2.3胚胎工程（第1课时）课件 2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

2.3.1胚胎工程 第1课时 胚胎工程的理论基础 1 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，而引进一头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，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？ 从社会中来—教材P56 我国自主培育的体细胞 克隆牛 思考1：克隆得到的奶牛种群，在遗传多样性上与自然种群有何区别？ “克隆”属于无性生殖，后代遗传多样性低。 思考2：想获得在遗传多样性上具有优势的后代，你能想出其他繁育方法吗？ 模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。 从社会中来—教材P56 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。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律 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。 操作对象 技术种类 目 的 工程实质 理论基础 胚胎工程 受精前的准备阶段 受精阶段 指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)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 受精 场所： 阶段： 定义： 体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能 受精 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 准备阶段Ⅰ——精子获能 牛 猪 绵羊 马 成熟精子和几种主要家畜的精子示意图 头 颈 线粒体鞘 尾 肝素 Ca2＋载体 受精 【资料1】卵子又称卵细胞，卵子是哺乳动物体内最大的细胞，直径约140µm； 精子比卵子小得多，它头部的长度只有4~5µm。 【资料2】自然条件下，哺乳动物的受精是在输卵管内完成的。科学家研究发现，刚刚排出的精子不能立即与卵子受精；动物排出的卵子成熟程度不同，可能是初级卵母细胞，也可能是次级卵母细胞，它们需要成熟后才具备受精的能力。 排卵是指卵子从卵泡中排出。 准备阶段Ⅱ——卵子的准备 受精 卵子要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。 受精 1.3 受精阶段 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等） 释放出多种酶，以溶解这些结构 精子接触卵细胞膜 雄原核 雌原核 第一极体 放出的第二极体 精子入卵后形成雄原核；卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核 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。 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 受精 受精阶段 受精的标志 ：观察到两个极体或雌雄原核 受精完成的标志：雌雄原核融合形成合子 卵细胞膜反应 这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。 注意： 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。 透明带反应 任务一：受精过程 1.受精过程中，阻止多精入卵有两道屏障：第一道屏障是_____________ ，第二道屏障是 。其意义是____________ __________________________________________________________________ 2.如何判断卵子是否受精？ 观察到两个极体或雌、雄原核。 3.精子与卵子的结合，体现了细胞膜具有 的功能。 透明带发生生 理反应 卵细胞膜发生生理反应 防止多个精子 进入卵子，导致胚胎染色体数目变异，从而引起发育异常等现象。 进行细胞间信息交流 探究—学习笔记P43 4.受精的标志： 透明带和卵细胞膜之间有两个极体 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。在胚胎工程中，以观察到两个极体或雌、雄原核作为受精的标志。 探究 雄原核 雌原核 第一极体 放出的第二极体 关于体内受精应注意的几个问题 (1)精子获能是指精子获得受精能力，而不是获得能量。 (2)动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们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。 (3)受精的标志≠受精完成的标志：受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。 (4)受精卵遗传物质的来源：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。 核心归纳—学习笔记P43 (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M Ⅱ期才具备受精能力(　　) 提示　动物排出的卵子成熟程度不同，都要在输卵管中进一步发育到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。 (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(　　) 提示　精子需要经过获能处理才能完成受精过程，而卵子需要在输卵管中经过进一步发育才能与获能的精子完成受精作用。 (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(　　) √ × √ × 判断正误—学习笔记P43 13 1.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 √ 落实—学习笔记P43 2.下列有关受精过程的说法，不正确的是 A.精子的细胞膜和卵细胞膜相互融合依赖于细胞膜的流动性 B.精子在雌性动物的生殖道中获能后才能参与受精 C.受精过程中透明带和卵细胞膜都会发生相应生理反应来防止多精入卵 D.精子入卵后，保留原有的核膜，细胞核体积增大成为雄原核 √ 落实—学习笔记P43 场所： 输卵管、子宫 过程： 卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚 胚胎早期发育 原肠胚 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 卵裂期 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，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 分裂方式： 有丝分裂 卵裂 胚胎早期发育 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 ____ 任务二：胚胎早期发育过程中的相关变化 1.请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成表格： 增多 减小 增多 不变 减少 增多 探究—学习笔记P44 当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团(32个细胞左右)，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚 特点：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 桑葚胚 桑葚 胚胎早期发育 囊胚 桑葚胚 囊胚 胚胎进一步发育，细胞逐渐分化。 透明带 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 滋养层 沿透明带内壁扩展和排列的细胞 将来发育成胎膜和胎盘 囊胚腔 随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔 胎膜包括绒毛膜、羊膜、卵黄囊、尿囊和脐带。 胎盘是胎儿与母体之间物质交换的重要器官，是人类妊娠期间由胚胎胚膜和母体子宫内膜联合长成的母子间组织结合器官。 胚胎早期发育 囊胚 透明带 内细胞团 滋养层 囊胚腔 囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化。 孵化 囊胚 胚胎早期发育 表面的细胞层 向内迁移的细胞 内外两个胚层之间 逐渐分化形成各种组织、器官等 中胚层： 外胚层： 内胚层： 原肠胚 ——出现胚层分化 外胚层 内胚层 原肠腔 滋养层 原肠胚 胚胎早期发育 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 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） 小结+拓展：胚胎发育 vs 个体发育 2.结合受精过程中精子和卵细胞的特点，分析早期胚胎发育过程中营养物质的来源是什么？ 早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，囊胚期细胞开始分化，透明带破裂，滋养层细胞从母体吸收营养物质，使胚胎继续发育。 探究—学习笔记P44 二 从受精完成至第 1 周末这一时期 ， 胚胎开始着床 ， 囊胚进一步发育 从第 2 周开始至第 8 周。囊胚植入子宫内膜过程中，囊胚壁逐渐发育为滋养层 ，内细胞团逐渐发育形成二胚层的胚盘，然后继续发育为三胚层的原肠胚 。 胚胎早期发育 二 从第 3 周开始 ，二胚层胚盘中的部分细胞增殖分化形成中胚层 。随着三个胚层的分化 ，三胚层逐渐发育为各种器官的原基 。胚盘发育为胚体 ，胚体凸入羊膜腔 ，浸泡在羊水中，胎盘逐渐形成。约在第3周末 ，心脏出现 。 胚胎早期发育 不同动物受精卵的发育及其进入子宫的时间有明显差异 注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间 思考·讨论—教材P59 3.不同动物受精卵的发育及其进入子宫的时间有明显差异。请结合教材“思考·讨论：不同动物受精卵发育的比较”中的表格回答以下问题： (1)表中 (填动物种类)的胚胎在进入子宫时发育程度最高。 (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______阶段的胚胎。牛在自然条件下，胚胎虽然最早可在 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 阶段的胚胎进行移植。 马 桑葚胚 8～16细胞 桑葚胚或囊胚 探究—学习笔记P44 (3)不同动物胚胎进入子宫所处的时期不同，这给胚胎工程提供了什么启示？ 体外受精形成的胚胎，发育到一定阶段才可移植到子宫中。 二 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。 思考·讨论—教材P59 胚胎发育的场所： 胚胎发育的起点是受精卵，受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，此时胚胎开始发育，即胚胎发育的最初场所是输卵管，逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。 核心归纳—学习笔记P44 (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(　　) 提示　胚胎发育早期的细胞分裂方式是有丝分裂。 (2)囊胚的滋养层细胞具有全能性(　　) 提示　囊胚期的内细胞团细胞具有全能性，而滋养层细胞没有。 (3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期(　　) 提示　胚胎发育过程中开始分化的阶段是囊胚期。 (4)胚胎发育的场所是输卵管(　　) 提示　胚胎发育的初期在输卵管，着床后到分娩前的一段时间是在母体的子宫内。 × × × × 判断正误—学习笔记P44 31 3.如图为受精卵发育至囊胚的过程中的某一变化，若横坐标表示时间，则纵坐标可表示 A.有机物总量 B.每个细胞DNA的含量 C.所有细胞体积之和 D.所有细胞表面积总和与体积总和的比值 √ 落实—学习笔记P44 4.(2024·大同高二质检)某实验室通过提高小鼠胚胎干细胞pSTAT3基因的表达水平，体外制备出桑葚胚样全能细胞。该细胞在分子水平及发育潜能上均具有自然胚胎桑葚胚期细胞特性，并在体外成功模拟了小鼠胚胎发育至原肠胚阶段。下列有关叙述正确的是 A.桑葚胚发育成囊胚的过程中，pSTAT3的表达上升 B.诱导桑葚胚样细胞时，基因的碱基序列和表达的情况都发生改变 C.囊胚期细胞重置至桑葚胚样细胞的过程类似于脱分化 D.桑葚胚样细胞不可诱导发育至囊胚期 注：pSTAT3是调控胚胎发育的关键基因。 √ 网络构建 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。 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。 二、拓展应用 练习与应用—教材P59 1.胚胎工程：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.受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。 3.细胞开始出现分化的胚胎发育时期是囊胚期。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。 要语必背 1.使精子获能的方法有直接利用 使精子获能；将精子培养在 中使其获能等。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 等。 2.在实际胚胎工程操作中，常以观察到 作为受精的标志。 3. 这一过程叫作孵化。孵化的意义： 。 雌性动物的生殖道 人工配制的获能液 肝素、Ca2＋载体 两个极体或雌、雄原核 囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来 如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育 长句表达 4.受精卵早期分裂时胚胎中有机物的总量和种类是如何变化的？ 有机物的总量不断减少，但有机物的种类增加。 5.受精卵早期分裂时胚胎中DNA总量和每个细胞中核DNA含量有何变化？ 胚胎中总DNA含量逐渐增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。 长句表达 $$