2-3-1-胚胎工程的理論基礎

第三節(jié)胚胎工程（一）我國對奶類的總需求量很大，但與奶業(yè)發(fā)達的國家相比，我國奶牛的單產(chǎn)水平還存在一定差距。奶牛品種是影響產(chǎn)奶量的主要因素之一，而引進一頭成年奶牛往往需要數(shù)萬元，高昂的價格使得靠大量引進優(yōu)良品種來提高產(chǎn)量不太可行。能不能讓引進的良種奶?？焖佟⒋罅糠敝衬?遺憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產(chǎn)一頭犢牛，一生約生育四五次。如何解決這個難題呢?良種荷斯坦奶牛胚胎工程胚胎工程是指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。一、胚胎工程的理論基礎胚胎工程的許多技術，實際上是在體外條件下,對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作。因此，了解哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律十分重要。（一）受精1、受精的概念、階段和場所2、準備階段1——精子獲能3、準備階段2——卵子的準備4、受精階段1、受精的概念、階段和場所受精是指精子和卵子結合形成合子（即受精卵）的過程。（1）概念（2）階段受精前的準備階段受精階段準備階段1：精子獲能準備階段2：卵子的準備（2）場所哺乳動物的受精是在輸卵管內(nèi)完成的。2、準備階段1——精子獲能相關信息：精子獲能的方法（1）概念剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在雌性動物生殖道內(nèi)發(fā)生相應生理變化后，才能獲得受精能力，這一生理現(xiàn)象稱為精子獲能。使精子獲能的方法有直接利用雌性動物生殖道使精子獲能；將精子培養(yǎng)在人工配制的獲能液中使其獲能等。獲能液的成分因動物種類不同而有差異，常見的有效成分有肝素、Ca2+載體等。2、準備階段1——精子獲能張明覺，美籍華人，生殖生物學家、育種學家和避孕藥的創(chuàng)始人。1951年發(fā)現(xiàn)“精子獲能”現(xiàn)象，被人們譽為“試管嬰兒”的先驅(qū)。通過對精子獲能機制的研究，科學家找到了使精子在體外獲能的方法，實現(xiàn)了各種哺乳動物精子在體外條件下的獲能，為體外受精技術的建立奠定了重要基礎。牛豬綿羊馬成熟精子和幾種主要家畜的精子示意圖頭頸線粒體鞘尾2、準備階段1——精子獲能3、準備階段2——卵子的準備卵子一般在排出2~3h后才能被精子穿入。動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初級卵母細胞，如馬、犬等；有的可能是次級卵母細胞，如豬、羊等。排卵是指卵子從卵泡中排出，進入輸卵管。但它們都要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。3、準備階段2——卵子的準備4、受精階段

精子穿越卵細胞外的結構（如透明帶等）

精子接觸卵細胞膜同時借助自身的運動接觸卵細胞膜，觸摸瞬間發(fā)生透明帶反應阻止多精入卵。

精子進入卵細胞精子入卵后卵細胞膜立即發(fā)生卵細胞膜反應阻止多精入卵。雄原核第一極體雌原核第二極體獲能后的精子釋放多種酶溶解膜外結構。

雌、雌原核形成

雌、雄原核靠近

核膜消失卵裂開始雄原核第一極體雌原核第二極體精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜，最后形成一個比原來精子的核還大的核，稱為雄原核。與此同時，精子入卵后被激活的卵子完成減Ⅱ，排除第二極體后，形成雌原核。雄、雌原核充分發(fā)育后，相向移動，彼此靠近，核膜消失。這個含有兩個染色體組的合子就是受精卵。受精過程結束。受精的標志：透明帶和卵細胞膜之間有兩個極體(P58相關信息）（二）胚胎早期發(fā)育1、早期發(fā)育場所及細胞分裂方式2、卵裂3、早期胚胎發(fā)育的階段4、原腸胚5、思考討論1、早期發(fā)育場所及細胞分裂方式受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進行有絲分裂，開始發(fā)育。胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進行分裂，細胞數(shù)量不斷增加，胚胎總體積并不增加，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。2、卵裂3、早期胚胎發(fā)育的階段2細胞4細胞8細胞受精卵透明帶桑葚胚（32細胞）透明帶內(nèi)細胞團囊胚腔滋養(yǎng)層囊胚注意：從受精卵到桑椹胚是卵裂期。當卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。卵裂期的細胞都有全能性。囊胚胚胎進一步發(fā)育，細胞逐漸分化。細胞分化最早出現(xiàn)在囊胚。聚集在胚胎一端的細胞形成內(nèi)細胞團，將來發(fā)育成胎兒的各種組織。沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列的細胞，稱為滋養(yǎng)層細胞，它們將來發(fā)育成胎膜和胎盤。透明帶內(nèi)細胞團囊胚腔滋養(yǎng)層隨著胚胎的進一步發(fā)育，胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的腔——囊胚腔。這時期的的胚胎叫做囊胚。囊胚進一步擴大，會導致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無法繼續(xù)發(fā)育。4、原腸胚囊胚孵化后，將發(fā)育成原腸胚。原腸胚表面的細胞層為外胚層，向內(nèi)遷移的細胞形成內(nèi)胚層。隨著發(fā)育的進行，一部分細胞還會在內(nèi)、外兩個胚層之間形成中胚層。這三個胚層將逐漸分化成各種組織、器官等。滋養(yǎng)層內(nèi)胚層外胚層原腸腔不同動物受精卵發(fā)育的比較不同動物受精卵發(fā)育及其進人子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關問題。幾種動物受精卵發(fā)育及其進人子宮的時間表動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進入子官時受精卵的發(fā)育天數(shù)和發(fā)育階段2細胞4細胞8細胞16細胞桑葚胚天發(fā)育階段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚綿羊36~38424867~72963~416細胞豬21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6細胞馬2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16細胞注:馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間。1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高?馬的胚胎進人子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。不同動物受精卵發(fā)育的比較不同動物受精卵發(fā)育及其進人子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關問題。幾種動物受精卵發(fā)育及其進人子宮的時間表動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進入子官時受精卵的發(fā)育天數(shù)和發(fā)育階段2細胞4細胞8細胞16細胞桑葚胚天發(fā)育階段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚綿羊36~38424867~72963~416細胞豬21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6細胞馬2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16細胞注:馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間。2.將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應選擇至少發(fā)育到什么階段的胚胎?如果換成牛又該怎樣處理?小鼠應選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8~16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植。不同動物受精卵發(fā)育的比較不同動物受精卵發(fā)育及其進人子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關問題。幾種動物受精卵發(fā)育及其進人子宮的時間表動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進入子官時受精卵的發(fā)育天數(shù)和發(fā)育階段2細胞4細胞8細胞16細胞桑葚胚天發(fā)育階段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚綿羊36~38424867~72963~416細胞豬21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6細胞馬2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16細胞注:馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間。3.為什么說關于