第3节 第1课时 胚胎工程的理论基础-【金版新学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 不定项）

第3节　胚胎工程 第1课时　胚胎工程的理论基础 [学习目标]　1.运用结构与功能观，说明精子和卵细胞的结构与功能之间的关系。　2.基于受精和胚胎早期发育的过程，运用归纳与概括、模型与建模等方法说明受精卵和胚胎早期发育各阶段的特点。 知识点一　受精 1．胚胎工程的概念 (1)操作对象：动物生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。 (2)技术基础：如体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。 (3)特点：经过多种显微操作和处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 (4)理论基础：哺乳动物在自然条件下受精和早期胚胎发育的规律。 (5)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。 2．受精 (1)概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 (2)场所：在自然条件下，哺乳动物的受精在雌性动物的输卵管内完成。 (3)过程 学生用书第67页 [精通教材] 1．精子获能是精子获得能量吗？ 提示：不是，精子获能是指精子获得受精能力，而不是获得能量。 2．雌、雄原核能理解成与卵子、精子原来的核完全一样吗？ 提示：不能，雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。 任务　分析受精过程 受精过程包括受精前的准备阶段和受精阶段。观察哺乳动物受精过程，并回答相关问题。 (1)刚采集到的精子是否能与卵子立即结合完成受精作用？为什么？ 提示：不能。刚采集到的精子没有受精能力，必须先对精子进行获能处理，才能进一步受精。 (2)刚排出的卵子具有受精能力吗？为什么？ 提示：不具有。卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程，要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期才具备与精子受精的能力。 (3)受精的标志是观察到两个极体或雌、雄原核。 (4)防止多精入卵受精的生理反应有哪些？有什么意义？ 提示：两道屏障，一是透明带反应，二是卵细胞膜反应。防止多精入卵，保证受精卵中染色体数目与亲代体细胞染色体数一致，从而保证遗传的稳定性。 [核心归纳] 1．精子获能 (1)场所：雌性动物的生殖道。 (2)其他获能方法：将精子培养在获能液中使其获能，获能液的有效成分有肝素、Ca2+载体等。 2．受精的标志：透明带和卵细胞膜之间有两个极体或雌、雄原核。因为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和一个第二极体。 3．受精过程中的两大反应、两道屏障 4．关于体内受精应注意的几个问题 (1)动物排出的卵子成熟程度不同，但它们都要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。 (2)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。 应用1.下列关于体内受精过程的排序，正确的是(　　) ①卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内　②雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵　③精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外 学生用书第68页 的一些结构　④卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带　⑤雌、雄原核的形成 A．③④⑤②① B．④③①⑤② C．③①④⑤② D．③④①⑤② 答案：D 解析：受精过程的顺序为：③精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构→④卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带→①卵细胞膜反应→⑤雌、雄原核的形成→②雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵，D正确。 受精的标志≠受精完成的标志：受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。　　 应用2.如图表示精子入卵后，发生一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是(　　) A．图中X指卵细胞膜反应，Y指卵子的减数分裂Ⅱ B．经图中Y过程只形成了雌原核 C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合 D．精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶 答案：B 解析：X表示卵细胞膜反应，是防止多精入卵的第二道屏障，Y表示减数分裂Ⅱ，在受精过程中卵子完成减数分裂Ⅱ，A正确；经图中Y过程，除形成雌原核外，还形成第二极体，B错误；精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合，C正确；精子入卵后，尾部留在外面并在溶酶体的作用下自溶，D正确。 两看法区别透明带反应、卵细胞膜反应 1．从发生时间看：透明带反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间；卵细胞膜反应发生在精子入卵后。 2．从生理作用看：透明带反应可防止多个精子穿越透明带，是防止多精入卵的第一道屏障；卵细胞膜反应是防止多精入卵的第二道屏障。 　　 知识点二　胚胎早期发育 1．场所：输卵管。 2．过程 [精通教材] 1．胚胎早期发育过程中，具有全能性的时期有哪些？ 提示：桑葚胚期及之前的时期。 2．胚胎发育的场所一直是在输卵管吗？ 提示：不是，胚胎发育的初期在输卵管，着床后到分娩前的一段时间是在母体的子宫内。 任务　分析胚胎早期发育过程 　如图为哺乳动物胚胎早期发育的过程。据图回答下列问题： (1)图中所示胚胎的名称：Ⅰ表示桑葚胚，Ⅱ表示囊胚，Ⅲ表示原肠胚。 (2)细胞分化开始出现于哪个时期？滋养层细胞将来形成什么结构？ 提示：细胞分化开始出现于Ⅱ(囊胚)时期；滋养层细胞将来形成胎膜和胎盘。 (3)早期胚胎的发育过程中，卵裂时细胞的体积和所有的细胞体积之和有何变化？ 提示：卵裂过程中，细胞只分裂而不生长，所以每个细胞的体积越来越小，但总体积并不增加或略有缩小。 学生用书第69页 (4)胚胎发育过程中细胞分化最显著的阶段是哪个时期？细胞分化的原因是什么？ 提示：细胞分化最显著的阶段是Ⅲ原肠胚。细胞分化的原因是细胞内基因的选择性表达。 [核心归纳] 1．卵裂期细胞或物质的变化规律 项目 变化 项目 变化 细胞数目 增多 每个细胞内的DNA总量 不变 每个细胞体积 减小 有机物总量 减少 DNA总量 增多 物质种类 增多 2.掌握胚胎发育各个时期的特点 (1)高等动物个体发育的起点是受精卵，终点是性成熟的个体。受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。动物细胞全能性随分化程度的提高而越来越难以表现。 (2)桑葚胚及以前阶段的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能。 (3)囊胚阶段细胞开始出现分化，囊胚阶段的内细胞团细胞具有发育的全能性。 (4)原肠胚阶段细胞进一步分化，已分化形成外、中、内三个胚层。 应用1.(2024·天津高二期末)下图表示的是蛙的受精卵发育至囊胚的过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势(横坐标表示发育时间)。其中正确的是(　　) A．①② B．①③ C．②④ D．③④ 答案：A 解析：受精卵发育至囊胚的过程主要是通过卵裂实现的，卵裂是受精卵进行连续的有丝分裂，每一次分裂都发生染色体的复制，从分子水平上看，它包括DNA的复制和有关蛋白质的合成，所以随着细胞数目的增加，DNA分子总量也呈指数形式增长，①正确；在卵裂过程中，随细胞数目的增加，每个细胞的体积在逐渐变小，囊胚的总体积与受精卵的大小相似，且囊胚中还出现了囊胚腔，因此所有细胞体积之和应该略有减小，②正确，③错误；蛙的胚胎发育所需的营养物质来自受精卵中的卵黄，在卵裂过程中，细胞不断分裂需要消耗大量能量，能量是通过细胞氧化分解有机物提供的，在此过程中，胚胎不能从外界摄入有机物，故有机物含量逐渐减少，④错误。综上，A正确。 早期胚胎发育认识的三个误区 1．误认为子宫是唯一的发育场所。受精卵形成后即在输卵管内开始进行有丝分裂，输卵管为受精卵发育的最初场所。 2．误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。卵裂时期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。 3．误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减少，但有机物种类增加。 　　 应用2.(2024·贵州遵义模拟)下图为哺乳动物受精卵发育过程中某一时期的示意图，下列叙述正确的是(　　) A．图中的细胞还没有分化，图中①②③依次为透明带、滋养层、内细胞团 B．此图为卵裂期，胚胎的总体积并未增加，有机物的总量减少 C．对胚胎性别进行鉴定时，取③中的细胞做性别鉴定 D．胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化 答案：D 解析：题图为囊胚期示意图，囊胚时期细胞已出现分化，形成滋养层和内细胞团，A错误；题图为囊胚期，胚胎的总体积并未增加，有机物的总量减少，B错误；对胚胎进行性别鉴定时，宜取囊胚期的②滋养层细胞进行鉴定，C错误；胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化，D正确。 应用3.如图为受精作用及早期胚胎发育示意图，下列叙述错误的是(　　) A．①过程需依赖细胞表面糖蛋白识别 B．②过程通过有丝分裂方式增殖 C．③过程细胞的“核/质”的值逐渐变小 D．④过程细胞的基因表达发生了差异 答案：C 解析：①为受精过程，该过程需要依赖细胞表面糖蛋白识别，A正确；②为卵裂过程，该过程通过有丝分裂方式增殖，B正确；细胞分裂过程中，单个细胞体积减小，但核物质(DNA)不变，因此“核/质”的值增大，C错误；④过程中发生细胞分化，而细胞分化的实质是基因的选择性表达，D正确。 学生用书第70页 思维导图 要语必背 1.受精是精子与卵子结合形成合子的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。卵子要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。 2.防止多精入卵的两道屏障：(1)透明带反应；(2)卵细胞膜反应。 3.囊胚期形成的内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织；滋养层细胞，将来发育成胎膜和胎盘。 4.囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化。 1．(2024·江西宜春高二开学考试)下列有关受精作用及胚胎发育的说法，正确的是(　　) A．防止多精入卵的两道屏障是核膜反应和透明带反应 B．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加 C．桑葚胚从透明带中伸展出来的过程称为“孵化” D．卵子是否受精的标志是卵细胞膜和透明带之间是否出现两个极体 答案：D 解析：防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应，A错误；卵裂期胚胎中细胞数目在不断增加，而有机物的总量因为细胞呼吸消耗而减少，B错误；囊胚从透明带中伸展出来的过程称为“孵化”，C错误；卵子是否受精的标志是卵细胞膜和透明带之间是否出现两个极体，受精完成的标志是雌、雄原核融合，D正确。 2．(2024·江苏淮安高二期末)下列有关受精过程的说法，不正确的是(　　) A．精子的细胞膜和卵细胞膜相互融合依赖于细胞膜的流动性 B．精子在雌性动物的生殖道中获能后才能参与受精 C．受精过程中透明带和卵细胞膜都会发生相应生理反应来防止多精入卵 D．精子入卵后，保留原有的核膜，细胞核体积增大成为雄原核 答案：D 解析：精子入卵后，尾部脱离，原有核膜破裂形成新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的雄原核，D错误。 3．(2024·辽宁朝阳阶段练习)研究发现，小鼠四倍体胚胎具有发育缺陷，只能发育成胎盘等胚胎以外的结构。ES细胞能够诱导分化形成所有的细胞类型，但很难分化形成胎盘。四倍体胚胎与ES细胞的嵌合体则会使二者的发育潜能相互补偿，可得到ES小鼠，其中的四倍体胚胎只能发育成胚外组织，下列叙述正确的是(　　) A．将2细胞期胚胎用灭活病毒诱导法使2细胞融合，可得到一个含四个染色体组的细胞 B．嵌合体中的ES细胞具有自我更新能力并只能分化为胎盘等胚外组织 C．嵌合体胚胎不能发育成一个完整的个体 D．嵌合体发育形成的ES小鼠基因型与供体ES细胞的基因型不同 答案：A 解析：正常小鼠是二倍体，所以将两个处于2细胞期胚胎的细胞用灭活病毒诱导法融合后，可得到一个含四个染色体组的细胞，A正确；嵌合体中的ES细胞具有自我更新能力，很难分化形成胎盘，可分化为除胎盘以外的所有细胞类型，B错误；由题知“四倍体胚胎与ES细胞的嵌合体则会使二者的发育潜能相互补偿，可得到ES小鼠”，即可以发育成一个完整个体，C错误；四倍体胚胎与ES细胞的嵌合体会使二者的发育潜能相互补偿，得到的ES小鼠中的四倍体胚胎只能发育成胚外组织，所以嵌合体发育形成的ES小鼠基因型与供体ES细胞的基因型相同，D错误。 4．(2024·山东聊城期中)研究人员欲采用“异源囊胚补全法”将人源iPS细胞培育出的肾元祖细胞导入囊胚，然后移植到去除生肾区既存的肾元祖细胞的仔猪体内，培育出100%人源iPS细胞来源的肾单位并实际应用于移植医疗(如图所示)。下列说法正确的是(　　) 学生用书第71页 A．移植后的囊胚进一步扩大，会导致滋养层破裂，胚胎从其中伸展出来 B．该技术培育的人源肾脏可以移植到任意患者体内而不发生排斥反应 C．过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入囊胚的滋养层 D．将iPS细胞培育成肾元祖细胞的过程涉及基因的选择性表达 答案：D 解析：移植后的囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化，A错误；该技术培育的人源肾脏依然需要考虑肾移植个体之间的遗传差异，因为人源iPS细胞也可由不同的人体细胞诱导而来，B错误；过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入猪的囊胚的内细胞团，从而保证人源肾元祖细胞的正常发育，因为内细胞团会发育成完整胚胎，C错误；iPS细胞培育成肾元祖细胞的过程为细胞分化，涉及基因的选择性表达，D正确。 5．(2024·河北唐山高二期中)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞、制备流程如图所示。下列叙述错误的是(不定项)(　　) A．b细胞为沿透明带内壁排列的滋养层细胞，可发育为胎盘和胎膜 B．诱导多能干细胞(iPS细胞)应用前景优于取自a细胞的胚胎干细胞 C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞 D．胚胎干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织 答案：CD 解析：b细胞为滋养层细胞，是受精卵分裂分化形成的，将来发育成胎盘和胎膜，A正确；胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因此限制了其在医学上的应用，iPS细胞诱导过程中无须破坏胚胎，且其来自病人自身的细胞，将它移植回病人体内，理论上可避免免疫排斥，因此iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞，B正确；用胰蛋白酶处理的目的是分解细胞间的蛋白质，而不是细胞上的膜蛋白，C错误；胚胎干细胞具有较弱的组织特异性，也就是说全能性很高，能分化为机体几乎所有的细胞类型，D错误。 6.(创新情境)体外受精技术实际上是在体外条件下，对人的自然受精过程进行的模拟操作。右图表示体内受精的部分过程，有关分析错误的是(　　) A．图中的第一极体和卵子均处于减数分裂Ⅱ中期，故体外受精时应从卵巢中选择吸取减数分裂Ⅰ中期的卵子 B．①②过程卵细胞会通过透明带反应和卵细胞膜反应，拒绝其他精子再进入卵内 C．精子入卵后，被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核 D．受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育 答案：A 解析：排出的卵子需要在输卵管内进一步成熟，才能参与受精，所以在体外受精时应从输卵管内冲取成熟的卵子，若从卵巢内获取卵母细胞，则需要在体外培养到减数分裂Ⅱ中期才能参与受精，A错误；根据受精过程可知，①②过程卵细胞会通过透明带反应和卵细胞膜反应，拒绝其他精子再进入卵内，B正确；精子入卵后，卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核，C正确；受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$