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专题三3.1体内受精和早期胚胎发育1.胚胎工程是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___________、________、____________、胚胎干细胞培养等技术。2.哺乳动物精子的发生是在睾丸内完成的。雄性动物从________开始，直到生殖机能衰退。3.精子细胞经过变形，细胞核变为________的主要部分，__________发育为头部的顶体，________演变为精子的尾，线粒体聚集在尾基部形成___________。同时，其它物质浓缩为球状，叫原生质滴。4.卵子的发生是在卵巢内完成的，卵原细胞通过有丝分裂的方式不断增加其数量，演变为初级卵母细胞，被卵泡细胞包围，形成_______。MⅠ是在雌性动物_________完成的，结果是产生一个次级卵母细胞和第一极体；MⅡ是在________________________完成的，产生一个成熟的卵子和第二极体。判断卵子是否受精的重要标志是____________________________________________；精完成的标志：__________________________________。一个卵泡中能形成1个成熟的卵子。5.哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在____________________完成的。6.受精是精子和卵子结合成合子（即受精卵）的过程。它包括受精前的准备阶段和受精阶段。①准备阶段1－____________。刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。②准备阶段2―卵子的准备，动物排出的可能是初级卵母细胞也可能是次级卵母细胞，都要在输卵管内进一步成熟，达到_______________________________时，才具备与精子受精的能力。③受精阶段：受精过程主要精子穿越放射冠和透明带，进入卵细胞膜，原核形成和融合。精子与卵子相遇，首先发生__________，精子穿入放射冠，接触透明带，穿过透明带，接触___________。防止多精入卵受精的第一道屏障是______________，第二道屏障是_______________。精子入卵后另一变化：尾部脱落，并且原有的核膜破裂，两组核染色体合为一组，形成一个含二倍染色体的合子。7.胚胎发育：合子形成后即在________内进行有丝分裂，开始发育一时期称为________。其间细胞数量不断增加，但胚体的总体积并不增加，或略有缩小，有机物总量_____，每个细胞中核DNA量____，相对表面积（细胞表面积与体积总和比值）________。8、早期发育的胚胎分为________、________、_________，桑葚胚细胞达到32个左右细胞，属于____细胞；囊胚：细胞开始有分化，聚集在胚胎一端，个体较大的细胞，称为___________，将来发育成胎儿的各种组织，而沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞，称为________细胞，将来发育成_______________，随着胚胎的进一步发育，出现囊胚腔；原肠胚：出现外胚层、中胚层、内胚层，原肠腔,同时存在囊胚腔。参考答案：1.胚胎移植体外受精胚胎分割2.初情期3.精子头高尔基体中心体线粒体鞘4.卵泡排卵前后精子和卵子结合的过程中卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体雌、雄原核融合5.出生前（即胎儿时期）6.精子获能减数第二次分裂中期顶体反应卵细胞膜透明带反应卵细胞膜7.输卵管卵裂期减少不变增大8.桑椹胚囊胚原肠胚全能内细胞团滋养层胎膜和胎盘3.2体外受精和早期胚胎培养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为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。一、从试管牛说起讨论：体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义二、体外受精1、卵母细胞的采集和培养（1）主要方法是：促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，再从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。（2）第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞，第三种方法是直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。需借助声波探测仪、内窥镜或腹腔镜。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。2、精子的采集和获能（1）A：假阴道法，采用仿生学的方法，模仿发情雌性动物阴道环境设计的装置，它能够满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求，同时配有相适应的活台畜或假台畜。B：手握法，只适用于猪和犬等体型较小，易于控制的家畜。C：电刺激法，这种方法多用于野生或经济动物。（2）在体外受精前，要对精子进行获能处理。对于啮齿动物、家兔和猪等动物的精子，一般采用培养法，即将取自附睾的精子，放入人工配制的获能液中，培养一段时间后，精子就可获能；对于牛、羊等家畜的精子常采用化学法，即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中。3、受精仔细阅读P72图3-14，思考受精过程，简单绘制“哺乳动物体外受精示意图”。易错警示1．卵子受精的标志：在卵黄膜和透明带之间的间隙观察到两个极体。2．受精完成的标志：雌、雄原核融合。三、胚胎的早期培养1、精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。2、绘制流程图：牛体外受精胚胎工厂化生产流程图3.3胚胎工程的应用及前景一、胚胎移植胚胎工程技术目前在生产中应用较多的是家畜的胚胎移植、胚胎分割和体外生产胚胎。胚胎移植是指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胚胎，移植到同种的、生理状况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。其中提供胚胎的个体称为供体，接受胚胎的个体称为受体。地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。1、胚胎移植的现状和意义（1）以奶牛为例，一头良种母牛一年生下的后代可达数十头，远远超过在自然状态下一生所得的后代数量。近十年来，牛、羊的胚胎移植在我国部分地区已进入生产应用阶段。（2）供体的主要职能变为产生具有优良遗传特性的胚胎，繁重而漫长的妊娠和育仔的任务由受体取代，大大缩短了供体本身的繁殖周期。超数排卵：是指将动物用外源性促性腺激素诱发，使其发情，并能排出数量较多的卵子，经合理的培养，可以获得数量较多的具有受精能力的卵子。2、胚胎移植的生理学基础（1）四点内容：第一，哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的受体生殖器官的生理变化是相同的，这就为供体的胚胎提供了相同的生理环境。第二，哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，这就为胚胎的收集提供了可能。第三，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。第四，供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受任何影响。（2）应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们的生理条件达到同步一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。因此，必须做到供、受体母畜的发情时间一致。同时还要做到移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似，移入胚胎一侧的受体子宫角对应的卵巢必须有黄体存在。（3）胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境条件一致性密切相关。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。所以我们可以把胚胎移植简单概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。3、胚胎移植的基本程序以家畜的胚胎移植为例，认真阅读P77，图3-19二、胚胎分割1、胚胎分割是指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。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此，胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。目前以二分胚胎分割和移植效率最高。2、内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的各种组织，将来发育成胎儿的各种组织。进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，将其移入盛有操作液的培养皿中，然后，用分割针或分割刀进行分割。具体操作程序：用分割针或分割刀切开，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。对囊胚阶段的胚胎进行分割时要注意将内细胞团均等分割，否则影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。3、牛胚胎的分割如图3－23所示。到目前为止，最常见的是经分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例都很小。三、胚胎干细胞1、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。2、ES细胞具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，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。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。3、胚胎干细胞的主要用途是：①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律的研究；②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；③可以用于治疗人类的某些顽症（人类由于细胞坏死、退化或功能异常引起的疾病），如帕金森综合症、少年糖尿病等；④利用可以被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；⑤随着组织工程技术的发展，通过体外诱导分化，定向培育人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。【典题反馈】反馈1胚胎移植的基本程序如下图（以胚胎移植为例）,请据图回答: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↓冲卵↓质量检查、培养→胚胎移植↓妊娠检查↓分娩（胚胎移植的犊牛）（1）对供体母牛、供体公牛的要求是_。受体母牛必须和供体牛。（2）同期发情处理的方法是___,它可以促进__的分泌和________的生成.（3）一次给受体移入多胚胎,产生的多个后代,其基因型都相同吗?___为什么?。典题4《时代》杂志评出的2007年十大科学发现中指出，美国及日本两个研究团队的报告中证实皮肤细胞经过“基因直接重组后，可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞”。这项发现一方面解决了利用胚胎进行干细胞研究的道德争议，另一方面也使得干细胞研究的材料来源更不受限。请回答下面有关胚胎工程的若干问题。（1）在胚胎发育中，根据胚胎形态的变化，可将早期发育的胚胎分为________、_____、_______三个阶段。（2）胚胎工程中的胚胎移植实际上是生产胚胎的_____和孕育胚胎的____共同繁殖后代的过程。其生理学基础主要有那些?__________________________________________________________________________。（至少答出两点）（3）哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由______________________分离出来的一类细胞。美日科学家的研究过程是利用病毒分别将四个基因送入皮肤细胞，促使普通的皮肤细胞产生变化，最后成为带有胚胎干细胞性质的细胞，称为诱导式多能性干细胞（iPS）。在基因工程中，这四个基因称为________，所利用的病毒称为_________，在基因工程中常用的工具酶有___________________。与借助胚胎提取胚胎干细胞比较，这样获得干细胞的研究，其最大突破就是在不破坏胚胎的前提下提取可以复制成器官或组织的细胞，不仅避开了长期以来有关生物技术的_____________方面的争议，也使胚胎干细胞来源更加广泛。（4）