細胞的生命歷程

第四講細胞的生命歷程第4課時胚胎工程一、考試要求

1．理解哺乳動物的精子和卵子的發(fā)生及受精過程。2．了解哺乳動物受精過程中精子的獲能、頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)、卵黃膜封閉作用的概念和生理功能。3．記住哺乳動物的胚胎發(fā)育過程及其主要特點。4．理解哺乳動物體外受精技術(shù)的主要操作步驟。5.了解哺乳動物胚胎的早期培養(yǎng)方法。6.了解體外受精在家畜快速繁殖中的重要意義。7.舉例說出胚胎移植和胚胎分割。8.了解胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用二、知識整理

1．胚胎工程概念：對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微損傷和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎侵害、胚胎干細胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內(nèi)產(chǎn)生后代，可滿足人類的各種需求。

胚胎核移植技術(shù)是胚胎工程技術(shù)的一個方面，是胚胎工程不可缺少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。胚胎分割、性別鑒定、體細胞克隆、轉(zhuǎn)基因胚胎、胚胎干細胞培養(yǎng)等技術(shù)與胚胎移植和體外受精技術(shù)相互配合，將進一步挖掘動物的繁殖能力，在畜牧業(yè)和制藥等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

2．精子和卵細胞的發(fā)生

(1)精子的發(fā)生：場所：睪丸的曲細精管時間：從初情期開始，到生殖機能衰退過程(1）精原細胞→多個初級精母細胞（通過數(shù)次有絲分裂）(2）1個初級精母細胞→2個次級卵母細胞→4個精子細胞（通過減數(shù)分裂，即MI和MII）(3）精子細胞→精子（通過變形）(2)卵細胞的發(fā)生場所：卵巢時間：從胎兒時期開始（胎兒時期完成了卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備）1）卵原細胞→初級卵母細胞2）1個初級卵母細胞→1個次級卵母細胞＋第一極體（排卵前后完成）3）1個次級卵母細胞→1個卵子＋第二極體（精子和卵子結(jié)合精子獲能過程中成）過程3.受精過程中精子和卵細胞是如何結(jié)合在一起的？3.受精過程中精子和卵細胞是如何結(jié)合在一起的？概念：精子和卵子結(jié)合成合子（受精卵）的過程。場所：雌性的輸卵管內(nèi)

4.早期胚胎發(fā)育各階段及其特點5.體外受精的過程(1)卵母細胞的采集和培養(yǎng)①卵母細胞的采集：方法一：用促性腺激素處理，使其超數(shù)排卵，從中輸卵管沖取精子（針對實驗動物，家畜豬、羊等）方法二：從屠宰母畜卵巢中采集方法三：借助超聲波探測儀、內(nèi)窺鏡、腹腔鏡等工具直接從活體母畜卵巢中吸?。ㄡ槍Υ蠹倚蠡虼笮蛣游?，如牛）②卵母細胞的培養(yǎng)：在體外人工培養(yǎng)成熟(2)精子的采集和獲能①主要分為假陰道法、手握法和電刺激法。假陰道法是用特制的假陰道，滿足雄性動物交配時對壓力、溫度和潤滑度的要求。同時要配備有與供精動物相適應(yīng)的臺畜，訓(xùn)練動物爬跨臺畜，借假陰道收集精液。手握法是通過徒手或戴乳膠手套的手，直接把握雄性動物陰莖，施以適當(dāng)壓力和刺激即可引起射精，并可收集富含精子部分的精液。電刺激法是采用特制的電極伸入動物的直腸直接刺激位于腰薦部的射精中樞引起射精，此方法只適用于野生或某些經(jīng)濟動物。此外，對于嚙齒類的實驗動物可在處死后從附睪尾收集精液。②精子的獲能：方法有培養(yǎng)法（通過獲能培養(yǎng)液）、化學(xué)法（通過肝素或鈣離子載體A23187）(3)受精：獲能的精子＋培養(yǎng)成熟的卵子完成受精6.胚胎早期培養(yǎng)的條件、用途

條件：受精卵在發(fā)育培養(yǎng)液中培養(yǎng)培養(yǎng)液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等用途：當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。7.胚胎移植

概念：是指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)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。其中提供胚胎的個體叫供體，接受胚胎的個體叫受體。應(yīng)用：胚胎移植是轉(zhuǎn)基因、核移植、或體外受精等技術(shù)的最后一道“工序”現(xiàn)狀：在牛的胚胎移植中，技術(shù)方法更為簡便、實用。意義：可充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體繁殖潛力。供體主要職能只是產(chǎn)生優(yōu)良特性的胚胎，縮短繁殖周期生理學(xué)基礎(chǔ)：胚胎移植成功與否關(guān)系到：供體和受體的生理狀況有關(guān)。1）供、受體生殖器官的生理變化相同，為胚胎提供相同的生理環(huán)境2）早期胚胎沒有與母體子宮建立組織聯(lián)系，為胚胎收集提供可能3）受體對外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎的存活提供可能4）胚胎能與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但其遺傳物質(zhì)不受影響基本程序：1）供、受體的選擇和處理（使用激素進行同期發(fā)情處理、超數(shù)排卵處理）2）配種或人工受精3）胚胎收集（沖卵）、檢查（胚胎發(fā)育到桑椹胚或囊胚）、培養(yǎng)或保存（－196℃的液氮）4）胚胎移植：手術(shù)法（引出子宮和卵巢將其注入）；非手術(shù)法（用移植管將其送入子宮）5）移植后的檢查（是否妊娠）等8.胚胎分割

概念：指采用機械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。儀器設(shè)備：實體顯微鏡和顯微操作儀

操作程序：1）選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培養(yǎng)皿2）用分割針或分割刀切開胚胎，吸出半個，注入空透明帶或直接將裸半胚移植給受體。分割囊胚時要將內(nèi)細胞團均等分割。此時還可用分割針分割滋養(yǎng)層，做胚胎DNA分析性別鑒定。局限：剛出生的動物體重偏低，毛色和斑紋上存在差異，同卵多胎的可能性有限。9.胚胎干細胞概念：由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞。簡稱ES或EK細胞。特點：

①形態(tài)上：體積小、細胞核大、核仁明顯②功能上：具有發(fā)育的全能性，即可分化為成年動物體任何一種組織細胞；在體外可增殖而不發(fā)生分化；可冷凍保存；可進行遺傳改造。

意義：

1）移植ES細胞修復(fù)壞死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病癥

2）ES細胞體外誘導(dǎo)分化，可培育人造組織器官3）ES細胞在牛黃酸、丁酰環(huán)腺苷酸等誘導(dǎo)因子作用下可向不同類型組織細胞分化三、知識拓展1.哺乳動物精子和卵子的發(fā)生主要有哪些相似點和不同點？

相似之處：細胞分裂的最初階段為有絲分裂，不斷增加生殖原細胞的數(shù)量；經(jīng)過兩次減數(shù)分裂（MI和MII）才能形成精子或卵子。不同之處：由一個精原細胞分裂最后可產(chǎn)生多個精子；一個卵原細胞最后只能生成一個卵子。精子的形狀為蝌蚪狀；卵子為球形。特別提醒：精子和卵子在發(fā)生上的重要區(qū)別是哺乳動物卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的貯備是在胎兒出生前完成。不同之處：①精子的變形過程：細胞核→精子頭的主要部分高爾基體→頭部的頂體精子細胞中心體→精子的尾精子（包括頭、頸、尾）線粒體→精子尾基部的線粒體鞘膜其他物質(zhì)→原生質(zhì)滴（最后脫落）注意：動物精子的大小與動物的體型大小無關(guān)。②卵子發(fā)生過程中的注意事項：正常情況下，1個卵泡只能形成1個成熟的卵子。排卵是指卵子從卵泡中排出，而不是卵泡從卵巢中排出。剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成減數(shù)第一次分裂，需要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，直到減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子在輸卵管內(nèi)結(jié)合完成受精過程。注意：判斷卵子是否受精的重要標(biāo)志是卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到2個極體。頂體反應(yīng)：獲能后的精子，在雌性動物生殖道與卵子相遇時，出現(xiàn)精子頂體膨大，精子質(zhì)膜（外膜）和頂體外膜局部融合，并在融合處形成一些泡狀物，隨后脫落，造成精子頂體外膜出現(xiàn)孔洞，使頂體內(nèi)儲存的與受精有關(guān)的酶釋放出來，參與精子和卵子的受精過程，這種生理現(xiàn)象叫頂體反應(yīng)。防止多精入卵受精的兩道屏障：

屏障一：透明帶反應(yīng)。當(dāng)精子越過放射冠，進入透明帶并接觸卵黃膜的瞬間，卵子發(fā)出指令（信號），產(chǎn)生阻止后續(xù)的精子進入透明帶的生理反應(yīng)。

屏障二：卵黃膜封閉作用。當(dāng)?shù)谝粋€精子進入卵黃膜后，會立即引起卵黃膜的緊縮、增厚，產(chǎn)生阻止其他精子進入卵內(nèi)與卵子結(jié)合受精的生理反應(yīng)，也叫做多精子入卵阻滯。2.受精過程中幾個主要的反應(yīng)

超數(shù)排卵：簡稱“超排”，是指給供體母畜注射促性腺激素，使其發(fā)情，一次排出比自然情況下多幾倍到十幾倍的成熟卵子，經(jīng)合理的人工授精方法，可以獲得數(shù)量較多的可移植胚胎。

沖卵：是指用配制好的沖卵液，借助特制的沖卵裝置，將供體母畜子宮或輸卵管中的胚胎沖洗出來。特別提醒：沖卵不是指把卵子沖出來。3.何謂超數(shù)排卵和沖卵？4.對囊胚階段的胚胎進行分割時，為什么要將內(nèi)細胞團均等分割？

內(nèi)細胞團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)細胞，其他細胞為滋養(yǎng)細胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。若分割時不能將內(nèi)細胞團均等分割，會出現(xiàn)含內(nèi)細胞團多的部分正常發(fā)育的能力強，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題。

5.為什么說胚胎分割技術(shù)也是動物克隆的方法之一？生物的無性繁殖方式統(tǒng)稱為克隆。就胚胎分割技術(shù)本身而言，是將同一胚胎分割成幾部分，借助胚胎移植技術(shù)產(chǎn)生遺傳物質(zhì)完全相同的后代，是一種無性繁殖的方式，因此，也屬于動物克隆的一種方法。6.用胚胎移植繁育良種種畜具有哪些實用意義？胚胎移植可充分發(fā)揮雌性優(yōu)秀個體的繁殖潛力。具體表現(xiàn)為：縮短了供體本身的繁殖周期，同時通過超數(shù)排卵處理和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾十倍的后代?？稍诙唐诖蠓仍黾觾?yōu)良個體母畜和公畜的后代數(shù)量，迅速擴大良種畜群，加速育種和品種改良工作。經(jīng)冷凍保存的胚胎可進行國內(nèi)和國際交換，代替活畜的引種或進出口。通過胚胎移植可以人為生產(chǎn)雙胎或多胎。可以通過保存胚胎來保存品種資源和瀕危動物。

四、高考真題1．關(guān)于桑椹胚和囊胚的比較，以下說法不正確的是()Ａ．桑椹胚的各細胞結(jié)構(gòu)功能基本相同Ｂ．囊胚期細胞出現(xiàn)了細胞分化，但遺傳物質(zhì)未發(fā)生改變Ｃ．囊胚細胞分化是由于遺傳物質(zhì)突變引起的Ｄ．囊胚期內(nèi)細胞團和滋養(yǎng)層細胞差異不是復(fù)制水平上的差異，而是轉(zhuǎn)錄水平上的差異引起的[思路解析]：細胞分化并非遺傳物質(zhì)的改變，而是基因的選擇性表達的結(jié)果，即轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控。[答案]C2．采集的卵母細胞，都要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。以下原因不正確的是()A．卵子從輸卵管中沖出也要經(jīng)歷類似精子獲能的過程B．動物排出的卵子成熟程度不同C．體外人工培養(yǎng)至減數(shù)第二次分裂中期時，才算成熟D．沖出的卵子還需要培養(yǎng)一段時間由小變大

[思路解析]：沖出的卵子還不成熟，只有培養(yǎng)至減數(shù)第二次分裂中期時，才具有與精子受精的能力。在此之前，也要經(jīng)歷類似精子獲能的處理。

[答案]D3.科學(xué)家將雌黑鼠乳腺細胞的細胞核