2.3.1 胚胎工程的理论基础-【堂堂清】2024-2025学年高二生物下学期同步精品课件（2019人教版选择性必修3）

2.3.1 胚胎工程的理论基础 本节聚焦： 1.胚胎形成经过了哪些过程？ 2.受精和早期胚胎发育的 基本过程是怎样的? 胚胎工程 00 胚胎工程 体外受精、胚胎移植和胚胎分割等； 生殖细胞（ 和 ）、受精卵或早期胚胎细胞； 生产后代，满足人类各种需求； 操作对象 操作目的 技术种类 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。 精子 卵细胞 胚胎工程的理论基础和工程实质是什么？ 思考 理论基础： ； 工程实质： ； 哺乳动物“受精”和“胚胎早期发育”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模拟操作 胚胎工程的理论基础·受精 01 1.概念：受精是 和 结合形成 (即 )的过程； 2.场所： 内； 3.过程：包括 和 ； 精子 卵子 合子 输卵管 受精前的准备阶段 受精阶段 受精卵 胚胎工程的理论基础·受精 01 1951年·张明觉 准备阶段1：精子获能 概念： 刚刚排出的精子 立即与卵子受精，必须在 发生相应的生理变化后， 才能获得 ，这一现象称为“精子获能”。 不能 雌性动物的生殖道 受精能力 研究精子获能机制的意义： 实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为 的建立奠定了重要基础。 体外受精技术 方法： ① 。 ② 。 胚胎工程的理论基础·受精 01 细胞核 顶体 (含有多种酶) 中部： 线粒体鞘 尾部 精子模式图 注意： ①精子获能实质是指 ，而不是获得 。 ②精子获能的场所： 。 直接利用雌性动物的生殖道使精子获能 精子获得受精的能力 能量 雌性动物的生殖道 将精子培养在人工配制的获能液中使其获能 →获能液常见有效成分：肝素、Ca2+载体等。 准备阶段1：精子获能 胚胎工程的理论基础·受精 01 准备阶段2：卵子的准备 卵子在卵巢中形成 卵原细胞 减数第一次分裂 排卵 卵子一般在排出 后才能被精子穿入。 动物排出的卵子成熟程度 ： 有的可能是 ， 如马、犬等； 有的可能是 ， 如猪、羊等； 初级卵母细胞 次级卵母细胞 2-3h 不同 注：刚排出的卵子尚未发育成熟，不具备受精能力。 胚胎工程的理论基础·受精 01 准备阶段2：卵子的准备 卵子成熟的场所：排出的卵子都要在 进一步成熟； 卵子具备与精子受精能力的时期： ； 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 【具备受精能力的卵子结构】 输卵管内 MⅡ期 透明带是包裹在卵母细胞和早期胚胎外的一层非细胞结构，主要起保护作用。 透明带是包裹在卵母细胞和早期胚胎外的一层非细胞结构，主要起保护作用。 胚胎工程的理论基础·受精 01 受精阶段： ①精卵接触 获能的精子 成熟的卵子 ①精子穿越卵细胞膜外的 结构（如透明带等） 精子释放出多种酶， 以溶解卵细胞膜外的一些结构(如透明带)，同时借助自身的运动接触卵细胞膜。 注：这不是防止多精入卵的机制。 精子是如何穿越透明带的？ 思考 胚胎工程的理论基础·受精 01 受精阶段： ①精卵接触 ②精子入卵 ②精子接触卵细胞膜， 然后精子入卵； 精子接触卵细胞膜后， 会发生什么变化？为什么？ 思考 在精子触及卵细胞膜的瞬间， 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。 →透明带反应： 这是防止多精入卵的第一道屏障。 多个精子入卵会导致染色体数目变异，从而引起发育异常等现象。 胚胎工程的理论基础·受精 01 受精阶段： ①精卵接触 ②精子入卵 ②精子接触卵细胞膜， 然后精子入卵； 精子入卵后， 又会发生什么变化？为什么？ 思考 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。 →卵细胞膜反应： 这是防止多精入卵的第二道屏障。 胚胎工程的理论基础·受精 01 受精阶段： ③精子入卵后形成雄原核； 同时卵子完成减数分裂Ⅱ， 释放第二极体后，形成雌原核； 雄原核 雌原核 放出第二极体 第一极体 ①精卵接触 ②精子入卵 ③原核形成 雄原核是如何形成的？ 有什么特点？ 思考 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，形成雄原核； 特点：比原来精子的核大； 注：精子入卵后，卵子才完成减数分裂II。 胚胎工程的理论基础·受精 01 受精阶段： ①精卵接触 ②精子入卵 ③原核形成 哺乳动物卵细胞 的形成过程示意图 形成卵细胞的过程中，理论上应该形成多少个第二极体？ 扩展 三个 扩展：多数哺乳动物的第一极体不会进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。 胚胎工程的理论基础·受精 01 受精阶段： ①精卵接触 ②精子入卵 ③原核形成 ④合子形成 ④雌、雄原核靠近，形成合子； ▲受精的标志: ；▲完成的标志: ； ▲受精的实质: . ； 观察到两个极体或雌、雄原核 →第二极体 →第一极体 雄原核 雌原核 ⑤核膜消失，第一次卵裂即将开始； 雌、雄原核的融合 精子细胞核与卵子细胞核的融合， 使受精卵的染色体数目恢复到体细胞的数目。 胚胎工程的理论基础·受精 01 受精阶段： ①精卵接触 ②精子入卵 ③原核形成 ④合子形成 精子与卵子结合，需要依靠细胞膜的结构特点是？ 思考 细胞膜具有流动性。 精子与卵子结合，体现了细胞膜具有什么功能？ 思考 进行细胞间的信息流动。 注：细胞核遗传物质：一半来自精子、一半来自卵细胞；细胞质遗传物质全部来自卵细胞。 受精·判断正误P43 01 (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M Ⅱ期 才具备受精能力(　　) √ × √ × 输卵管。 精子需要获能，卵子需要在输卵管中经过进一步发育(不需获能)。 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 受精·落实思维方法P43 01 D 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 受精·落实思维方法P43 01 D 精子入卵后，尾部脱离，原有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雄原核，×； 胚胎工程的理论基础·胚胎早期发育 02 受精卵 卵裂 桑葚胚 囊胚 原肠胚 扩展 胎儿 发育 胚胎工程的理论基础·胚胎早期发育 02 胚胎早期发育： ①受精卵 ②桑葚胚 ③囊胚 ①受精卵 ②桑葚胚 卵裂 概念：胚胎发育早期， 有一段时间是在 内进行分裂， 细胞数量 ，但胚胎总体积 ， 这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 分裂方式： 。 透明带 不断增加 并不增加 有丝分裂 胚胎工程的理论基础·胚胎早期发育 02 胚胎早期发育： ①受精卵 ②桑葚胚 ③囊胚 【核心归纳】 受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律： 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 增多 减少 增多 不变 减少 增多 胚胎工程的理论基础·胚胎早期发育 02 胚胎早期发育： ①受精卵 ②桑葚胚 ③囊胚 概念： 当卵裂产生的子细胞逐渐形成 致密的 ，形似桑葚时， 这时的胚胎称为桑葚胚。 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 。 细胞团 胚胎干细胞 胚胎工程的理论基础·胚胎早期发育 02 胚胎早期发育： ①受精卵 ②桑葚胚 ③囊胚 概念： ①胚胎进一步发育，细胞逐渐 。 ②聚集在胚胎一端的细胞形成 ， 将来发育成 。 ③沿透明带内壁扩展和排列是 ， 将来发育成 。 ④胚胎的内部出现了含有液体的腔—— 。这个时期的胚胎叫作囊胚。 分化 内细胞团 胎儿的各种组织 滋养层细胞 胎膜和胎盘 囊胚腔 胚胎工程的理论基础·胚胎早期发育 02 胚胎早期发育： ①受精卵 ②桑葚胚 ③囊胚 特点： 内细胞团的细胞具有发育成完整胚胎的潜能，属于 。 胚胎干细胞 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。 注：孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 扩展：原肠胚 02 概念：囊胚 后，将发育形成原肠胚； 结构： ：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 外胚层 内胚层 中胚层 注：原肠胚不属于早期胚胎。 孵化 原肠胚 补充：胚胎发育的场所 02 受精卵。 胚胎发育的起点是什么？ 胚胎发育的场所在哪？ 思考 输卵管和子宫。 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。 不同动物受精卵发育的比较 思考·讨论 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 几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间 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 时间/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。 不同动物受精卵发育的比较 思考·讨论 1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 提示： 的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于 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？如果换成牛又该怎样处理？ 提示：小鼠应选择至少发育到 阶段的胚胎进行移植； 在自然情况下，牛胚胎最早可在 阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常发育到 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？ 提示：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 能在体外完成获能， 能在体外成熟，获能的精子和培养成熟的卵子能在试管中完成 ，获得的 能在人工培养条件下继续发育等. 马 囊胚 桑葚胚 8-16细胞 囊胚 精子 卵母细胞 受精 受精卵 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 胚胎早期发育·判断正误P44 02 (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)胚胎发育的场所是输卵管(　　) × × × 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。 囊胚期的内细胞团细胞具有全能性，而滋养层细胞没有。 胚胎发育早期的细胞分裂方式是有丝分裂，不发生减数分裂。 胚胎发育过程中开始分化的阶段是囊胚期。 × 胚胎早期发育·落实思维方法P44 02 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 D 细胞数目不断增加，所有细胞的表面积总和越来越大，胚胎总体积并不增加，因此所有细胞表面积总和与体积总和的比值越来越大，×； 胚胎早期发育·落实思维方法P45 02 4.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(　　) C 胚胎早期发育·落实思维方法P45 02 注：pSTAT3是调控胚胎发育的关键基因。 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 下降，×； 基因的碱基序列未发生改变，×； 可以，×； 练习与应用·书本P59 1.判断下列有关哺乳动物的表述是否正确。 ⑴在自然条件下，受精在子宫中完成。（ ） ⑵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。（ ） ⑶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 输卵管 在输卵管中成熟 囊胚-囊胚腔，×； 测学任务： 完成《练透》P111-112； 要求：黑笔完成，红笔对改，今晚收。 $$