2.3.1 胚胎工程的理论基础课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

选择性必修3第2章 细胞工程 第3节 胚胎工程 2.3.1胚胎工程的理论基础 我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？ 胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决 从社会中来 良种荷斯坦奶牛 ①操作对象： ②操作水平： ③技术手段： 生殖细胞、受精卵或早期胚胎 体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割等 哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律 ④实质： 在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作 胚胎工程 ⑤理论基础： 主要集中在细胞水平上 一、胚胎工程的理论基础 1 受精 2 胚胎早期发育 受精 定义: 阶段: 受精前的准备阶段 受精阶段: 准备阶段Ⅰ:精子获能 准备阶段Ⅱ:卵子的准备 精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 细胞膜的功能： 进行细胞间信息交流 细胞膜特性： 具有一定的流动性 在哺乳动物的输卵管内 一、受精 知识回顾 曲细精管 (1)场所：在雄性动物的 内完成。 (2)时期：从 开始到 衰退。 精子的形成过程 睾丸的曲细精管 初情期 生殖机能 直接利用________________使精子获能； 将精子培养在_______________中使其获能； 刚刚排出的精子___________与卵子受精，必须在________________发生__________________后，才能获得____________，这一生理现象称为“精子获能”。 (1) 准备阶段1-精子获能 实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为____________的建立奠定了基础。 不能立即 雌性动物的生殖道 相应的生理变化 受精能力 体外受精技术 雌性动物的生殖道 人工配制的获能液 ①概念： ②使精子获能的方法： ③研究精子获能机制的意义: 精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。 *获能液的成分因动物种类不同而有所差异； *获能液常见有效成分有肝素、Ca2+载体等； (1) 准备阶段1-精子获能 ④成熟精子结构： 头 颈 线粒体鞘 尾巴 成熟精子含有的细胞质很少 ---主要是细胞核——遗传物质的储存场所 ---线粒体——为精子运动提供能量 ---是精子代谢和运动的器官 *不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关 【补充】精子变形的过程和结构 头 颈 线粒体鞘 尾 顶体 ①顶体的发生 ②尾的发育 （高尔基体） （细胞核） ③精子头出现 ④细胞质浓缩 ⑤精子形成 （中心体） [思考]精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？（P59【练习与应用】二、拓展应用1.） 细胞核——精子储存遗传物质的场所，决定后代的遗传特性，参与受 精过程。 线粒体——精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。 (准备阶段2-卵子的准备 (准备阶段2-卵子的准备 ①不同动物排出的卵子成熟程度 ： 有的可能是____________，如马、犬等； 有的可能是____________，如猪、羊等； 初级卵母细胞 次级卵母细胞 ②卵子成熟的场所： ④卵子一般在排出 后才能被精子穿入。 2-3h 不同 排出的卵子都要在______内进一步成熟。 输卵管 ③卵子具备与精子受精能力的时期：_____期。 MⅡ 卵原细胞 初级卵母细胞 次级卵母细胞 马、犬排卵 猪、羊排卵 MⅡ(中)期卵母细胞 发育 透明带 卵细胞膜 核 纺锤体—染色体复合物 第一极体 准备阶段2——卵子的准备 1.受精前的准备阶段 卵子的发生 A.场所： B.时间： C.过程： 卵巢(卵泡中) 胚胎在性别分化后 分裂过程不连续， 有两次暂停。 卵子的准备：卵巢排出的卵子发育到MⅡ中期 原始卵泡 成熟卵泡 黄体 初级或次级卵母细胞 排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？ 卵子从卵泡中排出 正常情况下，一个卵巢中有多个卵泡，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。 （卵母细胞） (2)准备阶段——卵子的准备 1.受精前的准备阶段 精卵识别有距离识别和接触识别 Hey, buddy, where is the egg Just follow the signal 透明带 质膜 距离识别 接触识别 具备受精能力的卵子结构 第一极体 细胞核 阅读教材57页“受精阶段”部分的内容，思考回答以下问题。 受精时，精子依次穿过了哪些结构? 防止多精入卵的机制有哪些? 精子入卵后，它的结构发生了哪些变化? 卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？ 任务一 2.受精阶段 放射冠（卵丘细胞） 透明带 细胞核 卵细胞膜 精子穿越卵细胞膜外结构，如透明带 释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核 精子入卵 卵细胞膜反应 精子触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来精子进入透明带。 精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。 防止多精入卵的两个屏障 雄原核 雌原核 第一极体 第二极体 2.受精阶段 获能后的精子与卵子在输卵管相遇 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 受精完成的标志： 雌雄原核形成合子 受精的标志： 观察到两个极体或雌雄原核 核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成 2.受精阶段 雄原核 雌原核 第一极体 第二极体 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。 两个极体 雌雄原核 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体，观察到的两个极体为一个第一极体一个第二极体； 18 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构 第2步：透明带发生生理反应 第3步：精子入卵 第4步：卵细胞膜发生生理反应 第5步：雌雄原核的形成 第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成 防止多精入卵的两道屏障 受精过程 1、受精时，精子依次穿过了哪些结构进入了卵细胞？如何穿过？ 受精阶段 精子释放多种酶溶解膜外结构，发生透明带反应；精子入卵， 然后精子借助自身的运动接触卵细胞膜，发生卵细胞膜反应。 2、防止多精入卵的反应有哪些？对生物遗传有什么意义？ 3、入卵后，精子和卵子发生了哪些变化？ 受精阶段 透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带 卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内 意义：维持生物体前后代体细胞染色体数目恒定 精子：尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核——雄原核 卵子：完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核 4、精子和卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？ 受精阶段 受精的标志 ：观察到两个极体或观察到雌、雄原核 受精完成的标志：雌雄原核融合 两个极体 雌雄原核 受精标志 受精 精子获能 受精前的准备 卵子准备 刚排出的精子必需在雌性动物的生殖道发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为“精子获能” 卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟，到MⅡ期，才具备与精子受精的能力 精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道；将精子培养到获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能 精子穿过卵细胞外结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核 雌雄原核靠近 核膜消失 胚胎工程的理论基础一：受精 2.[2022·重庆联考] 下列关于哺乳动物受精过程及结果的描述，正确的是( )。 ①精子与卵子接触，释放多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构 ②精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜发生生理反应，阻止后来的精子进入卵内 ③精子入卵后，原有核膜破裂，最后形成一个比原来精子的核还大的雄原核 ④精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核 ⑤合子中的遗传物质，一半来自父方，一半来自母方 A.①②③ B.①③④ C.③④⑤ D.②④⑤ B 巩固练习 合子中的核遗传物质，一半来自父方，一半来自母方，⑤误。 1.判断下列有关哺乳动物受精的表述是否正确。 （1）在自然条件下，受精在子宫中完成。（ ） （2）精子需要获能才能与卵子结合，而卵子一经排出就具备受精能力。（ ） （3）精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵。（ ） √ × × 【自主学习】 1.胚胎发育的场所在哪里？ 2.胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？ 3.发育的每个阶段各有何特征？ 二、胚胎早期发育 阅读教材“胚胎早期发育”相关内容，回答以下问题： 任务二 26 1、场所： 输卵管、子宫 2、过程： 二、胚胎早期发育 27 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 1.卵裂期 分裂方式： 项目 变化 细胞数目 胚胎的总体积 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的DNA总量 有机物总量 增加 减小 增多 复制加倍，分裂结束后恢复 减少 不增加 有丝分裂 02 二、胚胎早期发育 28 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 桑葚胚 2.桑葚胚 概念：当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。 特点：每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能， 属于全能细胞。 02 二、胚胎早期发育 29 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 3.囊胚 特点： 结构： 细胞开始分化 内细胞团 滋养层细胞 囊胚腔 ——发育成胎儿的各种组织 ——发育成胎膜和胎盘 内细胞团 囊胚腔 滋养层 囊胚 透明带 具有全能性 孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。 孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 02 二、胚胎早期发育 内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。 30 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑椹胚 囊胚 原肠胚 4.原肠胚 逐渐分化形成各 种组织、器官等 表面的细胞层 向内迁移的细胞 内外两个胚层之间 中胚层： 外胚层： 内胚层： 原肠胚 ——出现胚层分化 02 二、胚胎早期发育 原肠胚 外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官 中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统 内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体 了解即可 胚胎发育和个体发育 个体发育 注意 高等动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育； 胚胎发育的起点是受精卵，终点是成熟的胎儿； 胎儿出生后的发育过程属于胚后发育。 因此，高等动物个体发育的起点是受精卵，终点是性成熟的个体。 特别提醒 1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。 3.桑葚胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。 4.桑葚胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。 5.囊胚期细胞时透明带破裂，滋养层细胞（以后发育成胎盘、胎膜，与母体建立联系）从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。 2.卵裂期和桑葚胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质，胚胎发育所需营养主要来自卵黄。 34 胚胎期达到最大限度 动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段 小鼠 3 桑葚胚 山羊 4 10-16细胞 绵羊 3-4 16细胞 猪 2-2.5 4-6细胞 马 6 囊胚 牛 4-5 8-16细胞 1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段 不同动物受精卵发育的比较 思考•讨论 动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段 小鼠 3 桑葚胚 牛 4-5 8-16细胞 2.将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？ 小鼠应选择至少发育到桑葚胚阶段的胚胎进行移植。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8-16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。 不同动物受精卵发育的比较 思考•讨论 3.为什么说有关动物体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？ 胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下受精和胚胎早期发育规律的基础上实现的。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。获能的精子和培养成熟的卵子能在试管内完成受精。获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育。 不同动物受精卵发育的比较 思考•讨论 受精 胚胎早期发育 胚胎工程的理论基础 准备阶段1—精子获能 准备阶段2—卵子的准备 受精 卵裂 桑葚胚 囊胚 原肠胚 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 雌、雄原核形成 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成受精卵 课堂总结 1.判断下列有关哺乳动物受精的表述是否正确。 （1）在自然条件下，受精在子宫中完成。（ ） （2）精子需要获能才能与卵子结合，而卵子一经排出就具备受精能力。（ ） （3）精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵。 （ ） × × √ 教材课后习题·概念检测（P59） 2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是（ ） A.在桑葚胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔 B.胚胎干细胞是一类未分化的细胞，可以从早期胚胎中分离获得 C.桑葚胚的细胞一般都具有全能性，囊胚的细胞逐渐分化 D.受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加 A 教材课后习题·概念检测（P59） 3.下列过程发生在受精过程中的是( ) ①精子与卵子接触,释放多种酶 ②精子释放的酶可使精子穿过透明带、卵细胞膜 ③卵子恢复分裂并很快完成了减数分裂Ⅰ ④精子和卵子的细胞核分别形成雄原核和雌原核 ⑤透明带反应可以防止多精入卵的发生 A.①②⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②④⑤ B 4.下列有关受精作用的叙述,错误的是 ( ) A.合子中全部的遗传物质,一半来自父方,一半来自母方 B.受精时,精子和卵子的染色体汇合在一起 C.合子中的染色体数与本物种体细胞中的染色体数相同 D.合子中的染色体,一半来自父方,一半来自母方 A 5.下列关于哺乳动物早期胚胎发育的叙述,正确的是 ( ) A.合子形成后立即进入子宫内进行有丝分裂 B.卵裂时随着细胞数目的增加,胚胎总体积增大 C.桑葚胚阶段前的每个细胞都属于全能细胞 D.内细胞团将来发育成胎盘和胎膜 C 6.下图为哺乳动物早期胚胎发育的过程示意图,下列有关叙述错误的是 ( ) A.过程a和b使胚胎中有机物的含量减少 B.Ⅰ时期胚胎中的细胞具有全能性 C.细胞分化开始于Ⅲ时期 D.图示过程中,部分细胞中的遗传物质可能发生改变 C $$