胚胎工程的理论基础

胚胎工程的理论基础罗伯特·爱德华兹

第2页,共80页，2024年2月25日，星期天试管婴儿第3页,共80页，2024年2月25日，星期天第4页,共80页，2024年2月25日，星期天英国人W·希普于1890年在剑桥大学将纯种安哥拉兔的两个4细胞胚胎移植到一只毛色特征完全不同的比利时兔的输卵管内。结果生出两只纯种的安哥拉子免。这是世界上第一例胚胎移植，胚胎移植技术由此创始。比利时兔安哥拉兔第5页,共80页，2024年2月25日，星期天胚胎工程

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。第6页,共80页，2024年2月25日，星期天操作对象：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的概念:第7页,共80页，2024年2月25日，星期天第一节

胚胎工程的理论基础第8页,共80页，2024年2月25日，星期天（一）精子的发生1、场所:2、时间:睾丸的曲细精管初情期生殖机能衰退一、生殖细胞的形成阅读教材25-26页精子发生过程，回答相关问题输精管附睾第9页,共80页，2024年2月25日，星期天3、精子的形态①外形似蝌蚪，分头、颈、尾三大部分。②不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体形大小无关。第10页,共80页，2024年2月25日，星期天第11页,共80页，2024年2月25日，星期天线粒体鞘阅读24页精子发生过程，回答思考与讨论相关问题精子结构图4、精子的结构:精子各组成分别由精子细胞的哪一部分形成?第12页,共80页，2024年2月25日，星期天①顶体的发生②尾的发育③精子头出现④细胞质浓缩⑤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。第13页,共80页，2024年2月25日，星期天

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(尾的基部)原生质滴(球状,最后脱落)精子细胞变形总结第14页,共80页，2024年2月25日，星期天精原细胞有丝分裂初级精母细胞次级精母细胞精子细胞精子MⅠ增殖期成熟期精子形成期MⅡ大量精原细胞染色体复制变形含单倍染色体生长期5、精子发生过程：第15页,共80页，2024年2月25日，星期天6.精子发生的激素调节分泌细胞：睾丸中的间质细胞激素种类：雄性激素，最重要的是睾丸酮。作用：雄性激素刺激生殖器官和精子的发育与成熟，激发并维持第二性征。第16页,共80页，2024年2月25日，星期天

不是。其一，是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位过程中，将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。

1.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？问题讨论:第17页,共80页，2024年2月25日，星期天

细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。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。而线粒体则是有氧呼吸产生能量的主要场所。

2.精子细胞变成精子的过程中，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？第18页,共80页，2024年2月25日，星期天

3.为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？

精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。第19页,共80页，2024年2月25日，星期天4、精子细胞变成精子后，是否就具有受精的能力？并说明原因。不是，只有当精子的头部的糖蛋白被分解后精子才具备受精能力，即精子的获能过程。这个过程是精子在生殖道内发生相应的生理变化：呼吸速率增强，膜代谢加强，运动形式改变等，才能获得受精的能力。第20页,共80页，2024年2月25日，星期天第21页,共80页，2024年2月25日，星期天（二）、卵细胞的发生1、场所：发生在卵巢、成熟于输卵管2、时期：胚胎性别分化以后第22页,共80页，2024年2月25日，星期天不同发育阶段的卵泡排卵黄体退化黄体卵泡细胞卵巢中有卵泡，每个卵泡中有一个初级卵母细胞。

第23页,共80页，2024年2月25日，星期天3、卵子形态结构图第24页,共80页，2024年2月25日，星期天

①放射冠：是包围在卵子透明带外面的卵丘细胞群。②透明带：是由卵泡细胞或其它细胞分泌，其成分主要是糖蛋白。其作用是保护卵子，阻止异种精子进入。第25页,共80页，2024年2月25日，星期天注意：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，它们都已进入了减数第一次分裂的前期，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40万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。只有约420个能发育成卵。在这420个有幸发育成卵的次级卵母细胞中，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。胚胎期卵巢中有不同发育阶段的卵泡卵细胞发育的场所性别分化后开始到出生前（胚胎时期）原始生殖细胞→卵原细胞→初级卵母细胞第26页,共80页，2024年2月25日，星期天4、卵子的发生过程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2N2NN2N有丝分裂数目增多MⅠ分裂MⅡ分裂初级卵母细胞生长透明带形成卵黄膜透明带排卵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受精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、演变第27页,共80页，2024年2月25日，星期天说明：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。第28页,共80页，2024年2月25日，星期天①卵泡的形成和在卵巢中的储备，是在胎儿时期完成；②卵细胞形成过程中的两次分裂是不连续完成的；③排卵时排出的不是成熟卵细胞，可能是初级卵母细胞，可能是次级卵母细胞；注意第29页,共80页，2024年2月25日，星期天5.卵细胞发生的激素调节分泌部位：脑垂体，卵巢中的卵泡激素种类：卵泡刺激素（FSH）;

黄体生成素(LH)；雌激素作用：卵泡刺激素促进卵母细胞的生长和发育并与黄体生成素一起使卵泡细胞释放更多的雌激素促进卵泡生长，黄体生成素增高会引起排卵第30页,共80页，2024年2月25日，星期天1.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？提示：是指卵子从卵泡中排出。2.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？提示：刚排出的卵子尚未完全成熟，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。思考探究第31页,共80页，2024年2月25日，星期天

在卵黄膜和透明带间隙有两个极体是卵子是否受精的重要标志4.卵子是否受精的重要标志是什么？3.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。第32页,共80页，2024年2月25日，星期天精子的发生和卵子的发生（新坐标13页）.精子卵子不同点发生场所睾丸卵巢成熟场所睾丸输卵管生殖细胞数1→41→1排出时是否成熟是否是否变形是否开始时间初情期胎儿期

（初情期后才有排卵）分裂连续性连续间断相同点①有丝分裂产生性原细胞、初级性母细胞②都经过减数分裂才形成性细胞第33页,共80页，2024年2月25日，星期天二、胚胎发育2、受精部位:3、受精标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。输卵管（一）受精作用1、概念:指两性配子（精子和卵子）结合形成合子(即受精卵)的过程。（精卵识别的基础是特异性蛋白）第34页,共80页，2024年2月25日，星期天4、过程受精前的准备阶段受精阶段准备阶段1：精子获能准备阶段2：卵子的准备第35页,共80页，2024年2月25日，星期天准备阶段1：精子获能

精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化（精子获得了释放顶体酶、穿通放射冠和透明带的能力）后，才能获得受精能力的现象。第36页,共80页，2024年2月25日，星期天

精子在雌性动物的生殖道中是如何获能的？思考与探究

答：精液由精子和精浆组成，精浆中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，精液中的精子无法获能；只能交配后精液进入雌性生殖道内，生殖道分泌了一种解除抑制的物质才能引起精子获能；第37页,共80页，2024年2月25日，星期天

卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期（MⅡ）时，才具备受精能力。准备阶段2：卵子的准备第38页,共80页，2024年2月25日，星期天受精阶段:1.顶体反应：精子顶体内的水解酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质，形成穿越放射冠的通道------精子穿越放射冠第39页,共80页，2024年2月25日，星期天2、透明带反应：（1）几个精子同时分解透明带，但只有一个精子能穿过透明带进入卵子内。当精子触及卵黄膜的瞬间，会产生阻止其他精子穿越透明带的生理反应------透明带反应。透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障；第40页,共80页，2024年2月25日，星期天精子试图进入卵子

（2）精子进入卵黄膜，卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道屏障第41页,共80页，2024年2月25日，星期天此时,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。

第42页,共80页，2024年2月25日，星期天3.形成合子核：

精子进入后，次级卵母细胞完成减数分裂Ⅱ，放出第二极体，随后卵核与精核融合为一个合子核(受精卵)第43页,共80页，2024年2月25日，星期天精子进入卵后变化①变化②变化③产生卵黄膜封闭作用形成第二道屏障尾部脱离核膜破裂形成雄原核形成雌原核激活卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体发育移动接触合并形成受精卵第44页,共80页，2024年2月25日，星期天小结受精阶段:

精子穿越放射冠精子穿越透明带精子穿越卵黄膜

配子结合顶体反应透明带反应（第一道）卵黄膜封闭作用（第二道）雌雄原核融合形成合子(受精卵)第45页,共80页，2024年2月25日，星期天过程时间变化作用①穿越放射冠精子与卵子的放射冠相遇时顶体反应：顶体内的酶释放出来溶解卵丘细胞间的物质形成精子穿越放射冠的通道；②穿越透明带精子与透明带接触时顶体酶将透明带溶出一条通道精子借助自身运动穿越透明带；③接触卵黄膜精子与卵黄膜接触时透明带反应：产生阻止后来精子进入透明带的反应；阻止多精入卵的第一道屏障；第46页,共80页，2024年2月25日，星期天过程时间变化作用④进入卵黄膜精子入卵后卵黄膜封闭作用：精子入卵后卵黄膜产生的一种阻止其它精子入卵的反应；阻止多精入卵的第二道屏障⑤形成原核精子入卵后精子的核膜破裂，形成一个比原核大的核，即雄原核；被激活的卵子完成减II，排出第二极体后形成雌原核；形成雄原核形成雌原核第47页,共80页，2024年2月25日，星期天过程时间变化作用⑥配子结合雌、雄原核充分发育后雌雄原核接触、体积缩小、合并，染色体合为一组。受精卵形成第48页,共80页，2024年2月25日，星期天误点警示：1、成熟的精子无受精能力，需要在生殖道内获能后方能受精。2、动物排出的卵子并未成熟，只有达到减数第二次分裂中期时，才具备受精能力。3、受精卵的遗传物质中，核遗传物质一半来自精子，一半来自卵子，质遗传物质几乎全来自卵子。第49页,共80页，2024年2月25日，星期天4、受精的意义维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定

；对于生物的遗传和变异十分重要。第50页,共80页，2024年2月25日，星期天胚胎发育胚胎发育胚后发育个体发育第51页,共80页，2024年2月25日，星期天1、时间：从受精卵到成熟的胎儿2、场所：输卵管到子宫3、过程：胚胎发育第52页,共80页，2024年2月25日，星期天根据胚胎形态的变化，可将早期发育的胚胎分为以下几个阶段：受精卵桑椹胚原肠胚幼体（胎儿）卵裂期囊胚胚胎发育的过程第53页,共80页，2024年2月25日，星期天第54页,共80页，2024年2月25日，星期天第55页,共80页，2024年2月25日，星期天受精卵第一次卵裂第二次卵裂第三次卵裂囊胚囊胚囊胚腔原肠胚外胚层中胚层内胚层桑椹胚原肠腔三层两腔一孔第56页,共80页，2024年2月25日，星期天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：将发育成胎膜和胎盘：最初发育在输卵管进行有丝分裂外胚层、内胚层、中胚层原肠腔、囊胚腔，胚孔内细胞团囊胚腔第57页,共80页，2024年2月25日，星期天囊胚

孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫孵化。第58页,共80页，2024年2月25日，星期天第59页,共80页，2024年2月25日，星期天原肠胚滋养层外胚层：由内细胞团表层的细胞形成中胚层：外胚层细胞特定区域成为增殖区，分裂的细胞进入内外胚层之间形成中胚层内胚层：由内细胞团五方的细胞形成原肠腔：由内胚层包围的囊腔原肠胚的主要特点？具有原肠腔三胚层和胚孔第60页,共80页，2024年2月25日，星期天卵裂期的特点：细胞分裂方式为_______细胞数目____每个细胞体积_____胚胎总体积_____或略有___DNA数目_____有机物总量_____有机物种类_____有丝分裂增加不增加缩小减小增加减少增加第61页,共80页，2024年2月25日，星期天外胚层中胚层内胚层表皮附属结构神经系统感官脊索真皮肌肉内脏器官外膜排泄系统生殖系统循环系统消化道上皮呼吸道上皮肝胰等腺体外表神经和感官；内呼消化胰与肝；第62页,共80页，2024年2月25日，星期天原肠腔出现囊胚腔进入原肠胚阶段第63页,共80页，2024年2月25日，星期天囊胚腔原肠腔原肠胚第64页,共80页，2024年2月25日，星期天囊胚腔原肠腔原肠胚第65页,共80页