高中生物備課課件（新教材人教版2019）選擇性必修三 2-3-1 胚胎工程的理論基礎(chǔ)

§2-3胚胎工程（1）細(xì)胞工程從社會中來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，一生生育四五次。如何解決這個難題呢？【提示】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。良種荷斯坦奶牛胚胎工程胚胎工程的迅猛發(fā)展讓人們大量繁殖優(yōu)良家畜品種的愿望，正在成為現(xiàn)實。胚胎工程的含義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。胚胎工程的技術(shù)手段胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。胚胎工程的理論基礎(chǔ)胚胎工程的許多技術(shù)，實際上是在體外條件下，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。受精含義受精是精子與卵子結(jié)合形成合子（即受精卵）的過程。場所在自然條件下，哺乳動物的受精在輸卵管內(nèi)完成。階段包括受精前的準(zhǔn)備階段和受精階段。受精前的準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段1——精子獲能精子的結(jié)構(gòu)：頭、頸、線粒體鞘、尾含義：剛剛排出的精子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”。發(fā)現(xiàn)意義（成果）：通過對精子獲能機制的研究，科學(xué)家找到了使精子在體外獲能的方法，實現(xiàn)了各種哺乳動物精子在體外條件下的獲能，為體外受精技術(shù)的建立奠定了重要基礎(chǔ)。頭頸線粒體鞘尾牛豬綿羊馬成熟精子和幾種主要家畜的精子示意圖受精前的準(zhǔn)備階段直接利用雌性動物的生殖道使精子獲能精子獲能的方法將精子培養(yǎng)在人工配制的獲能液中使其獲能等獲能液獲能液的成分因動物種類不同而有所差異；常見的有效成分有肝素、Ca2＋載體等。受精前的準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段2——卵子的準(zhǔn)備卵子一般在排出2～3h后才能被精子穿入。動物排出的卵子成熟程度不同：有的可能是初級卵母細(xì)胞，如馬、犬等；有的可能是次級卵母細(xì)胞，如豬、羊等。它們要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。精子穿越卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu)（如透明帶等）透明帶卵細(xì)胞膜核第一極體獲能后的精子與卵子相遇時，釋放出多種酶，以溶解卵細(xì)胞膜外的一些結(jié)構(gòu)。受精階段精子接觸卵細(xì)胞膜精子借助自身的運動接觸卵細(xì)胞膜。觸及瞬間，透明帶迅速發(fā)生生理反應(yīng)，阻止后來的精子進(jìn)入透明帶。受精階段精子入卵，形成原核雄原核第一極體雌原核放出第二極體精子入卵后，卵細(xì)胞膜立即發(fā)生生理反應(yīng)，拒絕其他精子進(jìn)入。尾部脫離。精子入卵后原核膜破裂，形成一個新核膜，最后形成一個比原來精子核大的雄原核。同時，被激活的卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，排出第二極體后，形成雌原核。受精階段雌、雄原核靠近雄、雌原核充分發(fā)育后，相向移動，彼此靠近。受精階段第一次卵裂即將開始受精階段核膜消失。形成含有兩個染色體組的合子——受精卵。受精過程結(jié)束，受精卵開始發(fā)育。胚胎早期發(fā)育分裂方式有絲分裂場所輸卵管胚胎早期發(fā)育卵裂場所：透明帶特點：細(xì)胞的數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體積并不增加。受精卵2細(xì)胞4細(xì)胞8細(xì)胞胚胎早期發(fā)育桑葚胚當(dāng)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。胚胎早期發(fā)育囊胚特點：細(xì)胞逐漸分化。結(jié)構(gòu)透明帶內(nèi)細(xì)胞團(tuán)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)囊胚腔內(nèi)細(xì)胞團(tuán)特點：聚集在胚胎一端的細(xì)胞形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)發(fā)育趨勢：將來發(fā)育成胎兒的各種組織；胚胎早期發(fā)育囊胚特點：細(xì)胞逐漸分化。結(jié)構(gòu)透明帶內(nèi)細(xì)胞團(tuán)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)囊胚腔內(nèi)細(xì)胞團(tuán)滋養(yǎng)層細(xì)胞特點：沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列的細(xì)胞，稱為滋養(yǎng)層細(xì)胞。發(fā)育趨勢：將來發(fā)育成胎膜和胎盤。胚胎早期發(fā)育囊胚特點：細(xì)胞逐漸分化。結(jié)構(gòu)透明帶內(nèi)細(xì)胞團(tuán)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)囊胚腔內(nèi)細(xì)胞團(tuán)滋養(yǎng)層細(xì)胞囊胚腔：隨著胚胎的進(jìn)一步發(fā)育，胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的腔——囊胚腔。胚胎早期發(fā)育囊胚特點：細(xì)胞逐漸分化。結(jié)構(gòu)透明帶內(nèi)細(xì)胞團(tuán)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)囊胚腔孵化含義：囊胚進(jìn)一步擴大，會導(dǎo)致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫作孵化。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。胚胎早期發(fā)育囊胚孵化后，將發(fā)育形成原腸胚。原腸胚表面的細(xì)胞層為外胚層，向內(nèi)遷移的細(xì)胞形成內(nèi)胚層。隨著發(fā)育的進(jìn)行，一部分細(xì)胞還會在內(nèi)、外兩個胚層之間形成中胚層。這三個胚層將逐漸分化形成各種組織、器官等?！舅伎肌び懻摗坎煌瑒游锸芫寻l(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。動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進(jìn)入子宮時受精卵的發(fā)育天數(shù)及發(fā)育階段2細(xì)胞4細(xì)胞8細(xì)胞16細(xì)胞桑葚胚天發(fā)育階段小鼠24～3838～5050～6060～7068～803桑葚胚綿羊36～36424867～72963～416細(xì)胞豬21～5151～6666～7290～110110～1142～2.54～6細(xì)胞馬2430～3650～607298～1066囊胚牛27～4244～6546～9096～120120～1444～58～16細(xì)胞幾種動物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時間表注：馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間?！舅伎肌び懻摗坎煌瑒游锸芫寻l(fā)育的比較討論Discuss表中哪種動物的胚胎在進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高？比較而言，馬的胚胎進(jìn)入子宮時，發(fā)育程度最高,它處于囊胚階段。討論Discuss將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應(yīng)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(yīng)選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進(jìn)行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8~16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?！舅伎肌び懻摗坎煌瑒游锸芫寻l(fā)育的比較討論Discuss為什么說關(guān)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(chǔ)？請結(jié)合所學(xué)習(xí)的內(nèi)容舉例說明?！咎崾尽颗咛スこ痰脑S多技術(shù)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(chǔ)上實現(xiàn)的。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