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1、胚胎工程的诞生和发展1890年，W.Heape在英国剑桥大学首次报道安哥拉兔早期胚胎移植（比利时兔为代孕母兔）成功，拉开胚胎工程的序幕20世纪3070年代，胚胎移植技术日渐成熟，1975年1月首届国际胚胎移植大会在美国召开1951年，张明觉和奥斯汀(C.R.Austin)揭示精子获能的机理，并改进卵母细胞体外培养条件，被誉为“试管婴儿”之父,20世纪6080年代，多种试管动物和试管婴儿相继问世，标志着胚胎移植进入成熟发展阶段。,首例试管婴儿,著名妇产科专家张丽珠教授与中国首例试管婴儿,胚胎工程指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等
2、技术。经过处理后获得的胚胎，还需要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,操作对象：早期胚胎和配子技术手段：胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等理论基础：哺乳动物的受精卵和早期胚胎 的发育规律,胚胎工程,胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。因此要了解动物受精和早期胚胎发育。,胚胎工程的“理论基础”-体内受精和早期胚胎发育,一.精子和卵子的发生,（1）发生场所：（2）时间：初情期（青春期）生殖机能衰退,1.哺乳动物精子的发生,不断地产生着精子,睾丸,精原细胞,有丝分裂,初级精母细胞,次级精母细胞,精子细胞（含单倍
3、染色体）,精子,M,第一阶段,第二阶段,第三阶段,M,精子发生的过程,多个精原细胞,染色体复制,变形,精子的发生,如何变形？,顶体的发生,尾的发育,精子头出现,细胞质浓缩,精子形成,高尔基体发育为头部的顶体,中心体演变为精子的尾,精子细胞变成精子,线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘,细胞内的其他物质浓缩成球状，称为原生质滴。随着精子的成熟过程向后移动，直到最后脱落。,精子的发生,精子细胞变形中的主要变化：,1.细胞核2.高尔基体3.中心体4.线粒体5.细胞内其他物质,精子头的主要部分,头部的顶体,精子的尾,线粒体鞘膜(尾的基部),原生质滴(球状,最后脱落),精子的发生,精子的发生,1.精子细胞变
4、成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？,细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。,线粒体是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”,问题讨论:,2.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？,其一，精子数量多，总有精子能与卵子结合，从而保证了种族的延续。,不是,其二，对精子进行筛选，保证最优秀的精子与卵子结合。,这枚精子既幸运，又强壮！,(1)发生部位：(2)时间：减数第一次分裂是在雌
5、性动物排卵前完成；减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程完成的。,卵子的发生,卵巢,注意：初生女婴的两个卵巢中共有初级卵母细胞(初级卵泡)约两百万个，它们都已进入了第一次减数分裂的前期，并停留在前期不再发育。,直到女孩进入性成熟时期。此时约有400 000个初级卵母细胞保留下来。初级卵母细胞受性激素的刺激才苏醒过来，重新继续发育。,只有 420个能发育成卵。在这420个有幸发育成卵的初级卵母细胞中，最早的一个是等待15年，而最后的一个是等待了50年才重新发育的。,胎儿期,卵泡卵泡细胞初级卵母细胞,排出的卵,卵丘细胞,卵泡液,卵子的发生,胎儿期,初情期后,卵原细胞,初级卵母细胞,次级卵母细胞+第
6、一极体,初级卵母细胞,有丝分裂 数目增多,M分裂,初级卵母细胞生长透明带形成,减数第一次分裂是在雌性动物排卵前、后完成的,生长、演变,排卵,说明：马排出的是初级卵母细胞；绵羊、牛、猪排出的是次级卵母细胞和第一极体。,卵子的发生,胎儿期,初情期后,卵原细胞,初级卵母细胞,次级卵母细胞+第一极体,合子+两个极体,初级卵母细胞,有丝分裂 数目增多,M分裂,M分裂,初级卵母细胞生长透明带形成,减数第一次分裂是在雌性动物排卵前、后完成的,减数第二次分裂是在精子和卵细胞结合的过程中完成,当在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精,卵子是否受精的重要标志,生长、演变,胚胎时期，卵原
7、细胞经有丝分裂，增加数量，并演变成初级卵母细胞。青春期后，初级卵母细胞分批发育，在排卵前完成第一次成熟分裂，生成一个体积较大的次级卵母细胞。在受精时精子穿入的激发下，次级卵母细胞完成第二次成熟分裂，形成一个成熟的卵子。,卵子的发生,胎儿期,初情期后,卵原细胞,初级卵母细胞,次级卵母细胞第一极体,合子二个极体,初级卵母细胞,判断卵子受精以观察到两个极体为标志，卵母细胞减数分裂不是形成三个极体吗？,人类和大部分哺乳动物：第一极体很少再进行第二次分裂，只有少部分哺乳动物的第一极体才会分裂形成两个第二极体；即使分裂，在实际操作中也不容易三个都同时观察到，但只要能看到两个极体，就足以说明问题。,疑问,卵
8、原细胞,有丝分裂,多个卵原细胞,染色体复制,初级卵母细胞,M,第一极体,次级卵母细胞,两个第二极体,第二极体,卵子,退化消失,M,排卵前后完成,在受精过程完成,被卵泡细胞包围,形成卵泡,卵子发生过程,胎儿时期完成,解析必修2,初情期后青春期后,在输卵管中完成受精过程,P63/小资料：,牛刚出生时，每侧卵巢大约含有15万个卵泡，每个卵泡内都有一个初级卵母细胞。出生后能够发育成成熟排卵的卵泡只有200个左右，一生产下牛犊45头。其他哺乳动物的情况类似。可见：哺乳动物一生中卵母细胞的有效利用率，胚胎工程要研究解决这样的问题。,很低,2、排出的卵子是什么时期的细胞？,1、成熟卵子的形成与哪些部位有关？
9、,卵巢和输卵管,MI的初级卵母细胞或MII的次级卵母细胞和第一极体,回顾,（三）精子与卵子的发生比较(P68/2.),睾丸,卵巢输卵管,初情期以后,胚胎期性别分化以后,先有丝分裂后减数分裂,4个 精子细胞,1个卵细胞 3个极体,变形为蝌蚪形,球形 不变形,精子是从初情期开始的；而哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的,1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？,正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。,是指卵子从卵泡中排出。,思考,3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？,刚排出的卵子尚未完全成熟。仅完成第 次
10、减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到 才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在 内与精子受精的。,思考,一,减数第二次分裂的中期,输卵管,哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？,相似点：最初阶段均进行有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂（M和M）才能形成精子和卵子。,思考,哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？,不同点：一个精原细胞四个精子；一个卵原细胞一个卵子；精子形状为蝌蚪状；卵子为球形。多数哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是胎儿出生前完成的。,思考,1.概念：是精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。2.场所：输卵管,受精,受精部位,资料
11、：,张明觉(台，美籍华人)发现问题：用各种方法处理兔附睾中的精子，无法实现体外受精。什么原因？观察现象：精子在雌性动物生殖道内运行的时间不长，但必须经过这一时段才能受精。得到启示：精子在雌性生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力。1951年，张明觉和奥斯汀发现了“精子获能”现象 研究价值：找到精子在体外获能的物质，实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能。,精子在穿越女性生殖管道的过程中，在管道上皮某些分泌物的作用下，精子获得了释放顶体酶、穿通放射冠和透明带的能力，因而能使卵子受精，该现象称获能。,精子获能,受精前的准备阶段:1)精子获能:精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才
12、获得受精能力的生理现象.2)卵子的准备:在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期,才具有与精子受精的能力,受精过程,卵子在受精前也有类似于精子获能的过程，其中卵泡液的作用不可忽视。动物排出的卵子成熟程度不同，都在输卵管中进一步成熟。,受精阶段：,排卵12-24小时，在输卵管壶腹部,精子和卵子相向运动,受精过程,哺乳动物受精过程,精卵相遇，发生顶体反应，精子穿入放射冠,精子接触并穿过透明带，并接触卵细胞膜,精子头部膨胀，同时卵子完成第二次成熟分裂，释放第二极体,雌雄原核形成,核膜消失，两个原核融合,第一次卵裂即将开始,透明带反应,卵细胞膜反应,释放顶体酶，溶解卵丘细胞之间物质,卵子是否受精的重要标志
13、,1)精子穿越放射冠和透明带 顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质 透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障2)精子进入卵黄膜 卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障3)原核形成：雄原核形成和雌原核形成4)配子结合：雌雄原核融合形成合子(受精卵),哺乳动物受精过程,卵子在输卵管内达到 时才具备受精能力,减数第二次分裂中期,精子和卵子发生上的重要区别,哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是胎儿出生前完成的。,对比归纳,卵子受精的标志：当在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精。,受精完成的标志:雌雄原核形成合子，是受精完成的标志,对比归纳,防
14、止多精入卵受精的第一道屏障是？,防止多精入卵受精的屏障,防止多精入卵受精的第二道屏障是？,总结,透明带反应：精子接触卵黄膜的瞬间，产生阻止其他精子进入透明带的反应。,卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，阻止其他精子再进入卵内。,（1）恢复染色体数目（二倍体）,（2）决定遗传性别:Y+X,X+X,（3）激活卵细胞，启动卵裂。,受精作用的意义,原核的形成及融合,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊胚（内含囊胚腔）,原肠胚（内含原肠腔）,胎儿形成,：在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有减少。,：由具有全能性细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑椹
15、,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,：在输卵管进行有丝分裂，开始发育,滋养层外胚层中胚层内胚层原肠腔,胚胎发育,哪个阶段以前的细胞为全能细胞？哪个阶段的细胞开始分化？何种结构将来发育成胎儿的各种组织？胎膜和胎盘由什么结构发育而来的？什么叫孵化？,桑椹胚以前,囊胚,内细胞团,滋养层,囊胚扩大，导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程交孵化,思考,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊胚（内含囊胚腔）,原肠胚（内含原肠腔）,胎儿形成,滋养层外胚层中胚层内胚层原肠腔,胚胎发育,原肠胚的主要特点？,具有原肠腔三胚层和胚孔,受精卵,第一次卵裂,第二次卵裂,第三次卵裂,囊胚,囊胚,原肠胚,
16、内胚层中胚层原肠胚,按照一定的次序向内运动,受精卵卵裂囊胚,原肠胚的形成,原肠胚3胚层的发育,外胚层 表皮及其附属结构 神经系统、感觉器官 内胚层 消化道、呼吸道上皮 肝胰等腺体中胚层 皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼 内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统,外表神经和感官；内呼消化胰与肝；其余都为中胚层,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊胚（内含囊胚腔）,原肠胚（内含原肠腔）,胎儿形成,：在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有减少。,：由具有全能性细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑椹,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,：最初发育在输卵
17、管进行有丝分裂,滋养层外胚层中胚层内胚层原肠腔,胚胎发育,胚胎发育过程,原肠胚,充满活力的精子,此时经过种种障碍的精子终于与卵子相遇，卵子外膜成为它们第一道需要攻破的关卡。此时，精子们把头钻到卵子的外壁上，尾巴不断拍打着，卵子则随着精子尾部的运动缓慢地逆时针转动。,卵子的外层被一层透明的薄膜保护着，这使它看起来像一个悬浮在天体中的漂亮的星球。,经过种种障碍的精子终于与卵子相遇,精子试图进入卵子,此时,精子的头已经钻进去了,我们还可以看到它的中部和尾部，它就像一个不断旋转的钻头，在尾巴拍打的驱动下，努力进入卵子。,受精后8天。胚牙完成着陆,微微嵌入子宫内膜。此时它分裂发育为几百个细胞。,受精后6
18、星期，人形已隐约可见。这时，胚胎的心跳每分钟140150下是母亲心跳的两倍。,人类胚胎第8周时在子宫内的照片,此时胎儿已长到1820周，他移动手臂，把手指放在唇边，这可以促进它对吮吸的反映。,高等动物胚胎和个体发育的过程,1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？,P67/资料分析,马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。,马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在816细胞阶段进入子宫，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囊胚阶段的胚胎进行移植。,3.为什么说关
19、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？请结合本节内容举例说明。,胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，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，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。,P67/资料分析,下列叙述是有关精子和卵子的区别：初级性卵母细胞的形成时间MI和MII的时间连续性成熟生殖细胞是否经过变形成熟生殖细胞的染色体数量,练习,我国首例“虎狮兽”2002年在南京红山动物园诞生，利用了雄虎的精子和雌狮的卵子“体外受精”完成这一过程需要解决的问题精子在体外用获能物质处理用化学物质处理掉卵黄膜便于精子进入抽取精子、卵子的核进行融合精子入卵后进行人工处理防止多精入卵,练习,下列正确的卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化原肠胚细胞属于全能细胞囊胚腔先于原肠腔出现桑椹胚开始进行孵化,练习,
