2.3.1胚胎工程的理论基础课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

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? 良种荷斯坦奶牛 从社会中来 不宜用体细胞核移植技术： ①成功率低 ②绝大多数的克隆动物存在健康问题 实现快速、大量繁殖良种家畜的方法： 体外受精 早期胚胎培养 胚胎分割 胚胎移植 短内时间内可产生大量后代 胚胎工程 哺乳动物体内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。 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。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 胚胎工程 技术种类 目 的 理论基础 实质 第二章 细胞工程 第三节 胚胎工程 2.3.1胚胎工程的理论基础 新课程标准 核心素养 1.简述受精和胚胎早期发育的基本过程。 2.说明胚胎的形成经过了受精及早期发育等过程。 1.生命观念——从精子和卵细胞的 结构理解受精作用过程。 2.科学思维——构建模型分析早期 胚胎发育中相关物质和结构的变化。 第二章 细胞工程 第三节 胚胎工程 2.3.1胚胎工程的理论基础 一、受精 （一）概念： 受精是 和 结合形成___ __的过程。 精子 卵子 合子（即受精卵） （二）场所： 输卵管内 （三）过程 准备阶段 受精阶段 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备 回顾精子形成的大致过程： 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精子 精原细胞 染色体复制 减数第一次分裂 减数第二次分裂 变形 准备阶段1：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”。 研究精子获能机制 找到精子 获能的方法 实现哺乳动物精子体外获能 为体外受精奠定了重要基础 直接利用雌性动物的生殖道使精子获能 将精子培养在人工配制的获能液中使其获能 获能液的成分因动物 种类不同而有所不同 获能液中的有效成分有：肝素、Ca2+载体等。 准备阶段1：精子获能 头 颈 线粒体鞘 尾 *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 （主要是细胞核） 成熟精子含有的细胞质很少 思考：精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？ 准备阶段1：精子获能 了解成熟精子的结构： 头 颈 线粒体鞘 尾巴 细胞核：①是精子遗传物质储存的场所 ②决定后代遗传特性 ③参与受精过程 线粒体：是精子进行有氧呼吸的主要场所， 为精子生存和运动提供能量。 准备阶段1：精子获能 了解成熟精子的结构： （主要是细胞核） 染色体复制 联会， 形成四分体 卵原细胞 初级卵母细胞 体积增大 卵细胞 第二极体 次级卵母细胞 第一极体 准备阶段2：卵子的准备 回顾卵细胞形成的大致过程： ①不同动物排出的卵子成熟程度不同 卵原细胞 初级卵母细胞 次级卵母细胞 马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞 猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞 马、犬排卵 猪、羊排卵 准备阶段2：卵子的准备 排出的卵子还需要进一步的成熟，一般在排出2~3h后才能被精子穿入。 ②卵子的成熟 卵原细胞 初级卵母细胞 次级卵母细胞 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 MⅡ(中)期卵母细胞 准备阶段2：卵子的准备 MⅡ(中)期卵母细胞 透明带 卵细胞膜 核 (纺锤体—染色体复合物) 第一极体 具有受精能力的卵子结构 ②卵子的成熟 准备阶段2：卵子的准备 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构 获能后的精子与卵子相遇 精子释放多种酶 溶解卵细胞膜外的一些结构 借助精子自身运动 精子接触卵细胞膜 受精阶段 第2步：透明带发生生理反应 在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面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。 阻止多精入卵的第一道屏障 受精阶段 第3步：精子入卵 精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内 阻止多精入卵的第二道屏障 第4步：卵细胞膜发生生理反应 精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。 受精阶段 第5步：雌雄原核的形成 雄原核的形成： 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，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。 雌原核的形成： 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。 雄原核 雌原核 第一极体 放出的第二极体 受精阶段 第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成 雌、雄原核充分发育 相向移动，彼此靠近 核膜消失，形成含有两个 染色体组的合子，即受精卵 雌、雄原核靠近 受精阶段 核膜消失，形成受精卵，第一次卵裂即将开始 卵子受精的标志: 放出的第二极体 第一极体 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂ⅡP58 雄原核 雌原核 观察到两个极体或者雌、雄原核 受精阶段 受精完成的标志: 雌雄原核融合形成合子 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构 第2步：透明带发生生理反应 第3步：精子入卵 第4步：卵细胞膜发生生理反应 第5步：雌雄原核的形成 第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成 阻止多精入卵的两道屏障 受精阶段 【典例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　受精过程的顺序为：精子释放出多种酶，溶解卵细胞膜外的一些结构→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→卵细胞膜反应→雌、雄原核的形成→雌、雄原核相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成受精卵→第一次卵裂开始，故选D。 23 【典例2】以下与受精作用有关的说法中，不正确的是(　　) A.受精作用的实质是精子的核和卵细胞的核融合 B.受精后的卵细胞能阻止其他精子的进入 C.受精作用前后卵细胞的活跃状态不同 D.受精卵中的染色体和DNA均由精子和卵细胞各提供一半 D 【典例3】下列细胞，哪一个为受精的标志（ ） C 解析　受精作用是精子和卵细胞相互识别、融合成为受精卵的过程，实质是精子的核和卵细胞的核融合，A正确；受精作用过程中，透明带和卵细胞膜会发生相应反应阻止多精入卵，一个卵细胞只能和一个精子受精，B正确；受精作用后卵细胞变活跃完成减数第二次分裂，C正确；受精卵中的染色体由精子和卵细胞各提供一半，但DNA来自卵细胞的多于来自精子的，D错误。 24 受精卵 2细胞 8细胞 桑葚胚 透明带 内细胞团 囊胚腔 滋养层 囊胚 4细胞 二、胚胎早期发育 场所： 哺乳动物的输卵管和子宫 25 （1）场所 ______内 （2）分裂方式 _________ （3）特点 ①细胞数量------------- ②胚胎总体积________ （4）其他表现 每个细胞体积________ DNA总数目_______ 每个细胞的核DNA数目_____ 有机物总量_____ 有机物种类_____ 透明带 有丝分裂 不断增加 并不增加 不断减小 不断增加 不变 减少 增加 卵裂 桑葚 （1）概念 当卵裂产生的子细胞逐渐形成_____的细胞团，形似桑葚时，这是的胚胎称为桑葚胚； （2）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 致密 整个卵裂期 桑葚胚 （1）概念 胚胎进一步发育，细胞___________，形成________、______；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有____的囊腔—______，这个时期的胚胎叫做囊胚； （2）特点* ____________ （3）结构组成 ________、______、_______ 开始出现分化 内细胞团 滋养层 液体 囊胚腔 细胞开始出现分化 内细胞团 滋养层 囊胚腔 内细胞团 囊胚腔 滋养层 囊胚 （聚集在胚胎一端的细胞，高度未分化——分化程度极低， 可作为胚胎干细胞的来源） 内细胞团 滋养层 囊胚腔 透明带 发育 胎盘和胎膜 发育 胎儿的各种组织 囊胚 （沿透明带内壁扩展和排列的细胞，已分化） 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。 如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 桑葚胚→囊胚形成 囊胚扩大→孵化 囊胚 ________后，将发育形成______； 原肠胚表面的细胞层为_______，向内迁移的细胞形成_______；随着发育的进行，一部分细胞还会在内外两个胚层之间形成_______； 这三个胚层将_________________________； 囊胚孵化 原肠胚 外胚层 内胚层 中胚层 逐渐分化形成各种组织、器官等 原肠胚 囊胚腔 外胚层 内胚层 中胚层 原肠腔 表皮及其附属结构 神经系统的和感官 循环系统 脊索 真皮 消化道上皮 呼吸道上皮 腺体 肌肉 内脏细胞外膜 泌尿系统 生殖系统 各种组织器官系统 个体 原肠胚 不同动物受精卵发育的比较 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 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 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 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，在实践中通常发育到囊胚阶段的胚胎进行移植； 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？ 不同动物受精卵发育的比较 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 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 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 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 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 【典例】右图是胚胎发育过程中某阶段示意图，下列有关叙述错误的是(　　) A.图中②将发育为胎膜和胎盘等结构 B.图中③可发育成胎儿的各种组织 C.高等哺乳动物细胞分化开始于桑葚胚期 D.胚胎从①中伸展出来的过程叫做孵化 C 解析　图中②是滋养层，将来发育成胎盘或胎膜，A正确；③是内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，B正确；高等哺乳动物细胞分化开始于囊胚期，C错误；①是透明带，胚胎从透明带中伸展出来的过程叫做孵化，D正确。 36 【检测】如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是(　　) C 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.桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化 D.图中性成熟的个体是通过无性生殖获得的 解析　胚胎发育是指从受精卵发育为成熟的胎儿的过程，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；桑葚胚进一步发育，细胞开始出现分化，逐渐形成囊胚，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。 37 获能精子 MⅡ期 卵母细胞 受精卵 精子 排出的 卵母细胞 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 原肠胚 准备阶段 受精阶段 胚胎早期发育 受精 【课堂小结】 (1)胚胎工程操作的对象可以是生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。( ) (2)刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在输精管中发生相应的生理变化后才能获得受精能力。( ) (3)防止多精入卵的机制有透明带反应和卵细胞膜反应。( ) (4)精子入卵后，被激活的卵子才能完成减数分裂Ⅱ。( ) √ × √ √ (5)胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞的数量不断增加，胚胎的总体积也不断增加。( ) (6)受精卵通过卵裂产生的子细胞，逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚，称为桑葚胚。( ) × √ 【基础过关】 (7)内细胞团位于囊胚的一端，将来发育形成胎盘和胎膜；滋养层细胞沿透明带内壁扩展和排列，将来发育形成胎儿的各种组织。( ) 解析：内细胞团位于囊胚的一端，将来发育形成胎儿的各种组织；滋养层细胞沿透明带内壁扩展和排列，将来发育形成胎盘和胎膜。 (8)孵化是指囊胚进一步扩大导致滋养层破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。( ) 解析：孵化是指囊胚进一步扩大导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。 × × 【当堂检测】 1.下列不属于胚胎工程技术的是(　　) A.体外受精 B.胚胎移植 C.杂交瘤技术 D.胚胎分割 C 2.下列有关哺乳动物体内受精表达正确的是(　　) 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，减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的 C.透明带和卵细胞膜发生相应反应来防止多精子入卵 D.精子无需穿过透明带也可以与卵细胞膜接触 C 解析　胚胎工程技术主要包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等，杂交瘤技术属于细胞工程技术。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，减数第一次分裂是在排卵前后完成的，减数第二次分裂是在受精过程中完成的，二者不连续，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。 41 3.下列有关哺乳动物受精卵在卵裂期发生的变化的叙述，正确的是(　　) A.细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大 B.细胞的数量增多，有机物含量增加 C.每个细胞的核DNA含量不断增加 D.逐渐出现了原肠胚，并有了胚层的分化 A 4.下列有关动物早期胚胎发育过程的说法，错误的是(　　) A.卵裂过程中细胞体积增大，有机物的总量不断下降 B.桑葚胚期，细胞暂未分化，此时的细胞具有发育的全能性 C.卵裂过程是在透明带内完成的，进行的是有丝分裂 D.内、外两个胚层在原肠胚期形成 A 解析　哺乳动物细胞的受精卵在分裂的时候，细胞的数量增加，即细胞总面积增加，细胞的总体积并不增加，故细胞总面积与总体积的比值逐渐增大，A正确；卵裂过程所需能量来自细胞呼吸，细胞呼吸会消耗有机物，因此有机物含量会减少，B错误；每个细胞的核DNA含量呈现周期性变化(复制加倍，分裂结束时恢复)，C错误；从受精卵到桑葚胚阶段属于卵裂期，逐渐出现了原肠胚并有了胚层的分化不属于卵裂期发生的变化，D错误。 解析　卵裂过程中细胞体积减小，有机物的总量不断下降，A错误；桑葚胚期的细胞暂未分化，具有发育的全能性，B正确；卵裂过程是在透明带内完成的，进行的是有丝分裂，C正确；原肠胚期会形成内、外两个胚层，同时也会形成中胚层和原肠腔，D正确。 42 D 5.如图表示动物早期胚胎发育过程中的某个时期，下列说法正确的是(　　) A.该时期为囊胚期，3表示包裹早期胚胎的卵细胞膜 B.1表示未分化的滋养层细胞 C.2表示内细胞团细胞，将来发育成胎膜和胎盘 D.4表示囊胚腔，囊胚腔中含有液体 解析　该图表示的是囊胚期，其中3表示包裹早期胚胎的透明带，A错误；1表示滋养层细胞，已经发生了分化，B错误；2表示内细胞团细胞，将来发育成胎儿的各种组织，C错误；4表示囊胚腔，囊胚腔中含有液体，D正确。 43 6．胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。请根据动物受精和早期胚胎发育过程回答下列问题： (1)在哺乳动物体内卵子的发生过程中，减数分裂Ⅰ完成的时间是在雌性个体排卵前后，当次级卵母细胞发育到________(时期)时才具备与精子受精的能力，受精的场所是________，判断卵子是否受精的重要标志是______________________________________________________ 。 (2)受精过程中防止多精入卵的两道屏障是_____________和____________。 (3)胚胎发育过程首先是卵裂，所得每个子细胞的体积比受精卵________，胚胎发育到________期会导致透明带破裂，胚胎从中伸展出来，这一过程叫作孵化。 MⅡ中期　 输卵管 在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体　 透明带反应 卵细胞膜反应 小 解析：哺乳动物的卵细胞形成过程中的减数分裂Ⅰ发生在雌性动物排卵前后，次级卵母细胞发育到减数分裂Ⅱ中期才具备受精能力。受精的场所是输卵管。判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。受精过程中防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。 44 Lavf58.45.100 $$