第2章 第4节 第1课时 哺乳动物胚胎发育的基本过程-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（苏教版）

第四节　胚胎工程及其应用 第1课时 哺乳动物胚胎发育的基本过程 学习目标 1.了解精子和卵细胞的发生过程。　 2.简述受精的主要过程。　　 3.阐述哺乳动物胚胎发育的基本过程。 　　　　　　　　知识点(一)　精子与卵细胞的发生和受精过程 [教材知识梳理] 　　(一)精子的发生 场所 哺乳动物睾丸的曲细精管 时期 动物个体性成熟后 过程 精原细胞初级精母细胞精细胞 储存 精子形成后进入曲细精管的管腔中 精细胞的 分化(变形) 过程 细胞核→精子头的主要部分; 高尔基体→顶体; 中心体→精子的尾; 线粒体→聚集在中段形成线粒体鞘 　　(二)卵细胞的发生 1.卵细胞发生开始的场所:在雌性动物的卵巢中。 2.时期 (1)哺乳动物及其他许多脊椎动物的卵细胞发育在出生后会停止一段时间,直到雌性动物发育到性成熟期才继续发育。 　　(2)哺乳动物的初级卵母细胞在排卵前完成减数第一次分裂,排卵后,随着精子进入次级卵母细胞继续减数第二次分裂。 3.过程 　　(三)受精卵的形成 1.过程 　　2.防止多精入卵的屏障 哺乳动物的一个精子穿入次级卵母细胞后,会立即引起透明带及细胞质膜发生一系列变化,形成阻止其他精子进入的屏障。 3.受精开始的标志和受精完成的标志 (1)精子进入次级卵母细胞标志着受精过程的开始。 (2)雄原核和雌原核相互融合,是受精完成的标志。 [核心要点点拨] 　　(一)图示法理解受精过程 　　(二)受精过程认识的“三个误区” 1.成熟的精子并不代表具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。 2.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。 3.受精开始的标志是精子进入次级卵母细胞;受精完成的标志是卵细胞质膜和透明带之间出现两个极体、雌雄原核融合。 (三)精子和卵细胞发生的比较 比较项目 精子发生 卵细胞发生 区 别 场所 睾丸的曲细精管(场所唯一) 卵巢(减数第一次分裂)、输卵管(减数第二次分裂)(场所不唯一) 时间 初情期(性成熟)开始 性别分化后开始,卵泡(含初级卵母细胞)的形成和在卵巢内的储备,是在出生前(胎儿时期)完成的,减数第二次分裂是在精子和卵子的结合过程(即受精过程)中完成的 区 别 过程 特点 ①减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的,需变形; ②细胞质均等分配 ①减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续的,不需要变形; ②细胞质不均等分配(第一极体除外) 结果 形成4个精子 形成1个卵细胞和3个极体 相同点 ①原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂; ②生殖细胞的成熟为减数分裂; ③成熟过程均经一次染色体复制和两次细胞分裂,子细胞中染色体数目减半 [典例]　下列不是精子、卵细胞发生的区别的一项是 (　　) A.初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间 B.减数第一次分裂和减数第二次分裂的时间连续性 C.成熟生殖细胞是否经过变形 D.成熟生殖细胞中染色体的数目 [解析]　初级精母细胞是雄性动物性成熟后,由精原细胞分裂形成的,而初级卵母细胞是在胎儿期形成的;产生精子的减数第一次分裂和减数第二次分裂连续进行,产生卵细胞时通过减数第一次分裂形成次级卵母细胞,在精子与次级卵母细胞的结合过程中完成减数第二次分裂;精子形成需要变形,卵细胞形成不需要变形;成熟的精子和卵细胞均经过减数分裂形成,都含有相当于亲本体细胞染色体数目的一半。 [答案]　D [层级训练评价] (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)支持细胞可为精子的发生提供营养。 (√) (2)线粒体发育成精子的尾。 (×) (3)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管。 (√) (4)受精的标志是观察到两个极体;受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子。 (√) (5)精子入卵后被激活的次级卵母细胞完成减数第二次分裂,排出第二极体,形成雌原核。 (√) (二)落实知能 2.在精细胞变形为精子的过程中,大部分细胞质及多数细胞器退化消失,但保留了细胞核和线粒体。有关说法错误的是 (　　) A.细胞质减少有利于精子向卵细胞快速移动 B.精子变形过程中线粒体氧化分解了多数细胞器 C.受精卵发育时需要精子细胞核传递的遗传信息 D.精子游动时,需要线粒体提供大量能量 解析:选B　细胞质减少,使精子具备了适于游动的能力,有利于精子向卵细胞快速移动,A正确;精子变形过程中,多数细胞器退化消失,是溶酶体内的水解酶发挥作用的结果,B错误;受精卵中的染色体一半来自精子、一半来自卵细胞,染色体主要由蛋白质和储存遗传信息的DNA组成,受精卵发育时需要精子细胞核传递的遗传信息,C正确;精子游动时,需要消耗大量的能量,这些能量主要是由线粒体提供的,D正确。 3.(2025·连云港月考)有性生殖过程中,一个卵细胞与一个精子成功融合后,通常不再与其他精子融合。我国科学家研究发现,当卵细胞与精子融合后,卵细胞会特异性表达和分泌BF1和BF2这两种蛋白质,这两种蛋白质能避免受精卵再度与精子融合。下列叙述正确的是 (　　) A.精子与卵细胞的识别和融合,与细胞膜的选择透过性有关 B.受精过程中,精子和卵细胞的随机结合会导致基因重组 C.刚排出的精子能够立即与卵子受精 D.BF1和BF2有利于维持受精卵中染色体数目的稳定 解析:选D　细胞膜上有特异性受体,精子与卵细胞的识别与细胞膜的信息交流功能有关,精子与卵细胞的融合与细胞膜的流动性有关,A错误;受精过程中精子和卵细胞的随机结合不是基因重组,基因重组发生在减数分裂过程中,B错误;刚排出的精子必须在雌性动物的生殖道内发生相应的生理变化后,才能获得受精能力,C错误;BF1和BF2能避免受精卵再度与精子融合,有利于维持受精卵中染色体数目的稳定,D正确。 (三)迁移应用 4.下列是哺乳动物精子形成过程的相关研究资料,请阅读后分析回答: 资料一:研究表明,几乎所有物种的精子都能够吸收外源DNA分子并将其融入细胞核。用外源DNA分子培养精子细胞,精子内,外源DNA都会降解,部分降解的DNA序列会被释放到培养液中,最终,外源DNA分子被整合到精子基因组。 资料二:有人用放射性同位素标记磷酸基团、腺嘌呤、乳清酸(对RNA酶很敏感,在细胞内转化为尿嘧啶)、胸腺嘧啶后,再混合进行精子的悬浮培养。一段时间后,在精子中检测到前三种物质,而培养液中胸腺嘧啶含量没有变化。 资料三:有人把放射性同位素标记的蛋氨酸和半胱氨酸等添加到精子获能液中,进行短时间培养,发现同位素出现在新的多肽中。向获能液中加入线粒体抑制剂能阻止此过程。 (1)精原细胞经过　　　　、　　　　和细胞分化等生理过程,持续不断产生正常功能精子,与卵细胞的形成过程相比,精子的形成需要经过　　　。  (2)某种核酸酶可以将DNA“切割”成单体,该酶“切割”DNA分子的结果是得到　　　　　　　,外源DNA分子被整合到精子基因组的分子结构基础是　　　　　　　　　　　　。  (3)据资料二推测在精子中发生　　　　　,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)据资料三推测精子中的　　　　　　反应需要　　　　。  解析:(1)精原细胞首先通过有丝分裂方式实现自身的增殖,其次通过减数分裂方式产生生殖细胞,细胞分裂过程中伴随着细胞分化。与卵细胞的形成过程相比,精子的形成需要经过变形。 (2)DNA分子的单体是四种脱氧核苷酸。由于外源DNA分子和精子基因组具有相同的组成单位和空间结构,因此外源DNA分子能被整合到精子基因组。 (3)乳清酸(对RNA酶很敏感,在细胞内转化为尿嘧啶)是合成RNA的原料,而胸腺嘧啶是合成DNA的原料,资料二中,用放射性同位素标记磷酸基团、腺嘌呤、乳清酸、胸腺嘧啶后,再混合进行精子的悬浮培养。一段时间后,在精子中检测到前三种物质,而培养液中胸腺嘧啶含量没有变化,说明在精子中发生RNA的合成。 (4)肽链是氨基酸通过脱水缩合反应形成的,把放射性同位素标记的蛋氨酸和半胱氨酸等添加到精子获能液中,发现同位素出现在新的多肽中,而向获能液中加入线粒体抑制剂能阻止此过程,说明精子中的脱水缩合反应需要线粒体提供能量。 答案:(1)有丝分裂　减数分裂　变形　(2)四种脱氧核苷酸　有相同的组成单位和空间结构 (3)RNA合成　乳清酸数量减少,而胸腺嘧啶含量没有变化　(4)脱水缩合　能量 知识点(二) 　胚胎发育过程 [教材知识梳理] 　　(一)胚胎发育的概念 指受精卵发育成幼体的过程,包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要发育阶段。 (二)胚胎发育基本过程 人体的胚胎发育从受精卵开始到胎儿出生,其胚胎发育过程可分为胚卵期、胚胎期和胎儿期3个阶段(如图)。 1.胚卵期的主要过程 　　(1)在输卵管内,精子和卵子结合形成受精卵。 (2)受精卵向子宫腔移动,并多次分裂(卵裂),形成实心细胞团(桑椹胚)。 (3)胚胎继续分裂,形成囊胚,聚集在囊胚一端的细胞,称为内细胞团。 (4)囊胚植入子宫内膜,称为着床。胚卵期结束,进入胚胎期。 2.胚胎期的主要过程 (1)囊胚植入子宫内膜过程中,囊胚壁逐渐发育为滋养层,内细胞团逐渐发育为二胚层的胚盘,然后继续发育为三胚层的原肠胚。 (2)从第3周开始,二胚层胚盘中的部分细胞增殖分化形成中胚层。随着三个胚层的分化,三胚层逐渐发育为各种器官的原基。胚盘发育为胚体,胚体凸入羊膜腔,浸泡在羊水中,胎盘逐渐形成。约在第3周末,心脏出现。 (3)从第4周开始,三胚层逐渐发育,形成眼、耳、鼻等器官的原基;第4周末,神经系统开始发生;第8周末,胚体初具人形。 3.胎儿期的主要过程 9~12周,胎儿头部仍占优势,躯体长高,脑部继续增长,眼睑闭合,眼内出现视网膜,从外生殖器可辨别性别;13~16周,胎儿小脑变得突出,耳郭伸出,出现闭眼和吮吸的动作;17~20周,出现睫毛和眉毛,胎毛覆盖皮肤;21周后,胎儿继续发育直至出生。 (三)优生检查 从优生的角度出发,为了最大限度地避免具有遗传缺陷的胎儿出生,在妊娠期间,可通过产前检查和产前诊断确保胎儿优生。 [微提醒] 　　受精卵到桑椹胚阶段细胞都具有发育上的全能性,卵裂过程中细胞有机物总量是下降的。 [核心要点点拨] 　　(一)图示法理解早期胚胎发育的过程 1.胚胎发育的起点是受精卵,受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂,此时胚胎开始发育,即胚胎发育的最初场所是输卵管,以后逐步向子宫移动,最后在子宫内着床,直至发育成为成熟的胎儿。 2.桑椹胚阶段细胞均未分化,细胞具有全能性,是胚胎分割的最佳时期。 3.囊胚阶段开始出现细胞分化,但内细胞团细胞仍具有全能性,可用于胚胎分割。 4.原肠胚阶段细胞进一步分化,已分化形成外、中、内三个胚层。 5.早期胚胎发育的营养物质来自卵黄,后期通过胎盘从母体吸收营养物质。 (二)卵裂期细胞或物质的变化规律 项目 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 变化 增多 减小 增多 不变 减少 增多 [典例]　(2025·常州测试)下图表示高等动物的个体发育过程,下列说法正确的是 (　　) A.受精卵卵裂形成囊胚的过程中,每个细胞体积不断增大 B.受精卵发育为桑椹胚的过程是在透明带内完成的 C.在胚胎发育过程中,幼体所需要的原料全部来自卵黄 D.原肠胚是进行胚胎移植的最好时期 [解析]　受精卵形成囊胚的过程中,主要发生了卵裂,每个细胞的体积不断缩小,胚胎的总体积基本不变或略有缩小,A错误;受精卵发育为桑椹胚的过程是在透明带内完成的,B正确;早期胚胎发育中所需原料来自卵黄,后期幼体所需原料主要来自母体,C错误;原肠胚时期细胞分化程度高,移植成功率很低,最好在此阶段前进行移植,不同动物胚胎移植时间不同,D错误。 [答案]　B [层级训练评价] (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)囊胚期细胞还没有分化。 (×) (2)受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于营养液。 (×) (3)蛙胚胎发育过程,随着细胞分裂次数的增加,蛙胚的有机物总量不断增加。 (×) (4)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂。 (×) (5)滋养层细胞由囊胚壁发育而来。 (√) (6)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期。 (×) (7)胚胎发育的场所是输卵管。 (×) (二)落实知能 2.下列关于哺乳动物胚胎发育的描述,正确的是 (　　) A.指受精卵发育成成体的过程 B.包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要发育阶段 C.整个胚胎发育过程可分为胚胎期和胎儿期两个阶段 D.囊胚植入子宫内膜,胚胎期结束,进入胎儿期　 解析:选B　胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程,包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要发育阶段,A错误,B正确;整个胚胎发育过程包括胚卵期、胚胎期和胎儿期三个阶段,C错误;囊胚植入子宫内膜标志胚卵期结束,胚胎期开始,D错误。 3.(2025·南京月考)下图中a、b表示胚胎发育的两个不同时期,下列有关叙述错误的是 (　　) A.a为囊胚,该时期可分离得到胚胎干细胞 B.b为原肠胚,该时期会分化成三个胚层 C.①过程不发生同源染色体的分离和自由组合 D.②③④过程代表胚胎发育的全过程 解析:选D　a时期为囊胚,其中的内细胞团具有全能性,因此可分离得到胚胎干细胞,A正确;b为原肠胚,会分化成外胚层、中胚层和内胚层三个胚层,B正确;同源染色体的分离和自由组合发生在减数分裂Ⅰ后期,①是受精作用,该过程中不会发生同源染色体的分离和自由组合,C正确;②③④过程仅代表早期胚胎发育,不能代表胚胎发育全过程,D错误。 (三)迁移应用 4.下图为哺乳动物的生殖和个体发育过程,请据图回答下面的问题: (1)哺乳动物的精子和卵细胞在　　　　　　中完成受精作用。  (2)哺乳动物个体发育的起点是　　　　　　,其胚胎发育的整个过程在　　　　　　　　　　　中完成。  (3)图示Ⅰ过程为　　　　　　　　　　　。  (4)图中“?”处应为　　　　　　,内细胞团出现于　　　　　　时期。  (5)过程①需经过多次细胞分裂才能完成,请在下图中绘出该过程中每个细胞的体积、核DNA含量与时间的关系。 解析:(1)哺乳动物的卵细胞在输卵管中发育成熟,所以精子和卵细胞在输卵管中完成受精作用。 (2)哺乳动物个体发育的起点是受精卵,其胚胎发育的整个过程在输卵管和子宫中完成。 (3)题图表示个体发育过程,其中 Ⅰ 过程为胚胎发育。 (4)题图中“?”处应为原肠胚,且内细胞团出现于囊胚期。 (5)过程①表示卵裂,在卵裂过程中,细胞的总体积基本不变,单个细胞的体积不断减小,单个细胞的核DNA含量不变。具体曲线参见答案。 答案:(1)输卵管　(2)受精卵　输卵管和子宫　(3)胚胎发育　(4)原肠胚　囊胚　(5)如图所示 /课堂小结与随堂训练/ 一、知识体系构建 二、关键语句必背 1.一个精子穿入次级卵母细胞后,会立即引起透明带及细胞质膜发生一系列变化,形成阻止其他精子进入的屏障。 2.精子进入次级卵母细胞,是受精开始的标志。雄原核和雌原核相互融合,是受精完成的标志。 3.胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程,包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要发育阶段。 三、素养好题训练 1.烟草的烟雾含有几千种化学物质,其中不少物质会影响减数分裂,影响精子和卵细胞的形成。下列关于精子和卵细胞及其形成的叙述,正确的是 (　　) A.若烟雾中的某物质能阻止某对同源染色体分离,则精子或卵细胞中一定少一条染色体 B.在减数第一次分裂和减数第二次分裂过程中都有同源染色体配对和着丝点分裂现象 C.一个精原细胞经减数分裂只能形成2种精细胞、4个精细胞 D.一个卵原细胞经减数分裂只能形成1种卵细胞、1个卵细胞　 解析:选D　若烟雾中的某物质能阻止某对同源染色体分离,则精子或卵细胞中可能少一条染色体也可能多一条染色体,A错误;减数第一次分裂过程中无着丝点分裂,减数第二次分裂过程中无同源染色体、也无同源染色体配对,B错误;如果发生交换,一个精原细胞经减数分裂能形成4种精细胞、4个精细胞,C错误;一个卵原细胞经减数分裂只能形成1种卵细胞、1个卵细胞,D正确。 2.(2025·徐州月考)某实验室通过提高小鼠胚胎干细胞pSTAT3基因的表达水平,体外制备出桑椹胚样全潜能细胞(桑椹胚样细胞)。该细胞在分子水平及发育潜能上均具有自然胚胎桑椹胚期细胞特性,并在体外成功模拟了小鼠胚胎发育至原肠胚阶段。根据该研究,下列叙述错误的是 (　　) 注:pSTAT3基因是调控胚胎发育的关键基因。 A.桑椹胚样细胞可诱导发育至囊胚期 B.诱导桑椹胚样细胞时,基因的碱基序列和表达的情况都发生改变 C.囊胚期细胞重置至桑椹胚样细胞的过程类似于脱分化 D.据图推测,桑椹胚发育成囊胚的过程中,pSTAT3基因的表达水平下降 解析:选B　由题意可知,某实验室在体外成功模拟了小鼠胚胎发育至原肠胚阶段,而胚胎发育的过程为受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→幼体,因此桑椹胚样细胞可诱导发育至囊胚期,A正确;诱导桑椹胚样细胞时,基因的碱基序列并未发生改变,B错误;囊胚期细胞重置至桑椹胚样细胞的过程类似于脱分化,C正确;由题图可知,提高囊胚内细胞团细胞的pSTAT3基因的表达后,细胞可重置至桑椹胚样细胞,因此推断桑椹胚发育成囊胚的过程中,pSTAT3基因的表达水平下降,D正确。 3.科学家对体外培养的小鼠受精卵、2-细胞胚、4-细胞胚、8-细胞胚和桑椹胚阶段细胞的基因表达情况进行了多次转录组测序,测得各个时期mRNA分子的平均数目如图所示。随着受精卵和胚胎的发育,细胞逐步分化,基因表达数目有明显的变化。下列有关叙述错误的是 (　　) A.转录时,RNA聚合酶使基因的双链解开 B.受精卵通过增殖、分化形成不同类型的细胞 C.不同生长状态下,不同类型细胞中DNA和mRNA相同 D.胚胎发育中mRNA数目变化说明基因表达有时间特异性　 解析:选C　RNA聚合酶既有解旋的功能也有聚合核苷酸的功能,转录时,RNA聚合酶使基因的双链解开,A正确;受精卵的全能性很高,通过细胞增殖和分化形成不同类型的细胞,B正确;不同生长状态下,理论上小鼠不同类型细胞中DNA是相同的,而由于基因的选择性表达,不同细胞中mRNA是不同的,C错误;胚胎发育过程中,不同时期的mRNA数目发生了相应的改变,说明基因表达有时间特异性,D正确。 4.(2025·南通高二阶段测)绵羊虽是第一种体细胞克隆成功的哺乳动物,但该技术体系仍然存在效率低下的问题,体外培养体系对绵羊体外胚胎发育至关重要。已有研究表明,在胚胎培养液中添加维生素C可显著提高猪体细胞克隆胚胎囊胚率,但不知对绵羊克隆胚胎囊胚率是否有影响,某兽医研究所对此进行了研究。下图为实验过程中获得重组细胞的大致过程,回答下列问题: (1)图示实验二收集的小尾寒羊卵母细胞应培养到　　　　　　　　　(时期)进行去核。  (2)下表分别为实验一和实验二在胚胎培养液中加入维生素C后的相关实验结果: 实验一:不同浓度维生素C对绵羊孤雌胚胎发育的影响 维生素C浓度/ (μmol·L-1) 重复 次数 胚胎 总数 卵裂率 桑椹胚率(桑椹 胚数/卵裂数) 囊胚率(囊胚数/卵裂数) 0 3 120 82.80 26.47 15.73 50 3 141 82.37 28.60 20.92 100 3 99 83.89 21.70 14.34 200 3 80 85.56 22.61 12.29 实验二:维生素C对绵羊体细胞克隆胚胎发育的影响 维生素C浓度/ (μmol·L-1) 重复 次数 胚胎 总数 卵裂率 桑椹胚率(桑椹 胚数/卵裂数) 囊胚率(囊胚数/ 卵裂数) x 3 70 83.93 28.89 14.96 0 3 76 87.05 22.53 9.47 ①题图中“孤雌激活处理”的实质是　　　　　　　　　　　　　　　,进而能发育成早期胚胎,以便进行实验一。  ②据表中数据可知,实验二中“x”处数据应为　　　　。  ③综合实验一和实验二结果可说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)据图可知,实验二属于体细胞核移植,收集的小尾寒羊卵母细胞培养到减数第二次分裂中期时进行去核。 (2)①题图中“孤雌激活处理”是为了使次级卵母细胞单独发育为胚胎,故其实质为激活卵母细胞使其增殖分化。②由实验二中的数据可知,“x”浓度下桑椹胚率和囊胚率都显著高于浓度为0时,结合实验一中的数据可推知“x”为50。③实验一为探究不同浓度维生素C对绵羊孤雌胚胎发育的影响,实验二为探究维生素C对绵羊体细胞克隆胚胎发育的影响,综合比较实验一和实验二各浓度下的数据可知,在胚胎培养液中添加50 μmol·L-1维生素C可显著提高绵羊孤雌胚胎发育和体细胞克隆胚胎囊胚率。 答案:(1)减数第二次分裂中期　(2)①激活卵母细胞使其增殖分化　②50　③在胚胎培养液中添加50 μmol·L-1维生素C可显著提高绵羊孤雌胚胎发育和体细胞克隆胚胎囊胚率 学科网（北京）股份有限公司 $