2.3.1 胚胎工程的理论基础-2024-2025学年高二生物同步高效教学课件（人教版2019选择性必修3）

2.3 胚胎工程 胚胎工程的理论基础 我国奶牛的单产水平无法满足国民对牛奶的需求。拥有人气明星“黑白花”奶牛之称的美国荷斯坦奶牛泌乳量高居各乳用牛之冠，母牛一般产乳量高达7000kg（305天）。引进一头成年荷斯坦奶牛奶牛往往需要数万元；同时，牛的生育率很低，一生约生育四五次。你有什么方案可以实现荷斯坦奶牛的快速大量繁殖呢？ 胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决 核移植技术进行克隆 体外受精、胚胎分割------移植给代孕母牛生下后代 良种荷斯坦奶牛 从社会中来 1.概念： 指对 进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括 等。 操作对象 目 的 2.常用技术： 3.操作水平： 主要集中在细胞水平上 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 体外受精、胚胎移植和胚胎分割 一. 胚胎工程 1978年世界首例试管婴儿 露易丝·布朗 1988年中国首例试管婴儿 郑萌珠 中国首例试管婴儿 思考1.试管婴儿技术包括哪些操作步骤？ ①体外受精 ②胚胎的早期培养 ③胚胎移植 思考2.试管婴儿培育和正常怀孕有何异同？ 相同：都通过有性生殖产生； 都要在母体子宫内发育形成胎儿。 不同：受精作用在体外， 在体外发育成早期胚胎进行胚胎移植。 胚胎工程的理论基础 1 受精 2 胚胎早期发育 二 受 精 精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 1.概念： 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜结构特点：一定的流动性 2.场所： 哺乳动物的输卵管内。 3.过程 准备阶段 受精阶段 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备 成熟精子和几种主要家畜的精子示意图 精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，哪些保留了下来？为什么？ 二. 受精 ⑤精子形成 ②尾的发育 ③精子头出现 ④细胞质浓缩 ①顶体的发生 细胞核： 高尔基体： 中心体: 线粒体： 其它物质： 精子头部的主要部分 头部的顶体 精子的尾 线粒体鞘 原生质滴 【补充】精子变形的过程和结构 精子的形成场所： 睾丸 ①获能方法 直接利用 使精子获能； 将精子培养在 中使其获能。 ②生物种类不同成分有差异； 常见有效成分有 等。 准备阶段1： 精子获能 准备阶段2：卵子的准备 刚排出的精子无受精能力 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 准备阶段 精原细胞 精细胞 精子 减数分裂 变形 肝素、Ca2+载体 精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。 二. 受精 卵子要在 内进一步成熟，达到减数第二次分裂（MⅡ期）时，才具备与精子受精的能力。 输卵管 二 受 精 放射冠（卵丘细胞） 透明带 细胞核 卵细胞膜 二. 受精 1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？ 2.防止多精入卵的机制有哪些？这有什么意义？ 3.入卵后，精子和卵子发生了哪些变化？ 4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成标志是？ 受精阶段 精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带 精子释放多种酶溶解膜外结构 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子触及卵细胞的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带 精子入卵 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 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 精子入卵后，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 防止多精入卵的两个屏障 受精完成的标志 ： 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成受精卵。第一次卵裂即将开始 雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。 受精的标志 ： （P58相关信息） 两个极体 雌雄原核 受精标志 雌雄原核形成合子 观察到两个极体或雌雄原核 1.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 当堂检测 2.下列细胞，哪一个为受精的标志（ ） C (2)图中a、b、c表示细胞分裂，依次为 ， 在精子与卵子结合过程中完成的分裂是 (填“a”“b”或“c”)。图中的p、q表示的结构依次是 。c过程发生的场所为 。当达到　 　　 　　　时,才具备与精子受精的能力。 有丝分裂、减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ c 透明带、卵细胞膜 输卵管 (3)卵子成熟后，即可进行受精，判断卵子受精的标志是______________ _________________________。 可以观察到两个 极体(或观察到雌、雄原核) 3.观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题： 减数分裂Ⅱ中期(或MⅡ期) 三. 胚胎早期发育 人卵细胞受精到受精卵卵裂后植入的过程 自主阅读课本P58，回答以下问题： 1.胚胎发育的场所在哪里？分裂方式？ 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什么特征？ 哺乳动物的________和_______ 输卵管 子宫 1.场所： 2.分裂方式： 有丝分裂 3.过程： 细胞数目达到32个，排列紧密，形似桑葚。细胞未分化，具有全能性；属于全能细胞(胚胎干细胞)。 卵 裂 期 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不增加 项目 变化 细胞数目 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的 DNA总量 有机物总量 物质种类 增多 减小 增多 不变 减少 增多 为什么？ 三. 胚胎早期发育 卵 裂 期 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊 胚 1)结构： 2)特点： 内细胞团、滋养层细胞及囊胚腔３部分。 细胞开始出现分化 发育成胎儿的各种组织 发育成胎膜和胎盘 思考：内细胞团细胞是否还具有全能性？ （可作为胎儿的各种鉴定） 胚胎进一步发育扩大， 导致　　　　破裂， 称为　　　　。 透明带 孵化 囊胚扩大→孵化 卵 裂 期 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊 胚 原肠胚 _________后，将发育形成_______； 原肠胚表面的细胞层为________，向内迁移的细胞形成_______； 随着发育的进行，一部分细胞还会在内外两个胚层之间形成______； 这三个胚层将____________________________________。 囊胚孵化 原肠胚 外胚层 内胚层 中胚层 逐渐分化形成各种组织、器官等 讨论：胚胎发育过程中开始出现细胞分化和细胞分化最显著的阶段分别是哪个时期？ 囊胚 原肠胚 原肠胚三胚层的发育 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 拓展了解——胚胎发育和个体发育 全能细胞 细胞分化 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 孵化 卵裂期 胚胎发育 个体发育 内细胞团 滋养层细胞 囊胚腔 外胚层 中胚层 内胚层 （原肠腔） 胚后发育 【注意点】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子，终点是性成熟的个体。 拓展了解——胚胎发育和个体发育 全能细胞 细胞分化 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 孵化 卵裂期 胚胎发育 个体发育 内细胞团 滋养层细胞 囊胚腔 外胚层 中胚层 内胚层 （原肠腔） 胚后发育 动物 种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育 天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 天 发育阶段 小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚 山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4 10~16细胞 绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16细胞 猪 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6细胞 马 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚 牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16细胞 不同动物受精卵发育的比较 P59 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 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？ 桑葚胚. 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。 受精 精子获能 受精前的准备 卵子准备 MⅡ期具备受精能力 雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中 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 桑葚胚 受精卵 每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织 囊胚 原肠胚 卵裂 细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加 孵化 内细胞团 滋养层 组成个体的各种组织细胞 胎盘、胎膜等胚外组织细胞 外胚层内胚层中胚层 【知识小结】 1.下图表示精子入卵后，发生(或引起)的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 B 当堂检测 第二极体 2.关于桑椹胚和囊胚的比较，以下说法错误的是（ ） A.桑椹胚的各细胞结构、功能基本相同 B.囊胚期细胞分化是由于遗传物质突变引起的 C.囊胚期的细胞出现了分化，但遗传物质未发生改变 D.囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异不是复制水平上的差异，而是转录水平 上的差异引起的 B 3.我国大陆首例由试管婴儿分娩的“试管婴儿二代宝宝”在北京大学第三医院诞生，他的母亲是我国大陆首例试管婴儿。试管婴儿技术的不断进步，为许多不孕不育患者实现了做父母的心愿。下列相关叙述错误的是( ) A.试管婴儿技术所获得的胚胎必须移植给受体才能获得后代 B.胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 C.采集的卵母细胞和精子都要进行相应的处理才能完成体外受精过程 D.精子接触透明带时，卵细胞会发生阻止多精子入卵的透明带反应 D 触及卵细胞膜的瞬间P57 4.如图表示的是哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段,请据图回答问题: (1)写出各个阶段的名称: A:　　　　　,B:　　　　　,C:　　　　　　。  囊胚 原肠胚 桑葚胚 (2)写出图中各标号的名称: ②　　　　　　,④　　　　　　　。  (3)A时期的细胞具有　　　　　性,B时期开始出现　　　　　　,C时期开始出现　　　　　　。  (4)②将来发育成　　　　　　　　　　　　。  囊胚腔 全能 内细胞团 细胞分化 胚层分化 胎儿的各种组织 一、概念检测 P59 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。（ ） 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 二、拓展应用 1.精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。 2.精子在雌性动物的生殖道内是如何获能的?除了教材中介绍的，防止多精入卵的机制还有哪些?感兴趣的话，请通过查阅相关资料或请教专家来进行了解。关于受精作用，你还能提出其他问题吗? 细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中，细胞核是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过程。线粒体是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。 出题的目的不是让学生准确地答出精子获能的机制和防止多精入卵的具体机制，而是鼓励有兴趣的学生去查阅资料或请教专家，并引导他们去查阅相对专业的书籍，这是学习的深入过程。这里涉及的问题，在普通生物学或者一般的细胞工程专著中可能找不到答案，需要查阅生殖生物学相关书籍。通过查阅专业资料，学生能了解到，精子获能的机制很神奇，防止多精入卵的机制同样神奇而且非常复杂，这都是机体在长期进化的过程中形成的、用来保障本物种延续的机制。 1.胚胎工程的定义？P56 胚胎工程包含的技术手段？ 胚胎工程的理论基础1——受精 1.受精的两个阶段？受精的场所？ 2.精子获能的定义？精子获能的场所？精子获能的方法？ 卵子成熟的部位和时期？ 3.防止多精入卵的两道屏障？P57 受精的标志？P58 胚胎工程的理论基础2——胚胎早期发育 1.胚胎早期发育的场所？ 2.胚胎早期发育分为哪几个阶段？ （1）卵裂期的特点？细胞分裂方式? 注意：细胞数量？每个细胞的体积？有机物的总量？有机物种类？DNA总量？ （2）什么时期的细胞具有全能性？什么时期的细胞开始分化？什么时期出现胚层分化？ （3）囊胚期的细胞类型和功能？ 胚胎工程技术1——体外受精 1.试管动物的流程？ 2.体外受精的步骤？ 胚胎工程技术2——胚胎移植 1.胚胎移植的定义？ 2.移植胚胎的来源？P61 3.胚胎移植的实质？P62-T4 4.胚胎移植的优势？地位？P6 5.胚胎移植的步骤？ P61最后一段 注意：①供体、受体母牛的选择要求？ ②两次处理的对象？同期发情处理的目的？超数排卵处理所用的激素？ 6.胚胎移植的生理学基础？（4条） 胚胎工程技术3——胚胎分割 1.胚胎分割的生殖方式？原理？意义？ 2.胚胎分割的时期？注意什么？ 3.胚胎移植前如何进行性别鉴定？ 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