第2章 第3节 第1课时 胚胎工程的理论基础（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 不定项）

第3节　胚胎工程 第1课时　胚胎工程的理论基础 课时目标 1.分析哺乳动物受精作用过程及防止多精入卵的两道屏障的形成机制。(生命观念、科学思维) 2．探讨哺乳动物胚胎早期发育的各个阶段及其主要特点。(生命观念、科学思维) 一、受精 1．胚胎工程的概念 2．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 二、胚胎早期发育 ◆名师点睛 1．精子获能的实质是获得受精的能力，而不是获得能量。 2．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。 3．囊胚期出现的囊胚腔，并非一个真正意义的空腔，内含大量液体。 4．囊胚后期，透明带破裂，胚胎孵化出来，发育场所渐渐由输卵管转入子宫。 ◆思维启迪 　胚胎发育过程中开始出现细胞分化的阶段是哪个时期？ 提示：囊胚期。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 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．动物排出的卵子成熟程度不同，但都要在卵巢中进一步发育到M Ⅱ 期才具备受精能力。(　　×　　) 4．精子入卵后，形成雄原核(比原来精子的核大)，同时卵子完成减数分裂 Ⅱ ，排出第二极体后，形成雌原核。(　　√　　) 5．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。(　　√　　) 6．胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂。(　　×　　) 7．胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期。(　　×　　) 任务一__受精 下图为受精过程示意图。 [问题探究] 1．刚采集到的精子是否能与卵子立即结合完成受精作用？为什么？ 答案：不能。刚采集到的精子还没有受精能力，必须先对精子进行获能处理，才能进一步受精。 2．刚排出的卵子具有受精能力吗？为什么？ 答案：不具有。卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程，要在输卵管内进一步成熟，到M Ⅱ 期才具备与精子受精的能力。 3．怎样判断卵细胞是否受精？请分析理由。 答案：观察到两个极体或者雌、雄原核。第一极体形成后一般不再分裂，第二极体是在受精后才形成的，因此观察到两个极体，说明卵细胞已经发生受精了；雌、雄原核也只有在受精阶段才能形成。 1．受精前的准备 (1)精子获能 ①原因：刚排出的精子不能立即与卵子受精。 ②场所：雌性动物的生殖道。 ③其他获能方法：将精子培养在人工配制的获能液中使其获能。获能液常见的有效成分有肝素、Ca2＋载体等。 (2)卵子的准备 ①原因：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)，也可能是次级卵母细胞(如猪、羊等)。 ②成熟场所：输卵管。 ③成熟时期：M Ⅱ 期。 2．受精过程 精子卵细胞膜外的结构卵细胞雌、雄原核受精卵。 有关受精过程认识的“三个误区” (1)精子获能指精子获得受精的能力，而不是获得能量；排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。 (2)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上使原核膜破裂并形成新的核膜，从而形成新核。 (3)受精的标志是观察到两个极体或雌、雄原核，受精完成的标志是雌、雄原核结合。 1．受精过程的顺序为(　　) ①第一次卵裂开始　②雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵　③精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构　④卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带　⑤雌、雄原核的形成 A．①③④⑤② B．③④②⑤① C．④⑤①③② D．③④⑤②① D　解析：受精过程的顺序：③精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构→④卵细胞膜外的透明带发生反应，阻止后来的精子进入透明带→精子入卵，卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内→⑤雌、雄原核的形成→②雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵→①第一次卵裂开始。故选D。 2．如图是受精过程部分图解，据图分析下列叙述正确的是(　　) A．精子和卵子产生的场所分别是睾丸和卵巢，受精作用的场所是子宫 B．当精子③与3接触后，精子①就不能进入2，这是由于卵细胞膜发生了生理反应 C．当精子②入卵后，精子③就不能进入卵内，这是由于透明带发生了生理反应 D．受精的标志是在4中观察到两个极体 D　解析：精子和卵子产生的场所分别是睾丸和卵巢，受精作用的场所是输卵管，A错误；当精子③越过透明带与3(卵细胞膜)接触后，精子①就不能进入2，这是由于透明带发生了生理反应，B错误；当精子②入卵后，精子③就不能进入卵内，这是由于卵细胞膜发生了生理反应，C错误；当精子进入卵细胞膜后，卵细胞完成减数分裂 Ⅱ ，此时可以在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体，因此可作为受精的标志，D正确。 任务二__胚胎早期发育 下图为哺乳动物胚胎早期发育过程的两个阶段的示意图。 [问题探究] 1．A、B分别处于什么阶段？ 答案：桑葚胚、囊胚。 2．细胞分化开始出现于哪个时期？1部分的细胞将来形成什么结构？ 答案：细胞分化开始出现于B(囊胚)时期。1部分的细胞将来形成胎膜和胎盘。 3．早期胚胎的发育过程中，卵裂时细胞的体积和早期胚胎的总体积有何变化？ 答案：卵裂过程中，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，每个细胞的体积越来越小。 1．胚胎早期发育的过程 (1)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，以后逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。 (2)桑葚胚阶段细胞均未分化，每个细胞都具有全能性。 (3)囊胚阶段开始出现细胞分化，但内细胞团细胞仍具有全能性。 (4)原肠胚阶段细胞进一步分化，已分化形成外、中、内三个胚层。 (5)胚胎早期发育的营养物质来自卵黄，后期通过脐带和胎盘从母体吸收营养物质。 2．卵裂期细胞或物质的变化规律 项目 变化 细胞数目 增多 每个细胞内的DNA总量 不变 每个细胞体积 减小 有机物总量 减少 DNA总量 增多 物质种类 增多 胚胎体积 并不增加 1．(2024·石家庄高二检测)如图为哺乳动物早期胚胎发育的过程，下列有关叙述错误的是(　　) A. Ⅰ 时期为原肠胚，该时期的细胞具有发育的全能性 B．过程a和b比卵裂期胚胎中有机物的含量减少 C.胚胎移植选择处于 Ⅰ 或 Ⅱ 时期的胚胎最易成功 D．细胞分化从 Ⅱ 时期开始贯穿于动物的整个生命历程 A　解析： Ⅰ 时期为桑葚胚，该时期的细胞具有发育的全能性，A错误；过程a表示卵裂形成桑葚胚，过程b表示由桑葚胚形成囊胚，这两个过程中细胞均需要消耗有机物释放能量，故胚胎中有机物的含量均减少，B正确；胚胎移植选择处于 Ⅰ (桑葚胚)或 Ⅱ (囊胚)时期的胚胎最易成功，C正确；细胞分化从 Ⅱ (囊胚)时期开始贯穿于动物的整个生命历程，D正确。 2．(不定项)如图表示人的受精卵在卵裂过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、细胞数量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是(　　) BD　解析：卵裂过程中，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，因此DNA总量不断增加，每个细胞的体积不断减小,B、D正确。 探究不同浓度的α-亚麻酸对卵母细胞体外成熟、胚胎早期发育的影响 ——科学探究与社会责任 α-亚麻酸(ALA)能够促进卵母细胞体外成熟和囊胚发育。为了给水牛体外胚胎工厂化生产中合理使用α-亚麻酸提供理论依据，科研人员研究了不同浓度的α-亚麻酸对水牛卵母细胞体外成熟、胚胎早期发育的影响。主要操作如下： ①卵母细胞的收集和体外培养：从屠宰场水牛的卵巢中收集并处理卵母细胞，随机均分成5组，分别置于不同浓度α-亚麻酸的培养液中，在添加5%CO2的培养箱中培养22～24 h。 ②卵母细胞成熟判断：在显微镜下观察卵母细胞，判断其是否成熟，统计结果如表1。 ③体外受精：在受精溶液中进行体外受精后，用显微镜观察判断是否完成受精。 ④胚胎早期培养：将受精卵移入培养液中培养44～48 h后检查分裂情况，每隔48 h更换一次培养液，第5 d观察囊胚发育情况，统计结果如表2。 表1　α-亚麻酸对水牛卵母细胞体外成熟的影响 ALA浓度/(μmol·L－1) 卵母细胞数 核成熟卵子数 0 229 137 10 201 133 50 227 166 100 215 137 200 215 135 表2　α-亚麻酸对水牛胚胎早期发育的影响 ALA浓度/(μmol·L－1) 培养受精卵数 囊胚数 0 309 75 10 325 82 50 292 97 100 310 84 200 231 68 设计1：考查知识迁移应用与长句表达能力 (1)步骤③中，判断是否受精的依据是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)步骤④中，受精卵经________(填时期)进一步发育成囊胚，培养过程中定期更换培养液的目的是____________________________________。 设计2：考查实验分析能力 (3)根据实验数据分析，α-亚麻酸的浓度为200 μmol·L－1时，对水牛卵母细胞体外成熟和囊胚发育起____________(填“促进”或“抑制”)作用。 设计3：考查逻辑判断与长句表达能力 (4)实验结果表明，________ μmol·L－1的α-亚麻酸对水牛卵母细胞体外成熟和囊胚发育都最有利，判断依据是______________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)在卵细胞膜和透明带的间隙是否观察到两个极体(或在卵细胞内观察到雌、雄原核) (2)桑葚胚　清除有害代谢产物，补充营养物质 (3)促进 (4)50　该浓度下核成熟卵子数占卵母细胞数的比例最高，囊胚数占培养受精卵数的比例也最高 解析：(1)在实际的胚胎工程操作中，常以在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体或者在卵细胞内观察到雌、雄原核作为受精的标志。(2)胚胎早期发育过程为受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚，因此步骤④中，囊胚由桑葚胚进一步发育形成；培养过程定期更换培养液的目的是清除有害代谢产物，补充营养物质。(3)由题表可知，α-亚麻酸浓度为0 μmol·L－1的一组为对照组，与其相比，α-亚麻酸浓度为200 μmol·L－1时，核成熟卵子数占卵母细胞数的比例更高，囊胚数占培养受精卵数的比例更高，可见其对水牛卵母细胞体外成熟和囊胚发育起促进作用。(4)由题表可知，α-亚麻酸浓度为50 μmol·L－1时，核成熟卵子数占卵母细胞数的比例最高，囊胚数占培养受精卵数的比例也最高，因此50 μmol·L－1的α-亚麻酸对水牛卵母细胞体外成熟和囊胚发育都最有利。 1．(2024·秦皇岛高二检测)女性受孕后的子宫内并不是“母慈子孝”的场景，而是一场精彩的斗争。孕早期母体的一系列不适反应，都是这场斗争的表现。下列有关叙述错误的是(　　) A．防止多精入卵的屏障依次是透明带和卵细胞膜发生生理反应 B．胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，有利于保护早期胚胎 C．胚胎细胞会分泌某激素抑制母体淋巴细胞的活动，阻止母体的免疫排斥反应 D．由内细胞团发育成的胎盘会向母体释放信号，从而使母体及时补充所需营养 D　解析：防止多精入卵有两道屏障，第一道屏障是透明带发生生理反应，第二道屏障是卵细胞膜发生生理反应，A正确；早期胚胎发育有一段时间是在透明带内进行的，有利于保护早期胚胎，后期会发生孵化，B正确；由于胚胎细胞近一半的基因是外来的，因此母体会做出自然的排斥反应，而胚胎细胞会分泌人绒毛膜促性腺激素(HCG)，从而抑制母体淋巴细胞(在特异性免疫中起主要作用的一类细胞)的活动，阻止免疫排斥反应，C正确；胎盘是由囊胚的滋养层细胞发育而成的，D错误。 2．下列有关哺乳动物体内受精的表述，正确的是(　　) A．动物排出的卵子成熟程度不同，只有部分具备与精子受精的能力 B．卵子形成过程中，减数分裂 Ⅰ 和减数分裂 Ⅱ 是连续的 C.透明带和卵细胞膜发生相应反应来防止多精子入卵 D．精子无须穿过透明带也可以与卵细胞膜接触 C　解析：动物排出的卵子成熟程度不同，但都要在输卵管内进一步成熟，才具备与精子受精的能力，A错误；卵子形成过程中，减数分裂 Ⅰ 是在排卵前后完成的，减数分裂 Ⅱ 是在受精过程中完成的，两者不连续，B错误；精子必须穿过透明带才可以与卵细胞膜接触，D错误。 3．(2024·银川高二检测)下图表示精子入卵后，发生(或引起)的一系列变化及形成受精卵的过程，下列叙述错误的是(　　) A．经图中Y过程只形成了雌原核 B．精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶 C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合 D．图中X指卵细胞膜发生生理反应，Y指卵子的减数分裂 Ⅱ A　解析：受精阶段，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，形成阻止多精入卵的第一道屏障，精子入卵后，卵细胞膜也会立即发生生理反应，形成第二道屏障，即图中X过程；精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂 Ⅱ ，排出第二极体后，形成雌原核，即图中Y过程，故Y过程既形成了雌原核，又形成了第二极体，A错误、D正确。精子入卵后，精子的尾部脱离，留在外面，并在溶酶体的作用下自溶，而头部经一系列变化形成雄原核，B正确。精子入卵主要指精子头部外膜与卵细胞膜融合，体现了生物膜的流动性这一结构特点，C正确。 4．下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．随着胚胎的进一步发育，囊胚阶段开始出现细胞分化 D．图中性成熟的个体是通过无性生殖获得的 C　解析：胚胎发育是指从受精卵发育为成熟的胎儿的过程，图中①过程表示胚胎早期发育，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；随着胚胎的进一步发育，囊胚阶段开始出现细胞分化，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。 5．(不定项) (2024·长春高二检测)胚胎工程为优良牲畜的大量繁殖和稀有动物的种族延续提供了有效的解决办法，在畜牧业和制药业等领域发挥重要的作用，具有光明的应用前景。哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律是研究胚胎工程重要的理论基础。下列说法正确的是(　　) A．孵化前，细胞平均体积几乎不变，胚胎所含的有机物总量不断降低 B．胚胎发育过程中，囊胚的滋养层细胞将来发育形成胎盘和胎膜 C．透明带内的早期胚胎细胞发生了分化 D．哺乳动物排出的卵子有的可能是次级卵母细胞，有的可能已经完成减数分裂 Ⅱ BC　解析：孵化(胚胎从透明带中伸展出来)前，细胞平均体积在不断减少，胚胎所含的有机物总量不断降低，A错误；胚胎发育过程中，囊胚的滋养层细胞将来发育形成胎盘和胎膜，内细胞团发育成胎儿的各种组织，B正确；透明带内发育到囊胚早期，细胞发生了分化，C正确；哺乳动物排出的可能是初级卵母细胞也可能是次级卵母细胞，都要在输卵管内进一步成熟，达到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力，D错误。 6．1890年，科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________________________________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产生后代，以满足人类的各种需求。 (2)在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成，完成这个过程的前提是__________和卵子发育至________期。 (3)胚胎发育早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为卵裂。其特点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 (2)精子获能　M Ⅱ (3)细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加 解析：(1)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产生后代，以满足人类的各种需求。(2)精子需要获能，卵子需要发育到M Ⅱ 期时，然后才能在输卵管结合完成受精过程。(3)卵裂过程中，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。 学科网（北京）股份有限公司 $$