高中生物胚胎工程课件新人教版选修1.ppt

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1、专题3 胚胎工程,胚胎工程概念： 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，以满足人类各种需求。,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,胚胎工程的建立,一.胚胎移植技术的研究 胚胎移植技术成为许多胚胎工程不可缺少的基础环节。 二.胚胎移植技术的成功和应用带动和加速了体外受精技术的研究。 三.胚胎移植和体外受精使胚胎分割、性别鉴定、体细胞克隆、转基因胚胎、胚胎干细胞培养等

2、技术应运而生。,（一）、精子的发生,1、场所：,2、时期：,3、过程：,1、场所：精子的发生是在睾丸内完成的,2、时期：从初情期开始直到生殖功能衰退,3、过程：发生的过程大体可分为三个阶段,曲细精管,一、精子和卵子的发生,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,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,精原细胞经过有丝分裂产生多个初级精母细胞。,初级精母细胞经减数分裂形成含有单倍染色体的精子细胞。,细胞核变为精子头部的主要部分； 高尔基体发育为头部的顶体； 中心体演变为精子的尾； 线粒体形成线粒体鞘膜； 其它物质浓缩成原生质滴

3、（球形）,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),精子细胞变形总结,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？,提示：不是。其一，在自然繁殖的条件下，可以说是动物为繁殖后代、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，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。,2.精子

4、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？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？,提示：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运动能量的场所。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”。,思考：,（二）、卵子的发生,1、场所：卵子的发生是在卵巢内完成 的。,2、时期：性别分化以后,（放射冠）,3、过程：,雌性胎儿卵巢内的卵原细胞，通过有丝分裂增加其数量，演变为初级卵母细胞，被卵泡细胞包围形成卵泡。初级卵母细胞经过减数

5、分裂变为成熟的卵子。,减数第一次分裂时间是在雌性动物排卵前后完成的，结果是产生1个次级卵母细胞和第一极体。,减数第二次分裂时间是在精子和卵子结合的过程中，结果是产生1个成熟卵子和第二极体。,卵原细胞,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,胎儿时期完成,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？ 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？,答：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，

6、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。,答：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。,答：是指卵子从卵泡中排出。,思考：,4、精子与卵子的发生比较,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。,不同点：一个精原细胞多个精子； 减1和减2是连续的，细胞质分裂均等。一个卵原细胞一个卵子；减1和减2是不连续的，细胞质分裂不均等。精子形状为蝌蚪状；卵子为球形。多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是胎儿出生前完成的。,二、受精,1、概念:,2、标志:,3、场所:,

7、1、概念:指精子和卵子结合形成合子 (即受精卵)的过程。,2、标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。（第二极体的形成）,3、场所:受精是在输卵管内完成的。,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,即精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获得受精能力的现象。,即卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期（M）时，才具备受精能力。,包括精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和配子结合。,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，当第一个精子进入后，透明带的穿透性就立即发生变化，从而阻止其他精子穿越透明带。,穿过透

8、明带：,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 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 卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道屏障,形成受精卵：,思考：当你了解到精子需要获能，受精过程中有防止多精入卵的现象时，你是否提出过这样的问题：精子在雌性生殖道内是如何获能的？防止多精入卵的两道防线的形成机制究竟是什么？,答：精液由精子和精清（精浆）两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能

9、。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。 防止多精入卵主要通过透明带反应和卵黄膜封闭作用两道屏障。在受精过程中，当精子穿越透明带触及卵黄膜时，透明带会立即封闭，阻止后来的精子进入透明带，可看作是防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黄膜会立即拒绝其他精子再进入卵内，可看作是防止多精受精的第二道屏障。,精、卵相遇,顶体反应,顶体酶释放,顶体酶溶解透明带,接触透明带,穿越放射冠,溶解卵丘细胞 （放射冠）,穿越透明带,接触卵黄膜,产生透明带反应,形成第一道屏障,精子被微绒毛抱合,精子外膜与卵黄膜融合,精子进入卵,精子进入卵后,变化,变化,变化,产生卵黄膜封闭作用,形成

10、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,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。,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊胚（内含囊胚腔）,原肠胚（内含原肠腔）,胚层分化形成胎儿形成,：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,：最初发育在输卵管进行有丝分裂,滋养层 外胚层 中胚层 内胚层 原肠腔,三、胚胎发育,胚胎发育：指受精卵

11、发育成幼体的过程,强调：卵裂期的特点,细胞分裂方式为_ 细胞数目_ 胚胎总体积_或略有_ 每个细胞体积_ DNA数目_ 有机物种类_,有丝分裂,增加,不增加,缩小,减小,增加,增加,人体胚胎发育的基本过程,人体胚胎发育在子宫内经过约38周，整个过程可分为胚卵期、胚胎期和胎儿期三个阶段,胚卵期：从受精至第一周末胚胎开始着床,胚卵期,新生命的第四天胚泡,新生命的第三天桑椹胚,受精后8天。胚芽完成“着陆“,微微嵌入子宫内膜。此时它分裂发育为几百个细胞。,桑椹胚：细胞数在32个左右，细胞排列致密，形似桑椹，细胞属于全能细胞,囊胚：细胞开始分化;内细胞团将来发育成各种组织, 滋养层将来发育成胎膜、胎盘;

12、出现囊胚腔后，进一步扩大会导致孵化。,新生命的第四周,新生命的第五周看啊，眼的雏形出来了,胚胎期：从第二周至第八周,第三周末形成原肠胚：内细胞团表皮的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现原肠腔。,新生命的第六周四肢和脑都开始初步分化了，真让人激动,受精后6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。,新生命的第七周进一步发育了，看个整体的吧,人类胚胎第八周时在子宫内的照片 ，胚初具人形,新生命的第九周胎儿已基本成形，看看手的进一步分化,新生命的第十二周理论上这时的胎儿已可以独立生活，但其实出世的日子还早,胎儿期：从第九周开始至分娩,此时胎儿已长到20周，他

13、移动手臂，把手指放在唇边，这可以促进它对吮吸的反映 。,新生命的第二十六周中间的很多周变化不大，是体内器官的逐步分化和成熟，就略过吧。二十六周的胎儿如果出世，存活率已经很高了！看看就知道差不多了啊！,新生命的第二十八周请注意体位，现在已经为分娩做好准备了,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？,资料分析,答：马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。,答：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

14、阶段的胚胎进行移植。,3.为什么说关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。,提示：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。,3.2 体外受精和早期胚胎培养,试管婴儿,1978年7月26日，世界首例试管婴儿“路易斯布朗

15、”在英国诞生，现已成为母亲。,转基因试管牛,我国首例转基因试管牛“滔滔”于1999年2月19日在上海诞生,1988年3月10日我国首例试管婴儿,1992年我国首例三胞胎试管婴儿,2009年：六女两男体重在820克至1.54千克之间,2011年1月23日，美国加州的苏利曼提前3天为自己的8个孩子庆祝两岁生日,国产奶牛：年均产奶量3000公斤左右 国际良种奶牛：年均产奶量10000公斤左右 引进一头良种成年奶牛需要3万5万元； 牛的生育率低，一头牛一胎只生一只，一生只能生育四五次。 牛的生育率虽然很低，但是牛的卵母细胞却相当的多，其卵巢中卵母细胞数目要比一生中排卵数多1000倍左右； 公牛产生的精

16、子数目就更多了。,一、从试管牛说起,试管动物技术,是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育成早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。,目的：,快速繁殖动物优良品种,技术手段：,体外受精和早期胚胎培养,胚胎移植,采集良种母牛的卵母细胞,卵母细胞的体外培养,采集良种公牛精子,精子体外获能,体外受精,良种牛体外受精胚胎,受体牛,良种犊牛,成熟期牛,屠宰加工厂,市场,采集卵巢中的卵母细胞,“试管牛”工厂化生产的技术流程图,1982年世界首例试管牛犊问世,实现良种牛快速大量繁殖首先要做的是 和 的培养。,体外受精,早期胚胎,1、体外受精,体外受精,概念：采取雌性动物的卵细胞和雄性动

17、物的精子，使其在试管受精。,过程： （1）卵母细胞的收集和培养； （2）精子的收集和获能； （3）获能精子和卵细胞的受精。,“试管动物”,注：发育的主要场所是母体,1.卵母细胞的采集和培养,对不同动物,采取卵母细胞的方法不同：,（1）对实验动物：用促性腺激素处理,（2）对大家畜或大型动物：从废弃卵巢中采集卵母细胞或活体采卵,2.精子的收集和获能,假阴道法,手握法,电刺激法,在体外受精前，要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有 和 两种 对于 、 和 的精子，一般采用培养法；对于 、 等家畜的精子常用化学法。 培养法：精子在获能液中获能。 化学诱导法：精子一定浓度的肝素或钙离子载体A23

18、187溶液中，用化学药物诱导获能。,培养法,化学诱导法,啮齿动物,家兔,猪,牛,羊,3.受精,在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程,提高了优良种公畜的配种效能和种用价值，扩大了配种母畜的头数; 加速家畜品种改良，促进育种工作; 降低了饲养管理费用；防止各种疾病，特别是生殖道传染病的传播； 有利于提高母畜的受胎率；,体外受精在家畜快速繁殖的意义,三、胚胎的早期培养,概念：是应用人工创造条件，对获取的 进行体外培养。 培养液成分：水、无机盐、糖类、维生素、氨基酸、激素、核苷酸、血清等,早期胚胎,目的：,检查受精状况和受精卵发育能力,移植：,不同生物有不同的适宜阶段,不同动物胚胎移植时间不同 牛

19、、羊：桑椹胚或囊胚阶段 小鼠、家兔：卵裂期或囊胚阶段 试管婴儿：8个或16个细胞阶段,胚胎培养发育到适宜阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。,保存剩余的卵子和精子的方法是什么？,专题3:胚胎工程,3.3胚胎工程的应用及前景,一.胚胎移植,二.胚胎分割,三.胚胎干细胞,3.3 胚胎工程的应用及前景,1、胚胎移植,胚胎移植,概念:将经济价值较高、遗传性状优秀的母畜，经过激素处理，使其超数排卵后受精，然后将发育的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫内，通过代孕母妊娠产仔的技术。 供体：提供胚胎的个体。 受体：接受胚胎的个体。,良种雌性动物。,一般品种的雌性动物。,“借劣质动物之腹怀优秀个体之

20、胎”,过程,胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。你认为这样的概括正确吗？ 正确。,胚胎的来源： 雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎。 供体：提供胚胎的个体遗传性能和生产性能优秀的个体； 受体：接受胚胎的个体。健康和正常繁殖能力的个体 受体的条件： 同种、生理状态相同同期发情(注射相关激 素)。 。,选择,供体母羊,受体母羊,同期发情处理*,超数排卵*,供体公羊,配种,取出早期胚胎,质量检查、培养,胚胎移植,妊娠检查,分娩（胚胎移植的犊羊）,胚胎移植的过程：（以波尔山羊为例）,未配种,同期发情技术：主要是借助外源激素剌激卵巢，使其按照预定的要求发生变化，使处

21、理母畜的卵巢生理机能都处于相同阶段，从而达到同期发情。,胚胎移植的基本程序 （1）供体、受体的选择和处理 （2）配种或进行人工受精 （3）胚胎的收集、检查、培养或保存 （4）胚胎移植 （5）移植后的检查,为什么胚胎移植能成功?,移动到任何一头动物子宫内都能发育吗? 同种动物发情排卵后,在一段时间内供体受体具有相同的生理环境。 为什么能收集到胚胎? 早期胚胎一定时间内处于游离状态。 供体和受体会不会发生排斥？ 同种动物之间基本上不排斥。 移植的胚胎能否保留供体双亲的特性? 胚胎虽然与受体有生理和组织上的联系,但其遗传特性不受受体的影响。,.,.,胚胎移植的生理学基础,1)供体和受体相同的生理环境

22、； 2)早期胚胎处于游离状态,为胚胎的收集提供了可能； 3)受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥； 4)胚胎与受体建立正常的联系,但遗传物质没有改变。,充分发挥雌性个体的繁殖潜力 缩短供体本身的繁殖周期 保持供体优良特性 大规模繁殖 节约成本费用 可用于保护珍稀动物 ,.,.,胚胎移植的意义：,胚胎移植的意义,1充分发挥优良母牛的繁殖潜力 一般情况下，1头优良成年母牛一年只能繁殖1头犊牛，应用胚胎移植技术，一年可得到几头至几十头优良母牛的后代，大大加速了良种牛群的建立和扩大。 2诱发肉牛产双胎 对发情的母牛配种后再移植一个胚胎到排卵对侧子宫角内。这样配种后未受孕的母牛可能因接受移植的胚胎而

23、妊娠，而配种后受母牛则由于增加了一个移植的胚胎而怀双胎。另外，也可对未配种的母牛在两侧子宫角各移植一个胚胎而怀双胎，从而提高生产效率。 3应用胚胎移植还可以减少肉用繁殖母牛的饲养头数，可以代替种畜的引进和保存品种资源等。,胚胎移植成功与否要有两个条件,（1）胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。 （2）进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。,2、胚胎分割,优势:,可成倍增加胚胎数量，可以快速繁殖良种畜。,1.概念: 采用显微手术（机械方法）的方法将早期胚胎分割成2分胚,4分胚或8分胚,经体内或体外培养后植入受体，以得到同卵双胎或同卵多胎的技术。,2.特点： 后代具有相同的遗传物质，

24、 因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。 3、理论基础 动物胚胎细胞的全能性。 所以胚胎分割的时期为： 囊胚或桑椹胚。,4、选择的胚胎： 发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚。 5、使用的主要仪器： 实体显微镜和显微操作仪。 6、具体操作 用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植给受体。,胚胎分割的基本操作,选择良好的桑椹胚或囊胚移入培养皿中，用分割针或分割刀片将其切开，吸出其中的半个胚胎注入透明带中或直接移植给受体。,胚胎分割移植的显微操作,胚胎分割基本过程,代孕母牛,胚胎分割的基本过程,胚胎移入培养液； 分割胚胎（机械法、酶

25、处理）； 移植胚胎给受体； 着床产仔。,7、操作注意事项： 对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。 原因：内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。,7、操作注意事项： 胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低。 早期胚胎的体积很小，只有在显微镜下才能看到；再者，细胞数目是有限的。分割的份数越多，不但难以做到均等分割，每一份的细胞数会越少，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响

26、会更大。因此，分割的份数越多，技术的难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。,（1）赞同。该措施可以帮助一些家庭解决不孕不育现象，而且可以帮助一些由于自身素质不良，如果怀胎、分娩会造成生命威胁的母亲，实现得到亲生子女的愿望。,（2）不赞同。给社会和人类伦理道德造成一定的冲击。,联系实际讨论：你对新科技条件下出现的“借腹生子”现象赞同吗？,所谓“借腹生子”是指利用试管婴儿和胚胎移植技术，在受体母亲子宫内使胎儿发育成熟而生出的过程。,三.胚胎干细胞,阅读课本，思考以下问题： （1）什么是胚胎干细胞？ 简称是什么？ （2）胚胎干细胞的来源。 （3）胚胎干细胞的特性。 （4）

27、胚胎干细胞的应用。,1.概念： 简称ES或EK细胞,是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。,2.特点: （1）形态： 体积小,细胞核大,核仁明显； （2）功能： 具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞; （3）在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。,3.主要用途 阅读课本相关内容，说说胚胎干细胞有什么具体用途？,（1）治疗人类的某些顽症。 利用ES细胞可以诱导分化形成新的组织 细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。目前，在动物实验方面，用ES细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑难病症。,（2）培育出人造组织器官，用于器官移植。 随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，还可以培育出人造组织器官，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。,（3）ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料。 ES细胞在饲养层细胞上，或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。 在培养液中加入分化诱导因子,就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化.,4.利用胚胎干细胞治疗肝衰竭，实现此过程的重要原因是（ ） A.细胞分裂 B.细胞特化 C.细胞分化 D.细胞增殖,C,再见,