胚胎的发育与培养

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1、专题3 胚胎工程,胚胎发育,胚后发育,幼体,性成熟个体,受精卵,动物个体发育的大致过程,一、受精作用,1.概念：成熟的精卵融合成为受精卵的过程。 2.受精过程：精卵识别、精子附着于卵膜、精卵质膜融合、精卵细胞核融合。 3.精卵识别的基础：特异性蛋白 4.场所：输卵管,受精卵,第一次卵裂,第二次卵裂,第三次卵裂,囊胚,囊胚,原肠胚,胚的发育：,二、胚胎发育的过程：,卵裂球（ 2细胞期）,二、胚胎发育的过程：,此时每个细胞具有全能性,卵裂球,特点：受精卵新陈代谢旺盛，有丝分裂，细胞的数量不断增加，但体积变小，整个胚胎的总体积并不增加或略减少。,桑椹胚,细胞数目为32,2、桑椹胚（桑椹胚期）,3、囊

2、胚（囊胚期）：,囊胚(胚泡),已出现细胞分化,4、原肠胚（原肠胚期）：,“二腔”：缩小了的囊胚腔和新形成的原肠腔。 “三胚层”：外胚层、中胚层、内胚层。,器官原基的形成,原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段。,5、三胚层的分化（具体内容不作要求）,外胚层：中枢神经系统和感觉器官，如脑、脊髓、 眼、耳、舌等；表皮及其附属结构，如毛、指甲、 汗腺、皮脂腺、黏液腺等。 中胚层：真皮、骨骼、肌肉、脊索、内脏器官的外膜、循 环系统、排泄系统、生殖系统等。 内胚层：消化道、呼吸道和肺的上皮组织、中耳、甲状腺等 的上皮组织,受精卵,卵裂球,囊胚（胚泡，内含囊胚腔）,原肠胚（内含原肠腔）,胎儿形成,：细胞

3、数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，细胞体积逐渐变小。,全部细胞都具有全能性（到8细胞期）,内细胞团（胚胎干细胞） ：能分化出成体动物所有的组织和器官。,滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘,卵裂,二、胚胎发育的过程,外胚层 中胚层 内胚层,个体发育的起点,各种器官原基,桑椹胚,*三、动物的个体发育（选学）,指受精卵发育为幼体 (卵膜内、母体内),卵生动物：,胎生或卵胎生动物：,幼体从卵膜内孵化出来成体,幼体从母体内生出来成体,阶段 划分,胚胎发育,胚后发育,第二节 胚胎工程,胚胎工程,胚胎工程通常指各种胚胎操作技术。胚胎工程的研究对象主要限定于高等脊椎动物，特别是哺乳。研究的重点内容有体外受精、胚胎

4、体外培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。,一、体外受精和胚胎体外培养,体外受精:采取雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子，使其在试管中受精。 包括（1）取精子，并培养使之获能 （2）取卵母细胞，培养 （3）精卵共同培养，受精 胚胎体外培养：应用人工创造的环境，对获取的早期胚胎进行体外培养。,获能：刚排出的精子虽有运动能力，但不能穿过卵子的放射冠和透明带，只有接受雌性生殖道的分泌物（获能因子），才具有受精能力，这种作用称为精子获能。精子在雌性生殖道内的停留，可引起精子发生生理生化改变，从而获得受精能力，称为精子获能。 人工条件下一般是进行精子培养，为精子提供必要的理化条件，使其获能。,收

5、集 精子,精子获能处理,从屠宰厂收集牛卵巢 取出卵母细胞 （也可以活体进行穿刺取卵）,将获能的精子和成熟后的卵（母）细胞共同培养，便可受精,胚胎体外培养：其实质是动物细胞培养，只不过培养的全能性细胞，可以发育为个体。,培养液: 水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等. 其他条件： 适宜的温度等。,一定要注意，“试管婴儿”并不是从试管中呱呱坠地的，由于没有任何一个科学家可以在实验室中模拟哺乳动物的子宫条件，所以，哺乳动物培育到早期胚胎（一般是囊胚期），必须移植到代孕母体的子宫中去。,采集卵母细胞,卵母细胞的体外培养,采集精子,精子体外获能,体外受精,早期胚胎,胚胎移植,在

6、代孕母亲子宫中发育,幼体,成体,“试管动物” 技术流程,受精卵,胚胎体外培养,二、胚胎移植,将良种家畜的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫里，通过代孕母妊娠产仔的技术。,“借腹怀胎”,三、胚胎分割,借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母的子宫中发育，产生同卵多仔后代。,分割方法：,机械法(切割针、切割刀) 酶处理,处理对象：一般为卵裂球,四、胚胎干细胞的培养,胚胎干细胞 (简称ES细胞)，是由早期胚胎(囊胚)的内细胞团分离出来的一类细胞。,胚胎干细胞特点：,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。,全能细

7、胞 桑椹胚及以前 能发育成完整个体 多能干细胞(胚胎干细胞) 内细胞团细胞、原始性腺细胞分离出来 能分化出动物体内的任何组织 专能干细胞(成体干细胞) 如骨髓干细胞、皮肤生发层细胞等 能分化出特定的组织,干细胞分类,1.胚胎干细胞培养：,培养关键：,需要一种能促进胚胎干细胞的生长，但抑制其分化的一种培养体系。,培养过程：,5、加饲养层继续传代培养。,1、制备饲养层(胚胎成纤维细胞)；,2、培养胚胎到内细胞团突出饲养层；,3、酶消化或机械剥离内细胞团；,4、分为单个细胞。,2、胚胎干细胞核移植：,将胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的技术。,

8、3、胚胎干细胞的主要用途：,(1)基因敲除，获得移植器官。,(2)培育出人造组织器官， 用于器官移植。,(3)改良创造动物新品种。,类型一 胚胎发育的过程 【典例1】高等哺乳动物受精后不久，受精卵开始进行细胞分裂，经32细胞期、囊胚、原肠胚和组织器官的分化，最后发育成一个完整的幼体。如图是胚胎发育过程中某阶段示意图，据图回答下列问题：,(1)该图所示为胚胎发育的 期，此时细胞分裂的方式为 。结构为 ，结构将来发育成 。 (2)高等哺乳动物胚胎发育经历的时期是受精卵卵裂期32细胞期囊胚期原肠胚期幼体，其中最关键的时期是 ，细胞开始分化的时期是 。 (3)随着卵裂的进行，卵裂球中每个细胞的体积 ，

9、卵裂球中有机物含量 ，DNA含量 。,【解题指南】解答本题需明确： (1)从图示知，该时期具有两个胚层，可据此判断为囊胚期。 (2)卵裂期细胞分裂较快又不能从外界及时吸取营养物质，据此可判断每个细胞体积、卵裂球中有机物含量和DNA含量的变化。,【解析】(1)图示为胚胎发育的囊胚期，图中依次为滋养层、内细胞团；前者发育成胚胎的附属结构或胚外结构，后者发育成胎儿的所有组织和器官，整个发育过程都进行有丝分裂。 (2)高等哺乳动物发育过程的分化开始于囊胚期，贯穿于整个生命过程。在原肠胚期分化形成三胚层，是最关键的时期。,(3)在卵裂期，随着细胞数目的增多，胚胎中DNA含量逐渐增多，由于此时期细胞只分裂

10、而不生长，故每个细胞体积在不断减小。此过程中，细胞代谢旺盛，消耗大量有机物，而不能从外界吸收有机物，故有机物总量减少。 答案：(1)囊胚 有丝分裂 滋养层 胎儿的所有组织和器官 (2)原肠胚期 囊胚期 (3)减小 减少 增加,【互动探究】 (1)图中细胞具有全能性吗？试分析原因。 提示：有。细胞为胚胎干细胞，未分化，具有发育的全能性。 (2)图中所示时期继续发育将形成什么结构？与该时期相比较最大的区别是什么？ 提示：原肠胚。出现外、中、内三胚层的分化。,【加固训练】下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，请据图回答问题：,(1)写出各个阶段的名称： A： ，B： ，C： 。 (2)写出图中各标

11、号的名称： 2 ，4 ，5 ， 7 ，8 。 (3)A时期的细胞具有发育上的 性，B时期开始出现 ，C时期开始出现 。,【解析】(1)图中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原肠胚。 (2)图B中1是滋养层，2是内细胞团，3是透明带，4是囊胚腔；图C中5是外胚层，6是滋养层，7是原肠腔，8是内胚层。 (3)桑椹胚细胞具有发育上的全能性；囊胚开始出现细胞分化，已分化为滋养层细胞和内细胞团细胞；原肠胚已有胚层分化，分化为外、中、内三个胚层。,答案：(1)桑椹胚 囊胚 原肠胚 (2)内细胞团 囊胚腔 外胚层 原肠腔 内胚层 (3)全能 细胞分化 胚层分化,类型二 胚胎工程 【典例2】我国已实现部分“胚胎工程产

12、业化”，如肉牛、奶牛胚胎工程产业化。以下是科学家采用不同方法产业化培育良种牛的过程，ah表示操作过程，请回答：,(1)培育“试管牛C”技术的操作流程是 (填字母)， d操作的名称是 ，h操作的核心是 。 (2)图中数字标号代表的结构名称是： ， ， 。 (3)移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是 。,【解题指南】解答本题的思路：分析图形明确ah各操作推测培育A、B、C、D所需要的工程技术明确胚胎分割的时期和具体要求明确胚胎移植对母畜的处理。,【解析】(1)培育“试管牛C”包括体外受精胚胎移植后代(abfg)；d操作是指胚胎移植，h操作是指基因工程技术，其核心是重组DNA分子的构建。 (2

13、)囊胚的结构包括(内细胞团)、(滋养层)和(囊胚腔)。 (3)根据受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应的原理使胚胎在受体子宫中存活。,答案：(1)abfg 胚胎移植 构建重组DNA分子 (2)滋养层 囊胚腔 内细胞团 (3)受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应,【加固训练】下图为通过胚胎工程生产牛的过程。请据图回答：,(1)实施胚胎工程完成a过程时，卵细胞必须发育到减数第二次分裂的中期，精子必须进行 处理。 (2)受体母牛必须和供体牛进行 处理，以保证二者的生理状态相同。 (3)b过程应用的技术是 ，大量的研究已经证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生 反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可

14、能。 (4)一次给多个受体移入多个胚胎，产生的多个后代基因型都相同吗？ ，原因是 。,【解析】(1)精子需要获能后才具备受精能力。 (2)(3)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换，不发生免疫排斥反应。 (4)移植的胚胎可以是由受精卵发育成的，也可以是由通过核移植得到的重组细胞发育成的，不同来源的胚胎发育成的个体的遗传物质可能不同。,答案：(1)获能 (2)同期发情 (3)胚胎移植 免疫排斥 (4)不一定相同 移入的多个胚胎可能是由不同的受精卵或重组细胞发育成的，其遗传物质可能不同,类型三 胚胎工程与其他工程的联系 【典例3】(2012山东高考)毛角蛋白型中间丝(KIF)

15、基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIF基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。,(1)过程中最常用的运载工具是 ，所需要的酶是限制性核酸内切酶和 。 (2)在过程中，用 处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是 。,(3)成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行 处理。 (4)从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是 。在胚胎移植前，通过 技术可获得较多胚胎。,【解题指南】解答本题需要注意以下三点： (1)认真分析图形，区分图示中的基因工程、细胞工程和胚胎工程。 (2)清楚动物细胞培养和早期胚胎培养所需要的营养成分和外界条件。 (3)要成功培育转基因绒山羊有两个关键点：一是将目的基因顺利导入受体细胞，二是将带有目的基因的体细胞核移植到去核的卵(母)细胞中。,【解析】(1)过程为基因工程的步骤之一，最常用的运载工具为质粒，在此过程中所需的酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。 (2)过程为动物细胞工程中的动物细胞培养，要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理组织使其分散成单个细胞；CO2的作用是维持培养液的pH。 (3)成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行去核处理。 (4)重组细胞要进行早期胚胎培养，发育到桑椹胚或囊胚才能移植；通过胚胎分割技术可