細(xì)胞的生命歷程

第四講細(xì)胞的生命歷程第4課時(shí)胚胎工程一、考試要求

1．理解哺乳動(dòng)物的精子和卵子的發(fā)生及受精過程。2．了解哺乳動(dòng)物受精過程中精子的獲能、頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)、卵黃膜封閉作用的概念和生理功能。3．記住哺乳動(dòng)物的胚胎發(fā)育過程及其主要特點(diǎn)。4．理解哺乳動(dòng)物體外受精技術(shù)的主要操作步驟。5.了解哺乳動(dòng)物胚胎的早期培養(yǎng)方法。6.了解體外受精在家畜快速繁殖中的重要意義。7.舉例說出胚胎移植和胚胎分割。8.了解胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用二、知識(shí)整理

1．胚胎工程概念：對(duì)動(dòng)物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微損傷和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎侵害、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動(dòng)物體內(nèi)產(chǎn)生后代，可滿足人類的各種需求。

胚胎核移植技術(shù)是胚胎工程技術(shù)的一個(gè)方面，是胚胎工程不可缺少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。胚胎分割、性別鑒定、體細(xì)胞克隆、轉(zhuǎn)基因胚胎、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)與胚胎移植和體外受精技術(shù)相互配合，將進(jìn)一步挖掘動(dòng)物的繁殖能力，在畜牧業(yè)和制藥等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

2．精子和卵細(xì)胞的發(fā)生

(1)精子的發(fā)生：場(chǎng)所：睪丸的曲細(xì)精管時(shí)間：從初情期開始，到生殖機(jī)能衰退過程(1）精原細(xì)胞→多個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞（通過數(shù)次有絲分裂）(2）1個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞→2個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞→4個(gè)精子細(xì)胞（通過減數(shù)分裂，即MI和MII）(3）精子細(xì)胞→精子（通過變形）(2)卵細(xì)胞的發(fā)生場(chǎng)所：卵巢時(shí)間：從胎兒時(shí)期開始（胎兒時(shí)期完成了卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲(chǔ)備）1）卵原細(xì)胞→初級(jí)卵母細(xì)胞2）1個(gè)初級(jí)卵母細(xì)胞→1個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞＋第一極體（排卵前后完成）3）1個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞→1個(gè)卵子＋第二極體（精子和卵子結(jié)合精子獲能過程中成）過程3.受精過程中精子和卵細(xì)胞是如何結(jié)合在一起的？3.受精過程中精子和卵細(xì)胞是如何結(jié)合在一起的？概念：精子和卵子結(jié)合成合子（受精卵）的過程。場(chǎng)所：雌性的輸卵管內(nèi)

4.早期胚胎發(fā)育各階段及其特點(diǎn)5.體外受精的過程(1)卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)①卵母細(xì)胞的采集：方法一：用促性腺激素處理，使其超數(shù)排卵，從中輸卵管沖取精子（針對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，家畜豬、羊等）方法二：從屠宰母畜卵巢中采集方法三：借助超聲波探測(cè)儀、內(nèi)窺鏡、腹腔鏡等工具直接從活體母畜卵巢中吸?。ㄡ槍?duì)大家畜或大型動(dòng)物，如牛）②卵母細(xì)胞的培養(yǎng)：在體外人工培養(yǎng)成熟(2)精子的采集和獲能①主要分為假陰道法、手握法和電刺激法。假陰道法是用特制的假陰道，滿足雄性動(dòng)物交配時(shí)對(duì)壓力、溫度和潤(rùn)滑度的要求。同時(shí)要配備有與供精動(dòng)物相適應(yīng)的臺(tái)畜，訓(xùn)練動(dòng)物爬跨臺(tái)畜，借假陰道收集精液。手握法是通過徒手或戴乳膠手套的手，直接把握雄性動(dòng)物陰莖，施以適當(dāng)壓力和刺激即可引起射精，并可收集富含精子部分的精液。電刺激法是采用特制的電極伸入動(dòng)物的直腸直接刺激位于腰薦部的射精中樞引起射精，此方法只適用于野生或某些經(jīng)濟(jì)動(dòng)物。此外，對(duì)于嚙齒類的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可在處死后從附睪尾收集精液。②精子的獲能：方法有培養(yǎng)法（通過獲能培養(yǎng)液）、化學(xué)法（通過肝素或鈣離子載體A23187）(3)受精：獲能的精子＋培養(yǎng)成熟的卵子完成受精6.胚胎早期培養(yǎng)的條件、用途

條件：受精卵在發(fā)育培養(yǎng)液中培養(yǎng)培養(yǎng)液成分：無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等用途：當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時(shí)，可將其取出向受體移植或冷凍保存。7.胚胎移植

概念：是指將雌性動(dòng)物的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動(dòng)物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。其中提供胚胎的個(gè)體叫供體，接受胚胎的個(gè)體叫受體。應(yīng)用：胚胎移植是轉(zhuǎn)基因、核移植、或體外受精等技術(shù)的最后一道“工序”現(xiàn)狀：在牛的胚胎移植中，技術(shù)方法更為簡(jiǎn)便、實(shí)用。意義：可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個(gè)體繁殖潛力。供體主要職能只是產(chǎn)生優(yōu)良特性的胚胎，縮短繁殖周期生理學(xué)基礎(chǔ)：胚胎移植成功與否關(guān)系到：供體和受體的生理狀況有關(guān)。1）供、受體生殖器官的生理變化相同，為胚胎提供相同的生理環(huán)境2）早期胚胎沒有與母體子宮建立組織聯(lián)系，為胚胎收集提供可能3）受體對(duì)外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎的存活提供可能4）胚胎能與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但其遺傳物質(zhì)不受影響基本程序：1）供、受體的選擇和處理（使用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理、超數(shù)排卵處理）2）配種或人工受精3）胚胎收集（沖卵）、檢查（胚胎發(fā)育到桑椹胚或囊胚）、培養(yǎng)或保存（－196℃的液氮）4）胚胎移植：手術(shù)法（引出子宮和卵巢將其注入）；非手術(shù)法（用移植管將其送入子宮）5）移植后的檢查（是否妊娠）等8.胚胎分割

概念：指采用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。儀器設(shè)備：實(shí)體顯微鏡和顯微操作儀

操作程序：1）選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培養(yǎng)皿2）用分割針或分割刀切開胚胎，吸出半個(gè)，注入空透明帶或直接將裸半胚移植給受體。分割囊胚時(shí)要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割。此時(shí)還可用分割針分割滋養(yǎng)層，做胚胎DNA分析性別鑒定。局限：剛出生的動(dòng)物體重偏低，毛色和斑紋上存在差異，同卵多胎的可能性有限。9.胚胎干細(xì)胞概念：由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞。簡(jiǎn)稱ES或EK細(xì)胞。特點(diǎn)：

①形態(tài)上：體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯②功能上：具有發(fā)育的全能性，即可分化為成年動(dòng)物體任何一種組織細(xì)胞；在體外可增殖而不發(fā)生分化；可冷凍保存；可進(jìn)行遺傳改造。

意義：

1）移植ES細(xì)胞修復(fù)壞死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病癥

2）ES細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化，可培育人造組織器官3）ES細(xì)胞在牛黃酸、丁酰環(huán)腺苷酸等誘導(dǎo)因子作用下可向不同類型組織細(xì)胞分化三、知識(shí)拓展1.哺乳動(dòng)物精子和卵子的發(fā)生主要有哪些相似點(diǎn)和不同點(diǎn)？

相似之處：細(xì)胞分裂的最初階段為有絲分裂，不斷增加生殖原細(xì)胞的數(shù)量；經(jīng)過兩次減數(shù)分裂（MI和MII）才能形成精子或卵子。不同之處：由一個(gè)精原細(xì)胞分裂最后可產(chǎn)生多個(gè)精子；一個(gè)卵原細(xì)胞最后只能生成一個(gè)卵子。精子的形狀為蝌蚪狀；卵子為球形。特別提醒：精子和卵子在發(fā)生上的重要區(qū)別是哺乳動(dòng)物卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的貯備是在胎兒出生前完成。不同之處：①精子的變形過程：細(xì)胞核→精子頭的主要部分高爾基體→頭部的頂體精子細(xì)胞中心體→精子的尾精子（包括頭、頸、尾）線粒體→精子尾基部的線粒體鞘膜其他物質(zhì)→原生質(zhì)滴（最后脫落）注意：動(dòng)物精子的大小與動(dòng)物的體型大小無關(guān)。②卵子發(fā)生過程中的注意事項(xiàng)：正常情況下，1個(gè)卵泡只能形成1個(gè)成熟的卵子。排卵是指卵子從卵泡中排出，而不是卵泡從卵巢中排出。剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成減數(shù)第一次分裂，需要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，直到減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子在輸卵管內(nèi)結(jié)合完成受精過程。注意：判斷卵子是否受精的重要標(biāo)志是卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到2個(gè)極體。頂體反應(yīng)：獲能后的精子，在雌性動(dòng)物生殖道與卵子相遇時(shí)，出現(xiàn)精子頂體膨大，精子質(zhì)膜（外膜）和頂體外膜局部融合，并在融合處形成一些泡狀物，隨后脫落，造成精子頂體外膜出現(xiàn)孔洞，使頂體內(nèi)儲(chǔ)存的與受精有關(guān)的酶釋放出來，參與精子和卵子的受精過程，這種生理現(xiàn)象叫頂體反應(yīng)。防止多精入卵受精的兩道屏障：

屏障一：透明帶反應(yīng)。當(dāng)精子越過放射冠，進(jìn)入透明帶并接觸卵黃膜的瞬間，卵子發(fā)出指令（信號(hào)），產(chǎn)生阻止后續(xù)的精子進(jìn)入透明帶的生理反應(yīng)。

屏障二：卵黃膜封閉作用。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)精子進(jìn)入卵黃膜后，會(huì)立即引起卵黃膜的緊縮、增厚，產(chǎn)生阻止其他精子進(jìn)入卵內(nèi)與卵子結(jié)合受精的生理反應(yīng)，也叫做多精子入卵阻滯。2.受精過程中幾個(gè)主要的反應(yīng)

超數(shù)排卵：簡(jiǎn)稱“超排”，是指給供體母畜注射促性腺激素，使其發(fā)情，一次排出比自然情況下多幾倍到十幾倍的成熟卵子，經(jīng)合理的人工授精方法，可以獲得數(shù)量較多的可移植胚胎。

沖卵：是指用配制好的沖卵液，借助特制的沖卵裝置，將供體母畜子宮或輸卵管中的胚胎沖洗出來。特別提醒：沖卵不是指把卵子沖出來。3.何謂超數(shù)排卵和沖卵？4.對(duì)囊胚階段的胚胎進(jìn)行分割時(shí)，為什么要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割？

內(nèi)細(xì)胞團(tuán)一般到囊胚階段才出現(xiàn)，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎(chǔ)細(xì)胞，其他細(xì)胞為滋養(yǎng)細(xì)胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)。若分割時(shí)不能將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割，會(huì)出現(xiàn)含內(nèi)細(xì)胞團(tuán)多的部分正常發(fā)育的能力強(qiáng)，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題。

5.為什么說胚胎分割技術(shù)也是動(dòng)物克隆的方法之一？生物的無性繁殖方式統(tǒng)稱為克隆。就胚胎分割技術(shù)本身而言，是將同一胚胎分割成幾部分，借助胚胎移植技術(shù)產(chǎn)生遺傳物質(zhì)完全相同的后代，是一種無性繁殖的方式，因此，也屬于動(dòng)物克隆的一種方法。6.用胚胎移植繁育良種種畜具有哪些實(shí)用意義？胚胎移植可充分發(fā)揮雌性優(yōu)秀個(gè)體的繁殖潛力。具體表現(xiàn)為：縮短了供體本身的繁殖周期，同時(shí)通過超數(shù)排卵處理和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾十倍的后代。可在短期大幅度增加優(yōu)良個(gè)體母畜和公畜的后代數(shù)量，迅速擴(kuò)大良種畜群，加速育種和品種改良工作。經(jīng)冷凍保存的胚胎可進(jìn)行國(guó)內(nèi)和國(guó)際交換，代替活畜的引種或進(jìn)出口。通過胚胎移植可以人為生產(chǎn)雙胎或多胎?？梢酝ㄟ^保存胚胎來保存品種資源和瀕危動(dòng)物。

四、高考真題1．關(guān)于桑椹胚和囊胚的比較，以下說法不正確的是()Ａ．桑椹胚的各細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能基本相同Ｂ．囊胚期細(xì)胞出現(xiàn)了細(xì)胞分化，但遺傳物質(zhì)未發(fā)生改變Ｃ．囊胚細(xì)胞分化是由于遺傳物質(zhì)突變引起的Ｄ．囊胚期內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)層細(xì)胞差異不是復(fù)制水平上的差異，而是轉(zhuǎn)錄水平上的差異引起的[思路解析]：細(xì)胞分化并非遺傳物質(zhì)的改變，而是基因的選擇性表達(dá)的結(jié)果，即轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控。[答案]C2．采集的卵母細(xì)胞，都要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。以下原因不正確的是()A．卵子從輸卵管中沖出也要經(jīng)歷類似精子獲能的過程B．動(dòng)物排出的卵子成熟程度不同C．體外人工培養(yǎng)至減數(shù)第二次分裂中期時(shí)，才算成熟D．沖出的卵子還需要培養(yǎng)一段時(shí)間由小變大

[思路解析]：沖出的卵子還不成熟，只有培養(yǎng)至減數(shù)第二次分裂中期時(shí)，才具有與精子受精的能力。在此之前，也要經(jīng)歷類似精子獲能的處理。

[答案]D3.科學(xué)家將雌黑鼠乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核