第2章 第3节 第1课时 胚胎工程的理论基础-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修3 生物技术与工程 创新导学案word（人教版2019 多选版）

第3节　胚胎工程 第1课时　胚胎工程的理论基础 1.简述受精的基本过程。2.简述胚胎早期发育的基本过程。 知识点一　胚胎工程 1．概念：指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞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。 2．技术手段：体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 3．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。 4．理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。 知识点二　受精 1．概念：受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 2．场所：雌性的输卵管。 3．过程：包括受精前的准备阶段和受精阶段。 4．准备阶段 (1)准备阶段1——精子获能 刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物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”。 易漏边角 1．使精子获能的方法 (1)直接利用雌性动物的生殖道使精子获能。 (2)将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。 2．获能液成分 获能液的成分因动物种类不同而有所差异，常见的有效成分有肝素、Ca2＋载体等。 (2)准备阶段2——卵子的准备 ①卵子一般在排出2～3__h后才能被精子穿入。 ②动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。 ③卵子成熟的场所 排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。 ④卵子具备与精子受精能力的时期为MⅡ期。 ⑤具备受精能力的卵子结构。 5．受精阶段 过程 主要变化 精子穿越卵细胞膜外的结构，接触卵细胞膜 获能后的精子与卵子相遇时，首先它释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触卵细胞膜。随之，精子的细胞膜与卵细胞膜融合，卵细胞膜外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，即透明带反应 精子入卵 精子入卵后，卵细胞膜也会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，即卵细胞膜反应 形成雄、雌原核 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，叫作雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核 受精卵形成 雄、雌原核充分发育后，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 易漏边角 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。在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。 知识点三　胚胎早期发育 1．起点：受精卵。 2．开始发育场所：输卵管。 3．分裂方式：有丝分裂。 4．卵裂 胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内 进行分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 5．早期发育的胚胎各阶段及特点 (1)桑葚胚：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。 (2)囊胚 ①胚胎进一步发育，细胞逐渐分化，形成内细胞团、滋养层。 内细胞团 滋养层 位置 聚集在胚胎一端的细胞 沿透明带内壁扩展和排列的细胞 发育方向 将来发育成胎儿的各种组织 将来发育成胎膜和胎盘 ②随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔——囊胚腔，这个时期的胚胎叫囊胚。 ③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。 易漏边角 囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。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中胚层。这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。 课堂小结 1．(目标1)下列关于受精作用及结果的叙述，正确的是(　　) A．精卵相互识别的基础是细胞膜的流动性 B．后代从双亲各获得一半的DNA C．使后代产生不同于双亲的基因组合 D．后代继承了双亲的全部遗传性状 答案　C 解析　精卵相互识别依赖细胞间的信息交流，A错误；后代细胞核中的遗传物质一半来自母方，一半来自父方，细胞质中的遗传物质几乎全部来自母方，B、D错误。 2．(目标2)下列关于蛙胚胎早期发育过程的叙述，正确的是(　　) A．在此过程中可能发生基因重组 B．通过有丝分裂不断增加细胞数量，胚胎的总体积增加 C．胚胎发育过程中细胞不发生凋亡 D．蛙胚的有机物总量减少 答案　D 解析　胚胎早期发育过程中细胞进行的是有丝分裂，不存在基因重组现象，A错误；胚胎早期发育过程中，通过有丝分裂不断增加细胞数量，但胚胎的总体积并不增加，B错误；胚胎早期发育过程中部分细胞会发生衰老、凋亡，C错误。 3．(目标2)下列能正确表示高等动物胚胎发育顺序的是(　　) A．受精卵→卵裂→原肠胚→囊胚→组织器官分化→幼体 B．卵→卵裂→原肠胚→组织器官分化→幼体 C．受精卵→桑葚胚→幼体→原肠胚 D．受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚→幼体 答案　D 4．(多选)(目标1、2)下列说法正确的是(　　) A．同种动物的精卵结合需要细胞表面蛋白的相互识别 B．胚胎发育过程包括细胞的分裂和分化 C．精子在体内不需经过获能过程即可受精 D．动物从母体出生是动物新个体发育的起点 答案　AB 5．(目标1、2)如图是某种哺乳动物的生殖和发育的过程图解，请据图回答： (1)写出上述生理过程的名称：A________，B________。 (2)在B过程中，精子进入雌性动物的生殖道后需首先进行__________过程，才能和卵子结合。精子和卵子结合过程中，阻止多精子入卵的第二道屏障是靠____________________。 (3)在C过程中，细胞分裂的方式是________分裂，在发育过程的________时期细胞开始出现分化。 (4)该种动物前后代中染色体数目的恒定，是通过________和________来实现的(填图中字母)。 答案　(1)减数分裂　受精作用 (2)精子获能　卵细胞膜的生理反应 (3)有丝　囊胚 (4)A　B 题型一　受精过程分析 例1　下列关于高等动物受精作用的叙述，错误的是(　　) A．在卵细胞膜和透明带之间出现两个极体表明卵子已经受精 B．在精子和卵子结合的过程中，卵子完成减数分裂Ⅱ C．精子细胞膜与卵子细胞膜的融合体现了细胞膜的结构特点 D．精子与卵子相遇后，释放出多种酶，防止多精入卵 解题分析　卵细胞在与精子完成受精作用的同时也完成了减数分裂Ⅱ，B正确；精子和卵细胞融合体现了细胞膜具有一定的流动性，C正确；精子与卵子相遇时，首先它释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触卵细胞膜，D错误。 答案　D 题后归纳 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，原因是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。 2．精子获能是指精子获得受精能力，而不是获得能量。 3．受精过程中防止多精入卵的意义是保证受精卵中染色体数目与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。 4．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。 题型二　胚胎发育过程考查 例2　(多选)如图表示某哺乳动物胚胎的早期发育过程，a～c表示相关过程，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示相关时期。下列相关叙述正确的是(　　) A．过程a表示卵裂，该时期细胞数量不断增加 B．过程b细胞逐渐分化，且分为内胚层、中胚层和外胚层 C．过程c表示孵化，孵化后发育形成Ⅲ时期表示原肠胚 D．早期胚胎发育过程中滋养层细胞会发育成胎儿的各种组织 解题分析　据图可知，Ⅰ是桑葚胚，Ⅱ是囊胚，Ⅲ是原肠胚，过程a表示卵裂，该时期细胞数量不断增加，A正确；过程b细胞逐渐分化，发育形成Ⅱ囊胚，尚未分化出内胚层、中胚层和外胚层，B错误；据图可知，过程c表示孵化，孵化后发育形成Ⅲ时期表示原肠胚，C正确；早期胚胎发育过程中内细胞团细胞会发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞发育成胎膜和胎盘，D错误。 答案　AC 例3　(多选)下图表示高等动物的个体发育过程，说法正确的是(　　) A．图中①过程属于胚胎早期发育过程 B．桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化 C．b过程中细胞的核质比逐渐增大 D．孵化后的囊胚出现滋养层，滋养层可以发育成胎膜和胎盘 解题分析　b过程中胚胎体积并不增加，而细胞数目不断增多，因此细胞体积变小，细胞的核质比逐渐增大，C正确；滋养层出现在孵化前，D错误。 答案　ABC 题后归纳 (1)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。 (2)桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化，并逐渐形成囊胚，囊胚阶段细胞的全能性仍然很高。 题型三　胚胎发育早期细胞及物质的变化规律 例4　如图表示某哺乳动物的受精卵发育至桑葚胚过程中，核DNA总量、每个细胞体积、物质种类、有机物总量、所有细胞体积之和的变化趋势，其中正确的是(　　) A．①②③ B．①③④ C．①②④⑤ D．②③④⑤ 解题分析　受精卵发育至桑葚胚的过程中，主要是通过卵裂(有丝分裂)实现的，每一次分裂都发生核DNA的复制，所以随细胞数目呈指数增长，核DNA分子的总量也呈指数增长，①正确；在卵裂过程中，细胞的数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加，所以每个细胞的体积在逐步变小，②正确，⑤错误；从受精卵发育至桑葚胚的过程中，由于细胞通过细胞呼吸消耗有机物，而且不能从外界吸收有机物，因此胚胎中有机物的总量减少，但种类增加，③正确，④错误。 答案　A 题后归纳 从受精卵到囊胚阶段总体积不变，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，种类增多，因为细胞一直通过呼吸消耗有机物但不从外界吸收营养物质，进行呼吸作用同时有许多中间产物生成，故种类增多。 课后课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★ ★ ★★ 对点 胚胎工程概念 受精 受精的过程 受精的过程 胚胎早期发育 胚胎早期发育 胚胎早期发育 受精及早期胚胎发育 受精及早期胚胎发育 受精的过程 胚胎早期发育 胚胎早期发育 [单项选择题] 知识点一　胚胎工程概念及受精 1．下列关于胚胎工程的说法，错误的是(　　) A．胚胎工程是指对动物早期胚胎进行的多种显微操作和处理技术 B．胚胎工程主要有体外受精、胚胎移植、胚胎分割等技术 C．经处理后获得的胚胎，需要移植到雌性动物体内进行发育 D．胚胎工程实际上是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作 答案　A 解析　胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行的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，A错误。 2．下列关于受精的说法正确的是(　　) A．观察到雌雄原核为受精的标志 B．受精卵中的核DNA主要来自于卵细胞 C．到达输卵管中的卵子都是初级卵母细胞 D．卵子一经排出就具备受精能力 答案　A 解析　受精卵中的核DNA一半来自精子，一半来自卵子，B错误；不同动物排出的卵子成熟程度不同，有的是初级卵母细胞，如马、犬等，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等，所以不同动物刚到达输卵管的卵子可能是初级卵母细胞也可能是次级卵母细胞，C错误；排出的卵子，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，D错误。 3．如图表示精子入卵后，发生(或引起)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指卵细胞膜发生生理反应 B．经图中Y过程只形成了雌原核 C．精子与卵子相遇时需要释放多种酶溶解透明带等结构 D．图中Y指卵子完成减数分裂Ⅱ过程 答案　B 解析　X表示卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子进入卵内，Y表示卵子完成减数分裂Ⅱ过程，受精过程中卵子完成减数分裂Ⅱ，A、D正确；图中Y过程除形成雌原核外，还形成了第二极体，B错误。 4．下列关于哺乳动物受精的叙述错误的是(　　) A．精子头部触及卵细胞膜时出现的反应是透明带反应 B．在自然条件下，受精在子宫中完成 C．受精时只有精子头部进入卵子 D．雄原核形成的同时，卵子完成减数分裂Ⅱ 答案　B 解析　在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成，B错误；精子入卵后，尾部脱离，只有头部进入卵子，C正确；雄原核形成的同时，被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，D正确。 知识点二　胚胎早期发育 5．如图是哺乳动物胚胎发育过程中的某种胚胎，下列说法正确的是(　　) A．此图表示原肠胚，胚胎内的细胞出现了分化 B．图中①②③依次表示透明带、滋养层、内细胞团 C．②处的细胞没有增殖、分化能力 D．胚胎从②中伸展出来的过程叫作孵化 答案　B 解析　题图表示囊胚，图中①②③依次表示透明带、滋养层、内细胞团，A错误，B正确；②将来发育成胎膜和胎盘，②处的细胞有增殖、分化能力，C错误；胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化，D错误。 6．下列关于胚胎发育的叙述中，正确的是(　　) A．胚胎发育早期随细胞不断分裂体积增大 B．在桑葚胚阶段，胚胎内部出现空腔 C．囊胚时期内细胞团将来发育成胎儿各种组织 D．原肠胚含有内外两个胚层 答案　C 解析　胚胎发育的早期随细胞不断分裂胚胎总体积并不增加，A错误；在胚胎发育的囊胚阶段，胚胎内部出现含有液体的腔为囊胚腔，B错误；原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层，随着发育的进行，还会形成中胚层，D错误。 7．嵌合体是指同一个生物体中同时存在两种或两种以上染色体组成不同的细胞，且这些细胞相互间处于嵌合状态。构建某种肤色为黑白相间的嵌合体幼鼠的过程如图所示，下列有关叙述正确的是(　　) A．过程①使用的培养液需要适时更换 B．16细胞胚的形成依赖于细胞融合技术 C．囊胚的滋养层细胞发育成幼鼠的各种组织和器官 D．嵌合体幼鼠的每个细胞中都有来自白鼠和黑鼠的基因 答案　A 解析　过程①是对16细胞胚进行的培养，在培养过程中细胞代谢废物累积会对细胞产生毒害作用，所以过程①中的培养液需要适时更换，A正确；16细胞胚是两种不同来源的8细胞胚合并而成，不存在细胞融合，没有改变细胞本身的染色体数目，B错误；囊胚阶段细胞逐渐分化形成滋养层细胞和内细胞团，滋养层细胞发育成胎膜和胎盘，内细胞团发育成胎儿的各种组织器官，C错误；嵌合体是指一个机体中同时存在两种或两种以上染色体组成不同的细胞，且这些细胞相互间处于嵌合状态，因此嵌合体幼鼠的一个细胞中只有来自白鼠或来自黑鼠的基因，不会同时存在两种来源的基因，D错误。 [多项选择题] 8．如图为受精作用及早期胚胎发育示意图，下列叙述正确的是(　　) A．①过程的完成需要依赖细胞表面糖蛋白的识别，精子会释放出特殊的水解酶 B．②过程通过有丝分裂增殖，细胞的细胞核与细胞质两者的体积之比逐渐变大 C．③过程除了存在细胞的分裂，还存在细胞的分化 D．囊胚在④过程中需发生孵化，否则将无法继续发育 答案　ABCD 解析　①为受精过程，该过程需要依赖细胞表面糖蛋白的识别，精子会释放出水解酶，A正确；②过程通过有丝分裂方式增殖，细胞卵裂过程中，单个细胞体积减小，因此核质比增大，B正确；③过程除了存在细胞的分裂，还存在细胞的分化，才能形成囊胚，C正确；囊胚进一步扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化，故囊胚在④过程中需发生孵化，才能继续发育为原肠胚，D正确。 9．关于受精和早期胚胎发育的相关叙述，下列说法正确的是(　　) A．精子触及透明带的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带 B．精子入卵后，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，形成一个更大的核，叫作雄原核 C．精子触及卵细胞膜的瞬间，卵子被激活完成减数分裂Ⅱ D．卵裂期，胚胎有机物总量减少，有机物种类增加 答案　BD [非选择题] 10．根据下图所示的哺乳动物受精过程示意图，回答下面的问题。 (1)图中字母表示的结构名称是：a________、b________。 (2)图中数字表示的过程是：①____________________________、②__________________。 (3)在精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道发生相应的生理变化，具有了受精能力，这个过程叫作________。卵子在排出后一般都要在________中进一步成熟，当到__________时，才具备与精子受精的能力。 (4)动物胚胎是由受精卵经有丝分裂形成的，受精卵只由一个精子和一个卵子结合的生理基础是______________________________________________。 答案　(1)雄原核　雌原核 (2)精子穿过透明带，接触卵细胞膜　精子入卵后形成雌、雄原核 (3)精子获能　输卵管　MⅡ期 (4)透明带反应和卵细胞膜反应这两道屏障 11．如图表示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.________。 (2)写出图中各标号的名称。 ①__________，②________，③________，④________。 (3)A时期的细胞具有发育上的________性，B时期开始出现________。 (4)②将来发育成____________________。 (5)透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作________，发生在________(时期)。不能正常孵化，胚胎无法继续________。 答案　(1)桑葚胚　囊胚 (2)滋养层　内细胞团　透明带　囊胚腔 (3)全能　细胞分化 (4)胎儿的各种组织 (5)孵化　囊胚　发育 解析　(3)桑葚胚细胞具有全能性；囊胚期开始出现细胞分化，形成滋养层细胞和内细胞团。 (4)内细胞团将发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘。 12．下图为哺乳动物的生殖和个体发育过程，请据图回答下面的问题： (1)哺乳动物精子和卵细胞在________中完成受精作用。 (2)哺乳动物个体发育的起点是________，其胚胎发育的整个过程在____________________中完成。 (3)图示Ⅰ过程为________________。 (4)图中“？”处应为________，内细胞团出现于________时期。 (5)过程Ⅰ需经过多次细胞分裂才能完成，请在下图中绘出该过程中每个细胞的体积及每个细胞的核DNA含量与时间的关系。 答案　(1)输卵管 (2)受精卵　输卵管和子宫 (3)胚胎早期发育 (4)囊胚　囊胚 (5)如图所示 解析　(5)胚胎发育早期每个细胞的体积将逐渐减小，每个细胞的核DNA含量不变。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$