【高中生物】选修3 《现代生物科技专题》专题3 胚胎工程

一.体内受精和早期胚胎发育
1.精子的发生：精原细胞先进行有丝分裂后进行减数分裂；变形过程中，细胞核变为精子头的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子 的尾，线粒体在尾基部形成线粒体鞘，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。[线粒体为精子运动提供能量]
2.卵子的发生：在胎儿时期，卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞[被卵泡细胞包围]，减数第一次分裂在排卵前后完成，形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精；减数第二次分裂是在受精过程中完成的。
3.受精：精子获能（在雌性动物生殖道内）；
卵子的准备（排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减数第二次分裂中期才具备受精能力）；
（卵子周围的结构由外到内：放射冠、透明带、卵黄膜）
受精阶段：     
①顶体反应：精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质，穿越放射冠。
②透明带反应：顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障]；
③卵黄膜的封闭作用：精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵后，卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程[它是防止多精子入卵受 精的第二道屏障]；精子尾部脱落，原有核膜破裂形成雄原核，同时卵子完成减数第二分裂，形成雌原核[注意：受精标志是当卵黄膜和透明带的间隙可以观察到2个极体；受精完成标志是雌雄原核融合成合子]。
④胚胎发育：
场所: 早期在输卵管，后期在子宫。
过程：①卵裂期：在透明带内进行，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 。DNA总数增加，有机物总量减少，有机物种类增加；
②桑椹胚：32个细胞左右的胚胎[是全能细胞]；
③囊胚：细胞开始分化，其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织；而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘；胚胎内部逐渐出现囊胚腔[注：囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化]；
④原肠胚：内细胞团表层形成外胚层，下方细胞形成内胚层，由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。
二.体外受精和早期胚胎培养
（1）体外受精[属有性生殖过程]：
①卵母细胞的采集和培养：对体型小的动物用促性腺激素处理，从输卵管冲取卵子（可直接受精）；
对体型大的动物从卵巢中采集卵母细胞（要在体外培养成熟）。
②精子的采集方法：假阴道法、手握法和电刺激法；
获能方法：对啮齿动物、兔、猪等的精子用培养法（放入人工配制的获能液中）；
对牛、羊等精子用化学法（放在肝素或钙离子载体A23187溶液中）。
（2）胚胎的早期培养：
①培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等；
[注意与动物细胞培养液成分的比较]
②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。
三.胚胎工程的应用
1.胚胎移植
（1）概念：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的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”。（供体为优良品种）
（2）胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。
（3）生理学基础：
①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。
③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提 供了可能。
④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
（4）基本程序主要包括：
①对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并用促性腺激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。
②配种或人工授精。
③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天，用冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。直接向受体移植或放入液氮保存。
④对胚胎进行移植。
⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。
2.胚胎分割
（1）意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质 ，属于无性繁殖或克隆。
（2）材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。
（3）操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
3.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）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。