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1、專題3 胚胎工程,胚胎工程概念： 胚胎工程指對動物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需要移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類各種需求。,操作對象：早期胚胎和配子技術(shù)手段：胚胎移植、體外受精、 胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等理論基礎(chǔ)：哺乳動物的受精卵和早期胚胎 的發(fā)育規(guī)律,胚胎工程的建立,一.胚胎移植技術(shù)的研究 胚胎移植技術(shù)成為許多胚胎工程不可缺少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。二.胚胎移植技術(shù)的成功和應(yīng)用帶動和加速了體外受精技術(shù)的研究。三.胚胎移植和體外受精使胚胎分割、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)應(yīng)運(yùn)

2、而生。,（一）、精子的發(fā)生,1、場所：,2、時期：,3、過程：,1、場所：精子的發(fā)生是在睪丸內(nèi)完成的,2、時期：從初情期開始直到生殖功能衰退,3、過程：發(fā)生的過程大體可分為三個階段,曲細(xì)精管,一、精子和卵子的發(fā)生,精原細(xì)胞,有絲分裂,初級精母細(xì)胞,次級精母細(xì)胞,精子細(xì)胞,精子,M,第一階段,第二階段,第三階段,M,精子發(fā)生的過程,多個精原細(xì)胞,染色體復(fù)制,變形,精原細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂產(chǎn)生多個初級精母細(xì)胞。,初級精母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂形成含有單倍染色體的精子細(xì)胞。,細(xì)胞核變?yōu)榫宇^部的主要部分；高爾基體發(fā)育為頭部的頂體；中心體演變?yōu)榫拥奈?；線粒體形成線粒體鞘膜；其它物質(zhì)濃縮成原生質(zhì)滴（球形）,1.細(xì)

3、胞核2.高爾基體3.中心體4.線粒體5.細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì),精子頭的主要部分,頭部的頂體,精子的尾,線粒體鞘膜(尾的基部),原生質(zhì)滴(球狀,最后脫落),精子細(xì)胞變形總結(jié),1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計，但是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)嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？,提示：不是。其一，在自然繁殖的條件下，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；其二，在自然條件下，精子從射精部位運(yùn)行到受精部位，將對精子進(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

4、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？,提示：細(xì)胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復(fù)制的場所，也是參與精、卵結(jié)合和后代遺傳特性與細(xì)胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是有氧呼吸產(chǎn)生運(yùn)動能量的場所。精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運(yùn)動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機(jī)”。,思考：,（二）、卵子的發(fā)生,1、場所：卵子的發(fā)生是在卵巢內(nèi)完成 的。,2、時期：性別分化以后,（放射冠）,3、過程：,雌性胎兒卵巢內(nèi)的卵原細(xì)胞，通過有絲分裂增加其數(shù)量，演變?yōu)槌跫壜涯讣?xì)胞，被卵泡細(xì)胞包圍形成卵泡。初級卵母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂變?yōu)槌墒斓穆炎印?減數(shù)

5、第一次分裂時間是在雌性動物排卵前后完成的，結(jié)果是產(chǎn)生1個次級卵母細(xì)胞和第一極體。,減數(shù)第二次分裂時間是在精子和卵子結(jié)合的過程中，結(jié)果是產(chǎn)生1個成熟卵子和第二極體。,卵原細(xì)胞,有絲分裂,多個卵原細(xì)胞,染色體復(fù)制,初級卵母細(xì)胞,M,第一極體,次級卵母細(xì)胞,兩個第二極體,第二極體,卵子,退化消失,M,排卵前后完成,在受精過程完成,被卵泡細(xì)胞包圍,形成卵泡,胎兒時期完成,1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？2.排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？3.剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？,答：剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成第一次減數(shù)分裂，需要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，直到

6、減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子結(jié)合完成受精過程。排出的卵子是在輸卵管內(nèi)與精子受精的。,答：正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。,答：是指卵子從卵泡中排出。,思考：,4、精子與卵子的發(fā)生比較,相似點：最初階段均進(jìn)行有絲分裂，不斷增加生殖原細(xì)胞的數(shù)量；經(jīng)過兩次減數(shù)分裂（M和M）才能形成精子和卵子。,不同點：一個精原細(xì)胞多個精子； 減1和減2是連續(xù)的，細(xì)胞質(zhì)分裂均等。一個卵原細(xì)胞一個卵子；減1和減2是不連續(xù)的，細(xì)胞質(zhì)分裂不均等。精子形狀為蝌蚪狀；卵子為球形。多數(shù)哺乳動物卵子的形成和在卵巢內(nèi)的貯備是胎兒出生前完成的。,二、受精,1、概念:,2、標(biāo)志:,3、場所:,1、概念:指精子和卵子結(jié)合形成

7、合子 (即受精卵)的過程。,2、標(biāo)志:在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體時。（第二極體的形成）,3、場所:受精是在輸卵管內(nèi)完成的。,4、過程,受精前的準(zhǔn)備階段,受精階段,準(zhǔn)備階段1：精子獲能,準(zhǔn)備階段2：卵子的準(zhǔn)備,即精子必須在雌性動物生殖道內(nèi)發(fā)生相應(yīng)生理變化后，才能獲得受精能力的現(xiàn)象。,即卵子在輸卵管內(nèi)達(dá)到減數(shù)第二分裂中期（M）時，才具備受精能力。,包括精子穿越放射冠和透明帶，進(jìn)入卵黃膜，原核形成和配子結(jié)合。,幾個精子同時分解透明帶，但只有一個精子能穿過透明帶進(jìn)入卵子內(nèi)，當(dāng)?shù)谝粋€精子進(jìn)入后，透明帶的穿透性就立即發(fā)生變化，從而阻止其他精子穿越透明帶。,穿過透明帶：,1) 精子穿越放射冠和

8、透明帶 頂體反應(yīng)使頂體內(nèi)的酶釋放出來并溶解放射冠內(nèi)的卵丘細(xì)胞透明帶反應(yīng)是防止多精入卵受精的第一道屏障2)精子進(jìn)入卵黃膜 卵黃膜封閉作用是防止多精入卵受精的第二道屏障,形成受精卵：,思考：當(dāng)你了解到精子需要獲能，受精過程中有防止多精入卵的現(xiàn)象時，你是否提出過這樣的問題：精子在雌性生殖道內(nèi)是如何獲能的？防止多精入卵的兩道防線的形成機(jī)制究竟是什么？,答：精液由精子和精清（精漿）兩部分組成。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質(zhì)，因此，在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當(dāng)交配后精液進(jìn)入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產(chǎn)生一種物質(zhì)解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動物生殖道內(nèi)獲能的部位

9、因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。防止多精入卵主要通過透明帶反應(yīng)和卵黃膜封閉作用兩道屏障。在受精過程中，當(dāng)精子穿越透明帶觸及卵黃膜時，透明帶會立即封閉，阻止后來的精子進(jìn)入透明帶，可看作是防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黃膜會立即拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)，可看作是防止多精受精的第二道屏障。,精、卵相遇,頂體反應(yīng),頂體酶釋放,頂體酶溶解透明帶,接觸透明帶,穿越放射冠,溶解卵丘細(xì)胞 （放射冠）,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,精子被微絨毛抱合,精子外膜與卵黃膜融合,精子進(jìn)入卵,精子進(jìn)入卵后,變化,變化,變化,產(chǎn)生卵黃膜封閉作用,形成第二道屏障,尾部脫離核膜破裂,形成雄

10、原核,形成雌原核,激活卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體,發(fā)育 移動 接觸 合并,形成受精卵,意義,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十分重要。,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊胚（內(nèi)含囊胚腔）,原腸胚（內(nèi)含原腸腔）,胚層分化形成胎兒形成,：進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，但胚胎總體積并不增加，或略有減少。,：由具有全能性細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞數(shù)在32個左右，排列緊密，形似桑椹,內(nèi)細(xì)胞團(tuán)：發(fā)育成胎兒各組織,滋養(yǎng)層細(xì)胞：發(fā)育成胎膜和胎盤,：最初發(fā)育在輸卵管進(jìn)行有絲分裂,滋養(yǎng)層外胚層中胚層內(nèi)胚層原腸腔,三、胚胎發(fā)育,胚胎發(fā)育：指受精卵發(fā)育成幼體的過程,強(qiáng)調(diào)：卵裂期的特點,細(xì)胞分

11、裂方式為_細(xì)胞數(shù)目_胚胎總體積_或略有_每個細(xì)胞體積_DNA數(shù)目_有機(jī)物種類_,有絲分裂,增加,不增加,縮小,減小,增加,增加,人體胚胎發(fā)育的基本過程,人體胚胎發(fā)育在子宮內(nèi)經(jīng)過約38周，整個過程可分為胚卵期、胚胎期和胎兒期三個階段,胚卵期：從受精至第一周末胚胎開始著床,胚卵期,新生命的第四天胚泡,新生命的第三天桑椹胚,受精后8天。胚芽完成著陸,微微嵌入子宮內(nèi)膜。此時它分裂發(fā)育為幾百個細(xì)胞。,桑椹胚：細(xì)胞數(shù)在32個左右，細(xì)胞排列致密，形似桑椹，細(xì)胞屬于全能細(xì)胞,囊胚：細(xì)胞開始分化;內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來發(fā)育成各種組織, 滋養(yǎng)層將來發(fā)育成胎膜、胎盤;出現(xiàn)囊胚腔后，進(jìn)一步擴(kuò)大會導(dǎo)致孵化。,新生命的第四周,新生

12、命的第五周看啊，眼的雛形出來了,胚胎期：從第二周至第八周,第三周末形成原腸胚：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)表皮的細(xì)胞形成外胚層，下方的細(xì)胞形成內(nèi)胚層，出現(xiàn)原腸腔。,新生命的第六周四肢和腦都開始初步分化了，真讓人激動,受精后6星期，人形已隱約可見。這時，胚胎的心跳每分鐘140150下是母親心跳的兩倍。,新生命的第七周進(jìn)一步發(fā)育了，看個整體的吧,人類胚胎第八周時在子宮內(nèi)的照片 ，胚初具人形,新生命的第九周胎兒已基本成形，看看手的進(jìn)一步分化,新生命的第十二周理論上這時的胎兒已可以獨立生活，但其實出世的日子還早,胎兒期：從第九周開始至分娩,此時胎兒已長到20周，他移動手臂，把手指放在唇邊，這可以促進(jìn)它對吮吸的反映 。,新

13、生命的第二十六周中間的很多周變化不大，是體內(nèi)器官的逐步分化和成熟，就略過吧。二十六周的胎兒如果出世，存活率已經(jīng)很高了！看看就知道差不多了??！,新生命的第二十八周請注意體位，現(xiàn)在已經(jīng)為分娩做好準(zhǔn)備了,1.表中哪種動物的胚胎在進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高？2.將體外培養(yǎng)的馬胚胎移植到母馬子宮時，應(yīng)選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？,資料分析,答：馬的胚胎進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高，其次為小鼠。,答：馬應(yīng)選擇囊胚階段的胚胎。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在816細(xì)胞階段進(jìn)入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移植。,3.為什么說關(guān)于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)

14、育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)？請結(jié)合本節(jié)內(nèi)容舉例說明。,提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解哺乳動物自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。本節(jié)涉及的哺乳動物體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育都是在自然條件下的特點和規(guī)律，人們正是在認(rèn)識了這些自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進(jìn)行有效的模擬，才使卵母細(xì)胞能在體外成熟；精子能在體外完成獲能；獲能精子和成熟卵母細(xì)胞能在試管內(nèi)完成受精；體外受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等，這些都有賴于體內(nèi)自然條件下的基礎(chǔ)研究成果。,3.2 體外受精和早期胚胎培養(yǎng),試管嬰兒,1978年7月26日，世界首例試管嬰兒“路易斯布朗”在英國誕生，現(xiàn)已成為母親。,轉(zhuǎn)基因試管牛,我國首例轉(zhuǎn)基因試

15、管?！疤咸稀庇?999年2月19日在上海誕生,1988年3月10日我國首例試管嬰兒,1992年我國首例三胞胎試管嬰兒,2009年：六女兩男體重在820克至1.54千克之間,2011年1月23日，美國加州的蘇利曼提前3天為自己的8個孩子慶祝兩歲生日,國產(chǎn)奶牛：年均產(chǎn)奶量3000公斤左右國際良種奶牛：年均產(chǎn)奶量10000公斤左右引進(jìn)一頭良種成年奶牛需要3萬5萬元；牛的生育率低，一頭牛一胎只生一只，一生只能生育四五次。牛的生育率雖然很低，但是牛的卵母細(xì)胞卻相當(dāng)?shù)亩?，其卵巢中卵母?xì)胞數(shù)目要比一生中排卵數(shù)多1000倍左右；公牛產(chǎn)生的精子數(shù)目就更多了。,一、從試管牛說起,試管動物技術(shù),是指通過人工操作使卵

16、子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育成早期胚胎后，再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術(shù)。,目的：,快速繁殖動物優(yōu)良品種,技術(shù)手段：,體外受精和早期胚胎培養(yǎng),胚胎移植,采集良種母牛的卵母細(xì)胞,卵母細(xì)胞的體外培養(yǎng),采集良種公牛精子,精子體外獲能,體外受精,良種牛體外受精胚胎,受體牛,良種犢牛,成熟期牛,屠宰加工廠,市場,采集卵巢中的卵母細(xì)胞,“試管?！惫S化生產(chǎn)的技術(shù)流程圖,1982年世界首例試管牛犢問世,實現(xiàn)良種?？焖俅罅糠敝呈紫纫龅氖?和 的培養(yǎng)。,體外受精,早期胚胎,1、體外受精,體外受精,概念：采取雌性動物的卵細(xì)胞和雄性動物的精子，使其在試管受精。,過程： （1）卵母細(xì)胞的收集和培養(yǎng)； （2）精子的收集和獲能； （3）獲能精子和卵細(xì)胞的受精。,“試管動物”,注：發(fā)育的主要場所是母體,1.卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng),對不同動物,采取卵母細(xì)胞的方法不同：,（1）對實驗動物：用促性腺激素處理,（2）對大家畜或大型動物：從廢棄卵巢中采集卵母細(xì)胞或活體采卵,2.精子的收集和獲能,假陰道法,手握法,電刺激法,在體外受精前，要對精子進(jìn)行獲能處理。通常采用的體外獲能方法有 和 兩種 對于 、 和 的精子，