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

第2章 细胞工程 第3节 胚胎工程 第1课时 胚胎工程的理论基础 高中生物选择性必修3 生物技术与工程 1 哺乳动物在自然条件下受精和早期胚胎的发育规律是胚胎工程重要的理论基础。阐述细胞的结构与功能的适应。（生命观念） 2 以过程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程。（科学思维） 学习目标 我国对奶类的总需求量很大，但我国奶牛的单产水平并不高。而引进一头外国高产成年奶牛往往需要数万元。 能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢? 遗憾的是，牛的生育率很低！ 但克隆技术又不够成熟，克隆动物可能存在健康问题，如何解决这个难题呢？ 良种荷斯坦奶牛 动物体细胞核移植技术进行克隆 可以通过体外受精（有性生殖）、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。 【胚胎工程技术】 P56 从社会中来 情境导入 SZ-LWH 3 胚胎工程的概念 受精 胚胎早期发育 第1课时 胚胎工程的理论基础 1 2 3 目 录 SZ-LWH 胚胎工程是指对 进行多种显微操作和处理，然后将获得的 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 技术种类 工程实质 理论基础 动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞 体外受精、胚胎移植、胚胎分割 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。 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 胚胎移植 体外受精、胚胎移植和胚胎分割 一、胚胎工程的概念 SZ-LWH 5 胚胎工程 胚胎早期发育 受精 胚胎移植 体外受精 胚胎分割 基本技术及应用 理论基础 体外受精 早期胚胎培养 胚胎分割 胚胎移植 短内时间内 可产生大量后代 一、胚胎工程的概念 SZ-LWH 胚胎工程的概念 受精 胚胎早期发育 第1课时 胚胎工程的理论基础 1 2 3 目 录 SZ-LWH 受精 定义 阶段 受精前的准备阶段 受精阶段 指 和 结合形成合子(即 )的过程。 准备阶段Ⅰ——精子获能 准备阶段Ⅱ——卵子的准备 输卵管内 精子 卵子 受精卵 细胞间的信息交流（细胞膜上的糖蛋白有识别作用） 细胞膜具有一定的流动性 问题：精卵相互识别的体现细胞膜什么功能？ 精卵融合的结构基础是什么？ 场所 二、受精 SZ-LWH 8 精原细胞 大量精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精子 有丝分裂 染色体复制及相关蛋白质合成 细胞变形 第一阶段 第二阶段 第三阶段 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ （3）精子的结构： 头 颈 线粒体鞘 尾巴 顶体 （主要是细胞核） （为精子运动提供能量） （由中心体演变而来） 1.精子的形成过程 （1）场所： 曲细精管 在雄性动物的 内完成。 （2）时期： 从 开始到 衰退。 初情期 生殖机能 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 睾丸 二、受精 SZ-LWH 科学研究发现，刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，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，这一生理现象称为“精子获能” 精子获能的方法： ①直接利用雌性动物的生殖道 ②培养在人工配制的获能液 2.准备阶段Ⅰ——精子获能 肝素 Ca2＋载体 精子获能的原因：精液由精子和精浆组成，精浆中含有抑制精子获能的物质，只有精子进入雌性动物的生殖道后，由生殖道分泌产生相关物质解除对精子的抑制，才能使精子获得受精的能力。 二、受精 SZ-LWH 3.卵子的形成过程 （1）场所： （2）时期： 在雌性动物的 内完成。 动物的胚胎在 以后。 卵巢 性别分化 卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于减数分裂Ⅰ前期 分裂过程不连续，有两次暂停。 二、受精 SZ-LWH 11 排出的卵子要在输卵管内发育到 时，才具备与精子受精的能力。 MⅡ期 原始卵泡 成熟卵泡 黄体 次级卵母细胞 4.准备阶段Ⅱ——卵子的准备 卵原细胞 初级卵母细胞 马、犬排卵 猪、羊排卵 发育 次级卵母细胞 MⅡ期卵母细胞 二、受精 SZ-LWH 12 二、受精 SZ-LWH 二、受精 SZ-LWH 5.哺乳动物受精过程 透明带 卵细胞膜 核 （纺锤体-染色体复合物） 第一极体 卵的外面具有外被，其成分主要是糖蛋白，是由卵细胞或其它细胞分泌的。在哺乳动物中这种外被叫做透明带，其作用是保护卵子，阻止异种精子进入。 放射冠 二、受精 SZ-LWH 15 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构（放射冠和透明带） 顶体反应 获能后的精子与卵子在输卵管相遇 释放多种酶（顶体酶） 溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带） 借助精子自身运动 精子接触卵细胞膜 5.哺乳动物受精过程 二、受精 SZ-LWH 精子发生顶体反应，使顶体内的酶(顶体酶)释放出来，直接溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越通路。顶体酶将透明带溶出一条孔道，精子借自身运动穿越透明带。 16 第2步：透明带反应 在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。 阻止多精入卵的第一道屏障 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。 阻止多精入卵的第二道屏障 第4步：卵细胞膜发生生理反应 第3步：精子入卵 精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。 二、受精 SZ-LWH 17 精子与卵细胞膜接触时，立即被微绒毛抱合，精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。 阻止多精入卵的第二道屏障 精子入卵后，发生卵细胞膜反应。 卵黄膜上的微绒毛抱住精子 思考：精子是如何进入卵细胞膜的？ 精子入卵后卵细胞膜会发生什么反应？ 有何作用？ 二、受精 SZ-LWH 第5步：雌雄原核的形成 ①雄原核的形成： 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，形成一个比原 来精子的核还大的核，叫做雄原核。 ②雌原核的形成： 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。 雄原核 第一极体 放出的 第二极体 卵子完成减数分裂Ⅱ 输卵管 精子入卵激活后 发生场所： 发生时间： 雌原核 注意：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。 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ 二、受精 SZ-LWH 第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成 雌、雄原核充分发育 相向移动，彼此靠近 核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 受精的标志： a.观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间） b.观察到雌、雄原核。 受精完成的标志： 雌、雄原核融合形成合子 二、受精 SZ-LWH 20 获能后的精子穿越透明带 精子触及卵细胞膜的瞬间，发生透明带反应 精子入卵后，发生 卵细胞膜反应 形成雌原核和雄原核 形成合子（受精卵） 防止多精入卵的第一道防线 防止多精入卵的第二道防线 保证受精卵中的遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证了遗传的稳定性。 受精完成的标志 受精的标志 （或者观察到两个极体） 5.哺乳动物受精过程 受精卵的核基因是精子和卵子各占一半； 受精卵的质基因几乎全部来自卵子。 二、受精 SZ-LWH 1.精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管(　　) 2.精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用(　　) 3.受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、 雄原核融合形成合子(　　) 4.动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发 育到MⅡ期才具备受精能力(　　) √ × √ × 正误判断 二、受精 SZ-LWH 1.阻止多精入卵的两道屏障： 第一道： 时间： ； 第二道： 时间： 。 2.两个标志： 受精标志： ； 受精完成标志： 。 3.精子与卵细胞的结合， 体现了细胞膜具有 的功能？ 体现了细胞膜什么特性？ 。 精子触及卵细胞膜的瞬间 精子入卵后 透明带反应 卵细胞膜反应 观察到两个极体或者雌、雄原核 雌、雄原核融合，形成合子（受精卵） 进行细胞间信息交流 细胞膜具有一定的流动性 巩固练习 二、受精 SZ-LWH 胚胎工程的概念 受精 胚胎早期发育 第1课时 胚胎工程的理论基础 1 2 3 目 录 SZ-LWH 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 次级卵母细胞 受精 2细胞期 4细胞期 8细胞期 受精卵 桑葚胚 囊胚 着床 1.场所： 2.分裂方式： 受精卵 卵裂 桑葚胚 囊胚 原肠胚 输卵管和子宫 有丝分裂 输卵管 （透明带） 子宫 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。 3.过程： 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 26 受精卵→桑葚胚 ①时期： ②场所： ③特点： 在透明带内 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 不变 减少 不增加 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊 胚 原肠胚 原肠胚 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 卵裂期 细胞数量 胚胎总体积 不断增加 并不增加 卵裂（期） 3.过程 卵裂: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。 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 桑葚胚 (2)特点： 当卵裂产生的子细胞数目达到32个，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。 (1)概念： 这一阶段及之前的每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。 桑葚胚 桑葚 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊 胚 原肠胚 3.过程 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 囊 胚 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊 胚 原肠胚 3.过程 透明带 细胞开始分化 （聚集在胚胎一端的细胞） （沿透明带内壁扩 展和排列的细胞） 具有全能性 孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 内细胞团 滋养层 囊胚腔 发育成 胎盘和胎膜 发育成 胎儿的各种组织 特点： 结构： 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊 胚 原肠胚 3.过程 原肠胚 滋养层 内胚层 原肠腔 外胚层 外胚层 内胚层 中胚层 表面的细胞层 向内迁移的细胞 内外两个胚层之间 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体。 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： 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 31 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 胚后发育 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） 归纳总结 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 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。 2.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。 3.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。 4.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。 囊胚期细胞开始分化，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。 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 早期胚胎发育认识的误区 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。 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 34 不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间有明显的差异。请分析下表，讨论相关问题(注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间) 不同动物受精卵发育的比较 P59 特别提醒 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 讨论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 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 讨论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？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，在实践中通常发育到囊胚阶段的胚胎进行移植； 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 讨论3：为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的而研究，会为胚胎工程提 供理论基础？ 人们正是在认识自然受精和早期胚胎发育的规律的基础上，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中完成受精，获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育等。 三、胚胎早期发育 SZ-LWH (1)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂(　　) (2)囊胚的滋养层细胞具有全能性(　　) (3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期(　　) (4)囊胚内的内细胞团将来发育成胎盘和胎膜(　　) (5)胚胎发育的场所是输卵管(　　) × × × × × 正误判断 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 下图表示哺乳动物胚胎早期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. 。 （2）写出图中各标号的名称：[①] ；[②] ； [③] ； [④] 。其中②能发育为胎儿的各种组织，表明其仍具有 。 （3）A阶段的细胞具有发育上的全能性，B阶段的细胞开始出现 ，B时期中的①将来发育成______________，该胚进一步扩大，导致③的破裂，这一过程叫做_______。 桑葚胚 囊胚 原肠胚 滋养层 内细胞团 透明带 囊胚腔 全能性 分化 胎盘和胎膜 孵化 典例分析 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 如图表示人的受精卵在卵裂期过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、细胞数量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是（ ） A.①② B.①③ C.②④ D.③④ 典例分析 C 三、胚胎早期发育 SZ-LWH 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 课堂小结 SZ-LWH 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 一、概念检测 教材P59 练习与应用 SZ-LWH 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。 提示：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。 二、拓展应用 教材P59 练习与应用 SZ-LWH 提示：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。 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? 教材P59 练习与应用 SZ-LWH Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$