受精作用的过程及其意义:
1.概念:受精作用是指卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
2.基本过程(如下图)
图
(1)精子的头部进入卵细胞。
(2)精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合。
3.实质:精子的细胞核与卵细胞的细胞核相互融合。
4.减数分裂和受精作用的意义
(1)同一双亲的后代呈现多样性,有利于生物在自然选择中进化,体现了有性生殖的优越性。
原因:①减数分裂形成配子时,染色体组成具有多样性,导致不同配子的遗传物质有差异。②受精过程中卵细胞和精子的结合具有随机性。
(2)对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,对于生物的遗传和变异都具有重要的意义。
(3)精、卵细胞融合的基础是细胞膜具有一定的流动性。
知识拓展:
1、受精卵中的核物质一半来自于母方一半来自于父方,而细胞质几乎全部来自卵细胞。
2、卵细胞和精子相互识别的基础是细胞膜外表
动物细胞培养:
1、动物细胞的培养:动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和繁殖。
2、动物细胞培养液的成分:葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。
3、动物细胞培养液的特点:液体培养基含动物血清。
4、动物细胞培养需要满足以下条件
(1)充足的营养供给——微量元素、无机盐、糖类、氨基酸、促生长因子、血清等。
(2)适宜的温度:36.5℃±0.5℃;适宜的pH:7.2~7.4。
(3)无菌、无毒的环境:培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防培养过程中的污染。此外,应定期更换培养液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
(4)气体环境:95%空气+5%CO
2。O
2是细胞代谢所必需的,CO
2的主要作用是维持培养液的pH。
5、动物细胞培养的过程:
取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
植物组织培养和动物细胞培养:
项目 |
植物组织培养 |
动物细胞培养 |
理论基础 |
植物细胞的全能性 |
细胞增殖 |
培养基 |
类型 |
(半)固体培养基 |
液体培养基 |
成分 |
水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂 |
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等 |
取材 |
植物幼嫩部位或花药等 |
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 |
过程 |
|
|
结果 |
新的组织或植株个体,可以体现全能性 |
新的细胞系或细胞株,不形成个体,不体现全能性 |
应用 |
①植株快速繁殖 ②脱毒植株的培育 ③人工种子 ④生产药物、杀虫剂等 ⑤转基因植物的培育 |
①蛋白质坐物制品的生产 ②皮肤移植材料的培育 ③检测有毒物质 ④生理、病理、药理学研究 |
相同点 |
①两技术手段培养过程中都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称克隆,都不涉及减数分裂 ②均需无菌操作,需要适宜的温度、pH等条件 |
知识点拨:
1、细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。
2、动物细胞培养技术的应用:制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
3、细胞株传至50代后,不能再传下去,但有部分存活的细胞一般能够传到40~50代,这种传代细胞叫做细胞株。
4、细胞株细胞的遗传物质没有发生改变。当细胞株传至50代以后又会出现“危机”,不能再传下去。但是有部分细胞的遗传物质发生了改变,而且带有癌变的特点,有可能在培养条件下无限制地传代下去,这种传代细胞成为细胞系。
知识拓展:
1、动物细胞培养技术的应用
(1)生产病毒疫苗、单克隆抗体、干扰素等。
(2)利用动物细胞培养技术中的细胞贴壁生长和接触抑制的特点,可用烧伤病人自己的健康皮肤细胞培养出大量的自身薄层皮肤细胞,以供植皮所需。
(3)培养的动物细胞用于检测有毒物质,判断某种物质的毒性。
2、用胰蛋白酶处理组织块,可使细胞分散开,这样做的目的是使细胞与组织液充分接触,这也说明了细胞间的主要物质是蛋白质。
3、当动物细胞培养超过50代后,少数细胞发生突变而持续分裂成为癌变细胞。癌细胞失去了接触抑制,可以在培养瓶中形成多层细胞。
4、动物细胞培养基成分特有的动物血清含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等多种成分.
5、植物组织培养最终产生新个体,体现全能性;动物细胞培养产生大量细胞,不形成新个体,故不能体现全能性。
体内受精和早期胚胎发育:
1、精子和卵子的发生:
项目 |
精子 |
卵子 |
场所 |
睾丸曲细精管 |
卵巢 |
时间 |
初情期开始 |
胎儿时期性别分化以后 |
过程 |
|
(在卵细胞膜和透明带的间隙有两个集体是判断卵子受精的标志) |
结果 |
4个精子 |
1个卵细胞;3个极体 |
MⅠ和MⅡ是否连续 |
是 |
否 |
2、受精作用
(1)受精作用的场所:输卵管。
(2)受精前的准备阶段
①精子获能:精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力的生理现象。
②卵子的准备:在输卵管中发育达到减数第二次分裂的中期,才具备与精子受精的能力。
(3)受精阶段——四步曲
第一步:精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质,透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。
第二步:精子进入卵细胞腆。卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步:原核形成。雄原核形成和雌原核形成。
第四步:合子形成。雌雄原核融合形成合子(受精卵)。
3、胚胎发育:
(1)过程:受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。
①卵裂期:细胞进行有丝分裂,数量增加,胚胎总体积不增加;
②桑椹胚:32个细胞左右的胚胎(之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞);
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。(细胞分化在胚胎期达到最大限度)
(2)图示:
知识点拨:受精过程中的几个反应:
(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,同时卵子完成减二分裂,形成雌原核(注意:受精标志是第二极体的形成;受精完成标志是雌雄原核融合成合子)。
知识拓展:1、成熟的精子并不具备受精能力,必须获能后才具备受精能力。
2、卵细胞形成过程中,减数第一次分裂在排卵前后完成,而减数第二次分裂在受精时完成。
体外受精与胚胎的早期培养:
1、体外受精的原理:人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等),使初级卵母细胞成熟和精子获能,最
终完成受精和胚胎保存。
2、体外受精主要操作步骤
(1)卵母细胞的采集和培养:
方法一:对小型动物一般用促性腺激素处理,使其排出更多的卵子,然后,从输卵管中冲取卵子,直接与获能的精子在体外受精。
方法二:对大型动物是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞,在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受精(或从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞)
(2) 精子的采集和获能:在体外受精前,要对精子进行获能处理。
采集方法:假阴道法、手握法和电刺激法等。
获能方法:培养法和化学法。
(3) 受精:获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
3、胚胎的早期培养:
(1)培养目的:精子与卵子在体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查受精状况和受精卵的发育能力。
(2)培养液成分:除一些无机盐和有机盐外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分,以及血清等物质。
(3)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。不同动物胚胎移植的时间不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植,小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植,人的体外受精胚胎可在4个细胞阶段移植)。
知识拓展:
1、早期胚胎是指可用于移植的胚胎,在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。
2、受精后形成的受精卵需经早期发育培养,才能完成植入或着床。
3、胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同,除无机盐、营养成分和调节物质外,还需要血清、抗生素等,两者都是液体培养基,但植物组织培养为固体培养基,其中加入琼脂,所需植物激素主要是生长素和细胞分裂素两大类。