第2章細胞工程胚胎工程的理論基礎我國對奶類的總需求量很大，但與奶業(yè)發(fā)達的國家相比，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)奶的主要因素之一，而引進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優(yōu)良品種來提高產(chǎn)量不太可行。能不能讓引進的良種奶牛快速、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?·核移植技術進行克隆；

良種荷斯坦奶牛·可以通過體外受精、胚胎分割等胚胎工程技術獲得多個良種奶牛胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。操作對象胚胎工程指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進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。目的胚胎工程技術包括：

體外受精

胚胎移植

胚胎

等技術

手

段。

分割胚胎工程的實質(zhì)：體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行模擬操作。胚胎工程的理論基礎：哺乳動物體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律。受精p56定義：指精子和卵子結合形成合子(即受精卵)的過程。進行細胞間信息交流場所：輸卵管內(nèi)

細胞膜的流動性準備階段I—

精子獲能受精前的準備階段階

段

：

準備階段Ⅱ—卵子的準備受精階段輸卵管◎卵巢子宮內(nèi)膜一生殖道輸卵管卵巢受

精、一②精子獲能的方

法：①直接利用雌性動物的生殖道②培養(yǎng)在人工配制的獲能液

◆肝素◆Ca2+載體③研究精子獲能機制的意義p57:實現(xiàn)了各種哺乳動物在體外條件下的獲能，為

體外受精技術

的建

立奠定了基礎。—頭頸一線粒體鞘

一尾錦羊馬成熟精子和幾種主要家畜的精子示意圖獲能的實質(zhì)是：1.溶解精子表面的糖蛋白，2.使精子獲得釋放頂體酶的能力；3.使精子表面的識別因子和結合因子暴露。①概念：

科學研究發(fā)現(xiàn)，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)生相應的生理變化后，才能獲得受精能力，這一生理現(xiàn)象稱為“精

一、受精p561.

受精前的準備階段(一)準備階段I—精

子

獲

能子獲能”

一、受精p571.受精前的準備階段(一)準備階段I—精

子

獲

能④成熟精子結構：頭

主要是細胞核(遺傳物質(zhì)的儲存場所)頸線粒體鞘

線粒體(提供能量)尾巴

中心體細胞內(nèi)其他物質(zhì)—原生質(zhì)滴(球狀，最后脫落)成熟精子含有的細胞質(zhì)很少*不同種大鼠的精子190μm長而大象的精子卻只有50

jim長。小

無

一、受精p57精子變形過程細胞核高爾基體細胞質(zhì)線粒體①頂體的發(fā)生④細胞質(zhì)濃縮②尾的發(fā)育

③精子頭出現(xiàn)線粒體鞘8886頭

原生質(zhì)滴⑤精子形成頂體尾①卵子一般在排出

2-3h窗個同動物排出的卵子成熟程度有的可能是

初級卵母細胞等

；

次級卵母細胞有的可能是③

卵子成熟的場所：寺排出的卵子都要在

輸卵管_后才能被精子不同,如馬、犬,如豬、羊內(nèi)進一步成透明帶卵細胞膜核(紡錘體—染色體復合物)第一極體具備受精能力的卵子結構

一、受精p571.

受精前的準備階段(二)準備階段Ⅱ—卵子的準備熟④卵于具備與精子受精能力的時期：

MI期。精子觸及卵細胞膜瞬間，透明帶迅速發(fā)生生理反應，阻止后來精子進入透明帶。精子入卵后，卵細胞膜立

即發(fā)生生理反應，拒絕其

他精子再進入卵內(nèi)。精子形成雄原核、卵子

完成減數(shù)分裂Ⅱ,釋放

第二極體，形成雌原核

一、受精p572.受精階段精子穿越卵細胞膜外

的結構，如透明帶釋放出多種酶，以溶解

卵細胞膜外的一些結構雄原核雌原核第一極體放出的第二極體防止多精入卵的兩個屏障精子接觸卵細胞膜精子入卵2.受精階段雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵。第一次卵裂即將開始受精的標志：觀察到兩個極體或雌雄原核p58相關信息受精完成的標志：雌雄原核形成合子雌雄

開始核

,告一、受精p57兩個極體受精標志

一

、受精p571

受精過程的順序為(

D①第一次卵裂開始②雌、雄原核相向移動，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵③精子釋放出多種酶，溶解卵細胞膜外的一些結構④卵細胞膜外的透明帶發(fā)生反應，阻止后來的精子進入透明帶⑤雌、雄原核的形成A.①③④⑤②

B.③④②⑤①

C.④⑤①③②D.③④⑤②①

一、受精p572.以下與受精作用有關的說法中，不正確的是(

D)A.受精作用的實質(zhì)是精子的核和卵細胞的核融合B.受精后的卵細胞能阻止其他精子的進入C.

受精作用前后卵細胞的活躍狀態(tài)不同D.受精卵中的染色體和DNA

均由精子和卵細胞各提供一半1.

場所

輸卵管和子宮2.過程：受精卵2細胞

二、胚胎早期發(fā)育p58桑葚胚受精卵4細胞8細胞囊胚桑葚胚3.

分裂方式

有絲分裂內(nèi)細胞團透明帶囊胚腔滋養(yǎng)層原

腸

胚囊胚細胞數(shù)量不斷增加

胚胎總體并不增加不斷減小②特點：

每個細胞體積不斷增加DNA

總

數(shù)

目

不變每個細胞的核成少數(shù)

目

增加有機物總量

，有機物種類1.

卵裂：

胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進行

分

裂

，細胞數(shù)量不斷增加，胚胎總體積不增加，這種

受精卵的早期分裂稱為卵裂。①場所：在透明帶內(nèi)

二、胚胎早期發(fā)育p588細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚受精卵2細胞胚4細胞胚桑葚胚②

特

點

：這一階段及之前的每一個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，每

個

細

胞都具有全能性，屬于全能性細胞。胚①概

念

：當卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。

二、胚胎早期發(fā)育p582.

桑葚受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚囊胚腔孵

化

：囊胚進一步擴大會導致

透明帶破裂，胚胎從其中伸展

出來，這

一

過程叫做孵化。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。透明帶囊胚二、胚胎早期發(fā)育p583.

囊胚：受精卵

①特點：細胞開始分化內(nèi)細胞團—發(fā)育成胎兒的各種組織②結構：

滋養(yǎng)層細胞—發(fā)育成胎膜和胎盤內(nèi)細胞團的細胞未分化，可以作為胚胎干細胞的來源。具有全能性8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚囊胚腔滋養(yǎng)層2細胞胚4細胞胚內(nèi)細胞團胚胎早期發(fā)育p584.原腸胚①特點：出現(xiàn)胚層分化外胚層：表面的細胞層②結構：內(nèi)胚層：向內(nèi)遷移的細胞中胚層：內(nèi)外兩個胚層之間

二、受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚正在分化的中胚層細胞一外胚層內(nèi)胚層原腸腔正在分化的中胚層細胞逐漸分化形成各種組織、器官等

拓展：個體發(fā)育VS

胚胎發(fā)育全能細胞受精卵

→

2細胞

→

4細胞

→

8細胞

→桑葚胚卵裂期胚胎發(fā)育孵化囊胚內(nèi)細胞團滋養(yǎng)層細胞

囊胚腔原腸胚外胚層中胚層內(nèi)胚層(原腸腔)性

成吳丸人體幼體續(xù)化個體發(fā)育胚后發(fā)育繼分出

發(fā)生

育動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進入子宮時受精卵的發(fā)

育天數(shù)和發(fā)育階段2細胞4細胞8細胞16細胞桑甚胚天發(fā)育階段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚綿羊36~38424867~72963~416細胞豬21~5151～6666~7290~110110~1142~2.54~6細胞馬2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244～6546~9096~120120~1444~58~16細胞

思考討論p59

不同動物受精卵發(fā)育的比較不同動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關問題。幾種動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間注：馬牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間討

論

1

:表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高?馬的胚胎進人子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。注：馬牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間討

論

2

:將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應選擇至少發(fā)育到什么階段的胚胎?如果換成牛又該怎樣處理?小鼠應選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8-16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常將發(fā)育

到囊胚階段的胚胎進行移植。動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進入子宮時受精卵的發(fā)

育天數(shù)和發(fā)育階段2細胞4細胞8細胞16細胞桑葚胚天發(fā)育階段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚牛27~4244～6546~9096~120120~1444~58~16細胞不同動物受精卵發(fā)育的比較幾種動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間思考討論p59

思考討論p59

不同動物受精卵發(fā)育的比較討

論

3:為什么說關于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎?請結合所學習的內(nèi)容舉例說明?胚胎工程的許多技術都是在了解了哺乳動物在自然條件下受精和胚胎早期發(fā)育規(guī)律的基礎上實現(xiàn)的。人們正是在認識了這些自然規(guī)律的基礎上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟，精子能在體外完成獲能，獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子能在試管內(nèi)完成受精，獲得的受精卵能在人工培養(yǎng)條

件下繼續(xù)發(fā)育等

課堂檢測(1)胚胎工程操作的對象可以是生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞。

√(2)剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在輸精管中發(fā)生相應的生理變化后才

能獲得受精能力。

)(3)防止多精入卵的機制有透明帶反應和卵細胞膜反應。(4)精子入卵后，被激活的卵子才能完成減數(shù)分裂Ⅱ。√(5)胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進行分裂，細胞的數(shù)量不斷增加，胚胎的總體積也不斷增加。

)(6)受精卵通過卵裂產(chǎn)生的子細胞，逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚，稱為桑葚胚。7下列有關哺乳動物早期胚胎發(fā)育的敘述，錯誤的是(Z

)(3

)精子入身后，細胞膜會發(fā)生反應阻上具他精子人卵。

(A.在桑葚胚階段，胚胎的內(nèi)部開始出現(xiàn)含有液體的腔)B.

胚胎干細胞是一類未分化的細胞，可以從早期胚胎中分離獲得C.桑葚胚的細胞一般都具有全能性，囊胚的細胞逐漸分化D.

受精卵早期分裂時，胚胎中細胞數(shù)目不斷增加，但胚胎的總體積并不增