2.3.1胚胎工程的理论基础 课件 2025—2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

问题探讨 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，一生生育四五次。如何解决这个难题呢? 胚胎工程 第2章 细胞工程 第3节 胚胎工程（1） 胚胎工程的理论基础 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。 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 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 哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律 操作对象 工程实质 理论基础 操作目的 生产动物后代，以满足人类的各种需求 胚胎工程 克隆动物 试管婴儿 体内受精婴儿 受精 受精 受精 生殖； 生殖； 生殖。 无性 有性 不 有性 体外 体内 动物细胞核移植技术 胚胎工程技术 自然受精 自然早期胚胎发育 在体外条件下 模拟操作 1 胚胎工程的理论基础 【自主学习】阅读教材P56-59，思考下列问题： 1.什么是受精？受精前需要哪些准备？ 2.胚胎形成经过了哪些阶段？ 3.受精和早期胚胎发育的基本过程是怎样的？ 胚胎工程的理论基础 （一）受精 1.概念： 精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。包括受精前的准备阶段和受精阶段。 2.场所： 在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。 体现细胞膜的哪个功能? ； 说明了细胞膜具有 性。 信息交流 一定流动 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 过程 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内发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。 头 颈 线粒体鞘 尾 （细胞核） （中心体） 顶体（高尔基体） 方法： ①直接利用雌性动物生殖道使精子获能；②将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。 *精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。 获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。 刚排出的精子(精浆抑制获能) 精子离心处理 (分离出精浆) 精子放入获能液 (解除对精子获能的抑制) 准备阶段 2 —卵子的准备 卵子在输卵管内进一步成熟，当达到减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)时，才具备受精能力。 空卵泡 黄体 成熟卵泡 未成熟的卵子 透明带 卵细胞膜 核（纺锤体—染色体复合物） 第一极体 1.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。 2.卵子的成熟: 排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。 卵子具备与精子受精能力的时期MⅡ期。 受精阶段 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 1.精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带; (精子释放多种酶，以溶解卵细胞膜外结构） 2.精子接触卵细胞膜; (在精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带) （透明带反应） 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，阻止后来的精子进入透明带。 防止多精入卵的第一个屏障 3.精子头部进入卵细胞膜； （精子入卵后，卵细胞膜会会立即发生生理反应，拒绝其他精子进入卵内。） （卵细胞膜反应） 防止多精入卵的第二个屏障 4.雌、雄原核的形成 雄原核 第一极体 放出的 第二极体 雌原核 雄原核的形成： 雌原核的形成： 精子如卵后，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。 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。 受精的标志是: 两个极体；雌雄原核； 雌、雄原核充分发育，相向移动，彼此靠近。 核膜消失，第一次卵裂即将开始。 核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成。 受精完成的标志: 雌雄原核形成合子 获能精子 雄原核（大） 顶体反应 卵细胞膜反应 透明带反应 受精卵 获能卵子(MII中) 雌原核（小） 受精 顶体反应：精子头部的顶体与卵子相遇时，顶体释放顶体酶，可溶解透明带等物质。 雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核基础上形成的新核，原核膜已破裂。 多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，受精后在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体，分别为第一极体和第二极体。 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 课 堂 检 测 2.下列有关受精作用的叙述,错误的是 ( ) A.合子中全部的遗传物质, 一半来自父方, 一半来自母方 B.受精时, 精子和卵子的染色体汇合在一起 C.合子中的染色体数与本物种体细胞中的染色体数相同 D.合子中的染色体, 一半来自父方,一半来自母方 A 3.下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子( 　　) C 课 堂 检 测 胚胎工程的理论基础 （二 ）胚胎早期发育 1.场所： 输卵管内 2.方式： 卵裂（有丝分裂） 3.过程： 初级卵母(减数分裂I) 次级卵母(MⅡ) 排卵 2细胞 桑葚胚 囊胚 受精(头部进入) 4细胞 8细胞 受精(雌雄原核靠近) 受精(完成) 子宫 卵裂 4.主要阶段及特点 胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 (1)卵裂的分裂方式： 有丝分裂 (2)卵裂的时期： 受精卵→桑葚胚 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 细胞数目： 每个细胞体积： DNA总量： 每个细胞内的DNA数： 有机物总量： ；有机物种类： 胚胎总体积： 增加 减小 不增加 增多 不变 减少 增加 桑葚胚 桑葚胚 桑葚 特点： 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。 ①处于未分化状态； ②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。 胚胎细胞数目32个左右 桑葚胚 囊胚（已分化） 内细胞团 滋养层 囊胚腔 透明带 胚胎进一步发育，细胞开始出现分化，形成内细胞团、滋养层；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。 囊胚 结构： 内细胞团 滋养层 囊胚腔（内部含有液体） 发育 胎儿的各种组织 细胞未分化，具有全能性 发育 胎盘和胎膜 滋养层细胞已经分化 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。 孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。 滋养层 内胚层 外胚层 原肠腔 外胚层： 内胚层： 中胚层： 表面的细胞层 向内迁移的细胞 内外两个胚层之间 逐渐分化形成各种组织、器官等 原肠胚 不同动物受精卵发育的比较 P59 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 【思考·讨论】 讨论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 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？如果换成牛又该怎样处理？ ①小鼠选择桑葚胚进行胚胎移植； ②牛最早可在8-16细胞阶段进行胚胎移植移植，但为了提高胚胎发育率与妊娠率，常选用囊胚移植。 讨论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 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 3.哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律是胚胎工程的理论基础。下列相关叙述正确的是（　　） A．精子获能后在子宫中与卵细胞完成受精作用 B．受精卵形成桑葚胚过程中胚胎总体积不断增大 C．孵化是指原肠胚细胞突破卵细胞膜的过程 D．胚胎发育全程存在细胞衰老和程序性死亡 D 课 堂 检 测 4.（不定项）Rag2基因缺陷导致大鼠无法产生B、T淋巴细胞。将正常大鼠的胚胎干细胞（ES细胞）注射到Rag2基因缺陷大鼠的桑葚胚中，使其产生具有正常ES细胞来源的淋巴细胞群的体细胞嵌合体，从而补充其缺失的淋巴细胞，其过程如图所示。下列分析错误的是（　 　） A．获得的嵌合大鼠的大部分细胞 的Rag2基因没有缺陷 B．胚胎发育早期，会因胚胎中细 胞数目不断增加而导致胚胎总体积不断增加 C．注入桑葚胚的ES细胞在囊胚期主要存在于内细胞团，可发育为胚胎的组织器官 D．该实验最终获得了嵌合体大鼠证明ES细胞具有全能性 ABD 课 堂 检 测 5.（2025·重庆·高考真题）为保护濒危哺乳动物甲，科研工作者将甲的近亲物种乙（种群数量多）进行了如图所示的研究，下列叙述正确的是（     ） A．克隆动物的核基因组来源 于甲、乙 B．体外受精需用获能的精子 与M I期的卵母细胞受精 C．囊胚①的内细胞团可发育 为胎盘、个体 D．滋养层可影响内细胞团的发育 D 课 堂 检 测 $