2.3.1胚胎工程的理论基础-试管婴儿（情境课件）生物人教版选择性必修3

人教版选择性必修3 第3章 细胞工程 第3节 胚胎工程 胚胎工程的理论基础 试管婴儿 目录 生命观念 1.通过学习哺乳动物受精和胚胎早期发育过程，理解细胞结构与功能的统一性。 2.基于哺乳动物受精过程示意图和胚胎早期发育示意图，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，阐明受精和胚胎早期发育的过程及特点，培养逻辑思维能力。 科学思维 1.通过自主学习受精过程、小组合作探究胚胎早期发育过程，培养科学探究能力。 社会责任 1.了解胚胎工程技术在保护濒危动物中的应用，关注动物保护和生态平衡，认识到保护生物多样性的重要性，形成关爱生命、保护环境的社会责任意识。 素 养 目 标 情境导入 试管婴儿 国家统计局数据显示，我国结婚登记女性的年龄占比中，35岁及以上非最佳育龄妇女的占比正逐年增加。晚婚晚育与不孕不育增加的趋势也高度重合。目前，我国育龄夫妇的不孕不育率已经攀升至约12%-18%。这些夫妇特别想要一个自己的孩子，有什么好的建议能让他们实现心愿么？ 1992年我国首例三胞胎试管婴儿 1988年我国首例试管婴儿诞生 “试管婴儿” 技术过程： 第一步：体外受精 第二步：胚胎的早期培养 第三步：胚胎移植 【任务一】阅读课本56页第1-2段，思考回答下列问题： 1.胚胎工程的概念？ 2.胚胎工程操作对象、常用技术、理论基础、实质和操作水平。 情境串讲 一、胚胎工程 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操作对象： ②技术手段： ③理论基础： 生殖细胞、受精卵或早期胚胎 体外受精、胚胎分割、胚胎移植等。 哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。 ④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 ⑤操作水平： 主要集中在细胞水平上 情境串讲 一、胚胎工程 【任务二】请同学们自主阅读教材P56-57，思考并回答下列问题： 1.受精的场所？包括几个阶段？ 2.什么是精子获能？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？ 情境串讲 二、受精 1.概念： 情境串讲 二、受精 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 2.场所： 输卵管 3.过程： 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 哺乳动物的输卵管内。 （一）受精前的准备阶段 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 情境串讲 二、受精 精子获能的概念? 科学研究发现，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” 怎么让精子获能? 直接利用 使精子获能； 将精子培养在 中使其获能； 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 *获能液的成分因动物种类不同而有所差异； *获能液常见有效成分有肝素、Ca2+载体等； 注：精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。 情境串讲 二、受精 （一）受精前的准备阶段 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 精子由哪些部分组成? 精子的结构特点与其功能有什么相关性? 情境串讲 二、受精 回顾：精子的发生 精原细胞 大量精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精子 有丝分裂 染色体复制 变形 第一阶段 第二阶段 第三阶段 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ （一）受精前的准备阶段 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 头 颈 线粒体鞘 尾巴 细胞核 线粒体 精子的变形： *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 思考：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。 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。 细胞核和线粒体都是精子的重要结构。 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。 情境串讲 二、受精 （一）受精前的准备阶段 1.准备阶段Ⅰ——精子获能 情境串讲 二、受精 （一）受精前的准备阶段 2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备 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 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 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。 发育 情境串讲 二、受精 （一）受精前的准备阶段 2.准备阶段Ⅱ——卵子的准备 （二）受精阶段 【任务三】阅读教材57页“受精阶段”部分的内容，思考回答以下问题。 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，它的结构发生了哪些变化? 4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？ 情境串讲 二、受精 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构 第2步：透明带反应 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 雄原核 雌原核 第一极体 放出第二极体 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构 获能后的精子与卵子在输卵管相遇 释放多种酶 溶解卵细胞膜外的一些结构（如透明带） 借助精子自身运动 精子接触卵细胞膜 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 第2步：透明带反应 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 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。 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。 阻止多精入卵的第二道屏障 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 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，形成雌原核。 雄原核 第一极体 放出的 第二极体 卵子完成减数分裂Ⅱ 输卵管 精子入卵激活后 发生场所 发生时间 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 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，受精卵形成 雌、雄原核靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 是否受精的标志： 观察到两个极体或雌、雄原核。 受精是否完成的标志： 雌、雄原核融合形成合子 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是第一极体，一个是第二极体。 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 思考1：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？这有什么意义？ 阻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。 思考2：如何判断卵子是否受精？ 思考3：精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有什么功能？ 受精完成的标志是？ 体现了细胞膜具有 的功能。体现了细胞膜什么特性？ 。 透明带反应 卵细胞膜反应 染色体数目 观察到两个极体或雌、雄原核。 雌、雄原核融合形成合子 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形成的新核，原核膜已破裂。 细胞间进行信息交流 细胞膜的流动性 （二）受精阶段 情境串讲 二、受精 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 1.下列有关哺乳动物精子、卵子的发生及受精作用的叙述，正确的是(　　) A．人体卵子成熟及形成受精卵的场所均为输卵管 B．获能后的精子和卵子相遇时，会释放多种水解酶，以防止其他精子入卵 C．精子入卵后会立即与卵细胞核发生融合 D．卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体是受精的唯一标志 A 卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体是受精的标志之一，观察到雌、雄原核也可以作为受精的标志。 即学即练 受精 以便精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等），不属于防止其他精子入卵的屏障。 精子入卵后先形成雄原核，然后才能与雌原核融合。 2.下图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是(　　) A．图中X指卵细胞膜反应，Y指卵子的减数分裂Ⅱ B．经图中Y过程只形成了雌原核 C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合 D．精子入卵后，尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶 B 即学即练 受精 除形成雌原核外，还形成第二极体。 即学即练 受精 3.右图是受精过程部分图解，据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．精子和卵子发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接触的瞬间，精子①就不能进入2 C．当精子②入卵后，精子③就不能进入卵内 D．在2中观察到两个极体的现象可作为受精的标志 A 精子和卵子发生的场所分别是睾丸和卵巢，受精作用的场所是输卵管。 即学即练 受精 【任务三】阅读课本58页，回答以下问题： 1.胚胎发育的场所在哪里？胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？ 2.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？ 3.发育的每个阶段各有何特征？ 4.什么是孵化？ 孵化的意义？ 情境串讲 三、胚胎早期发育 受精卵 第一次卵裂 第二次卵裂 第三次卵裂 囊胚 囊胚 囊胚腔 原肠胚 外胚层 中胚层 内胚层 桑葚胚 原肠腔 情境串讲 三、胚胎早期发育 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 卵裂期 胚胎发育 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 受精卵开始向子宫移动，受精卵在输卵管一边移行，一边进行有丝分裂，逐渐发育成胚胎。可分为以下几个阶段：桑椹胚、囊胚、原肠胚。 场所 情境串讲 三、胚胎早期发育 1.卵裂 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 卵裂 (细胞未分化) 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，但胚胎的总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称卵裂。 场所 特点 情境串讲 三、胚胎早期发育 情境串讲 三、胚胎早期发育 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚 项目 变化 细胞数目 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的DNA总量 有机物总量 物质种类 增多 减小 增多 不变 减少 增多 请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成下表： 1.卵裂 卵裂期 2.桑葚胚 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。 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。 (2)特点 (1)概念 情境串讲 三、胚胎早期发育 3.囊胚 内细胞团 滋养层 囊胚腔 发育 胎盘和胎膜 发育 胎儿的各种组织 内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。 滋养层细胞已经分化，将来只能分化为胎盘和胎膜。 聚集在胚胎一端 沿透明带内壁扩展和排列 胚胎内部含有液体的腔。 透明带 情境串讲 三、胚胎早期发育 3.囊胚 囊胚进一步_______，会导致____________，胚胎从_________中__________，这一过程叫做孵化。 扩大 透明带破裂 透明带 伸展出来 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 注意：孵化时或刚孵化出的胚胎都处于囊胚期 情境串讲 三、胚胎早期发育 桑葚胚→囊胚形成 囊胚扩大→孵化 情境串讲 三、胚胎早期发育 内胚层 中胚层 囊胚孵化后，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_____________________________； 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 外胚层 4.原肠胚 情境串讲 三、胚胎早期发育 不同动物受精卵发育的比较 思考•讨论 动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段 小鼠 3 桑葚胚 山羊 4 10-16细胞 绵羊 3-4 16细胞 猪 2-2.5 4-6细胞 马 6 囊胚 牛 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 情境串讲 三、胚胎早期发育 动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段 小鼠 3 桑葚胚 牛 4-5 8-16细胞 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。 不同动物受精卵发育的比较 思考•讨论 情境串讲 三、胚胎早期发育 3.为什么说有关动物体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？ 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。 不同动物受精卵发育的比较 思考•讨论 情境串讲 三、胚胎早期发育 即学即练 早期胚胎发育 1．(2024·北京等级考)我国科学家体外诱导食蟹猴胚胎干细胞，形成了类似囊胚的结构(类囊胚)，为研究灵长类胚胎发育机制提供了实验体系(如图)。相关叙述错误的是(　　) A．实验证实食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能 B．实验过程中使用的培养基含有糖类 C．类囊胚的获得利用了核移植技术 D．可借助胚胎移植技术研究类囊胚的后续发育 C 类囊胚的获得利用了动物细胞培养技术。 即学即练 早期胚胎发育 2．(2024·湖北选择考)研究者探究不同浓度的雌激素甲对牛的卵母细胞和受精卵在体外发育的影响，实验结果如下表所示。根据实验数据，下列叙述错误的是(　　) A．实验结果说明甲抑制卵裂过程 B．甲浓度过高抑制第一极体的排出 C．添加1 μg/mL的甲可提高受精后胚胎发育能力 D．本实验中，以第一极体的排出作为卵母细胞成熟的判断标准 甲的浓度 (μg/mL) 卵母细 胞(个) 第一极体 排出(个) 成熟率 (%) 卵裂数 (个) 卵裂率 (%) 0 106 70 66．0 28 40．0 1 120 79 65．8 46 58．2 10 113 53 46．9 15 28．3 100 112 48 42．8 5 10．4 A 根据题表数据分析，随着甲浓度的增大，卵裂率先增大后减小，说明甲浓度较低时促进卵裂过程，浓度过高时抑制卵裂过程。 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 精子入卵称为雄原核；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 课堂小结 胚胎工程的理论基础 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 课堂练习 能力提升 2.下列过程发生在受精过程中的是(　　) ①精子与卵子接触,释放多种酶 ②精子释放的酶可使精子穿过透明带、卵细胞膜 ③卵子恢复分裂并很快完成了减数分裂Ⅰ ④精子和卵子的细胞核分别形成雄原核和雌原核 ⑤透明带反应可以防止多精入卵的发生 A.①②⑤　　 B.①④⑤ C.②③④ D.②④⑤ 课堂练习 能力提升 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 课堂练习 能力提升 4.下图为哺乳动物早期胚胎发育的过程，下列有关叙述不正确的是(　　) A．过程a和b使胚胎中有机物的含量减少 B．Ⅰ、Ⅱ时期的胚胎中都含有全能细胞 C．Ⅰ时期为囊胚期，细胞逐渐分化 D．图示过程中，部分细胞中的遗传物质可能发生改变 课堂练习 能力提升 5..下图表示人的个体发育过程。下列说法正确的是(　　) A．过程①中，细胞中的有机物总量不变 B．过程③中，细胞形成不同胚层，是遗传物质改变引起的 C．过程②进行时，细胞中各种有机物的含量都减少 D．过程④中，各个胚层逐渐分化形成各种组织、器官等 课堂练习 能力提升 6．下列关于桑葚胚和囊胚的叙述，错误的是(　　) A．桑葚胚的各细胞结构、功能基本相同 B．囊胚期细胞分化是由遗传物质突变引起的 C．囊胚期的细胞出现了细胞分化，但遗传物质未发生改变 D．囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异不是DNA复制水平上的差异，而是转录水平上的差异 课堂练习 能力提升 7.(2025·黑吉辽选择考)研究显示,约70%的小鼠体细胞核移植胚胎未能成功发育至囊胚期,且仅有约2%的胚胎移植到代孕母鼠后可正常发育。下列叙述错误的是( ) A.体细胞核进入去核的MⅡ期卵母细胞形成重构胚 B.移植前胚胎发育率低,可能是植入的体细胞核不能完全恢复分化前的功能状态 C.胚胎移植到代孕母鼠后成活率低,可能是早期胚胎未能及时从滋养层内孵化 D.为提高胚胎成活率,可用胚胎细胞核移植代替体细胞核移植 课堂练习 能力提升 (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　　　　　　　　　　　　。  全能 内胚层 细胞分化 胚层分化 胎儿的各种组织 8.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 囊胚腔 外胚层 内细胞团 课堂练习 能力提升 人教版选择性必修3 感谢观看！ Lavf58.33.100 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