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

理论基础 动物体细胞核的全能性 胚胎细胞核移植 原理： 类型： 体细胞核移植 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育 早期胚胎 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 动物体细胞核移植技术和克隆动物 操作过程 应用前景 畜牧业 保护濒危物种 医药卫生 【回顾】 2018年3月，地球上最后地球上最后一头雄性北方白犀牛在肯尼亚死亡。地球上剩下最后两只雌性北方白犀牛。但研究人员设法保存了雄性北方白犀牛的精子。 克隆北方白犀牛 无性生殖 北方白犀牛种群遗传多样性会很低 试管动物 “试管婴儿”并不是真正在试管里长大的婴儿，而是从卵巢内取出几个卵子，在实验室里让它们与男方的精子结合，形成胚胎，然后转移胚胎到子宫内，使之在妈妈的子宫内着床，妊娠。 试管婴儿 4 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。 1.常用技术： 体外受精、胚胎移植、胚胎分割 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。 2.工程实质： 细胞水平上 【胚胎工程的定义】 2.3.1 胚胎工程的理论基础 01 02 受精 胚胎早期发育 6 7 01 指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。 1.概念： 3.过程: 2.场所： 受精前的准备阶段和受精阶段 输卵管 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备 一、受精 8 01 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_________________发生_______________后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能” 雌性动物的生殖道 相应的生理变化 ✱精子获能的方法 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； *获能液的成分因动物种类不同而有所差异,常见有效成分有肝素、Ca2+载体等。 一、受精 9 01 *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 成熟精子结构 准备阶段1：精子获能 【了解】顶体是覆盖于精子头部细胞核前方、介于核与质膜间的囊状细胞器,其本质是来源于高尔基体的小泡，内含多种水解酶，所以在受精阶段会释放水解酶溶解卵细胞的透明带，进一步运动接触卵细胞膜。 头部主要是细胞核 尾部由中心体演化而来。 一、受精 10 准备阶段2：卵子的准备 都要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。 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； 01 次级卵母细胞 卵子一般排出2--3小时后才能被精子穿入 【这里要注意的是：减数第一次分裂形成的第一极体排出次级卵母细胞膜外，但是在透明带内的，仔细看教材图解】 一、受精 精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带 精子顶体释放出多种酶，以溶解这些结构 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核 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 防止多精入卵的两个屏障 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 一、受精 受精阶段 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成受精卵。 第一次卵裂即将开始 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。 形成一个细胞核 2、受精的标志： 观察到两个极体或雌、雄原核。 3、受精完成的标志： 雌雄原核形成合子 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，因此观察到的两个极体为一个第一极体，一个第二极体； 一、受精 受精阶段 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； 12 13 【典例】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 【检测】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 要考虑细胞质DNA，更多来自卵细胞，因为精子入卵后尾部脱离，意味着细胞质几乎没有进入卵细胞。 随堂练习 In-class practice 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。 14 15 1、场所： 输卵管、子宫 02 2、过程： 二、胚胎早期发育 16 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂期 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。 卵裂期 项目 变化 细胞数目 胚胎的总体积 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的DNA总量 有机物总量 增加 减小 增多 不变 减少 不增加 02 （2）场所： 透明带内。 （3）分裂方式： 有丝分裂 二、胚胎早期发育 17 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 桑葚胚 桑葚胚 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。 特点：每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能， 属于全能细胞。 02 二、胚胎早期发育 18 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 囊胚 特点： 结构： 细胞开始分化 内细胞团 滋养层细胞 囊胚腔 ——发育成胎儿的各种组织 ——发育成胎膜和胎盘 内细胞团 囊胚腔 滋养层 囊胚 透明带 具有全能性 孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。 孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 02 二、胚胎早期发育 19 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑椹胚 囊胚 原肠胚 原肠胚 逐渐分化形成各 种组织、器官等 表面的细胞层 向内迁移的细胞 内外两个胚层之间 中胚层： 外胚层： 内胚层： 原肠胚 ——出现胚层分化 02 外胚层 中胚层 内胚层 二、胚胎早期发育 21 【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 随堂练习 In-class practice 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。 22 【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 随堂练习 In-class practice 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。 23 不同动物受精卵发育的比较 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 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 【思考·讨论】 不同动物受精卵发育的比较 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 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？ 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； 【思考·讨论】 不同动物受精卵发育的比较 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 讨论： 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？ 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 【思考·讨论】 全能细胞 细胞分化 幼体 继续分化 出生发育 性成熟个体 孵化 卵裂期 胚胎发育 胚后发育 个体发育 内细胞团 滋养层细胞 囊胚腔 外胚层 中胚层 内胚层 （原肠腔） 小结and拓展：胚胎发育 vs 个体发育 【课堂总结】 29 【课堂总结】 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。（ ） 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 练习与应用 二、拓展应用（P59） 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。 提示: 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。 练习与应用 二、拓展应用（P59） 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? 提示:精液由精子和精浆两部分组成。精浆中含有一种能抑制精子获能的物质，因此在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进人雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一些物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。不同动物的精子在雌性动物生殖道内获能的部位可能会所有差异，但主要是在子宫和输卵管中。精子的获能涉及以下变化:雌性动物生殖道分泌的一些物质使精子表面的物质发生变化(如某些酶将顶体表面的糖蛋白降解);精子表面脱结构一些物质的比例发生变化;膜的通透性发生变化等。这些变化可以暴露出精子表面与卵细胞相识别的受体，改变精子的活力，为后续受精做准备。关于防止多精人卵的机制，教材只进行了简单介绍，内容主要涉及防止多精人卵的两道重要屏障:透明带反应和卵细胞膜反应。它们分别发生在精子穿越透明带触及卵细胞膜的瞬间及精子人卵之后。如果学生查阅专业书籍，还会发现，生殖道对精子具有初步的筛选作用，在经过雌性动物生殖道的一些屏障后，只有少数活动力强的精子能到达受精部位;在精子和卵细胞识别后会发生一些反应，如卵细胞表面的精子识别受体很快发生分子修饰，使后来的精子表面的卵细胞结合蛋白不能识别受体等。具体的生理、生化机制，请参阅有关专著。 练习与应用 Lavf58.51.100 $