高中生物选修3全部教案.doc

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专题3 胚胎工程

3．1体外受精和早期胚胎培养

一、胚胎工程的建立

1、胚胎工程的概念P59

理解胚胎工程：

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

二、精子的发生

1、形成场所：

睾丸的曲细精管

2、形成时期：

从初情期开始，直到生殖机能衰退

3、形成过程：

第一阶段——位于曲细精管管壁的精原细胞，通过有丝分裂，产生多个初级精母细胞。

每个次级精母细胞产生2个含单倍体染色体的精子细胞

2个次级精母细胞

MⅠ

1个初级精母细胞

MⅡ

第二阶段——精细胞的形成

第三阶段——圆形的精子细胞变形

细胞核→精子头的主要部分

高尔基体→头部的顶体

中心体→精子的尾

线粒体→精子尾基部的线粒体鞘膜

其他物质→原生质滴（最后脱落）

4、精子的形态：

外形似蝌蚪，包括头、颈、尾三部分组成。

不同动物精子的形态相似，大小略有不同。

动物精子的大小与动物的体型大小无关。

三、卵子的发生

（1）形成场所：

卵子的发生是在卵巢内完成的。

（2）形成时期：

性别分化以后

（3）形成过程：

Ⅰ、胎儿期

主要的变化：

形成卵泡，在卵巢中储备。

初级卵母细胞的存在形式：

被卵泡细胞包围，形成卵泡。

Ⅱ、初情期后

主要的变化：

初级卵母细胞减数分裂成为成熟的卵子。

首先：

初级卵母细胞生长

场所——卵巢中

结果——形成透明带、卵黄膜

其次：

减数第一次分裂

场所——卵巢

结果——产生1个次级卵母细胞和第一极体，进入输卵管，准备与精子受精。

完成时间——排卵前后。

举例：

排卵前如：

马、犬；排卵后如：

绵羊、牛、猪。

思考：

什么是排卵？

指卵子从卵泡中排出

场所——输卵管

时间——精子与卵子结合的过程中完成

结果——产生一个成熟的卵子和第二极体

思考与探讨：

问题１：

什么是判断卵子是否受精的标志？

　　　卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体，说明卵子已经完成受精。

问题２：

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。

问题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，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数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。

四、精子与卵子的发生比较

场所

开始时间

细胞增殖方式

子细胞数目

是否变形

重要区别

精子

睾丸

初情期以后

先有丝分裂，后减数分裂

4个

精子细胞

变形

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；

而精子是从初情期开始的。

卵子

卵巢

输卵管

性别分化以后

先有丝分裂，后减数分裂

1个卵细胞

3个极体

不变形

五、受精

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。

3、场所:

受精是在输卵管内完成的。

4、过程

（１）受精前的准备阶段

准备阶段1：

精子获能

①获能：

成熟的精子在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，获得受精能力的过程。

②卵泡夜、输卵管分泌物、血清等液体可以使精子获能。

准备阶段2：

卵子的准备

卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期（MⅡ中期）时，才具备受精能力。

思考与探讨：

进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？

是的。

从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成第一次减数分裂。

应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。

（２）受精阶段

主要包括：

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四个阶段

ⅰ精子穿越放射冠和透明带

①过程：

精、卵相遇→发生顶体反应（顶体酶释放溶解卵丘细胞即放射冠）→穿越放射冠接触透明带→顶体酶溶解透明带→穿越透明带接触卵黄膜→产生透明带反应

②基本概念

放射冠：

包围在卵子透明带外面的卵丘细胞

顶体反应：

或能的精子在雌性动物的生殖道与卵子相遇时出现精子顶体膨大，精子质膜（外膜）和顶体膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成精子顶体外膜出现孔洞，使顶体内储尝的酶释放。

透明带反应：

当精子穿越透明带接触卵黄膜时，卵子发出指令，阻止后继精子进入透明带的一种生理反应。

ⅱ进入卵黄膜

①过程：

精子被微绒毛抱合→精子外膜与卵黄膜融合→精子进入卵→卵黄膜封闭作用

②基本概念

卵黄膜封闭作用：

当第一个精子进入卵黄膜后，引起卵黄膜的紧缩增厚，阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精

ⅲ原核形成：

形成雄原核与雌原核

ⅳ配子结合：

雄原核与雌原核发育、移动、接触，合并形成受精卵

小结：

精、卵相遇→发生顶体反应（顶体酶释放溶解卵丘细胞即放射冠）→穿越放射冠接触透明带→顶体酶溶解透明带→穿越透明带接触卵黄膜→产生透明带反应（防止多个精子进入透明带，引起多精子入卵受精的第一道屏障）→精子被微绒毛抱合→精子外膜与卵黄膜融合→精子进入卵→卵黄膜封闭作用（防止多精子入卵受精的第二道屏障）→原核形成→配子结合

六、胚胎发育

1、最初发育场所：

输卵管

2、分裂方式：

有丝分裂

3、过程：

受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚→胎儿形成

（1）卵裂期的特点：

细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数目增加，胚胎总体积不增加，或略有缩小。

（2）桑椹胚：

细胞属于全能细胞，胚胎细胞数目32个左右。

（3）囊胚：

细胞开始分化。

形成：

内细胞团——聚集在胚胎的一端，个体较大的细胞，将来发育成各种组织。

滋养层——沿透明带内壁扩展和排列的，个体较小的细胞。

将来发育成胎膜、胎盘。

囊胚腔——含有液体的囊腔。

囊胚进一步扩大会导致孵化。

（4）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。

外胚层（内细胞团表皮的细胞形成）

神经系统、感觉器官

内胚层（内细胞团下方的细胞形成）

表皮及其附属结构

肝、胰等腺体

消化道、呼吸道上皮

中胚层

（外胚层细胞在胚盘正中线处形成一条增殖区，该区的细胞增殖分裂，进入内、外胚层之间形成的）

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

3．3胚胎工程的应用及前景

一、胚胎移植

1、概念：

将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。

供体：

提供胚胎的个体。

受体：

接受胚胎的个体。

问题一：

胚胎移植成功与否要具备的条件是什么？

答：

（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、应用

胚胎移植是转基因、核移植，或体外受精等技术的最后一道“工序”。

3、胚胎移植的现状

①近20年来，在牛的胚胎移植中，技术更为简单、实用。

羊的胚胎移植效率比奶牛还要高。

②自20世纪60年代以来，我国家兔、绵羊、牛、马和山羊的胚胎移植相继获得成功。

③近10年来，羊、牛的在我国部分地区已进入生产应用阶段。

4、胚胎移植的意义

胚胎移植的优势可以充分发挥雌雄优良个体的繁殖能力。

在这项技术中，供体的职能—产生优良遗传特性的胚胎，受体担任妊娠和育仔的任务。

因此缩短了供体本生的繁殖周期。

其次，实施超数排卵处理，可获得多枚胚胎，使得一胎多产。

具体的意义可以小结如下：

（1）加速育种工作和品种改良

通过胚胎移植，可大幅度增加优良个体母畜和公畜后代的数量，使良种畜群迅速扩大，从而加速了育种工作和品种改良。

（2）大量节省了购买种畜的费用

在世界范围内，胚胎移植不受时间和地域的限制，在国际国内进行交换，从而完全代替了活畜引种，节省费用。

（3）一胎多产

（4）保存品种资源和濒危物种

（5）可充分发挥优秀个体的繁殖潜能

a、缩短供体的繁殖周期

b、增加供体一生繁殖的后代数量

5、胚胎移植的生理学基础

（1）供体和受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎提供相同的生理环境

（2）早期胚胎没有与母体子宫建立组织联系，处于游离状态，为胚胎的收集提供了可能

（3）受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎存活提供可能

（4）胚胎能与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但遗传物质不受影响

6、胚胎移植的基本程序（以牛的胚胎移植为例）

选择

供体母牛

受体母牛

同期发情处理

超数排卵

供体公牛

配种或人工受精

冲卵（配种或输精后第7天，将供体母牛子宫内的胚胎冲出）

质量检查（检查是否发育到桑椹胚或囊胚阶段）

胚胎移植（方法：

手术法；非手术法）

妊娠检查

分娩（受体母牛产下胚胎一致的犊牛）

（1）选择——对供、受体牛进行选择

供体牛：

选择遗传性能和生产性能优秀的个体

受体牛：

选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体

（2）过程中的处理方法

A、用激素进行同期发情处理

使供、受体的生理条件达到同步或一致，从而使供体的胚胎移植到受体后相同或相似的生存条件——这是胚胎移植的关键

B、超数排卵处理

注射促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理，这是获得多个胚胎的保证

（3）保存：

-196℃的液氮保存

例1、“试管婴儿”技术属于（  A ）

A．胚胎移植          B．组织培养C．克隆技术     D．基因工程

例2、下列有关动物胚胎移植的叙述中，错误的是（A）

A.受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植

B.受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态

C.超数排卵技术要使用一定的激素

D.试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管中进行

例3、“冲卵”是指（ D）

A.把受精卵从子宫冲洗出来               B.把卵细胞从子宫冲洗出来

C.把卵细胞冲散，便于收集               D.把胚胎从子宫冲洗出来

小结：

胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境的一致性密切相关，只有供、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。

因此，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。

作为胚胎工程的最终技术环节，也将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。

接下来让我们了解另一胚胎工程技术—胚胎分割

二、胚胎分割

1、概念：

采用机械方法将早期胚胎切割成2等份,4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。

就胚胎分割技术本身而言，是将同一胚胎分割成几部分，借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代，是一种无性繁殖的方式，属于动物克隆的一种方法。

2、特点：

后代具有相同的遗传物质

3、选择的胚胎：

发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚

4、使用的主要仪器：

实体显微镜和显微操作仪

5、具体操作：

将胚胎移入盛有操作液的培养皿中，用分割针或分割刀片将其切开，吸取其中半个胚胎，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。

注意：

对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割

内细胞团将来发育为胎儿的各种组织，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。

问题二：

为什么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？

答：

早期胚胎的体积很小，只有在显微镜下才能看到；细胞数目有限的；分割的份数越多，难以做到均等分割，从而影响