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

第二章 第3节 第1课时 胚胎工程的理论基础 1.简述受精和胚胎早期发育的基本过程。 2.说明胚胎的形成经过了受精及早期发育 等过程。 本节聚焦 从社会中来 事例一：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？ 可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。 从社会中来 事例二：国家统计局数据显示，我国结婚登记女性的年龄占比中，35岁及以上非最佳育龄妇女的占比正逐年增加。晚婚晚育与不孕不育增加的趋势也高度重合。目前，我国育龄夫妇的不孕不育率已经攀升至约12%-18%。这些夫妇特别想要一个自已的孩子，有什么好的建议能让他们实现心愿么？ 试管婴儿。即：体外受精联合胚胎移植技术 胚胎工程的迅猛发展，终使这些难题得到解决。 胚胎工程的概念 是指对生殖细胞、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。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 操作对象 技术种类 工程实质：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。 理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律 ——受精和受精阶段 胚胎早期发育 胚胎工程的理论基础 细胞膜具有：一定的流动性 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 一、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：哺乳动物的受精在输卵管内完成。 3.过程：包括受精前的准备阶段和受精阶段。 二、受精前的准备工作 准备阶段1——精子获能 1.概念：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”。 2.获能的方法： a.直接在雌性动物的生殖道内发生使精子获能； b.将精子培养在人工配制的获能液中使其获能 体内获能 体外获能 生物种类不同成分有差异； 常见有效成分有肝素、Ca2+载体等。 二、受精前的准备工作 准备阶段2——卵子的准备 卵子要在输卵管内进一步成熟，达到减数第二次分裂中期（MⅡ中期）时，才具备与精子受精的能力。 动物排出的卵子成熟程度不同，可能是初级卵母细胞(如马、犬等)，可能是次级卵母细胞(如猪、羊等)。 具备受精能力的卵子结构 三、受精阶段 三、受精阶段 精子穿越卵细胞膜外的结构， 如透明带 精子接触卵细胞膜 释放出多种酶，以溶解这些结构 精子入卵 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 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 透明带反应 卵细胞膜反应 防止多精入卵的两个屏障 三、受精阶段 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，形成雄原核。激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核。 受精的标志：观察到两个极体或雌雄原核 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。 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 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 受精和受精阶段 ——胚胎早期发育 胚胎工程的理论基础 四、胚胎早期发育 1.场所：输卵管和子宫 2.分裂方式：有丝分裂 3.发育过程： 受精卵 桑椹胚 囊胚 原肠胚 卵裂 四、胚胎早期发育 3.发育过程： 1.卵裂： （1）概念：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，胚胎总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 （2）场所：透明带内 （3）分裂方式：有丝分裂 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑椹胚 （4）特点： 细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加 每个细胞体积不断减小 DNA总数目不断增加 每个细胞的核DNA数目不变 有机物总量减少，有机物种类增加 卵裂过程中的变化及原因分析 变化 原因 有机物总量减少 早期胚胎还没有和母体建立联系,不能从母体获取有机物,但一直呼吸消耗有机物 细胞数目增多、每个细胞体积减小 进行卵裂,胚胎总体积不增加,但细胞数目增多 胚胎总DNA含量增加,每个细胞中核DNA含量保持相对稳定 进行卵裂(有丝分裂),细胞数量增加,但亲子代细胞中核DNA保持稳定 四、胚胎早期发育 3.发育过程： 2.桑葚胚： （1）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。 （2）特点：这一阶段及之前的每一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 桑葚胚 （1）概念：胚胎进一步发育，细胞开始出现分化，形成内细胞团、滋养层细胞；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔—囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚； 3.囊胚： 四、胚胎早期发育 3.发育过程： 桑葚胚 3.囊胚： （2）特点：细胞开始出现分化 （3）结构： ①内细胞团：聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团，将来发育成胎 儿的各种组织。 ②滋养层细胞：沿透明带内壁扩展和排列的细胞，称为滋养层细胞， 它们将来发育成胎膜和胎盘。 （4）孵化： ①囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从透明带中伸展出来，这一过程叫做孵化。 ②意义：孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 四、胚胎早期发育 3.发育过程： 桑葚胚 4.原肠胚： （2）特点：细胞分化程度显著 （1）概念：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 四、胚胎早期发育 胚胎发育和个体发育 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 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。 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 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 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。 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 3. 为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础?请结合所学习的内容举例说明。 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等。 本章小结 ~~~~~练习与应用~~~~~ 一、概念检测 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。（ ） × × √ ~~~~~练习与应用~~~~~ 一、概念检测 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 ~~~~~练习与应用~~~~~ 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。 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。 ~~~~~练习与应用~~~~~ 二.拓展应用 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? 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。 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多种显微操作和处理的技术 B．胚胎工程主要有体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术 C．经处理后获得的胚胎，需要移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的需求 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 A 随堂演练 解析： 胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎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，A错误。 随堂演练 2．下列关于体内受精过程的排序，正确的是(　　) ①受精卵第一次分裂开始 ②释放第二极体 ③获能后的精子与卵子相遇并释放多种酶 ④精子穿越卵细胞膜外的结构 ⑤雌、雄原核的形成 ⑥两个原核靠近，核膜消失 A．①②③④⑤⑥ B．③②④⑤⑥① C．④⑤②①③⑥ D．③④②⑤⑥① D 随堂演练 解析： 体内受精的具体过程为③获能后的精子与卵子相遇并释放多种酶→④精子穿越卵细胞膜外的结构→精子入卵→②卵子完成减数分裂Ⅱ并排出第二极体→⑤雌、雄原核的形成→⑥雌、雄原核靠近，核膜消失→①受精卵第一次分裂开始，D正确。 随堂演练 3．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。下列相关叙述错误的是(　　) A．精子获能后，才具有与卵子受精的能力 B．精子入卵后，透明带会迅速发生生理反应，阻止其他精子入卵 C．受精卵早期在透明带内进行有丝发裂，进一步发育形成桑葚胚 D．囊胚期的内细胞团将发育成胎儿的各种组织 B 随堂演练 解析： 刚排出的精子不能立即与卵子结合，必须在雌性动物的生殖道内获能后，才能获得受精能力，A正确； 精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，从而防止其他精子进入卵细胞，B错误； 早期胚胎发育的过程是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚，即受精卵早期在透明带内进行有丝分裂，进一步发育形成桑葚胚，C正确；囊胚期的内细胞团将发育成胎儿的各种组织，D正确。 随堂演练 4．如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是(　　)   A．图中①过程表示胚胎发育 B．由受精卵形成囊胚的过程中进行卵裂，每个细胞的体积不断增大 C．桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化 D．图中性成熟的个体是通过无性生殖获得的 C 随堂演练 解析：胚胎发育是指从受精卵发育为成熟的胎儿的过程，①过程属于胚胎早期发育，A错误；由受精卵形成囊胚的过程中进行了卵裂，每个细胞的体积不断减小，B错误；桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化，逐渐形成囊胚，C正确；图中性成熟的个体是由精卵结合形成的受精卵发育而来的，属于有性生殖，D错误。 随堂演练 5．1890年英国剑桥大学的生物学家将纯种安哥拉兔的两个4细胞胚胎移入一只纯种比利时兔的输卵管内，成功地产下两只纯种安哥拉兔，在此之后胚胎工程技术开始广泛地发展起来。请根据胚胎工程相关的知识回答下列问题。 (1)胚胎工程是指对动物的_______________________________所进行的多种显微操作和处理技术。 (2)在自然条件下受精过程是在雌性的输卵管内完成的，完成这个过程的前提是________和卵子发育至________期。 (3)胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为卵裂期。其特点是________________________________。 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 精子获能　 MⅡ 细胞分裂方式为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加 随堂演练 解析：(1)胚胎工程是指对动物生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞所进行的多种显微操作和处理技术。 (2)自然状态下，精子需要进行获能处理，卵子在输卵管内发育到MⅡ期时，精卵细胞才能在输卵管结合完成受精过程。 (3)卵裂期细胞分裂方式为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。 随堂演练 $$Inside the philopena, two but tiny silver pushed the egg toward the uti st. To continue, the spare must surge against this motion. To reach the egg, some sperm get trapped in the sillier and die during this part of the journey. Chemicals in the reproductive tract cause the membranes covering the heads of the sperm to change. As a result, the spain become hyperactive, swimming harder and faster toward their destination. At long last, the sperm reached the egg. Only a few dozens of the original three hundred million burn remain. The egg is covered with a layer of cells called the corona radiator. The sperm was pushed through this layer to reach the outer layer of the egg, the zona pollute a. When spur m reached the zona pollute da, they attached to specialize sperm receptors on the surface, which triggers their acrosome ones to released digestive enzymes, enabling the spin to borrow into the layer. Inside the zona a Lucia is a narrow fluid fill space just outside the egg l membrane. The first sperm to make contact will fertilize the egg after a parallel journey. And against incredible odds, a single firm attaches to the XL membrane e. Within a few minutes, the outer membranes fuse and the egg pulls the sperm inside. This event causes changes every egg membrane e that prevent others sperm from attaching to IT. Next, the egg releases chemicals that push other firm away from the egg and create an inpenetrable feriz ation members ne. This is the reaction spreads outwards. The zone polluted a hardens, trapping any sperm unlucky enough to be caught in some. Outside the egg, sperm are no longer able to attach the zona pollute A. Meanwhile, inside the egg, the tightly packed male genetic material spreads out. A new membrane forms around the genetic material, creating the male pro nucleus. Inside the genetic material reforms into twenty three crema zones. The female genetic material awakened by the fusion of the sperm with the egg finishes dividing, resulting in the female per nucleus, which also contains twenty three crime zone. As the male and female pro nuclear I form spider way, black threats called micro tubes pull them toward each other. The two sets of criminal zones joined together, completing the process of fertilizer ation. At this moment, a unique genetic code rises instantly, determining gender, hair color, eye color and hundreds of other characteristics. This new single cell the eye at is the beginning of a new human being, and now the sillier. And the philopena tube gently sweep the ego toward the uterus, where he or SHE will implant in the rich uterine lining, growing and mature ing for the next nine months until ready for birth.