2.3 胚胎工程（第1课时）-【爱上生物课】2024-2025学年高二生物备课通关优质课件（人教版2019选择性必修3）

第3节胚胎工程 第二章细胞工程 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? 从社会中来 牛的生育率很低。一头母牛每年只能产一胎，每胎生一个牛仔,每胎产2个牛仔的情况比较少见（一般占怀孕总数的1～2.3%），一头母牛一生大约生育四五次。 我国奶牛单产水平低。高产奶牛的引进价格昂贵，靠大量引进优良品种来提高产量不太可行 我国奶业现状分析 良种荷斯坦奶牛 思考:你有什么方案可以实现荷斯坦奶牛的快速大量繁殖呢？ ①核移植技术进行克隆 ②可以通过体外受精、胚胎分割等胚胎工程技术获得多个良种奶牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。 什么是胚胎工程呢 胚胎工程 胚胎移植 体外受精 胚胎分割 是指对___________、________或______________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___________、___________和___________等。 生殖细胞 受精卵 早期胚胎细胞 胚胎工程的许多技术，实质是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 操作水平 工程实质 主要集中在细胞水平上 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 一、受精 阅读教材P56-57内容，回答以下问题：(5min) 1. 什么是受精？受精的场所在哪？受精包括几个阶段？ 2.刚刚排出的精子能立即与卵子受精吗？什么是精子获能？精子获能是指精子获得能量吗？获能的方法？ 3. 排出的卵子是成熟的卵细胞吗？卵子成熟的场所？卵子发育至哪个时期才具备受精的能力？ 4. 受精时，多个精子能同时进入同一个卵细胞吗？为什么？ 这有什么意义？ 5. 受精的标志和受精完成的标志分别是什么？ 一、受精 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： 细胞间的信息交流（细胞膜上的糖蛋白有识别作用） 细胞膜具有一定的流动性 问题1：精卵相互识别的体现细胞膜什么功能？ 问题2：精卵融合的结构基础是什么？ 一、受精 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 1.场所： 2.时期： 3.精子的变形： 睾丸（曲细精管） 初情期（青春期）→生殖机能衰退 顶体 （高尔基体） 头 颈 线粒体鞘 尾巴 （主要是细胞核） (中心体) (线粒体聚集缠绕) (中心体微管延长) 精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。 细胞内其他物质——原生质滴（球状，最后脱落） 大鼠的精子190μm长而大象的精子却只有50μm长。 不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关。 一、受精 4.精子获能的方法： ①直接利用雌性动物的生殖道 ②培养在人工培植的获能液 肝素 Ca2＋载体 [思考]精细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？（P59拓展应用1） 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 【补充】精子变形的过程和结构 顶体的发生 尾的发育 精子头出现 细胞质浓缩 精子形成 一、受精 2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备 思考：精子与卵子的形成有什么不同？ ①卵细胞的形成是一个不连续的过程 ②卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于减数分裂Ⅰ前期 卵子一般排出2-3小时后才能被精子穿入,不同动物排出的卵子成熟程度不同。 排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时,才具备与精子受精的能力。 马、犬排卵 猪、羊排卵 动物排出的卵子成熟程度不同 一、受精 卵子的结构 透明带是包裹在卵母细胞外的一层非细胞性的糖蛋白膜结构，主要由卵泡细胞和初级卵母细胞分泌形成。 1、可保护卵母细胞和早期胚胎； 2、保护人类卵子和精子间的识别，防止其他物种精子进入； 3、当精子与透明带结合后，可以发生反应更利于精子钻入卵子； 4、当一个精子进入后，透明带会阻止其他精子再进入。 透明带变薄或者缺失，会表现为不孕，可以采用显微注射方式来改善卵子的正常受精率，获得更多可利用胚胎，提高妊娠几率。 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。 一、受精 受精阶段 思考：在进行体外受精操作时，需要对精子和卵子进行什么处理？ 精子——获能处理； 卵子——培养成熟 1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？ 2.防止多精入卵的机制有哪些？ 3.精子入卵后，结构发生了哪些变化？ 4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成标志是？ 一、受精 精子穿越卵细胞膜外的结构（透明带） 精子接触卵细胞膜 精子顶体释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构 透明带反应 精子入卵后，尾部脱离，核膜破裂，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。 卵细胞膜反应 防止多精入卵的两个屏障 受精阶段 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 观察到两个极体或者雌、雄原核 受精的标志： 雌雄原核的融合，形成合子 受精完成的标志： 两个极体 雌雄原核 受精的标志 一、受精 [思考]受精过程中卵子的哪些结构发生生理反应可以防止多精入卵？除此之外，防止多精入卵的机制还有哪些？（P59拓展应用2） 防止多精入卵有两道屏障：第一道屏障是_____________，第二道屏障是_____________；其意义是保证受精卵中__________与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。 透明带反应 【拓展】 ①生殖道对精子有初步的筛选作用，精子经过雌性生殖道的一些屏障后，只有少数活动能力强的精子能到达受精部位； ②在精子与卵细胞识别后会发生一些反应，如卵细胞表面的精子识别受体很快发生分子修饰，使后来的精子表面的卵细胞结合蛋白不能识别它等。 卵细胞膜反应 遗传物质 小结 准备阶段 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备 精子穿越卵细胞膜外的结构 透明带反应(阻止多精入卵的第一道屏障) 精子接触卵细胞膜 精子入卵(进入卵细胞膜) 卵细胞膜反应(阻止多精入卵的第二道屏障) 雄、雌原核形成 雌、雄原核融合形成合子 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) 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 及时训练 有丝分裂、减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ c 透明带、卵细胞膜 输卵管 (2)卵子成熟后，即可进行受精，判断卵子受精的标志是______________ _________________________。 可以观察到两个 极体(或观察到雌、雄原核) (1)图中a、b、c表示细胞分裂，依次为 ，在精子与卵子结合过程中完成的分裂是 (填“a”“b”或“c”)。图中的p、q表示的结构依次是 。c过程发生的场所为 。 1.观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题： 及时训练 (1)写出图中字母表示的结构名称。 a.　　　 , b.　　　, c.　　 。 3.下图为哺乳动物受精过程示意图,请据图回答下列问题。 (2)该过程发生的场所是　　　,能体现受精作用实质的是图中的　　过程。 透明带 雄原核 雌原核 输卵管 ④ (3)在精卵相遇之前,精子在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化,具有了受精能力,这个过程叫　　　 。卵子一般排出后都要在　　　　中进一步成熟,当达到　 　　　　　　 时,才具备与精子受精的能力。 精子获能　 输卵管 减数分裂Ⅱ中期(或MⅡ期) 二、胚胎早期发育 阅读教材P58和图2-21内容，回答以下问题：(5min) 1.胚胎发育的起点、开始分化阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪个时期？细胞分化的原因是什么？ 2.卵裂期细胞数量、胚胎总体积、细胞体积、DNA的含量、有机物总量、有机物种类的变化？ 3.结合受精过程中精子和卵细胞的特点，分析胚胎早期发育过程中营养物质的来源哪里？ 4.囊胚阶段内细胞团会发育成什么？滋养层呢？ 5.孵化发生在什么时期？孵化这个过程有什么意义？ 二、胚胎早期发育 哺乳动物的________和_______ 输卵管 子宫 1.场所： 2.分裂方式： 有丝分裂 3.过程： 次级卵母细胞 受精 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 卵裂 原肠胚 二、胚胎早期发育 3.过程： 受精卵→桑葚胚 ①时期： ②场所： ③特点： 在透明带内 项目 变化 细胞数目 胚胎的总体积 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的DNA总量 有机物总量 增加 减小 增多 不变 减少 不增加 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 原肠胚 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 卵裂期 （1）卵裂（期） 细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加。 二、胚胎早期发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 桑葚胚 (2)特点 当卵裂产生的子细胞数目达到32个，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。 (1)概念 这一阶段及之前的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 桑葚胚 二、胚胎早期发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 囊胚 内细胞团 聚集在胚胎一端，将来发育成胎儿的各种组织。 囊胚腔 沿透明带内壁扩展和排列，将来发育成胎膜和胎盘 滋养层细胞 胚胎内部含有液体的腔。 孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 （聚集在胚胎一端的细胞） （沿透明带内壁扩展和排列的细胞） 具有全能性 内细胞团 滋养层 囊胚腔 发育成 胎盘和胎膜 发育成 透明带 桑葚胚→囊胚形成 囊胚扩大→孵化 二、胚胎早期发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 原肠胚 外胚层 表面的细胞层 内胚层 内外两个胚层之间 中胚层 向内迁移的细胞 逐渐分化形成各种组织、器官等。 ——出现胚层分化 滋养层 内胚层 外胚层 原肠腔 这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等，最终形成胎儿。 拓展：胚胎发育 vs 个体发育 全能细胞 细胞分化 幼体 继续分化 出生发育 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 二、胚胎早期发育 特别提醒 1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。 3.桑葚胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。 4.桑葚胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。 5.囊胚期细胞时透明带破裂，滋养层细胞（以后发育成胎盘、胎膜，与母体建立联系）从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。 2.卵裂期和桑葚胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质，胚胎发育所需营养主要来自卵细胞。 二、胚胎早期发育 不同动物受精卵发育的比较 动物 种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育 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 山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4 10~16细胞 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 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(注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间) 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。 二、胚胎早期发育 不同动物受精卵发育的比较 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。 动物 种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育 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 山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4 10~16细胞 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 二、胚胎早期发育 不同动物受精卵发育的比较 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。 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。 及时训练 1.图2-3-6表示的是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:　　　　　,C:　　　　　　。  囊胚 原肠胚 桑葚胚 (2)写出图中各标号的名称: ②　　　　　　,④　　　　　　　,⑤　　　　　　　,⑧　　　　　　。  (3)A时期的细胞具有　　　　　性,B时期开始出现　　　　　　,C时期开始出现　　　　　　。  (4)②将来发育成　　　　　　　　　　　　。  囊胚腔 外胚层 全能 内胚层 内细胞团 细胞分化 胚层分化 胎儿的各种组织 及时训练 2.下图是某种哺乳动物生殖和发育过程的图解，请据图回答下列问题： (1)写出A、B所示生理过程的名称。 A　　　　　　　　, B　　　　 　　　。 (2)在A过程中卵子的形成需要经过两次分裂,减数分裂Ⅱ是在　　　　　　的过程中完成的。 (3)B过程是在雌性动物的　　　　　中完成的。精、卵结合过程中,阻止多精入卵的两道屏障分别是　　　　　　　和　　　　　　　。 (4)在C过程中,细胞分裂的方式是　　　　分裂,在发育过程的　　　　期,胚胎突破透明带。 减数分裂 受精 精、卵结合 输卵管 透明带反应 卵细胞膜反应 有丝 囊胚 小结 受精 精子获能 受精前的准备 卵子准备 MⅡ期具备受精能力 雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中 精子穿过卵细胞外结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵成为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核 雌雄原核靠近 核膜消失 桑葚胚 受精卵 每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织 囊胚 原肠胚 卵裂 细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加 孵化 内细胞团 滋养层 组成个体的各种组织细胞 胎盘、胎膜等胚外组织细胞 外胚层内胚层中胚层 练习与应用 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。（ ） 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 一、概念检测 练习与应用 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。 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：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。 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。 二、拓展应用 感谢观看 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$