1、專題3:胚胎工程,3.1 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育,操作對象： 技術(shù)手段： 理論基礎(chǔ)：,早期胚胎和配子,胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等,哺乳動物的受精卵和早期胚胎的發(fā)育規(guī)律,胚胎工程的建立,一.胚胎移植技術(shù)的研究 胚胎移植技術(shù)成為許多胚胎工程不可缺少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。 二.胚胎移植技術(shù)的成功和應(yīng)用帶動和加速了體外受精技術(shù)的研究。 三.胚胎移植和體外受精使胚胎分割、性別鑒定、體細(xì)胞克隆、轉(zhuǎn)基因胚胎、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)應(yīng)運而生。,3.1 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育,一、精子的發(fā)生,二、卵子的發(fā)生,三、受精,四、胚胎發(fā)育,3.1 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育,一、精子的發(fā)生,3、過程：,1、場所:

2、2、時期:,睪丸的曲細(xì)精管,初情期,生殖機(jī)能衰退,分三個階段,第階段初級精母細(xì)胞的形成,精原細(xì)胞,多個初級精母細(xì)胞,數(shù)次有絲分裂,第階段： 精子細(xì)胞的生成,初級精母細(xì)胞,次級精母細(xì)胞,精子細(xì)胞,M,M,減數(shù)分裂,第階段：精子細(xì)胞變形成精子,3、過程：,精子細(xì)胞,精子,自主閱讀: 1.整理精子細(xì)胞變形成精子的過程. 2.注重精子各組成分別由精子細(xì)胞 的哪一部分形成?,線粒體,高爾基體,A、頂體的發(fā)生,發(fā)育中的頂體,發(fā)育中的尾 (中心體),B、尾的的發(fā)育,C、精子頭的出現(xiàn),D、細(xì)胞質(zhì)濃縮,E、精子的形成,原生質(zhì)滴,尾,線粒體鞘,頂體,第階段：精子細(xì)胞變形成精子,1.細(xì)胞核 2.高爾基體 3.中心體

3、 4.線粒體 5.細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì),精子頭的主要部分,頭部的頂體,精子的尾,線粒體鞘膜(尾的基部),原生質(zhì)滴 (球狀,最后脫落),精子細(xì)胞變形總結(jié),第階段：精子細(xì)胞變形成精子,4、精子的形態(tài)：,（1）外形似蝌蚪，分 _、_、_、三大部分。,（2）不同種動物精子的形態(tài)_，大小略有_，與動物的體形大小_。,頭 頸 尾,相似,不同 無關(guān),精原細(xì)胞,有絲分裂,初級精母細(xì)胞,次級精母細(xì)胞,精細(xì)胞,精子,M,第一階段,第二階段,第三階段,M,精子發(fā)生的過程,多個精原細(xì)胞,染色體復(fù)制,變形,思考與討論：,1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計,但是通 常只有一個精子能夠與卵子結(jié)合,這能說是一種浪費嗎?怎樣理解這一

4、現(xiàn)象?,2.精子細(xì)胞變成精子的過程中,細(xì)胞中很多結(jié)構(gòu)會消失,而細(xì)胞核卻保留了下來,對這一現(xiàn)象怎樣理解?為什么精子中的線粒體集中在尾的基部?,提示：不是。其一，在自然繁殖的條件下，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機(jī)制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運行到受精部位，將對精子進(jìn)行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達(dá)受精部位(輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。,1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計， 但是通常只有一個精子能夠與卵子結(jié)合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？,問題討論:,提示：細(xì)胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復(fù)制的場所，也

5、是參與精、卵結(jié)合和后代遺傳特性與細(xì)胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是有氧呼吸產(chǎn)生運動能量的場所。精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機(jī)”。,2.精子細(xì)胞變成精子的過程中，細(xì)胞中很多結(jié)構(gòu)會消失，而細(xì)胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？,Back,二、卵子的發(fā)生,1、場所：,卵巢,2、過程,自主閱讀： 理清卵子的形成過程（借助減數(shù)分 裂知識） 注意新的專業(yè)術(shù)語指向和理解 注重卵子形成與精子形成的差異,胎兒期,透明帶,卵黃膜,卵原細(xì)胞,初級卵母細(xì)胞,有絲分裂,初級卵母細(xì)胞,次級卵母細(xì)胞 第一極體,第二極體

6、,時間：排卵前后,M ,生長，透明帶生成,第一極體,M,發(fā)生時間:受精時發(fā)生地點:輸卵管,合子和兩個極體,受精,初情期后,卵原細(xì)胞,發(fā)生時間：胎兒期， 地點：卵巢,多個卵原細(xì)胞,初級卵母細(xì)胞,在雌性動物排卵前后完成,次級卵母細(xì)胞和第一極體,在受精過程中完成 地點：輸卵管,卵子和兩個極體,有絲分裂,在卵黃膜和透明帶間隙有兩個極體是卵子是否受精的重要標(biāo)志,思考：1.卵子是否受精的重要標(biāo)志是什么？,減數(shù)第二次分裂過程是在輸卵管中,3.排除的卵子是什么時期的細(xì)胞？,排出卵子是不成熟的，且成熟程度不同，有的可能是次極卵母細(xì)胞，例如豬、羊，有的可能是初級卵母細(xì)胞，例如馬、犬。,2.產(chǎn)生卵子的過程是否都發(fā)生

7、在卵巢中？,1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？ 2.排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？ 3.剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？,答：剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成第一次減數(shù)分裂，需要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，直到減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子結(jié)合完成受精過程。排出的卵 子是在輸卵管內(nèi)與精子受精的。,答：正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。,答：是指卵子從卵泡中排出。,討論：,探究展示：,最初階段均進(jìn)行有絲分裂，不斷增加生殖原細(xì)胞的數(shù)量；經(jīng)過兩次減數(shù)分裂（M和M）才能形成精子或卵子。,相似點：,精子和卵子的發(fā)生有何異同?,初情期 后形成,要 變形,不

8、 變形,睪 丸 內(nèi)完成,卵子和精子的發(fā)生主要不同點：,1個卵子和3個極體,4個精子,卵巢和輸卵管,胎兒期(先天的),蝌蚪 形,球形,Back,生殖生物學(xué)家張明覺曾做過兔子的體外受精實驗，用各種方法處理精子，都無法使精子與卵子在體外受精這是什么原因？,一）精子受精前的準(zhǔn)備：,精子獲能:,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,才獲得受精能力的生理現(xiàn)象.,【精子獲能】是指精子獲得穿透卵子透明帶能力的生理過程，是精子在受精前必須經(jīng)歷的一個重要階段。其實，精子在附睪內(nèi)已經(jīng)獲得了受精能力，但由附睪分泌的一種物質(zhì)附于精子表面，抑制了他的受精能力，這種物質(zhì)被稱為去能因子。精子進(jìn)入女性生殖道以后，去能

9、因子的作用被解除，精子才具有真正的受精能力，這就是精子獲能。能夠解除去能因子的物質(zhì)稱為獲能因子。 精子在陰道內(nèi)不能獲能，只有當(dāng)他穿過宮頸時，精漿內(nèi)大量的去能因子才能被阻擋。精子同子宮內(nèi)膜接觸后，子宮內(nèi)膜產(chǎn)生獲能因子。輸卵管的分泌物也參與了精子獲能。因此，可以說精子的獲能過程是一個多時相的過程。先在子宮內(nèi)，后在輸卵管內(nèi)。隨著精子的獲能，氧耗量增加，精子運動加速，并迅速游向卵子，最終使精卵結(jié)合。 【精子獲能】的生育意義在于：去除精子表面的覆蓋物，暴露出精子膜表面與卵子相識別的位點。增加精子活力，改變膜的通透性。精子頭部出現(xiàn)流動性不相等的區(qū)域，為精子膜與頂體膜融合做好準(zhǔn)備。精子頂體后區(qū)膜的流動性加大

10、，以準(zhǔn)備與卵膜結(jié)合。,卵子受精前的準(zhǔn)備：,在輸卵管中發(fā)育到減數(shù)第二次分裂的中期（MII中期）,才具有與精子受精的能力(排卵后23個小時),三、受精,1、概念:指精子和卵子結(jié)合形成合子 (即受精卵)的過程。,2、標(biāo)志:在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體時。,3、場所:輸卵管,精子進(jìn)入卵子要通過哪些障礙？,精子試圖進(jìn)入卵子,此時, 精子的頭已經(jīng)鉆進(jìn)去了, 我們還可以看 到它的中部和尾部，它就像一個不斷旋轉(zhuǎn)的鉆頭， 在尾巴拍打的驅(qū)動下，努力進(jìn)入卵子。,精子經(jīng)過哪些困難才能與卵子結(jié)合呢？,1)精子穿越放射冠和透明帶,頂體反應(yīng)使頂體內(nèi)的酶釋放出來并溶解放射冠內(nèi)的卵丘細(xì)胞之間的物質(zhì),接觸透明帶頂體酶

11、溶解透明帶,穿越透明帶，接觸卵黃膜,2)精子進(jìn)入卵黃膜,卵黃膜封閉作用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)配子結(jié)合,雌雄原核融合形成合子(受精卵),4.意義,維持每種生物前后代體細(xì)胞中染色體數(shù)目的恒定 ；對于生物的遺傳和變異十分重要。,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊胚（內(nèi)含囊胚腔）,原腸胚（內(nèi)含原腸腔）,胎兒形成,：在透明帶內(nèi)進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，但胚胎總體積并不增加，或略有減少。,：由具有全能性細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞數(shù)在32個左右，排列緊密，形似桑椹,內(nèi)細(xì)胞團(tuán)：發(fā)育成胎兒各組織,滋養(yǎng)層細(xì)胞：發(fā)育成胎膜和胎盤,：最初發(fā)育在輸卵管進(jìn)行有絲分裂,三.胚胎發(fā)育,滋

12、養(yǎng)層 外胚層 中胚層 內(nèi)胚層 原腸腔,1、卵裂期的特點：,細(xì)胞分裂方式為_ 細(xì)胞數(shù)目_ 每個細(xì)胞體積_ 胚胎總體積_或略有_ DNA數(shù)目_ 有機(jī)物總量_ 有機(jī)物種類_,有絲分裂,增加,不增加,縮小,減小,增加,減少,增加,四.胚胎發(fā)育,【精子獲能】是指精子獲得穿透卵子透明帶能力的生理過程，是精子在受精前必須經(jīng)歷的一個重要階段。其實，精子在附睪內(nèi)已經(jīng)獲得了受精能力，但由附睪分泌的一種物質(zhì)附于精子表面，抑制了他的受精能力，這種物質(zhì)被稱為去能因子。精子進(jìn)入女性生殖道以后，去能因子的作用被解除，精子才具有真正的受精能力，這就是精子獲能。能夠解除去能因子的物質(zhì)稱為獲能因子。 精子在陰道內(nèi)不能獲能，只有當(dāng)

13、他穿過宮頸時，精漿內(nèi)大量的去能因子才能被阻擋。精子同子宮內(nèi)膜接觸后，子宮內(nèi)膜產(chǎn)生獲能因子。輸卵管的分泌物也參與了精子獲能。因此，可以說精子的獲能過程是一個多時相的過程。先在子宮內(nèi)，后在輸卵管內(nèi)。隨著精子的獲能，氧耗量增加，精子運動加速，并迅速游向卵子，最終使精卵結(jié)合。 【精子獲能】的生育意義在于：去除精子表面的覆蓋物，暴露出精子膜表面與卵子相識別的位點。增加精子活力，改變膜的通透性。精子頭部出現(xiàn)流動性不相等的區(qū)域，為精子膜與頂體膜融合做好準(zhǔn)備。精子頂體后區(qū)膜的流動性加大，以準(zhǔn)備與卵膜結(jié)合。,精子獲能后，與卵膜或卵表面相接觸，頂體開始產(chǎn)生的一 系列改變。頂體是覆蓋于精子頭部細(xì)胞核前方、介于核與質(zhì)

14、膜間的囊狀細(xì)胞器。頂體內(nèi)的結(jié)合素（卵結(jié)合蛋白，bindin）可識別特異的糖基序列，以保證精子與卵的種特異性結(jié)合。頂體中含有頂體酶系統(tǒng)，它是一個復(fù)合酶系。包括：透明質(zhì)酸酶，主要作用是溶解卵丘細(xì)胞間透明質(zhì)酸，使卵丘細(xì)胞分散，精子得以通過這些細(xì)胞間隙；放射冠分散酶，能使放射冠的細(xì)胞松解；頂體素（精子頭粒蛋白，acrosin）以酶原形式存在于頂體內(nèi)，稱前頂體素，只有經(jīng)過頂體反應(yīng)才激活形成頂體素，它具有溶解卵透明帶作用；芳基硫酸脂酶有溶解卵黃膜的作用。此外還含有脂酶、唾液酸苷酶等。頂體反應(yīng)是受精的先決條件。包括頂體外膜與精子質(zhì)膜在許多位點的融合，并形成許多小囊泡狀結(jié)構(gòu)，最后頂體外膜破裂，頂體內(nèi)各種酶的釋

15、放和頂體內(nèi)膜的暴露。自附睪排出的精子進(jìn)入雌性生殖道后，經(jīng)過獲能和完成頂體反應(yīng)才能和卵結(jié)合。一般認(rèn)為，卵丘細(xì)胞和透明帶是誘發(fā)產(chǎn)生頂體反應(yīng)的主要因素。體外培養(yǎng)條件下，Ca2 、K 及高蛋白培養(yǎng)液能誘發(fā)及促進(jìn)頂體反應(yīng)。,穿過透明帶：,形成受精卵：,受精卵（第一天）,二核融合開始分裂(卵裂),細(xì)胞期,細(xì)胞期,桑椹胚(第3天),胚泡(第4天),受精后8天。胚芽完成著陸,微微嵌入子宮內(nèi)膜。此時它分裂發(fā)育為幾百個細(xì)胞。,孕四周,孕五周,孕六周,孕七周,孕九周,孕二十六周,孕二十八周,精、卵相遇,頂體反應(yīng),頂體酶釋放,頂體酶溶解透明帶,接觸透明帶,穿越放射冠,溶解卵丘細(xì)胞 （放射冠）,穿越透明帶,接觸卵黃膜,

16、產(chǎn)生透明帶反應(yīng),形成第一道屏障（作用 ）,精子被微絨毛抱合,精子外膜與卵黃膜融合,精子進(jìn)入卵,精子進(jìn)入卵后,變化,變化,變化,產(chǎn)生卵黃膜封閉作用,形成第二道屏障 （作用？）,尾部脫離核膜破裂,形成雄原核,形成雌原核,激活卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體,發(fā)育 移動 接觸 合并,形成受精卵,哺乳動物受精過程示意圖,2體外受精和早期胚胎培養(yǎng),國產(chǎn)奶牛：年均產(chǎn)奶量3000公斤左右 國際良種奶牛：年均產(chǎn)奶量10000公斤左右 引進(jìn)一頭良種成年奶牛需要3萬5萬元 牛的生育率低，一頭牛一胎只一個，一生只能生育四五次,牛的生育率雖然很低，但是牛的卵母細(xì)胞卻相當(dāng)?shù)亩?，其卵巢中卵母?xì)胞數(shù)目要比一生中排卵數(shù)多

17、1000倍左右 公牛產(chǎn)生的精子數(shù)目就更多了 偉大設(shè)想誕生了,一、試管動物技術(shù),概念： 通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后，再經(jīng)過移植產(chǎn)生后代的技術(shù) 過程,移植,卵子,受精卵,早期胚胎,子宮,精子,個體,試管動物 與 克隆動物相比 生殖方式： 技術(shù)手段： 遺傳規(guī)律：,有性生殖 無性生殖,體外受精、胚胎移植 核移植技術(shù)、胚胎移植,遵循 無,二、體外受精,步驟 1、卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng) 2、精子的采集和獲能 3、受精,1、卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng),如何使雌性動物排出更多的卵子 促性腺激素處理 對于大家畜或大型動物如何采集卵子 屠宰場、 超聲波探測儀、內(nèi)窺鏡或腹腔鏡

18、（活體） 采集的卵子是否馬上可以受精 初級卵母細(xì)胞，體外培養(yǎng)至MII中期,對實驗動物小鼠、兔和小家畜,豬、羊等卵母細(xì)胞采集時，可先用促性腺激素處理 第二種方法是從剛屠宰的雌性動物體內(nèi)摘取卵巢，再從卵巢中采集卵母細(xì)胞。后兩種方法適用于大家畜和大動物。采集的卵母細(xì)胞需在體外培養(yǎng)成熟后才能與獲能的精子受精。,卵母細(xì)胞采集的方法,2、精子的采集和獲能,方法 假陰道法、手握法、電刺激法 采集到的精子是否可以馬上參與受精 不、獲能處理 獲能方法 培養(yǎng)法（獲能液） 化學(xué)法 在一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187中用化學(xué)藥物誘導(dǎo),三、受精,獲能的精子成熟的卵子（MII） 獲能液 受精卵,或受精液,胚胎,發(fā)育

19、培養(yǎng)液,動物胚胎培養(yǎng)液成分,一般比較復(fù)雜 無機(jī)鹽和有機(jī)鹽，還需添加維生素，激素，氨基酸，核苷酸等營養(yǎng)成分，以及動物血清,胚胎早期培養(yǎng),培養(yǎng)發(fā)育到適宜階段時，可將其取出向受體移植或冷動保存,專題3:胚胎工程,3.3胚胎工程的應(yīng)用及前景,一.胚胎移植,二.胚胎分割,三.胚胎干細(xì)胞,3.3 胚胎工程的應(yīng)用及前景,一.胚胎移植,供體：提供胚胎的個體。 受體：接受胚胎的個體。,1.概念:,將雌性動物的早期胚胎,或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內(nèi),使之發(fā)育為新個體的技術(shù).,2.胚胎移植的意義,1)加速育種工作和品種改良 2)大量節(jié)省購買種畜的費用 3)一胎

20、多產(chǎn) 4)保存品種資源和瀕危物種 5)可充分發(fā)揮優(yōu)秀個體的繁殖潛能 縮短繁殖周期,增加一生繁殖的后代數(shù)量,3.胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ),1)供體和受體相同的生理環(huán)境(關(guān)鍵) 2)早期胚胎處于游離狀態(tài),為胚胎的收集提供了可能 3)受體對移入子宮的胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥 4)胚胎與受體建立正常的聯(lián)系,但遺傳物質(zhì)沒有改變.,選擇,供體母牛,受體母牛,同期發(fā)情處理,超數(shù)排卵,供體公牛,配種,沖卵,質(zhì)量檢查、培養(yǎng),胚胎移植,妊娠檢查,分娩（胚胎移植的犢牛）,4.胚胎移植的基本程序,5.胚胎移植成功與否要有兩個條件,（1）胚胎移植一般應(yīng)在同種的雌性供體和受體之間進(jìn)行。 （2）進(jìn)行胚胎移植的供體和受體的生理狀

21、態(tài)要相同。,Back,二.胚胎分割,1.概念:,采用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù).,2.特 點:,后代具有相同的遺傳物質(zhì)（克?。?4.選擇的胚胎:,發(fā)育良好的,形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚.,3.使用的主要儀器：,實體顯微鏡和顯微操作儀,胚胎分割的份數(shù)越多，操作的難度會越大，移植的成功率也越低。 早期胚胎的體積很小，只有在顯微鏡下才能看到；再者，細(xì)胞數(shù)目是有限的。分割的份數(shù)越多，不但難以做到均等分割，每一份的細(xì)胞數(shù)會越少，而且作為囊胚期的胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞所受的影響會更大。因此，分割的份數(shù)越多，技術(shù)的難度會越大，移植后的恢復(fù)和發(fā)育的難度會越大，移植成功率自然會降低。,胚胎分割技術(shù)也是動物克隆的方法之一,注意：對囊胚階段的胚胎進(jìn)行分割時，要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割。 原因：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)一般到囊胚階段才出現(xiàn)，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎(chǔ)細(xì)胞，其他細(xì)胞為滋養(yǎng)細(xì)胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。若分割時不能將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割，會出現(xiàn)含內(nèi)細(xì)胞團(tuán)多的部分正常發(fā)育的能力強(qiáng)，少