚 牛 4-5 8-16细胞 S z L w h 二、胚胎早期发育 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？ 动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段 小鼠 3 桑葚胚 牛 4-5 8-16细胞 体外受精形成的胚胎，发育到一定阶段方可移植到子宫中。 S z L w h 课堂小结 受精 胚胎早期发育 胚胎工程的理论基础 准备阶段1—精子获能 准备阶段2—卵子的准备 受精 卵裂 桑葚胚 囊胚 原肠胚 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 雌、雄原核形成 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成受精卵 S z L w h 练习∙反馈 1.下列关于卵母细胞采集、精子获能的叙述，正确的是( ) A.有些动物在采集卵母细胞时要用外源促性腺激素处理，使其超数排卵 B.从输卵管中取出的成熟卵子应已完成整个减数分裂过程 C.从附睾采集到的精子可以直接与卵母细胞完成受精作用 D.在卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子在体外受精 A S z L w h 练习∙反馈 2.下列关于哺乳动物受精的说法中，正确的是( ) A.防止多精入卵的两道屏障分别是免疫反应和透明带反应 B.受精的实质是雌雄原核的融合，雄原核就是精子的细胞核 C.动物排出的卵子成熟程度不同，有的是次级卵母细胞，有的是初级卵母细胞 D.精子要在获能液或雌性动物生殖道内获得能量后才能完成受精作用 C S z L w h 练习∙反馈 3.如图为哺乳动物受精卵发育过程中某一时期的示意图，下列有关叙述正确的是( ) A.此图表示桑椹胚，可作为胚胎移植的材料 B.此图中细胞还没有分化，图中①为透明带 C.胚胎从①中伸展出来的过程叫孵化 D.进行胚胎分割时，一般取③中的细胞做性别鉴定 C S z L w h 谢谢观看! S z L w h 珠珠的电脑 (珠) - $$