1、第第3节节 胚胎胚胎工程工程一一 胚胎工程的理论基础胚胎工程的理论基础从社会中来 我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达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，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
2、牛殖呢？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。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？如何解决这个难题呢？ 可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的的胚胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代胎，然后移植给代孕母牛生下后代。良种荷斯坦奶牛良种荷斯坦奶牛 胚胎工程是指对胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显进行多种显微操作和处理，然后微操作和处理，然后将获得的将获得的胚胎移植胚胎移植到雌性动物体内生产后代到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需
3、求。胚胎工程技术包括以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和体外受精、胚胎移植和胚胎分割胚胎分割等。等。胚胎工程1.1.操作对象：操作对象：2.2.技术种类：技术种类：3.3.工程实质：工程实质：4.4.理论基础：理论基础：动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞体外受精、胚胎移植、胚胎分割体外受精、胚胎移植、胚胎分割哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律在体外条件下，对动物自然受精和早期胚在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。胎发育条件进行的模拟操作。一、受精一、受精（一）概念：（一）概念： 受精
4、是受精是_和和_结合形成结合形成_的过程的过程精子精子卵子卵子合子合子（二）场所：（二）场所： 输卵管内输卵管内（三）过程：（三）过程： 包括包括_和和_。受精前的准备阶段受精前的准备阶段受精阶段受精阶段1.1.准备阶段准备阶段11精子获能精子获能（1 1）概念：）概念： 刚刚排出的精子刚刚排出的精子不能立即不能立即与卵子受精，必须在与卵子受精，必须在_发生发生_后，才能获得后，才能获得受精受精能力能力，这一生理现象称为，这一生理现象称为“精子获能精子获能”雌性动物的生殖道雌性动物的生殖道相应的生理变化相应的生理变化（2 2）研究精子获能机制的意义：）研究精子获能机制的意义： 实现了各种哺乳动
5、物在体外条实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为件下的获能，为_的建立奠定了基础的建立奠定了基础体外受精技术体外受精技术头头颈颈线粒体鞘线粒体鞘尾尾成熟精子结构和几种主要家畜的精子示意图成熟精子结构和几种主要家畜的精子示意图透明带透明带卵细胞膜卵细胞膜核核第一极体第一极体具备受精能力的卵子结构具备受精能力的卵子结构2.2.准备阶段准备阶段22卵子的准备卵子的准备（1 1）卵子一般在排出）卵子一般在排出_后才能被精子穿入后才能被精子穿入（2 2）动物排出的卵子）动物排出的卵子成熟程度不同成熟程度不同：有的可能是有的可能是_，如如马、犬马、犬等；等；有的可能是有的可能是_，如如猪、羊猪、羊等；等
6、；（3 3）卵子成熟的场所：）卵子成熟的场所：排出的卵子都要在排出的卵子都要在_进一步成熟进一步成熟（4 4）卵子具备与精子受精能力的时期：）卵子具备与精子受精能力的时期：2-3h2-3h初级卵母细胞初级卵母细胞次级卵母细胞次级卵母细胞输卵管内输卵管内MM3.3.受精阶段：受精阶段：精子精子穿越卵细胞膜穿越卵细胞膜外外的的结构，如结构，如透明带透明带释放出多种酶释放出多种酶，以溶解这些结构以溶解这些结构精子精子接触卵细胞膜接触卵细胞膜透明带反应透明带反应精子精子形成形成雄原核、卵子雄原核、卵子完成减数分裂完成减数分裂，释放释放第二极体，形成雌原核第二极体，形成雌原核精子入卵精子入卵卵细胞膜反应
7、卵细胞膜反应精子触及卵细胞膜的瞬精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的生理反应，阻止后来的精子进入透明带精子进入透明带精子入卵后，卵细胞膜会精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内其他精子再进入卵内防止多精防止多精入卵的两入卵的两个屏障个屏障精子入卵后，精子入卵后，尾部脱离尾部脱离，原有的核膜破裂原有的核膜破裂并并形成一形成一个新的核膜个新的核膜，最后形成一，最后形成一个比原来精子的核还大的个比原来精子的核还大的核，叫做核，叫做雄原核雄原核。雄原核雄原核雌原核雌原核放出第二放出第二极体极体第一极体第一极体雌、
8、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受精的标志受精的标志：观察到观察到两个极体两个极体或雌、雄原核或雌、雄原核。受精受精完成完成的标志的标志： 雌雄原核形成合子雌雄原核形成合子雌雄原核充分发育后，雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，相向移动，彼此靠近，核膜消失。核膜消失。这个含有这个含有两个染色体组的合子两个染色体组的合子就是受精卵。就是受精卵。受精过受精过程结束后，受精卵的程结束后，受精卵的发育也就开始了。发育也就开始了。 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
9、不会形成两个第二极体，观察到的两个极体为一个第一极体一个第二极体；二极体，观察到的两个极体为一个第一极体一个第二极体；二、胚胎早期发育二、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2022-1-11卵裂卵裂桑桑椹椹胚胚囊囊胚胚原原肠肠胚胚（二）过程：（二）过程：1.卵裂卵裂（1）概念：）概念： 胚胎发育早期，有一段时间是胚胎发育早期，有一段时间是在透明带在透明带内进行内进行分裂，分裂，细胞数量不断增加细胞数量不断增加，胚胎总体积胚胎总体积并不增加并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂，这种受精卵的早期分裂称为卵裂（2 2）场所）场所： 透明带内透明带内
10、（3）分裂方式：）分裂方式：有丝分裂有丝分裂（4）特点：）特点：细胞数量细胞数量-，胚胎总体积胚胎总体积_每个细胞体积每个细胞体积_DNADNA总数目总数目_每个细胞的每个细胞的核核DNADNA数目数目_有机物总量有机物总量_，有机物种类有机物种类_不断增加不断增加并不增加并不增加不断减小不断减小不断增加不断增加不变不变减少减少增加增加2 2. .桑葚胚桑葚胚（1 1）概念：）概念： 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，形似形似桑葚桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。时，这时的胚胎称为桑葚胚。（2）特点：）特点： 这一阶段及之前的每一个细胞这一阶段及之前的每
11、一个细胞都具有发育成完整胚胎都具有发育成完整胚胎的潜能的潜能，属于，属于全能细胞全能细胞。3.3.囊胚囊胚（1 1）概念：）概念： 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_，形成形成_、_；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有_的的囊腔囊腔_，这个时期的胚胎叫做囊胚；，这个时期的胚胎叫做囊胚；分化分化内细胞团内细胞团滋养层滋养层液体液体囊胚腔囊胚腔（2 2）特点：）特点： 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囊胚腔囊胚腔滋养层滋养层内细胞团内细胞团：滋养层：滋养层：囊胚腔：囊胚腔：将来发育成胎儿的各种组
12、织将来发育成胎儿的各种组织沿透明带内壁扩展和排列，沿透明带内壁扩展和排列，将来发育成胎膜和胎盘将来发育成胎膜和胎盘（4 4）孵化：）孵化： 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_，这一过程叫做孵化，这一过程叫做孵化透明带透明带伸展出来伸展出来透明带透明带概念：概念：意义：意义： 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4.4.原肠胚原肠胚结构结构外胚层：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各种组逐渐
13、分化形成各种组织、器官等织、器官等不同动物受精卵发育的比较不同动物受精卵发育的比较 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，讨论相关问题论相关问题几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间动物种类动物种类受精卵发育的时间受精卵发育的时间/h/h进入子宫时受精卵的发育天进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段数和发育阶段2细胞4细胞8细胞16细胞桑葚胚天发育阶段小鼠243838505060607068803桑葚胚绵羊363842486772963416细胞猪21515166667290
14、11011011422.546细胞马243036506072981066囊胚牛2742446546909612012014445816细胞注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间讨论：讨论：1.1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？马马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚囊胚阶段阶段2.2.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？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？如果换成牛又该怎样处理？如果换成牛
15、又该怎样处理？ 小鼠应选择至少发育到小鼠应选择至少发育到桑葚胚桑葚胚阶段的胚胎进行移植；阶段的胚胎进行移植； 牛在自然情况下，胚胎虽然牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在最早可在8-168-16细胞阶段细胞阶段进入子宫，但为了进入子宫，但为了提提高移植后胚胎的发育率和妊娠率高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中，在实践中通常发育到囊胚阶段的胚胎进通常发育到囊胚阶段的胚胎进行移植行移植；3.3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的而研究，会为胚胎工程提供理论为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的而研究，会为胚胎工程提供理论基础？基础？ 人们正是在人们正是在认识自然受精和早期胚胎发育的规律的基础认识自然受精和早期胚胎发育的规律的基础上，在上，在体外体外进行进行有效的有效的模拟模拟，才使，才使卵母细胞能在体外成熟卵母细胞能在体外成熟，精子能在体外完成获能精子能在体外完成获能，获能，获能的精子和培养成熟的卵子能在的精子和培养成熟的卵子能在试管中完成受精试管中完成受精，获得的受精卵能在，获得的受精卵能在人工培人工培养条件下继续发育养条件下继续发育等等
