2.3 胚胎工程（第一课时）-【精讲课堂】2024-2025学年高二生物同步教学实用课件（人教版2019选择必修3）

第3节：胚胎工程 （第一课时） 以信息技术为支撑；以现代教育教学理论为指导；强调新型教学模式的构建；教学内容具有更强的时代性和丰富性；教学更适合学生的学习需要和特点。信息化教学不仅仅是在传统教学的基础上对教学媒体 和手段的改变,而且是以现代信息技术为基础的整体的教学体系的一系列的改革和变化。 授课人：大道至简 微信：a533722113333 第二章 细胞工程 核心素养 生命观念：通过理解精子获能和卵子准备的基本过程以及动物自然受精和早期胚胎发育规律，建立物质与能量观；综合运用科学、技术、工程等知识和技能，设计胚胎工程方案，建立稳态与平衡观。 科学思维：运用模型与建模的思维方法，构建胚胎移植和试管动物的基本操作流程模型。 科学探究：探讨胚胎工程在农牧业生产中的应用。 社会责任：对胚胎工程与胚胎分割等有关议题进行科学分析和判断。 核移植技术进行克隆 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 从社会中来 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之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的优良奶牛快速、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？ 大国崛起之国家级奶牛种子库（视频） 一、胚胎工程的概述 操作对象：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。 技术种类：体外受精、胚胎移植、胚胎分割。 工程实质：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。 理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。 目 的: 生产后代，满足人类各种需求。 操作水平：主要集中在细胞水平上 1.概念： 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。 操作对象 目 的 1 受精 2 胚胎早期发育 二、胚胎工程的理论基础 精子的形成 1、精子发生的场所： 2、精子发生的时期： 睾丸内的曲细精管中 从初情期开始直到生殖机能衰退 哺乳动物的睾丸 二、胚胎工程的理论基础 3、精子发生的过程： 精原细胞 次级精母细胞 MⅠ分裂 精子细胞 MⅡ分裂 初级精母细胞 染色体复制 变形 有丝分裂 大量精原细胞 精 子 连续 二、胚胎工程的理论基础 精子的形成 3、精子发生的过程： ③精子头出现 ④细胞质浓缩 ①顶体的发生 细胞核 高尔基体 细胞质 线粒体 ②尾的发育 发育中的顶体 中心体演变成尾 ⑤精子形成 顶体 头 原生质滴 线粒体鞘 尾 精子的变形过程 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 精子的形成 3、精子发生的过程： ⑤精子形成 顶体 头 原生质滴 线粒体鞘 尾 ①顶体的发生 细胞核 高尔基体 细胞质 线粒体 精子头的主要部分 头部的顶体 精子的尾 线粒体鞘(尾的基部) 原生质滴 (球状,最后脱落) 细胞核 高尔基体 中心体 线粒体 细胞内其他物质 精子的变形过程 二、胚胎工程的理论基础 精子的形成 不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体形大小无关。 头 颈 线粒体鞘 尾 典型精子的结构 头部 颈部 尾部 顶体 精核 中段（线粒体环） 主段 末段 二、胚胎工程的理论基础 精子的形成 卵巢（发生） 输卵管（成熟） 1、场所： 2、时期： 初情期到—生殖机能衰退 胎儿期（性别分化后）：形成初级卵母细胞 卵细胞的形成 卵原细胞 初级卵母细胞 有丝分裂增加数量 染色体复制 储存于卵泡中 胎 儿 期 二、胚胎工程的理论基础 3、卵子的发生的过程： 初级卵母细胞 初级卵母细胞生长透明带形成 透明带 卵细胞膜 马、犬 排出的卵是___________ 初级卵母细胞 M Ⅰ 次级卵母细胞 + 第一极体 MⅡ 排卵 羊牛猪 卵从卵泡中排出进入输卵管 合 子 + 受精 排出的卵是__________ 卵细胞膜与透明带的间隙可以观察 到___ 极体 卵子是否受精的标志 2个 次级卵母细胞 第二极体 + 第一极体 初 情 期 后 二、胚胎工程的理论基础 卵细胞的形成 卵丘细胞 卵母细胞核 透明带 第一极体 卵母细胞膜 牛刚出生时，每侧卵巢大约有15万个卵泡，每个卵泡内都有一个初级卵母细胞。出生后能够发育成熟排卵的卵泡只有200个左右，一生产下犊牛4-5头。 卵泡 卵泡细胞 初级卵母细胞 ＝ ＋ 卵子 次（初）级卵母细胞 透明带 放射冠 ＝ ＋ ＋ 排卵 卵子从卵泡中排出 ＝ 明确： 二、胚胎工程的理论基础 卵细胞结构图 卵细胞是哺乳动物体内最大的细胞，大约是精子体积的100倍。其直径可达0．125-0．15毫米，和人的头发尖的直径差不多。 卵呈球形，卵的细胞膜外面具有外被，其成分主要是糖蛋白，是由卵细胞或其它细胞分泌的。在哺乳动物中这种外被叫做透明带，其作用是保护卵子，阻止异种精子进入。透明带外面还具有由卵丘细胞形成的放射冠。 卵细胞细胞质多，核糖体十分丰富，同时还含有大量营养物质，卵细胞不能运动。 卵子是通过减数分裂形成的，第一次减数分裂在卵巢内完成，经过排卵过程，即将次级卵母细胞及外周的透明带和放射冠排出，倘若次级卵母细胞遇到精子，再结合过程中进行减数第二次分裂，成为真正意义上的卵细胞。 二、胚胎工程的理论基础 　　 一个卵细胞排出后约可存活12-24小时，在这12-24小时内等待着与精子相遇、结合。若卵子排出后由于多种原因不能与精子相遇形成受精卵，便在24小时后自然死亡。失去这次受精的机会，就要等到1个月后另一个卵子成熟并被排出，重复同样的过程。左右两个卵巢通常是轮流排卵，少数情况下能同时排出两个或两个以上的卵子。如果分别与精子相结合，就出现了双卵双胞胎和多卵多胞胎。 知识延伸 二、胚胎工程的理论基础 精原细胞 次级精母细胞 MⅠ分裂 精子细胞 MⅡ分裂 初级精母细胞 染色体复制 变形 有丝分裂 大量精原细胞 精 子 连续 二、胚胎工程的理论基础 受精 定义: 阶段: 受精前的准备阶段 受精阶段: 准备阶段Ⅰ:精子获能 准备阶段Ⅱ:卵子的准备 精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜具有：一定的流动性 哺乳动物的输卵管内。 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 1951年 张明觉- 兔子 Austin – 老鼠 动物排出的精子不能马上与卵子受精，必须在雌性生殖道内停留一段时间才能与卵子受精 精子获能：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”。 张明觉，美籍华人，生殖生物学家、育种学家和避孕药的创始人 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 准备阶段1---精子获能： 顶体 头 原生质滴 线粒体鞘 尾 注意： （1）精子获能实质是指精子获得受精的“能力”，而不是获得能量。 （2）精子获能的场所：雌性动物的生殖道。 方法： （1）利用雌性生殖道使精子获能。 （2）将精子培养在人工配置的获能液中使其获能等。 常用有效成分：肝素、Ca2+载体等 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，为体外受精技术的建立奠定了基础。 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备 （1）卵子一般在排出2～3h后才能被精子穿入。 （2）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。 （3）卵子成熟的场所：排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。 （4）卵子具备与精子受精能力的时期：MⅡ期。 具备受精能力的卵子结构 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 3.受精阶段 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 精子穿越透明带 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应， 精子进入 卵细胞 卵细胞膜反应 精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应。 防止多精入卵 第一极体 精子释放蛋白酶等多种酶，以溶解膜外结构 雌、雌原核形成 雌、雄原核靠近 核膜消失卵裂开始 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，叫做雄原核。 雄原核 第一极体 雌原核 第二极体 注意: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。 与此同时，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。 雄原核 第二极体 雌原核 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 3.受精阶段 精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带 精子接触卵细胞膜 透明带反应 卵细胞膜反应 形成雄原核、雌原核，释放第二极体 精子入卵 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成受精卵 受精结束，卵裂开始 受精的标志: ①观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间） ②观察到雌、雄原核 受精完成标志:雌雄原核融合形成合子(受精卵) 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 3.受精阶段 维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定 ；对于生物的遗传和变异十分重要。 受精过程完成以后开始进行胚胎发育。 4.受精的意义： 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵细胞？ 刚排出的卵细胞尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵细胞是在输卵管内与精子受精的。 正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵细胞。 是指卵细胞从卵泡中排出。 易错点 4.产生卵子的过程是否都发生在卵巢中？ 否、减II过程是在输卵管中 2.排卵是指卵细胞从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？ 3.刚排出的卵是成熟的卵细胞吗？它在母体的什么部位与精子受精？ 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 5.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合,这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？ 6.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？ 细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是有氧呼吸产生运动能量的场所。精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动 机”。 不是。其一，在自然繁殖的条件下，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。 二、胚胎工程的理论基础（一）受精： 易错点 1.场所 输卵管、子宫 二、胚胎工程的理论基础（二）胚胎早期发育： 2.过程 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 （1）卵裂 场所：透明带内。 分裂方式：有丝分裂。 特点：细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加。 每个细胞体积不断变小，DNA总数目不断增加， 每个细胞的核DNA数目不变，有机物总量减少， 有机物种类增加。 二、胚胎工程的理论基础（二）胚胎早期发育： 2.过程 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 桑葚 （2）桑椹胚 概念：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。 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，属于全能细胞。 二、胚胎工程的理论基础（二）胚胎早期发育： 2.过程 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 内细胞团 囊胚腔 滋养层 透明带 概念：胚胎进一步发育，细胞逐渐分化，形成内细胞团（聚集在胚胎一端，将来发育成胎儿的各种组织）、滋养层细胞（沿透明带内壁扩展和排列，将来发育成胎膜和胎盘）；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔—囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚。 孵化：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。 （3）囊胚 组成:内细胞团;滋养层;囊胚腔。 *孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育 二、胚胎工程的理论基础（二）胚胎早期发育： 2.过程 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 内细胞团表层的细胞。 外胚层 内胚层 内细胞团下方的细胞衍生形成。 中胚层 内细胞团细胞经过变化插到内外胚层形成。 原肠腔 内胚层包围的囊腔。 （4）原肠胚 逐渐分化形成各种组织、器官等 外胚层 内胚层 中胚层 原肠胚 二、胚胎工程的理论基础（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 桑棋胚 天 发育阶段 小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑棋胚 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 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、胚胎工程的理论基础（二）胚胎早期发育： 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。 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。 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。 二、胚胎工程的理论基础（二）胚胎早期发育： 不同动物受精卵发育的比较 受精后6星期，人形已隐约可见。这时，胚胎的心跳每分钟140—150下．是母亲心跳的两倍。 人类胚胎第8周时在子宫内的照片。 此时胎儿已长到20周，他移动手臂，把手指放在唇边，这可以促进它对吮吸的反映 。 胚胎发育 二、胚胎工程的理论基础（二）胚胎早期发育： 受精卵： 卵裂期： 桑椹胚： 囊胚（内含囊胚腔） 原肠胚（内含原肠腔） 胎儿形成 滋养层 外胚层 中胚层 内胚层 原肠腔 在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有减少。 由全能细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑椹。 内细胞团：发育成胎儿各组织 滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘 最初在输卵管进行有丝分裂 课堂小结： 主要特点： 1.下列有关哺乳动物受精的表述，正确的是(　　) A．在自然条件下，受精在子宫中完成 B．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 C．精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵 D．精子入卵后，精卵立即融合形成受精卵 课堂练习： C 2.如图表示人的受精卵在卵裂期过程中，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（ ） A.①② B.①③ C.②④ D.③④ 课堂练习： C 3. 下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是 ( ) A.在桑椹胚阶段，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.桑椹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 课堂练习： A （1）写出A、B所示生理过程的名称: A_____ ______；B__________。 （2）B过程完成是在雌性动物的_________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_______ _______。 （3）在C过程中，细胞分裂的方式是_________分裂，在发育过程的_________时期，胚胎突破透明带。 4.下图是某种哺乳动物生殖和发育的过程图解，请据图回答： 减数 受精作用 透明带反应 输卵管 分裂 卵细胞 膜反应 有丝 囊胚 课堂练习： Lavf58.20.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.33.100 Lavf58.33.100 $$