胚胎工程 【知識精講+備課精研】胚胎工程的理論基礎(chǔ)（第1課時）

第3節(jié)胚胎工程第1課時胚胎工程的理論基礎(chǔ)從社會中來事例一我國對奶類的總需求量很大，但與奶業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，我國奶牛的單產(chǎn)水平還存在一定差距。奶牛品種是影響產(chǎn)奶量的主要因素之一，而引進(jìn)一頭成年奶牛往往需要數(shù)萬元，高昂的價格使得靠大量引進(jìn)優(yōu)良品種來提高產(chǎn)量不太可行。能不能讓引進(jìn)的優(yōu)良奶?？焖?、大量繁殖呢？遺憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產(chǎn)一頭犢牛，一生約生育四五次。如何解決這個難題呢？事例二國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國結(jié)婚登記女性的年齡占比中，35歲及以上非最佳育齡婦女的占比正逐年增加。晚婚晚育與不孕不育增加的趨勢也高度重合。目前，我國育齡夫婦的不孕不育率已經(jīng)攀升至約12%-18%。這些夫婦特別想要一個自已的孩子，有什么好的建議能讓他們實(shí)現(xiàn)心愿么？試管嬰兒即：體外受精聯(lián)合胚胎移植技術(shù)可以通過體外受精、胚胎分割等技術(shù)獲得多個良種奶牛的胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。胚胎工程胚胎工程1.什么是胚胎工程？是指對生殖細(xì)胞、受精卵或早期胚胎細(xì)胞進(jìn)行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。操作對象：技術(shù)手段：工程實(shí)質(zhì)：理論基礎(chǔ)：動物生殖細(xì)胞、受精卵、早期胚胎細(xì)胞體外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進(jìn)行的模擬操作。哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律2.胚胎工程技術(shù)包括哪些？胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。受精1.什么是受精？哺乳動物的受精場所在哪里？受精包括幾個階段？概念：受精是_____和_____結(jié)合形成________________的過程精子卵子合子（即受精卵）場所：輸卵管內(nèi)過程：包括________________和________。受精前的準(zhǔn)備階段受精階段2.復(fù)習(xí)：精子和卵細(xì)胞的形成（1）精子的發(fā)生：場所：時期：過程：在睪丸內(nèi)的曲細(xì)精管中完成從初情期到生殖機(jī)能衰退精細(xì)胞變形：（1）高爾基體→頭部的頂體；（2）中心體→精子的尾；（3）線粒體→精子尾基部的線粒體鞘；（4）其他物質(zhì)→原生質(zhì)滴（球狀，最后脫落）（5）細(xì)胞核→精子的頭部精子的形態(tài)：外形似蝌蚪，分

、

、

三大部分。頭中部尾不同種動物精子的形態(tài)

，大小略有

，與動物的體型大小

。相似不同無關(guān)了解：1.精子形似蝌蚪，總長約66μm，分頭、尾（中尾和尾）兩部分。（1）頭：頭部正面呈橢圓形，側(cè)面呈梨形，內(nèi)含一個染色質(zhì)十分致密的細(xì)胞核和一個頂體。頂體：是一種膜系細(xì)胞器，呈帽狀罩于細(xì)胞核的前方。頂體內(nèi)含多種水解酶如透明質(zhì)酸酶、頂體酶和酸性磷酸酶等，相當(dāng)于巨大溶酶體。細(xì)胞核：父方的遺傳物質(zhì)、單倍體，雙鏈DNA，與蛋白質(zhì)緊密結(jié)合。（2）尾部：由中段和尾組成。尾部的中心含一條貫穿全尾的軸絲（類似鞭毛），中段的線粒體鞘含有螺旋狀排列的線粒體，為精子的運(yùn)動提供能量。尾部是精子代謝和運(yùn)動器官。2.精子發(fā)生：增殖期：精原細(xì)胞通過有絲分裂增殖，一部分貯藏于曲細(xì)精管中繼續(xù)增殖，另一部分進(jìn)入生長期。生長期：進(jìn)入生長期的精原細(xì)胞長大成為初級精母細(xì)胞。成熟期：初級精母細(xì)胞進(jìn)行一次減數(shù)分裂（連續(xù)兩次分裂）形成個精子細(xì)胞。精子形成期：精子細(xì)胞經(jīng)過一系列的變化，形成成熟的精子。精子成熟后，進(jìn)入附睪中進(jìn)一步發(fā)育并貯藏。附睪中的精子一般沒有受精能力，只有其頭部的糖蛋白被雌性生殖管道分泌物中的酶降解后才具備。3.精子發(fā)生的激素調(diào)節(jié)雄性激素是精子發(fā)生調(diào)節(jié)中最為重要因素。（1）雄性激素的分泌部位：曲細(xì)精管之間的間質(zhì)細(xì)胞，最重要的雄性激素是睪丸酮。（2）雄性激素的主要功能：刺激雄性生殖器官和精子的發(fā)育與成熟，激發(fā)并維持雄性第二性征。思考：1.家畜每次排出的精子數(shù)以萬計(jì)，但通常只有一個精子能夠與卵子結(jié)合，這能說是一種浪費(fèi)么？不能。首先，在自然繁殖的條件下，為了使母畜排出的1個或幾個卵子完成受精，公畜一次射出幾億到幾十億的精子到發(fā)情母畜的生殖道內(nèi)，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機(jī)制；其次，在自然條件下，精子從射精部位運(yùn)行到受精部位，在通過母畜生殖道的過程中，復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)和生理環(huán)境對精子進(jìn)行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后，到達(dá)受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。2.精子細(xì)胞變成精子的過程中，細(xì)胞中很多結(jié)構(gòu)會消失，而細(xì)胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？細(xì)胞核和線粒體都是精子結(jié)構(gòu)中的重要部分。其中，細(xì)胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復(fù)制的場所，參與精、卵結(jié)合，也是后代遺傳特性與細(xì)胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是精子進(jìn)行有氧呼吸分解營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生運(yùn)動能量的場所。精子的線粒體在精子形成過程中，集中于尾的基部形成線粒體鞘，是精子維持生存和運(yùn)動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機(jī)”。（2）卵子的發(fā)生：場所：時期：過程：卵巢（MI）、輸卵管（MII）初級卵母細(xì)胞的形成在胎兒期減數(shù)第一次分裂在排卵前后完成減數(shù)第二次分裂在精子和卵子結(jié)合的過程完成了解：1.卵細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)卵細(xì)胞是哺乳動物體內(nèi)最大的細(xì)胞，約是精子體積的100倍。其直徑可達(dá)0.125-0.15mm，和人的頭發(fā)尖的直徑差不多。卵呈球形，卵的細(xì)胞膜外面具有外被，其成分主要是糖蛋白，是由卵細(xì)胞或其它細(xì)胞泌的。在哺乳動物中這種外被叫做透明帶，其作用是保護(hù)卵子，阻止異常精子進(jìn)入。透明帶外面還具有由卵丘細(xì)胞形成的放射冠。卵細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)多，核糖體十分豐富，同時還含有大量營養(yǎng)物質(zhì)，卵細(xì)胞不能運(yùn)動。2.卵細(xì)胞的發(fā)生（1）發(fā)生部位：卵巢、輸卵管卵子是從卵巢的原始卵泡發(fā)育形成的，婦女一生中全部卵細(xì)胞都是胎兒期增殖生成的。新生兒時期約有30萬-40萬個以上的原始卵泡，但是99%的原始卵泡發(fā)育不久就相繼退化消亡，故婦女一生中總共有400-500個卵泡發(fā)育成熟并排出。原始卵泡發(fā)育到成熟，形成成熟卵泡并排卵，約14天左右。（2）時間：從性分化開始，減數(shù)第一次分裂是在雌性動物排卵前完成；減數(shù)第二次分裂是在精子和卵子結(jié)合的過程完成的。（3）卵細(xì)胞發(fā)生過程卵子是通過減數(shù)分裂形成的，第一次減數(shù)分裂在卵巢內(nèi)完成，經(jīng)過排卵過程，即將次級卵母細(xì)胞及外周的透明帶和放射冠排出，倘若次級卵母細(xì)胞遇到精子，再結(jié)合過程中進(jìn)行減數(shù)第二次分裂，成為真正意義上的卵子。一個卵子排出后約存活48小時，在48小時內(nèi)等待著與精子相遇、結(jié)合。若卵子排出后由于多種原因不能與精子相遇形成受精卵，便在48-72小時后自然死亡。失去這次受精的機(jī)會，就要等到1個月后另一個卵子成熟并被排出，重復(fù)同樣的過程。左右兩個卵巢通常是輪流排卵，少數(shù)情況下能同時排出兩個或兩個以上的卵子。如果分別與精子結(jié)合，就出現(xiàn)了雙卵雙胞胎和多卵多胞胎。3.卵細(xì)胞發(fā)生的激素調(diào)節(jié)種類合成部位生理功能卵泡刺激素（FSH）腦垂體促進(jìn)卵母細(xì)胞的生長和發(fā)育；使卵泡細(xì)胞釋放更多的雌激素。黃體生成素（LH）使卵泡細(xì)胞釋放更多的雌激素；增高會引起排卵。雌激素卵巢促進(jìn)卵泡生長思考：1.成熟卵子的形成與哪些部位有關(guān)？卵巢、輸卵管2.排出的卵子是卵細(xì)胞么？若不是，應(yīng)是什么時期的細(xì)胞？MI的初級卵母細(xì)胞或MII的次級卵母細(xì)胞和第一極體3.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？指卵子從卵泡中排出。4.排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？正常情況下，一個卵泡中只能形成一個成熟的卵子。5.剛排出的卵是成熟的卵子么？它在母體什么部位與精子受精？剛排出的卵子尚未成熟，僅完成MI，需要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，直到MII中期才能與精子結(jié)合在輸卵管內(nèi)完成受精過程。準(zhǔn)備階段1—精子獲能剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在雌性動物的生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才能獲得受精能力，這一生理現(xiàn)象稱為“精子獲能”。研究精子獲能機(jī)制的意義：實(shí)現(xiàn)了各種哺乳動物在體外條件下的獲能，為體外受精技術(shù)的建立奠定了基礎(chǔ)。什么是精子獲能？精子在穿越雌性生殖管道過程中，在管道上皮某些分泌物的作用下，精子獲得了釋放頂體酶、穿通放射冠和透明帶的能力，因而能使卵子受精，該現(xiàn)象稱獲能。張明覺：發(fā)現(xiàn)：用各種方法處理兔附睪中的精子，無法實(shí)現(xiàn)體外受精。觀察：精子在雌性動物生殖道內(nèi)運(yùn)行的時間不長，但必須經(jīng)過這一段才能受精。啟示：精子在雌性生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才獲得受精能力。1951年，張明覺和奧斯汀發(fā)現(xiàn)了“精子獲能”現(xiàn)象。價值：找到精子在體外獲能的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了各種哺乳動物精子在體外條件下的獲能。準(zhǔn)備階段2—卵子的準(zhǔn)備（1）卵子一般在排出______后才能被精子穿入。（2）動物排出的卵子成熟程度不同：有的可能是____________，如馬、犬等；有的可能是____________，如豬、羊等；（3）卵子成熟的場所：排出的卵子都要在________進(jìn)一步成熟（4）卵子具備與精子受精能力的時期：2-3h初級卵母細(xì)胞次級卵母細(xì)胞輸卵管內(nèi)MⅡ（中期）受精階段精子穿過放射冠和透明帶精子進(jìn)入卵細(xì)胞膜原核形成配子結(jié)合精、卵相遇頂體反應(yīng)頂體酶釋放溶解卵丘細(xì)胞之間物質(zhì)（放射冠）穿越放射冠接觸透明帶頂體酶溶解透明帶穿越透明帶接觸卵黃膜產(chǎn)生透明帶反應(yīng)形成第一道屏障（防止多精入卵受精）精子被微絨毛抱合精子外膜與卵黃膜融合精子進(jìn)入卵產(chǎn)生卵黃膜封閉作用形成第二道屏障變化1：（防止多精入卵）變化2：尾部脫離、核膜破裂形成雄原核變化3：激活卵子完成MII，排出第二極體形成雌原核發(fā)育移動接觸合并形成受精卵排卵12-24小時，在輸卵管壺腹部受精的標(biāo)志是什么？在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體，也就是第二極體形成的時候。多數(shù)哺乳動物的第一極體不進(jìn)行MII，因而不會形成兩個第二極體。在實(shí)際胚胎工程操作中，常以觀察到兩個極體或雌、雄原核作為受精的標(biāo)志。受精完成的標(biāo)志是什么？雌、雄原核融合形成合子受精作用的意義：1.維持每種生物前后代體細(xì)胞中染色體數(shù)目的恒定；對于生物的遺傳和變異很重要。受精過程完成后開始進(jìn)行胚胎發(fā)育。2.決定遺傳性別。如：XX、XY3.激活卵細(xì)胞，啟動卵裂。胚胎發(fā)育過程從受精到8周末，稱為胚從9周開始稱為胎根據(jù)胚胎形態(tài)變化，胚胎發(fā)育過程分為幾個階段：受精卵卵裂桑椹胚囊胚原腸胚（包括：2細(xì)胞期、4細(xì)胞期、8細(xì)胞期、16細(xì)胞期、32細(xì)胞期）（包括：內(nèi)、中、外三胚層和原腸腔）胎兒形成1.卵裂：概念：胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進(jìn)行分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，胚胎總體積并不增加，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。場所：透明帶內(nèi)分裂方式：有絲分裂特點(diǎn)：細(xì)胞數(shù)量-------------，胚胎總體積____________________每個細(xì)胞體積________DNA總數(shù)目_______每個細(xì)胞的核DNA數(shù)目_____有機(jī)物總量_____，有機(jī)物種類_____增加減小不變減少增加不斷增加并不增加或略有縮小胚胎早期發(fā)育根據(jù)胚胎形態(tài)的變化，早期發(fā)育的胚胎分為三個階段：桑椹胚囊胚原腸胚2.桑葚胚概念：當(dāng)卵裂分裂到16-32個細(xì)胞時，卵裂產(chǎn)生的子細(xì)胞逐漸形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。特點(diǎn)：這一階段及之前的每一個細(xì)胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細(xì)胞。特別是2-8個細(xì)胞時，都可以做胚胎移植的核供體。3.囊胚概念：胚胎進(jìn)一步發(fā)育，細(xì)胞開始出現(xiàn)____，形成________、______；隨著胚胎進(jìn)一步發(fā)育，胚胎內(nèi)部出現(xiàn)了含有____的囊腔—______，這個時期的胚胎叫做囊胚。分化內(nèi)細(xì)胞團(tuán)滋養(yǎng)層液體囊胚腔特點(diǎn)：細(xì)胞開始出現(xiàn)分化內(nèi)細(xì)胞團(tuán)：聚集在胚胎一端的細(xì)胞形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。細(xì)胞個體較大，將來發(fā)育成胎兒各組織（完整胚胎）。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)囊胚腔滋養(yǎng)層滋養(yǎng)層細(xì)胞：沿透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列的細(xì)胞，稱為滋養(yǎng)層細(xì)胞。將來發(fā)育成胎膜和胎盤。胚胎可通過這些組織從母體中獲得正常發(fā)育所需的O2和營養(yǎng)物質(zhì)。思考：1.哪個階段以前的細(xì)胞為全能細(xì)胞？桑葚胚以前2.哪個階段的細(xì)胞開始分化？囊胚3.哪個結(jié)構(gòu)將來發(fā)育成胎兒的各種組織？內(nèi)細(xì)胞團(tuán)4.胎膜和胎盤由什么結(jié)構(gòu)發(fā)育而來的？滋養(yǎng)層孵化：囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大，會導(dǎo)致_______破裂，胚胎從_______中________，這一過程叫做孵化。透明帶伸展出來透明帶概念：意義：孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無法繼續(xù)發(fā)育。4.原腸胚結(jié)構(gòu)外胚層：內(nèi)胚層：中胚層：表面的細(xì)胞層向內(nèi)遷移的細(xì)胞內(nèi)外兩個胚層之間逐漸分化形成各種組織、器官等（內(nèi)細(xì)胞團(tuán)表層的細(xì)胞）（內(nèi)細(xì)胞團(tuán)下方的細(xì)胞衍生形成）（內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞經(jīng)過變化插到內(nèi)外胚層形成）原腸腔：內(nèi)胚層包圍的囊腔。原腸胚三胚層的發(fā)育外胚層：表皮及其附屬結(jié)構(gòu)、神經(jīng)系統(tǒng)、感覺器官中胚層：皮膚真皮、脊索、肌肉、骨骼、內(nèi)臟器官外膜、循環(huán)系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)內(nèi)胚層：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺體不同動物受精卵發(fā)育的比較不同動物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關(guān)問題幾種動物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時間動物種類受精卵發(fā)育的時間