2.3 胚胎工程(第1课时) 课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章 细胞工程 照片中两只可爱的小猴，分别叫“中中”和“华华”，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。你知道它们是如何培育出来的吗？在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗？其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢？ 上面这些成果的取得都有赖于细胞工程的发展，培养克隆动物只是细胞工程的一个方面。近年来，细胞工程领域成果跌出，方兴未艾。 第3节 胚胎工程 （第1课时） 02 简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。 运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。 简述受精和胚胎早期发育的基本过程。 目标 01 03 学习目标 04 认同胚胎工程技术的发展和应用体现了科学、技术、社会的互动关系。 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？ 胚胎工程的迅猛发展，终使这个难题得到解决。 从社会中来 什么是胚胎工程呢 1、概念： 体外受精、胚胎移植、胚胎分割等 2、操作对象： 3、技术手段： 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 5、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 4、理论基础： 哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律 一、胚胎工程概述 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。 1 受精 2 胚胎早期发育 二、胚胎工程的理论基础 受精的场所？包括几个阶段？ 防止多精入卵的屏障有哪些？受精的标志？ 2 3 4 1 请同学们自主阅读教材P56-57，完成下列问题。 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？ 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？ 二、胚胎工程的理论基础 7 （一）受精 二、胚胎工程的理论基础 （一）受精 1、概念： 受精是_____和_____结合形成_____的过程。 精子 卵子 合子 2、场所： 输卵管内 3、过程： 包括___________________和___________。 受精前的准备阶段 受精阶段 二、胚胎工程的理论基础 卵巢 卵巢 输卵管 输卵管 子宫内膜 生殖道 准备阶段1 准备阶段2 精子获能 卵子的准备 (1)受精前的准备阶段 （一）受精 二、胚胎工程的理论基础 10 ①概念： 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”。 准备阶段1——精子获能 ②获能的方法： (1)受精前的准备阶段 （一）受精 二、胚胎工程的理论基础 ①直接利用雌性动物的生殖道使精子获能。 ②将精子培养在人工配制的获能液中使其获能。 ※获能液中常见的有效成分有：肝素、Ca2＋载体等。 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。 （细胞核） 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重要基础。 准备阶段1——精子获能 (1)受精前的准备阶段 （一）受精 二、胚胎工程的理论基础 ③研究精子获能机制的意义： ④成熟精子的结构： 精子获能现象的发现 张明觉 1951年，他发现“精子获能”的生理现象。同年，澳大利亚学者奥斯汀博士也在实验中发现相同现象。国际生理学界把他们俩的研究成果命名为“张—奥原理”。这一现象的发现解开了精卵受精之谜，为哺乳类卵子体外受精的成功，奠定了理论基础。 1959年，他首次成功地把兔子的精子和卵子在体外结合，再放回到兔子子宫里，体外受精的卵子发育正常，文章发表在1959年的《自然》杂志上。正是他的研究，促成了第一个试管婴儿的诞生，因此，张明觉博士也被誉为“试管婴儿的先驱”。 准备阶段2——卵子的准备 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 具备受精能力的卵子结构 ①卵子一般在排出______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______________如马、犬等； 有的可能是______________，如猪、羊等； ③卵子成熟的场所： 排出的卵子都要在__________进一步成熟。 ④卵子具备与精子受精能力的时期：_______ 2-3h 初级卵母细胞 次级卵母细胞 输卵管内 MⅡ期 (1)受精前的准备阶段 （一）受精 二、胚胎工程的理论基础 即卵子在输卵管内进一步成熟达到减数第二分裂中期（MⅡ）时，才具备受精能力。 14 2、受精阶段 （一）受精 二、胚胎工程的理论基础 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。 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子入卵 卵细胞膜反应 精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。 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。 防止多精入卵受精的两个屏障 (1)过程 2、受精阶段 （一）受精 二、胚胎工程的理论基础 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成受精卵。 第一次卵裂即将开始 2.卵子受精的标志： 观察到两个极体或雌、雄原核。 雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。 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 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 雌原核 放出第二极体 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； 17 受精 精子获能 受精前的准备 卵子准备 刚排出的精子必需在雌性动物的生殖道发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为“精子获能” 卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟，到MⅡ期，才具备与精子受精的能力 精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道；将精子培养在获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能 精子穿过卵细胞外结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵形成雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核 雌雄原核靠近 核膜消失 受精过程总结 二、胚胎工程的理论基础 卵子受精的标志： 观察到两个极体或雌、雄原核。 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 C 巩固练习 2.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 巩固练习 3.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 巩固练习 4.下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子( 　　) C 巩固练习 （二）胚胎早期发育 二、胚胎工程的理论基础 胚胎早期发育的场所？ 胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？ 什么是孵化？ 孵化的意义？ 2 3 4 1 请同学们自主阅读教材P58，完成下列问题。 囊胚阶段内细胞团会发育成什么？滋养层呢？ 卵裂期胚胎总体积变化？有机物总量变化？有机物种类的变化？ 二、胚胎工程的理论基础 24 1、场所： 输卵管和子宫 2、过程： 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 受精卵 囊胚 透明带 内细胞团 囊胚腔 滋养层 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 （二）胚胎早期发育 二、胚胎工程的理论基础 卵裂 （1）卵裂 ① 概念： 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，胚胎总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 ② 场所： 透明带内。 ③ 分裂方式： 有丝分裂 ④ 特点： 细胞数量 ，胚胎总体积 。 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 。 不断增加 并不增加 不断减小 不断增加 不变 减少 增加 2、过程： 二、胚胎工程的理论基础 A.①② B.①③ C.②④ D.③④ 5.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（ ） C 巩固练习 ① 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。 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。 （3）囊胚 ① 概念： 胚胎进一步发育，细胞逐渐 ，形成了 和 ；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； 分化 内细胞团 滋养层 液体 囊胚腔 ② 特点： 细胞开始出现分化。 （2）桑葚胚 2、过程： 二、胚胎工程的理论基础 桑葚胚 内细胞团 囊胚腔 滋养层 内细胞团 囊胚腔 滋养层 ③ 结构 内细胞团： 滋养层： 囊胚腔： 将来发育成胎儿的各种组织。 将来发育成胎膜和胎盘。 ④ 孵化： 囊胚进一步扩大，会导致 破裂，胚胎从 中 ，这一过程叫做孵化。 透明带 伸展出来 透明带 孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 （3）囊胚 2、过程： 二、胚胎工程的理论基础 内细胞团 囊胚腔 滋养层 透明带 （3）原肠胚 2、过程： 二、胚胎工程的理论基础 滋养层 内胚层 外胚层 原肠腔 囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。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中胚层。这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。 ——出现胚层分化 每个细胞具有全能性，能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织 卵裂 细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加 孵化 胎儿的各种组织细胞 胎盘、胎膜等胚外组织细胞 通常含有三个胚层：外胚层、内胚层、中胚层 桑葚胚 受精卵 囊胚 原肠胚 内细胞团 滋养层 二、胚胎工程的理论基础 （二）胚胎早期发育 6.下图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:　　　　　　。 (2)写出图中各标号的名称: ①　　　　 ，②　 　　　，③　　　　，④　　　　 。  (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)①将来发育成 ，②将来发育成　　　　　　　　。   囊胚 原肠胚 桑葚胚 囊胚腔 透明带 全能 滋养层 内细胞团 细胞分化 胚层分化 胎儿的各种组织 巩固练习 胎膜和胎盘 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(注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间) 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 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 思考·讨论 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。 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。 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。 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 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 精子入卵形成雄原核；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 课堂小结 练习与应用 36 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。（ ） × × √ 一、概念检测 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 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。 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。 二、拓展应用 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。 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? 二、拓展应用 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 41 Lavf56.40.101 Tencent APD MTS Lavf58.33.100 Lavf58.33.100 $