【高中生物】選修3胚胎工程知識點

專題3 胚胎工程

3.1 體內受精和早期胚胎髮育

一、精子的發生

1、場所：睪丸的曲細精管

2、時間：從初情期開始，到生殖機能衰退

3、過程：

（1）精原細胞；多個初級精母細胞（通過數次有絲分裂）

（2）1個初級精母細胞；2個次級精母細胞;4個精子細胞（通過減數分裂，即MI和MII）

（3）精子細胞;精子（通過變形）

補充，精原細胞先進行有絲分裂後進行減數分裂；變形過程中，細胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發育為頂體，中心體演變為精子的尾，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質濃縮為原生質滴直至脫落。

[線粒體為精子運動提供能量]。

二、卵細胞（卵子）的發生

1、場所：卵巢

2、 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的儲備）

3、過程：

（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（排卵前後完成）

（3）1個次級卵母細胞;1個卵子＋第二極體（精子和卵子結合過程中完成）

在胎兒時期，卵原細胞進行有絲分裂演變成初級卵母細胞[被卵泡細胞包圍]，減一分裂在排卵前後完成，形成次級卵母細胞和第一極體進入輸卵管準備受精；減二分裂是在受精過程中完成的。

三、受精

1、概念：精子和卵子結合成合子（受精卵）的過程。

2、 場所：雌性的輸卵管內

3、過程

（1）受精前的準備階段1：精子獲能

（2）受驚前的準備階段2：卵子的準備（到減數第二次分裂中期，具備與精子受精的能力）

（3）受精階段

①精子穿越放射冠和透明帶：頂體反應，透明帶反應

②進入卵黃膜：卵黃膜封閉作用

③原核形成和配子結合

精子獲能（在雌性動物生殖道內）；卵子的準備（排出的卵子要在輸卵管中進一步成熟到減二中期才具備受精能力）；受精階段[卵子周圍的結構由外到內：放射冠、透明帶、卵黃膜]。

a頂體反應：精子釋放頂體酶溶解卵丘細胞之間的物質，穿越放射冠。

b透明帶反應：頂體酶可將透明帶溶出孔道，精子穿入，在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止後來精子進入透明帶的生理反應[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障]；

c卵黃膜的封閉作用：精子外膜和卵黃膜融合，精子入卵後，卵黃膜會拒絕其他精子再進入卵內的過程[它是防止多精子入卵受精的第二道屏障]；

d精子尾部脫落，原有核膜破裂形成雄原核，同時卵子完成減二分裂，形成雌原核[注意：受精標誌是第二極體的形成；受精完成標誌是雌雄原核融合成合子]。

四、早期胚胎髮育

1、卵裂期：細胞在透明帶中進行有絲分裂，細胞數量不斷增加，但胚胎的總體體積並不增加，或略有減小。

2、桑椹胚：胚胎細胞達32個左右的胚胎（之前所有細胞都能發育成完整胚胎的潛能屬全能細胞）

3、囊胚：細胞開始分化，其中個體較大的細胞叫內細胞團將來發育成胎兒的各種組織；而滋養層細胞將來發育成胎膜和胎盤；胚胎內部逐漸出現囊胚腔[註：囊胚的擴大會導致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化]

4、原腸胚：內細胞團細胞形成外胚層和內胚層（內細胞團表層形成外胚層，下方細胞形成內胚層，由內胚層包圍的囊腔叫原腸腔），滋養層發育成胎膜和胎盤。

[細胞分化在胚胎期達到最大限度]

3.2 體外受精和早期胚胎培養

一、體外受精

1、試管動物技術：通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，並通過培養發育為早期胚胎（桑葚胚或囊胚）後，再經移植產生後代的技術。

2、卵母細胞的採集：

方法一：用促性腺激素處理，使其超數排卵，從中輸卵管沖取精子（針對體型小的實驗動物，家畜豬、羊等） ，可直接受精。

方法二：從屠宰母畜卵巢中採集（針對大家畜或大型動物，如牛）

方法三：藉助超聲波探測儀、內窺鏡、腹腔鏡等工具直接從活體母畜卵巢中吸取（針對大家畜或大型動物，如牛）

3、 卵母細胞的培養：在體外人工培養成熟

4、 精子的採集：方法有假陰道法、手握法和電刺激法等

5、精子的獲能：

方法有：（1）培養法（通過獲能培養液），如齧齒動物、兔、豬等的精子；

（2）化學法（通過一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液） ，用化學藥物誘導精子獲能，如牛、羊等家畜的精子。

6、受精：獲能的精子 ＋培養成熟的卵子 完成受精

二、胚胎早期培養

1、條件：受精卵在發育培養液中培養

2、培養液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、胺基酸、核苷酸、血清等

3、當胚胎髮育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。

3.3 胚胎工程的應用及前景

胚胎工程的概念及技術手段：對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎幹細胞培養等技術。

一、胚胎移植

1、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、生理狀態相同的其他雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。

其中提供胚胎的個體叫供體 （遺傳特性和生產性能優秀），接受胚胎的個體叫受體（有健康的體質和正常繁殖能力）。

2、 應用：胚胎移植是轉基因、核移植、或體外受精等技術的最後一道"工序" 。

3、現狀：在牛的胚胎移植中，技術方法更為簡便、實用。

4、意義：可充分發揮雌性優良個體繁殖潛力。

供體主要職能只是產生優良特性的胚胎，縮短繁殖周期。

5、生理學基礎

胚胎移植成功與否關係到：供體和受體的生理狀況

（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境

生理學基礎

（2）早期胚胎沒有與母體子宮建立組織聯繫，為胚胎收集提供可能

（3）受體對外來胚胎基本不發生免疫排斥反應，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繫，但其遺傳物質在孕育過程中不受影響

6、基本程序

（1）對供、受體母牛進行選擇：用激素進行同期發情處理；對供體母牛用激素做超數排卵處理；

（2）配種或人工受精 ：選擇同種優秀公牛配種[有性生殖過程]；

（3）胚胎收集（沖卵（早期胚胎），此時胚胎處於游離狀態）、檢查（胚胎應發育到桑椹胚或囊胚）、培養或保存（－196℃的液氮）

（4）胚胎移植：手術法（引出子宮和卵巢將其注入）；非手術法（用移植管將其送入子宮）

（ 5）移植後的檢查（是否妊娠）等

（6）產下胚胎移植的犢牛。

7、胚胎移植的時間

不同動物胚胎移植的時間不同。

(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在8-16個細胞階段移植。

)

二、胚胎分割

1、概念：指採用機械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術[可看作是動物無性繁殖或克隆]。

2、儀器設備：實體顯微鏡和顯微操作儀

3、意義：來自同一胚胎的後代具有相同的遺傳物質，屬於無性繁殖。

4、操作程序：

（1）選擇發育良好、形態正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培養皿

（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。

分割囊胚時要將內細胞團均等分割，否則會影響分割後胚胎的恢復和進一步發育。

此時還可用分割針分割滋養層，做胚胎DNA分析性別鑑定。

5、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。

三、胚胎幹細胞

1、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。

2、特點： 形態上：體積小、細胞核大、核仁明顯

功能上：具有發育的全能性，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生分化；可冷凍保存；可進行遺傳改造 。

3、意義：

（1）移植ES細胞修復壞死或退化部位，治癒糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病症

（2）ES細胞體外誘導分化，可培育人造組織器官，解決供體器官不足和器官移植後免疫排斥

的問題

（3）ES細胞在牛黃酸、丁醯環腺苷酸等分化誘導因子作用下可向不同類型組織細胞分化

4、胚胎幹細胞的主要用途是：

①可用於研究哺乳動物個體發生和發育規律；

③可以用於治療人類的某些頑疾，如帕金森綜合症、少年糖尿病等；

5、胚胎工程

胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎幹細胞培養等技術。

經過處理後獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內生產後代，以滿足人類的各種需求。