1、体内受精和早期胚胎发育 1【学习目标】简述哺乳动物的精子和卵子的发生过程。 胚胎工程：指对动物 所进行的多种显微操作和处理技术，如 、 、胚胎分割、 养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需要移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类大各种需求。思考：1、胚胎工程的操作对象是 2、胚胎工程的技术手段是 3、胚胎工程的理论基础是 一、精子和卵子的发生1精子的发生（1）场所：精子的发生是在 内完成的。（2）时期：从 开始直到 。（3）过程：发生的过程大体可分 个阶段。第一阶段：精原细胞的增殖：位于 的 细胞经 产生精原细胞，进一步形成 。第二阶段：精细胞的形成： 细胞连续进行 次分裂（即 ，包括 ） ，第
2、一次分裂产生 个 细胞，每个 细胞再分裂一次产生 个含 染色体的 细胞。第三阶段：精细胞变形为精子 细胞核 高尔基体 中心体 线粒体 细胞内其它物质 （4）精子在睾丸内形成的时间为 【补充资料】据科学家研究证实，由精细胞变形为精子的过程中，细胞核变为精子的头部，部分细胞质变为精子的颈部和尾部，大部分细胞质及多数细胞器被丢弃，但全部的线粒体被保留下来，并集中在颈部。对这一现象的最好解释是：(1)细胞核内含有 ，以便传给下一代。(2)丢弃大部分细胞质和细胞器，可使精子的体积 ，运动 。(3)精子快速运动主要依靠 的摆动，其运动的动力主要产生于 。(4) 保留全部的线粒体的意义在于：线粒体是_的主要
3、场所，通过线粒体的生理活动能形成精子运动所需的_。(5)精子的形态外形似 ，分 、 、 三大部分。【思考】：不同动物成熟的精子的外形差别大 吗？精子大小有差别吗？来源:Zxxk.Com 来源:学.科.网2卵子的发生：(1)场所：卵子的发生是在 内完成的。(2)时期：从 开始。(3)过程：第一阶段：卵原细胞的增殖：通过 方式实现的，场所是 。第二阶段：卵细胞的形成：通过 方式实现的 。减数第一次分裂：从胚胎时期到排卵结束，场所是 ，结果是产生 减数第二次分裂：在 过程中完成的，场所是 结果是产生 。卵子和精子发生过程比较项目 精子发生 卵子发生场所时间过程特点来源:学科网区别来源:学&科&网Z&
4、X&X&K来源:学科网 ZXXK结果相同点【补充资料】卵泡及其发育过程卵泡由卵母细胞和卵泡细胞组成。卵泡发育是个连续的生长过程，其结构发生一系列变化，一般可分为原始卵泡、初级卵泡、次级卵泡和成熟卵泡四个阶段。 （第 1 个图）原始卵泡：原始卵泡数量较多。卵 泡中央有一个初级卵母细胞，周围为单层扁平的卵泡细胞（又称颗粒细胞）。初级卵母细胞是在胚胎时期由卵原细胞分裂分化而形成，随即进入第一次减数分裂，并长期停滞于分裂前期（1250 年不等），直至排卵前才完成第一次减数分裂。卵泡细胞较小，扁平形。卵泡细胞具有支持和营养卵母细胞的作用。 （第 2、3 个图）初级卵泡：初级卵泡由原始卵泡发育形成。此时期
5、的初级卵母细胞体积增大，卵泡细胞由单层细胞增殖成多层（56 层）。在初级卵泡早期，卵母细胞和卵泡细胞之间出现一层含糖蛋白的嗜酸性膜，称为透明带，它是卵泡细胞和初级卵母细胞共同分泌形成的。在受精过程中，透明带对精子与卵细胞间的相互识别和特异性结合具有重要意义。随着初级卵泡的体积增大，卵泡渐向卵巢浅层移动。卵 泡周的结缔组织梭形细胞逐渐密集形成卵泡膜。 （第 4、5 个图）次级卵泡：初级卵泡继续生长成为次级卵泡，卵泡体积更大，卵泡细胞增至612 层，细胞间出现一些不规则的腔隙，并逐渐合并成一个半月形的腔，称为卵泡腔，腔内充满卵泡液。随着卵泡液的增多及卵泡腔扩大，卵母细胞居于卵泡的一侧，并与其周围的
6、颗粒细胞一起突向卵泡腔，形成卵丘。此时初级卵母细胞直径可达 125150m。紧贴透明带的一层往状卵泡细胞呈放射状排列，称放射冠。分布在卵泡腔周边的卵泡细胞较小，构成卵泡壁，称为颗粒层。在卵泡生长过程中，卵泡膜分化为内、外两层。粒层细胞和膜细胞具有协同合成并分泌雌激素的功能。 （第 6 个图）成熟卵泡：成熟卵泡是卵泡发育的最后阶段。此时的初级卵母细胞又恢复减数分裂，在排卵前 3648 小时完成第一次减数分裂，产生 1 个次级卵母细胞和 1 个很小的第一极体。第一极体位于次级卵母细胞和透明带之间的卵周间隙内。次级卵母细胞随即进入第二次减数分裂，停止于分裂中期。人每个月经周期，可有若干个原始卵泡生长
7、发育，通常只有 1 个卵泡发育成熟并排卵。 【补充资料】排卵成熟卵泡破裂，卵母细胞及其外周的透明带和放射冠随卵泡液一起排出卵巢，这一过程称排卵。【补充资料】黄体排卵后，残留在卵巢内的卵泡壁塌陷，卵泡膜内的结缔组织和血管深入颗粒层，在黄体生成素的作用下，卵泡壁的细胞体积增大，分化成一个富含血管的内分泌细胞团，新鲜时呈黄色，称为黄体。黄体的主要作用是分泌雌激素和孕激素。黄体存在的时间长短，取决于排出的卵是否受精，如果卵细胞受精，则黄体继续发育增大，直径可达 4-5cm，这种黄体称为妊娠黄体，可维持 3-6 个月，才开始退化。妊娠黄体的颗粒黄体细胞可以分泌松弛素，它可使妊娠子宫平滑肌松弛，以维持妊娠
8、。如果卵细胞没有受精，黄体发育到两周左右即萎缩退化，这种黄体称为月经黄体。在垂体促卵泡激素的作用下卵泡逐渐生长，发育成熟，并分泌大量的雌激素，在雌激素的作用下子宫内膜增生变厚。排卵后卵泡形成黄体，黄体细胞分泌孕激素，在雌、孕激素的共同作用下，子宫内膜进一步增厚。黄体萎缩后，卵巢雌、孕激素水平迅速下降，使子宫内膜失去支持而萎缩，且由于缺血坏死而脱落，于是出现阴道出血，即通常所说的月经。 【针对训练】1. 4 个精原细胞经过减数分裂形成( )A4 个二倍体的精细胞 B8 个单倍体的精细胞 C16 个单倍体的精细胞 D4 个单倍体的精细胞2. 下列不属于胚胎工程技术的是（ ）A.体外受精 B.胚胎分
9、割、胚胎移植 C.胚胎干细胞培养 D.转基因鲤鱼的培育3. 初级卵母细胞的减数第一次分裂完成于( )A排卵前后，在卵巢内 B. 受精前，在卵巢内C. 排卵前后，在输卵管 D. 受精时，在输卵管内4. 次级卵母细胞的第二次成熟分裂完成于( )A排卵前，在卵巢内 B. 受精前，在输卵管内C. 排卵后，在腹腔内 D. 受精时，在输卵管内5. 进行减数第二次分裂（成熟分裂）后形成的细胞是( ) A精子 B初级精母细胞 C 次级精母细胞 D精子细胞 6. 关于人的次级精母细胞的描述，哪一项是错误的( )A由初级精母细胞经第一次成熟分裂而来 B一次分裂后形成两个精子细胞 C染色体数目为 23 或 46 D
10、细胞体积最大来源:学.科.网7. 细胞内没有同源染色体的是( )A肌细胞 B精原细胞 C初级精母细胞 D次级精母细胞8. 关于精子变形的叙述错误的是( )A细胞核变为精子头部的主要部分 B高尔基体发育为头部的顶体C中心体演变为精子的尾 D线粒体退化消失9. 关于成熟精子的叙述正确的是( )A不同种动物精子的形态不同 B不同种动物精子的大小差别很大C动物的体型大小与精子的大小无关 D体型较大的动物的精子较大10. 下列不是精子、卵子发生的区别的是（ ）A、初级精母、卵母细胞的形成时间 B、MI 和 MII 的时间连续性C、成熟生殖细胞是否经过变形 D、成熟生殖细胞中染色体的数量11. 1 个卵泡
11、可以形成的卵子数目是（ ）A、1 个 B、2 个 C、3 个 D、4 个12. 卵子的成熟部位和受精部位正确的是（ ）A、卵巢 卵巢 B、卵巢 输卵管 C、输卵管 输卵管 D、输卵管 子宫13. 各种家畜的初级精母细胞是通过何种细胞分裂方式产生的( )A有丝分裂 B减数分裂 C二分裂 D有丝分裂和减数分裂14. 以下说法不正确的是( )A雄性动物从初情期开始产生精子 B1 个精原细胞可形成四个精子C精子在睾丸内形成时间为两个月左右 D动物体型大的产生的精子多且大15. 排卵是指( )A卵子从卵泡中排出 B卵泡从卵巢中排出C排出的卵子是成熟的 卵细胞 D排出的卵子马上可以与精子结合16. 下图是
12、卵子发生和成熟过程示意图，请据图回答有关问题：（1）雌性动物形成卵子的场所是 。（2）雌性哺乳动物完成 M的时间是 ，而 M进行的时间却是 。（3）卵子完成受精作用的标志是 。(4)精子与卵子在发生上的主要区别是 。（5）受精是在雌性的 内完成的。17. (选作)(2004 年黄冈中学模拟题)蜜蜂的生殖和发育过程示意图如下：(1)初级卵母细胞的基因组成为 。(2)确切地讲，雄蜂和工蜂的生殖方式分别为 生殖和 生殖。(3)由 H 发育成幼蜂的过程可称为 (胚胎/胚后/变态)发育。(4)C 过程主要特征是 。(5)雄蜂精母细胞经过减数分裂，第一次分裂时出现单极的纺缍体，在细胞的一极产生一个无核的细
13、胞质芽体，不发生染色体减半； 第二次分裂时，则按正常地方式进行， 所以每一个精母细胞可形成 个含 （填“相同” 、 “不相同”或“不一定相同” ）遗传物质的精细胞。(6)根据以上内容，可以推知，图中雄蜂的基因型为 。(7)若幼蜂只吃 2-3 天次质的蜂皇浆，孵化后经 21 天长成不育成虫，即工蜂；若幼蜂吃 5 天高质的蜂皇浆，孵化后经 16 天长成方育成虫，即蜂王。这一事实说明 。(8)基因型为 的雄蜂和基因型为 的雌蜂交配，其 F2 代个体基因型只有8 种：AB、Ab、aB、ab、AaBb、Aabb、aaBb、aabb。针对训练答案16、 （1）卵巢 （2）排卵前后 精子和卵子结合的过程中
14、（3）在卵黄膜和透明带的间隙观察到两个极体（4）哺乳动物卵泡形成和在卵巢内的储备是在胎儿时期完成的（5）输卵管17、(1)AAaabbbbDDdd (2)孤雌；卵式 (3)胚胎 (4)同源染色体联会、互换；同源染色体分离，非同源 染色体自由组合 (5)2；相同 （6）AbD 或 Abd 或 abD 或 abd(7)表现型是基因型(内因)和环境(外因)共同作用的结果 (8)AB；aabb (8)题应采用“逆推法”：由 F2代雄性个体基因型 AB、Ab、aB、 、ab 推知 F1，雌性个 体基因型 AaBb；又由 F2代雌性个体基因AaBb、Aabb、aaBb、aabb，推知 F1雄性个体基因型
15、ab；同理由推知亲代。)四、答案和提示（一）思考与探究1.以精子的运行途径为线索，设计一幅简图，来说明哺乳动物的受精过程。提示：哺乳动物的受精过程主要包括精子穿越放射冠、透明带、进入卵黄膜、原核形成和配子融合等步骤（详见教材中的受精过程）。2.哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？答：相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂（M I 和 M II）才能形成精子或卵子。不同之处：由一个精原细胞分裂最后可产生多个精子；一个卵原细胞最后只能生成一个卵子。精子的形状为蝌蚪状；卵子为球形。多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是在胎儿出生前完成。3.
16、当你了解到精子需要获能，受精过程中有防止多精入卵的现象时，你是否提出过这样的问题：精子在雌性生殖道内是如何获能的？防止多精入卵的两道防线的形成机制究竟是什么？答：精液由精子和精清（精浆）两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一 般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。防止多精入卵主要通过透明带反应和卵黄膜封闭作用两道屏障。在受精过程中，当精子穿越透明带触及卵黄膜时，透明带会立即封闭，阻止后来的精子进入透明带，可看作是
17、防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黄膜会立即拒绝其他精子再进入卵内，可看作是防止多精受精的第二道屏障。其生理、生化机制，请参阅有关专著。（二）正文中讨论题【精子的发生】1.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？提示：不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的 1 个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将
18、对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？提示：细 胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂 ”或“ 发动
19、机 ”。【卵子的发生】1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？答：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？答：是指卵子从卵泡中排出。3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？答：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。【资料分析】1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？答：比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成
20、牛又该怎样处理？答：马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在 816 细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？请结合本节内容举例说明。提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规 律，人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能
21、在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。（三）旁栏思考题进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？答：是的。从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成第一次减数分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。【知识拓展】1.“精子获能” 现象是如何发现的？ 有什么意义？ 美籍华人生殖生物学家张明觉在做兔的体外受精试验时，发现只有从母兔生殖道内取出的精子才能在体外与卵子受精，而取自附睾的精子不能在体外完成受精， 说明精子在受精前需先在母兔生殖道内发生相应的生理变化，称为精子获能现象。这一现
22、象使人们很快弄清了精子获能的机理，并找到了精子在体外获能的物质，实现了体外受精。2.哺乳动物卵巢的结构和功能是怎样的？卵巢位于雌性动物的腹腔，左、右各有一个，多为椭圆或圆球状。其形状，大小和结构因种类、年龄和生理状态各异。卵巢由实质部和被膜构成。实质部又分为皮质部和髓质部。皮质部靠近被膜，其中储存大量的原始卵泡和处于不同发育阶段的卵泡和卵泡的续产物，主要包括：黄体、白体和闭锁卵泡等。卵巢的髓质部位于卵巢的中间部位，含有纤维结缔组织、血管和神经。需要弄清楚这几个结构关系：卵巢中有卵泡，每个卵泡中有一个卵母细胞。卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于第一次减数分裂的前期。卵巢的主要功能有两个，其一是储备
23、卵泡，排出卵子；其二是产生与生殖有关的激素，如雌激素和孕激素。3.什么是顶体反应？获能以后的精子，在雌性动物生殖道与卵子相遇时，会出现精子顶体膨大，精子质膜（外膜）和顶体外膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成精子顶体外膜出现孔洞，使顶体内储存的与受精有关的酶释放出来，参与精子和卵子的受精过程。这种生理现象叫做顶体反应。4.哺乳动物桑椹胚和囊胚的主要特点是什么？桑椹胚的细胞数在 32 个左右，细胞排列致密，形似桑椹，由具有发育全能性的细胞构成。囊胚则出现细胞分化，聚集于一端个体较大的细胞为内细胞团（ICM），将发育为胎儿本身；沿透明带内壁扩展和排列的个体小的细胞 为滋养层细胞，将发育为胎膜和胎盘，为胎儿发育提供营养。5.什么是透明带反应？在精子和卵子受精过程中，当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵黄膜时，卵子发出指令（信号），阻止后续的精子进入透明带的一种生理反应，叫透明带反应。它是受精过程中，防止多精入卵继而造成多精子受精的第一道屏障。6.什么是卵黄膜封闭作用？当第一个精子进入卵黄膜后，会立即引起卵黄膜的紧缩、增厚，阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精，也叫做多精子入卵阻滞，是防止多精子受精的第二道屏障。多精子入卵的结果将形成多个雄原核与一个雌原核融合完成受精，产生多倍体受精卵，属异常受精现象，意味着受精的失败，不能继续发育和产生后代。
