2.3.1 胚胎工程的理论基础（情境教学课件）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

完全灭绝的悬崖边上。现代科技或许还能提供最后的助力。试管婴儿2019年，两头雌性北白犀的卵子被成功取出，与之前冷冻保存的北北白犀精子结合，完成了体外受精，通过培育，我们拥有了22枚北白犀胚胎，正在液氮中冷冻保存。等待着后续技术的成熟。如果试管中的北白犀能在纳金和法图离世前出生，那小犀牛还能跟着他们学习祖传的生存技能学习，如何成为一只北白犀？人类曾经的贪婪和狂妄，把北白犀和科学家推向了这场与时间的争夺赛。这一次，我们能跑赢吗？ null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 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 为了保护白犀牛，国际社会采取了一系列措施。科学家们也在尝试通过胚胎培育等现代科技手段，延续北方白犀牛这一物种。 即将消失的北方白犀牛 胚胎工程 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。 生产后代，满足人类的各种需求。 体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。 哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。 操作对象 操作目的 技术手段 理论基础 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。 细胞水平的操作 概念 胚胎工程是指对生殖细胞、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。 教学目标 课程标准内容要求 素养目标 1.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。 2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。 1.生命观念：通过受精过程的学习，认同生命的结构与功能观。 2.科学思维：归纳与概括胚胎发育过程中不同时期的细胞特点；通过胚胎工程多种技术的学习，培养创造性思维。 3.社会责任：通过多种胚胎工程技术的应用场景的学习，认同科技造福人类，关爱生命的理念。 课程标准内容、素养目标 受精 1 胚胎早期发育 2 目录 CONTENTS 目录页 5 一、受精 1.概念 活动 哺乳动物的受精 【任务1】阅读教材P56~57，结合哺乳动物受精过程示意图，理解受精作用的概念、场所和过程。 2.场所 指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。 自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜的结构特点：细胞膜具有流动性 6 一、受精 3.受精过程 精卵接触 准备阶段2 卵子的准备 准备阶段1 精子获能 精子入卵 原核形成 合子形成 准备阶段 受精阶段 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内发生相应生理变化后，才能获得受精能力。 精子获能的原因 精子获能的方法 ①直接利用雌性动物生殖道使精子获能。 ②将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。 卵泡液、输卵管分泌物、血清等液体可使精子获能。 获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。 准备阶段1 精子获能 精子获能的实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。 一、受精 张明觉(1908年10月10日-1991年6月5日)，字幼先，美籍华裔生殖生物学家、育种学家和甾体避孕药的创始人之一，被科学界誉为“试管婴儿之父”和“避孕药之父”。 张明觉研究中的第一个重大发现是精子获能。他通过复习大量文献和设计巧妙的实验证实，是精子在输卵管等待卵子，而不是人们通常认为的卵子捕获精子；精子在穿透卵子并使卵子受精之前，必须在最短的时间内经历未知性质的变化，才能与卵子受精。 科学史 研究精子获能的意义 实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了基础。 一、受精 3.受精过程 精卵接触 准备阶段2 卵子的准备 准备阶段1 精子获能 精子入卵 原核形成 合子形成 准备阶段 受精阶段 准备阶段1 精子获能 精子的结构 头 颈 线粒体鞘 顶体 尾 变形 （高尔基体） （中心体） 精细胞变形为精子的过程中： 精子的头部几乎只保留了细胞核； 部分细胞质变成了精子的颈部和尾部； 大部分细胞质及多数细胞器被丢弃； 全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部。 细胞核 高尔基体 细胞质 线粒体 （细胞核） 你怎样解释这一现象? 思考 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。 一、受精 3.受精过程 精卵接触 准备阶段2 卵子的准备 准备阶段1 精子获能 精子入卵 原核形成 合子形成 准备阶段 受精阶段 准备阶段2 卵子的准备 卵子准备的原因 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。 卵原细胞 初级卵母细胞 次级卵母细胞 马、犬排卵 猪、羊排卵 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 （纺锤体-染色体复合物） 一、受精 3.受精过程 精卵接触 准备阶段2 卵子的准备 准备阶段1 精子获能 精子入卵 原核形成 合子形成 准备阶段 受精阶段 准备阶段2 卵子的准备 卵子的成熟 MⅡ期 MⅡ后面的减数分裂将没有办法进行，之后会被排出体外。 输卵管 成熟场所： 成熟时期： 透明带 卵细胞膜 核 (纺锤体-染色体复合物) 第一极体 具备受精能力的卵子结构 若卵子处于MⅡ时期，没有精子与其受精会如何? 思考 减数第二次分裂中期（MⅡ中期）时，才具备与精子受精的能力 3.受精过程 精卵接触 准备阶段2 卵子的准备 准备阶段1 精子获能 精子入卵 原核形成 合子形成 准备阶段 受精阶段 精卵接触 一、受精 精子的细胞膜与卵细胞膜融合，卵细胞膜外的透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。 精子释放多种酶（如顶体酶），溶解卵细胞膜外的一些结构（透明带），精子借助自身的运动接触卵细胞膜。 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 （防止多精入卵的第一道屏障） 卵细胞膜反应 （防止多精入卵的第二道屏障） 精子入卵 3.受精过程 精卵接触 准备阶段2 卵子的准备 准备阶段1 精子获能 精子入卵 原核形成 合子形成 准备阶段 受精阶段 一、受精 原核形成 精子入卵后，尾部脱离，原有核膜破裂并形成一个新的核膜，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。 雄原核 雌原核 第一极体 放出的第二极体 雌、雄原核靠近，核膜消失，形成受精卵（合子），第一次卵裂即将开始。 合子形成 3.受精过程 一、受精 受精完成的标志： 雌雄原核融合形成合子 受精的标志： 观察到两个极体或雌雄原核 防止多精入卵的两个屏障： 透明带反应 卵细胞膜反应 两个极体 雌雄原核 防止多精入卵的意义： ①保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。 ②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。 【相关信息】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一个第二极体。 受精卵遗传物质的来源： ①核遗传物质(染色体）精子与卵细胞各提供一半。 ②细胞质遗传物质几乎全部来自卵细胞。 3.受精过程 一、受精 受精 1 胚胎早期发育 2 目录 CONTENTS 目录页 16 二、早期胚胎发育 活动 【任务2】阅读教材P58，思考从受精卵发育成成熟胚胎要经过哪几个时期？各时期有什么样的特点？ 1.场所 2.细胞分裂方式 哺乳动物的输卵管和子宫 有丝分裂 3.早期胚胎发育的过程 二、早期胚胎发育 3.早期胚胎发育的过程 桑葚胚 囊胚 卵裂 受精卵 原肠胚 透明带内 有丝分裂 ①场所： ②分裂方式： ③特点 特点 变化 细胞数目 DNA总量 物质种类 有机物总量 每个细胞体积 每个细胞内的DNA总量 胚胎总体积 增加 增多 不变 减少 减小 增多 不变 受精卵 桑葚胚 2细胞 4细胞 8细胞 卵裂 3.早期胚胎发育的过程 桑葚胚 囊胚 卵裂 受精卵 原肠胚 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。 每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。 ①概念: ②特点： 二、早期胚胎发育 桑葚胚 桑葚胚 3.早期胚胎发育的过程 桑葚胚 囊胚 卵裂 受精卵 原肠胚 囊胚 二、早期胚胎发育 胎儿的各种组织 聚集在胚胎一端的细胞 胎膜和胎盘 沿透明带内壁扩展和排列的细胞 内含液体，发育过程中缩小或消失 内细胞团 囊胚进一步扩大会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。 孵化 囊胚 透明带 囊胚腔 滋养层细胞 发育 发育 已发生细胞分化 细胞未分化，具有全能性，胚胎干细胞主要来源 3.早期胚胎发育的过程 二、早期胚胎发育 桑葚胚 囊胚 卵裂 受精卵 原肠胚 原肠胚 原肠胚 外胚层（表面的细胞层） 内胚层（向内迁移的细胞） 中胚层（内外两个胚层之间） 出现胚层分化 逐渐分化形成各种组织、器官等 囊胚腔 外胚层 内胚层 中胚层 原肠腔 表皮及其附属结构 神经系统和感觉器官 循环系统 脊索 真皮 消化道上皮 呼吸道上皮 腺体 肌肉 内脏器官外膜 泌尿系统 生殖系统 各种组织器官系统 个体 二、早期胚胎发育 拓展 原肠胚的发育 受精卵 桑葚胚 原肠胚 孵化 囊胚 幼体 出生 生长发育 性成熟个体 卵裂 胚后发育 个体发育 胚胎发育 二、早期胚胎发育 拓展 个体发育 二、早期胚胎发育 二、早期胚胎发育 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 动物种类 受精卵发育的时间/h 进入子宫时受精卵的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 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 注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间 二、早期胚胎发育 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。 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 保护世界上的物种， 趁现在还来得及。 随堂检测 1.下列有关高等动物受精作用的叙述，不正确的是（ ） A.在卵黄膜和透明带之间观察到两个极体时说明卵子已完成受精 B.精子与卵子结合过程中，卵子完成减数第二次分裂 C.精子细胞膜与卵子细胞膜的融合依靠细胞膜的结构特点 D.获能的精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜立即发生封闭反应 2.动物的受精过程包括下列基本步骤，其受精作用的实质是（ ） A.精子和卵子相互识别 B.精子头部侵入卵细胞内 C.卵子和精子结合 D.卵核和精核互相融合 D D 随堂检测 3.科学家通过将大熊猫的细胞核植入去核的兔子卵细胞中，克隆出一批大熊猫胚胎。下列有关克隆大熊猫胚胎的叙述，正确的是（ ） A.克隆出的早期胚胎，其各细胞的细胞核具有相同的遗传信息 B.兔子卵细胞的细胞质不能激发大熊猫细胞的细胞核表现出全能性 C.在形成早期胚胎的过程中，依次经历了卵裂胚、囊胚、桑葚胚、原肠胚等阶段 D.在重组卵发育成早期胚胎的过程中，细胞进行减数分裂 4.(不定项选择)下列有关受精作用的叙述，正确的是（ ） A.合子中全部的遗传物质，一半来自父方，一半来自母方 B.受精时，精子和卵细胞的染色体汇合在一起 C.合子中的染色体数与本物种体细胞中的染色体数相同 D.合子中的染色体，一半来自父方，一半来自母方 A BCD 随堂检测 5.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)B时期开始出现___________。 (3)[④]将来发育成_________________。 (4)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，合子只由一个精子和卵子结合，防止多精入卵受精的两道屏障分别是_____________、_______________。 桑葚胚 囊胚 细胞分化 胎儿的各种组织 透明带反应 卵细胞膜反应 课堂小结 胚胎工程的理论基础 受精 胚胎早期发育 场所 输卵管和子宫 过程 桑葚胚 胎儿形成 囊胚 （内含囊胚腔） 原肠胚 （内含原肠腔） 受精卵 概念 场所 过程 准备阶段 精子获能 卵子的准备 受精阶段 精卵接触 精子入卵 原核形成 合子形成 感谢聆听！ 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 32 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$人类为了得到犀牛角，类似2017年盗猎者闯入法国图瓦里动物园，把一头北部白犀牛射杀致死并看了犀牛角的事儿，在有犀牛存在的地方不断上演。去年3月19日，世界上最后一头雄性北部白犀牛苏丹死了，即便他曾被四十多位荷枪实弹的武装人员保卫，但还有什么用呢？人们为了保留这个亚种，留下了苏丹的金子。但当时苏丹年事已高、精子质量差以及它与两头雌犀牛之间的基因关系，只是这一人工授精的设想基本没有希望。 在输卵管内，微小的纤毛将卵子推向子宫，精子也继续向输卵管的运动，直至遇见卵子，一些精子可能会被纤毛缠住而亡。在这段旅程中，生殖道内的化学物质会引起精子头部的膜结构发生改变，精子因而变得更加活跃，更快的游向目的地。终于，精子到达卵子。3亿中只有几十个幸存下来。卵子由一层放射冠细胞所包裹。精子必须穿过这层，才能接触到卵子的外层透明盖。当精子到达透明袋，它会与上面受体结合。从而触发精子顶体，释放消化酶及顶体反应，让精子钻入。透明袋里是充满液体的。狭窄空间就在卵。细胞膜的外侧。第一个接触到卵细胞的精子会令其受精。经过一系列生死劫难的惊险旅程，只有一个精子会与卵子结合，精子和卵子的外膜会在几分钟内融合，并将精子推向卵子内部。此时卵细胞会继续发生一系列反应来防止其他精子进入。卵子释放的化学物质是透明带变硬及透明带反应，随后卵细胞膜也发生相应的生理变化及卵细胞膜反应。这两种机制使得外面的精子无法再进入卵细胞。精子入卵后，精子内含有的男性遗传物质在卵子内释放。遗传物质的周围会形成一个心膜，一个男性生殖核就此形成，里面共有23条染色体。而女性遗传物质也会被唤醒。形成的女性生殖河里也有23条染色体。男性和女性生殖核都已形成像蜘蛛网一样的微管，将二者拉到一起。两套染色体合在一起完成了受精过程。就在此时，独特的遗传密码出现了，他决定了性别、头发颜色、眼睛颜色，还有其他上百个性状。这个新的细胞受精卵就开始了早期胚胎发育的过程。此时早期胚胎被输卵管纤毛轻轻的推向子宫，最终着床于提供营养的子宫内膜，在未来的九个月里慢慢发育。