【生物】胚胎工程的理论基础课件2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3.pptx

2.3.1 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量的主要因素之一，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。能不能让引进的优良奶牛快速、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？良种荷斯坦奶牛良种荷斯坦奶牛胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决从社会中来指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微指对生殖细胞、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。括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。体外受精、胚胎移植、胚胎分割等体外受精、胚胎移植、胚胎分割等操作对象：操作对象：技术手段：技术手段：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞胚胎工程：工程实质：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进行的模拟操作模拟操作。受精一精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。1、概念：细胞膜的功能：进行细进行细胞间信息交流胞间信息交流细胞膜具有：一定的流动性一定的流动性2、场所：哺乳动物的输卵管内。3、过程：准备阶段受精阶段准备阶段1：精子获能准备阶段2：卵子的准备场所：睾丸内的曲细精管时期：从初情期开始直到生殖机能衰退形成过程：精原细胞次级精母细胞初级精母细胞精细胞精子精原细胞精原细胞初级精母细胞初级精母细胞（整个过程连续进行，不间断）知识回顾知识回顾必修二必修二 减数分裂与受精作用减数分裂与受精作用受精一准备阶段准备阶段1 1精子获能精子获能精子的形态：不同动物精子精子的形态：不同动物精子形似蝌蚪，但其形似蝌蚪，但其大小大小略有不略有不同与同与动物体型大小动物体型大小无关。无关。（细胞核（细胞核遗传物质的储存场所遗传物质的储存场所)（线粒体（线粒体为精子运动提供能量为精子运动提供能量)（是精子代谢和运动的器官（是精子代谢和运动的器官)受精一准备阶段准备阶段1 1精子获能精子获能准备阶段准备阶段1 1精子获能精子获能注意：精子获能实质是指精子获得精子获能实质是指精子获得受精的受精的“能力能力”，而不是获得能量。，而不是获得能量。精子获能的场所：雌性动物的精子获能的场所：雌性动物的生殖道生殖道。方法：利用利用雌性生殖道雌性生殖道让精子受精。让精子受精。将精子培养在将精子培养在人工配置的获能液人工配置的获能液中使其获能等。中使其获能等。常用有效成分：常用有效成分：Ca2+载体、肝素等载体、肝素等顶体（含有多种水解酶）精核细胞质中心体中段线粒体尾部含有“9+2型”微管受精一知识回顾知识回顾必修二 减数分裂与受精作用场所：时期：形成过程：雌性动物的卵巢中胎儿性别分化到生殖机能衰退 （母体）分裂过程不连续，有两次暂停。受精一准备阶段准备阶段2 卵子的准备卵子的准备卵原细胞胎 儿 期初情期后卵原细胞初级卵母细胞初级卵母细胞有丝 分裂 染色体 复制M 分裂 受精 M分裂次级卵母细胞透 明 带卵细胞膜+第一极体合子第二极体+卵子的产生马牛排卵排卵小知识：牛刚出生时，每侧卵巢大约含有15万个卵泡，出生后能够发育成成熟排卵的卵泡只有200个左右，一生产生犊牛45头，所以卵母细胞的利用率很低，这正是胚胎工程要研究解决的问题之一。02卵细胞的形成是一个不连续的过程知识回顾知识回顾必修二 减数分裂与受精作用受精一形成过程：(性成熟后，受性激素刺激，继续分裂)准备阶段准备阶段2 卵子的准备卵子的准备受精一（1）卵子一般在排出 后才能被精子穿入（2）动物排出的卵子成熟度不同；有的可能是 ，如马、犬等；有的可能是 ，如猪、羊等。（3）卵子成熟的场所：排出的卵子都要在 内进一步成熟。（4）卵子具备与精子受精能力的时期：23h初级卵母细胞次级卵母细胞输卵管M （减数第二次分裂中期）受精一受精阶段受精阶段1、过程、过程 精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带精子释放多种精子释放多种酶酶溶解膜外溶解膜外结构结构 精子接触卵细胞膜透明带反应透明带反应精子触及卵细胞的瞬间，精子触及卵细胞的瞬间，透透明带会迅速发生生理反应明带会迅速发生生理反应，阻止阻止后来的精子进入透明带后来的精子进入透明带精子入卵 精子形成雄原核、卵子完成减数分裂，释放第二极体，形成雌原核卵细胞膜反应卵细胞膜反应精子入卵后，精子入卵后，卵细胞膜会卵细胞膜会立即发生生理反应立即发生生理反应，拒绝拒绝其他精子再进入卵内其他精子再进入卵内雄原核雄原核 第一极体第一极体 雌原核雌原核 第二极体第二极体 精子入卵后，精子入卵后，尾部脱离尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还个比原来精子的核还大大的的核核雄原核雄原核防止多精入卵的两个屏障两个屏障雌、雄原核雌、雄原核靠近靠近核膜消失，形成受精卵。核膜消失，形成受精卵。第一次卵裂即将开始第一次卵裂即将开始雌雄原核充分发育后，相向移雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。受精卵的发育也就开始了。受精完成的标志：受精完成的标志：雌雄原核形成合子雌雄原核形成合子受精的标志：受精的标志：观察到两个极体或者雌雄原核观察到两个极体或者雌雄原核多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂，因而不会形成两个第，因而不会形成两个第二极体。二极体。(P58(P58相关信息）相关信息）一、受精一、受精受精受精阶段段1.1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵细胞？一个卵泡中能形成几个成熟的卵细胞？2.2.排卵是指卵排卵是指卵细胞细胞从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？3.3.刚排出的卵是成熟的卵刚排出的卵是成熟的卵细胞细胞吗？它在母体的什么部位与精子受精？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。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。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。是指卵细胞从卵泡中排出。易错点易错点4.4.产生卵子的过程是否都发生在卵巢中？产生卵子的过程是否都发生在卵巢中？否、减否、减IIII过程是在输卵管中过程是在输卵管中 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。受精过程完成以后开始进行胚受精过程完成以后开始进行胚胎发育。胎发育。受精受精意义意义胚胎早期发育胚胎早期发育胚胎早期发育胚胎早期发育（一）场所：（一）场所：输卵管和子宫输卵管和子宫原肠胚原肠胚受受精精卵卵卵裂卵裂桑桑葚葚胚胚囊囊胚胚原原肠肠胚胚（二）过程：（二）过程：透明带破裂透明带破裂孵化孵化胚胎的早期发育卵裂分裂方式有丝分裂2细胞 4细胞 8细胞 受精卵 桑葚胚（32细胞）透明带二、胚胎发育二、胚胎发育1.过程过程卵裂期的卵裂期的特点特点细胞分裂方式为细胞分裂方式为_细胞数目细胞数目_每个细胞体积每个细胞体积_胚胎总体积胚胎总体积_或略有或略有_有机物总量有机物总量_有机物种类有机物种类_DNA总数目总数目_有丝分裂有丝分裂增加增加不增加不增加缩小缩小减小减小减少减少增加增加增加增加二、胚胎早期发育二、胚胎早期发育桑葚胚:（未分化）当卵裂产生的子细胞逐渐形成当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团致密的细胞团，形似桑葚形似桑葚时，这时的胚时，这时的胚胎称为桑葚胚。胎称为桑葚胚。这一阶段及之前的每一个细胞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，都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。属于全能细胞。（1 1）概念：）概念：（2 2）特点：）特点：胚胎细胞数目32个左右桑葚胚桑葚胚桑葚桑葚二、胚胎早期发育二、胚胎早期发育囊胚:（已分化）（1 1）概念：）概念：（2 2）特点：）特点：胚胎胚胎进一步发育，细胞进一步发育，细胞开始出现开始出现分化分化，形成形成内细胞团内细胞团、滋养层滋养层；随着胚胎进；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有一步发育，胚胎内部出现了含有液体液体的囊腔的囊腔囊胚腔囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚，这个时期的胚胎叫做囊胚。细胞开始出现分化细胞开始出现分化（3 3）结构：）结构：内细胞团内细胞团滋养层滋养层囊胚腔囊胚腔透明带透明带内细胞团内细胞团滋养层滋养层囊胚腔囊胚腔发育发育胎儿的各种组织胎儿的各种组织 内细胞团具有全能性内细胞团具有全能性发育发育胎盘和胎膜胎盘和胎膜滋养层细胞已经分化滋养层细胞已经分化二、胚胎早期发育二、胚胎早期发育孵化：（1 1）概念：）概念：（2 2）特点：）特点：囊胚进一步扩大，会导致囊胚进一步扩大，会导致_破裂破裂，胚胎从，胚胎从_中中_，称，称为孵化为孵化透明带透明带伸展出来伸展出来透明带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。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。原肠胚:囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。外胚层：外胚层：内胚层：内胚层：中胚层：中胚层：表面的细胞层表面的细胞层向内迁移的细胞向内迁移的细胞内外两个胚层之间内外两个胚层之间逐渐分化形成逐渐分化形成各种组织、器各种组织、器官等官等受精卵受精卵卵裂期卵裂期桑葚胚桑葚胚囊胚（内含囊胚腔）囊胚（内含囊胚腔）原肠胚（内含原肠腔）原肠胚（内含原肠腔）胎儿形成胎儿形成外胚层外胚层中胚层中胚层内胚层内胚层：在：在透明带内透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但增加，但胚胎总体积并不增加胚胎总体积并不增加。：由：由全能细胞全能细胞构成，细胞数在构成，细胞数在3232个左右个左右，排列紧密，形似桑葚排列紧密，形似桑葚内细胞团：发育成胎儿各组织内细胞团：发育成胎儿各组织滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘：最初最初在在输卵管输卵管进行有丝分裂进行有丝分裂胚胎发育小结胚胎发育小结主要特点：主要特点：进一步发育为不同的组织、器官、系统 受精后受精后6 6星期，人星期，人形已隐约可见。这时，形已隐约可见。这时，胚胎的心跳每分钟胚胎的心跳每分钟140150140150下是母亲下是母亲心跳的两倍。心跳的两倍。人类胚胎第人类胚胎第8 8周周时在子宫内的照时在子宫内的照片片 此时胎儿已长到此时胎儿已长到2020周，周，他移动手臂，把手指放他移动手臂，把手指放在唇边，这可以促进它在唇边，这可以促进它对吮吸的反映对吮吸的反映 。拓展：了解胚后发育拓展：了解胚后发育（幼体（幼体成体）成体）1.过程过程拓展了解拓展了解胚胎发育和个体发育胚胎发育和个体发育注意点：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。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243838 5050 6060 7068 803桑建胚绵羊3638424867 72963416细胞猪21 5151-66667290-110110-11422.546细胞马2430 3650 607298-1066囊胚牛274244 6546 9096-120120-144458 16细胞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，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。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。不同动物受精卵发育的比较注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。二讨论1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下受精和胚胎早期受精和胚胎早期发育规律发育规律的基础上实现的。人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在的基础上实现的。人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使体外进行有效的模拟，才使卵母细胞卵母细胞能在能在体外成熟体外成熟，精子精子能在体外完成能在体外完成获获能能，获能的精子和培养成熟的卵子能在试管内完成，获能的精子和培养成熟的卵子能在试管内完成受精受精，获得的受精卵能，获得的受精卵能在人工培养条件下在人工培养条件下继续发育继续发育等。等。比较而言，比较而言，马马的胚胎进入子宫时，的胚胎进入子宫时，发育程度最高发育程度最高，它处于，它处于囊胚囊胚阶段。阶段。小鼠小鼠应选择至少发育到应选择至少发育到桑葚胚阶段桑葚胚阶段的胚胎进行移植。的胚胎进行移植。牛牛在自然情况下，胚在自然情况下，胚胎虽然最早可在胎虽然最早可在8 81616细胞阶段细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育进入子宫，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率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段囊胚阶段的胚胎进行移植。的胚胎进行移植。讨论3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础?请结合所学习的内容举例说明。讨论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？【课堂小结课堂小结】受精受精早期胚胎发育早期胚胎发育受精前的准备受精前的准备精子和卵子的结构精子和卵子的结构受精的过程受精的过程精子穿越透明带精子穿越透明带囊胚囊胚原肠胚原肠胚精子进入细胞膜精子进入细胞膜雌雄原核的形成雌雄原核的形成核膜重构成受精卵核膜重构成受精卵卵裂卵裂桑葚胚桑葚胚胚胎工程的理论基础练习与应用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概念检测概念检测练习与应用1.精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。2.精子在雌性动物的生殖道内是如何获能的?除了教材中介绍的，防止多精入卵的机制还有哪些?感兴趣的话，请通过查阅相关资料或请教专家来进行了解。关于受精作用，你还能提出其他问题吗?提示：细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中，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。提示：出题的目的不是让学生准确地答出精子获能的机制和防止多精入卵的具体机制，而是鼓励有兴趣的学生去查阅资料或请教专家，并引导他们去查阅相对专业的书籍，这是学习的深入过程。这里涉及的问题，在普通生物学或者一般的细胞工程专著中可能找不到答案，需要查阅生殖生物学相关书籍。通过查阅专业资料，学生能了解到，精子获能的机制很神奇，防止多精入卵的机制同样神奇而且非常复杂，这都是机体在长期进化的过程中形成的、用来保障本物种延续的机制。拓展应用拓展应用