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

课堂导入 良种荷斯坦奶牛 我国对奶类的总需求量很大，但我国奶牛的单产水平并不高。而引进一头外国高产成年奶牛往往需要数万元。牛 的生育率很低！一头母牛每年只能产一胎，每胎生一 个牛仔，每胎产2个牛仔的情况比较少见，一头母牛 一生大约生育四五次。 讨 论 1. 能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢? 动物体细胞核移植技术进行克隆 课堂导入 良种荷斯坦奶牛 我国对奶类的总需求量很大，但我国奶牛的单产水平并不高。而引进一头外国高产成年奶牛往往需要数万元。牛 的生育率很低！一头母牛每年只能产一胎，每胎生一 个牛仔，每胎产2个牛仔的情况比较少见，一头母牛 一生大约生育四五次。 讨 论 2. 但克隆技术又不够成熟，克隆动物可能存在健康问题， 如果你花了几万元买了一公一母两头良种牛，如何实现大量繁殖？ 可以通过体外受精（有性生殖）、胚胎分割等技术 获得多个良种奶牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代 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。 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 ①操作对象 胚胎工程 Embryo Engineering 体外受精、胚胎移植和胚胎分割 ②技术手段 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律 ④理论基础 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 ③工程实质 3 第2章 细胞工程 第3节 胚胎工程（一） 胚胎工程的理论基础 一、受精 1. 概念 指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。 + 输卵管 识别的物质基础： 功能： 融合的结构特点： 细胞膜表面的糖蛋白 流动性 进行细胞间的信息交流 2. 场所 3. 过程 受精前的准备阶段 受精阶段 准备阶段1-精子获能 准备阶段2-卵子的准备 一、受精 4. 精原细胞形成成熟精子的过程 (1)场所： 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 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ 变形 (2)结构： 睾丸 头 颈 线粒体鞘 尾 (主要是细胞核) (为精子运动提供能量) (由中心体演变而来) 牛 猪 绵羊 马 大白鼠(褐家鼠)的精子190μm长，而大象的精子却只有50μm长 一、受精 5. 准备阶段1-精子获能 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” 精子获能 ≠ 精子获得能量 精子获能的原因：精液由精子和精浆组成，精浆中含有抑制精子获能的物质，只有精子进入雌性动物的生殖道后，由生殖道分泌产生相关物质解除对精子的抑制，才能使精子获得受精的能力。 (1)方法 自然：直接利用雌性动物的生殖道 胚胎工程：将精子培养在人工配制的获能液中 肝素、Ca2＋载体 一、受精 5. 准备阶段1-精子获能 精子获能 ≠ 精子获得能量 张明觉，美籍华人，生殖生物学家、育种学家和避孕药的创始人。1951年发现“精子获能”现象，为哺乳动物体外受精奠定了理论基础。由于他在体外受精和胚胎移植研究中作出的重大贡献，被人们誉为“试管婴儿”的先驱。 (2)研究精子获能机制的意义 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。 一、受精 6. 准备阶段2-卵子的准备 (1)主要场所： 卵巢 (3)特点： 分裂过程不连续，有两次暂停 卵细胞 卵泡 (2)开始发育时间： 胚胎在性别分化后 黄体 空卵泡 未成熟的卵子 成熟卵泡 卵子一般在排出 后才能被精子穿入。一些实验证据表明，卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程。 2~3h 一、受精 6. 准备阶段2-卵子的准备 (4)动物排出的卵子成熟程度不同： ①有的可能是 （如马、犬）； ②有的可能是 （如猪、羊）。 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 (纺锤体-染色体复合物) 初级卵母细胞 次级卵母细胞 (5)卵子成熟的场所： 排出的卵子都要在输卵管进一步成熟 (6)卵子具备与精子受精能力的时期： MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期） 在进行体外受精操作时，需要对精子和卵子进行什么处理？ 思考 精子——获能处理； 卵子——培养到MⅡ期 10 一、受精 雌、雄原核 融合形成合子 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 形成 雄、雌原核 7. 受精阶段 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 获能后的精子与卵子在输卵管中相遇 释放多种酶（顶体酶） 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 顶体反应 一、受精 雌、雄原核 融合形成合子 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 形成 雄、雌原核 7. 受精阶段 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。 透明带反应 防止多精入卵的第一道屏障 精子的细胞膜与卵细胞膜融合，精子入卵 一、受精 雌、雄原核 融合形成合子 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 形成 雄、雌原核 7. 受精阶段 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。 卵细胞膜反应 防止多精入卵的第二道屏障 一、受精 雌、雄原核 融合形成合子 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 形成 雄、雌原核 7. 受精阶段 雄原核 雌原核 第一极体 放出第二极体 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。 (1)雄原核的形成： 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。 (2)雌原核的形成： 卵子在输卵管中完成减数分裂Ⅱ 一、受精 雌、雄原核 融合形成合子 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 形成 雄、雌原核 7. 受精阶段 雌、雄原核 靠近 核膜消失，第一次卵裂即将开始 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 (1)受精的标志： ①观察到两个极体 ②观察到雌、雄原核 (2)受精完成的标志： 雌、雄原核融合形成合子 (3)受精卵遗传物质 核遗传物质： 质遗传物质： 精子和卵细胞各占一半 几乎全部来自卵细胞 15 一、受精小结 准备阶段 准备阶段1-精子获能 准备阶段2-卵子的准备 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 受精阶段 ⑤雌、雄原核融合形成合子 ①精子穿越卵细胞膜外的结构（透明带） ②精子接触卵细胞膜 ③精子入卵 ④形成雄、雌原核 (在输卵管内发育到MⅡ期) （透明带反应） （卵细胞膜反应） 机体在长期进化过程中形成的、用来保障遗传的稳定性 （受精的标志） （受精完成的标志） 1、下列关于受精的说法，错误的是（ ） A．获能后的精子与卵子相遇后，释放的酶可以溶解卵细胞膜外的一些结构 B．透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障 C．到达输卵管中的卵子都是初级卵母细胞 D．精子和卵子的相互识别依赖细胞膜的功能特点 C 课堂小测 2、分析下面的图解，判断以下哪一项不是精子、卵细胞发生的区别（ ） A. 成熟生殖细胞中染色体的数目 B. MⅠ和MⅡ的时间连续性 C. 成熟生殖细胞是否经过变形 D. 初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间 A 课堂小测 二、胚胎早期发育 1. 场所 2. 分裂方式 输卵管 有丝分裂 3. 过程 桑葚胚 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 囊胚 透明带 内细胞团 囊胚腔 滋养层 卵裂 原肠胚 19 ①细胞数量 ； ②胚胎总体积 ，每个细胞体积 ； ③每个细胞的核DNA数目 ，DNA总数目 ； ③有机物总量 ，有机物种类 。 二、胚胎早期发育 3. 过程 2细胞 4细胞 8细胞 受精卵 桑葚胚 时期： 场所： 特点： 受精卵 → 桑葚胚 透明带内 不断增加 不变 不断减小 不变 不断增加 减少 增加 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂 二、胚胎早期发育 3. 过程 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂 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。 概念： 特点： 此时期每一个细胞都具有全能性，具有发育成完整个体的潜能 桑葚胚 桑葚 二、胚胎早期发育 3. 过程 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂 结构： 细胞开始分化 特点： 透明带 内细胞团 囊胚腔 滋养层 胎儿的各种组织 胎盘和胎膜的一部分 发育成 发育成 (沿透明带内壁扩展和排列的细胞) (聚集在胚胎一端的细胞) 不具有全能性 具有全能性 二、胚胎早期发育 3. 过程 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂 孵化： 囊胚扩大→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，这一过程叫做孵化 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，这个时期的胚胎叫作囊胚。 囊胚： 意义： 孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。 二、胚胎早期发育 3. 过程 受精卵 桑葚胚 囊胚 原肠胚 卵裂 中胚层 外胚层 内胚层 原肠腔 中胚层 出现胚层分化 特点： 外胚层： 结构 中胚层： 内胚层： 表面的细胞层 内外两个胚层之间 向内迁移的细胞 逐渐分化形成各种组织、器官等 24 二、胚胎早期发育 【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及发育阶段 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 36～36 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1：表中哪种动物的胚胎进入子宫时发育程度最高？ 马 二、胚胎早期发育 【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及发育阶段 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 36～36 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胚胎？ 桑葚胚阶段 二、胚胎早期发育 【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及发育阶段 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 36～36 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：如果换成牛又该怎么处理？ 胚胎虽然最早可在8~16细胞阶段进入子宫， 在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。 3、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 课堂小测 4、如图表示利用二倍体小鼠所做的实验，下列有关叙述在确的是( ) A. 16细胞胚中部分细胞同时有白鼠和黑鼠的遗传物质 B. 过程①中细胞数目和有机物总量在不断增加 C. 囊胚期的滋养层细胞可用于进行性别鉴定 D. 嵌合体幼鼠属于四倍体，有丝分裂后期有8个染色体组 A 课堂小测 5、如图是科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导胚胎干细胞(iPS细胞)，继而利用iPS细胞培育出 与黑鼠遗传特性相同的克 隆鼠的流程。回答下列有 关问题。 (1)图中黑鼠体细胞在诱导 因子的作用下转化为iPS细胞的过程与植物组织培养中的 过程类似。该过程结束后，细胞的全能性 （填“提高”或“降低”)。 (2)灰鼠体内受精过程中，精子入卵后，被激活的卵子完成 ，排出 后形成雌、雄原核。防止多精入卵的第一道屏障是 。 课堂小测 脱分化 提高 减数分裂Ⅱ 第二极体 透明带反应 5、如图是科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导胚胎干细胞(iPS细胞)，继而利用iPS细胞培育出 与黑鼠遗传特性相同的克 隆鼠的流程。回答下列有 关问题。 (3)将重组囊胚移入白鼠子 宫内的技术为 ，克隆鼠X的体色为 ，上述技术流程中可以是雄鼠的是 。科学家又利用图中的三只鼠(黑鼠作为体细胞供体)通过核移植技术得到克隆鼠Y，克隆鼠X和克隆鼠Y的性状不完全相同，若不考虑环境因素的影响，造成该现象的原因可能是： 课堂小测 黑色 胚胎移植 黑鼠 核移植技术需要卵细胞，卵细胞的细胞质基因对性状有一定的影响 $