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

该高中生物学课件聚焦胚胎工程核心内容，涵盖受精过程（精子获能、卵子准备及受精阶段）和早期胚胎发育（卵裂至原肠胚），通过奶牛繁殖社会问题导入，衔接胚胎工程概念，构建从实际需求到理论知识的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，设计自主阅读问题、视频观看及数据表格讨论（如不同动物胚胎发育比较），结合生命观念中的结构与功能观（如精子线粒体供能）。学生能提升分析能力，教师可借助结构化内容和多样活动提高教学效率。

我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。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。能不能让引进的优良奶牛快速、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，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？ 良种荷斯坦奶牛 可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。 从社会中来 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。 操作对象 目的 技术种类 操作水平 主要集中在细胞水平上 工程实质 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。 理论基础 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律 概念 2 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 受精 一 输卵管 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备 受精 一 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。 板书 受精 一 准备阶段2：卵子的准备 动物排出的卵子成熟程度不同，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： 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； 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 次级卵母细胞 思考：在进行体外受精操作时，需要对精子和卵子进行什么处理？ 精子——获能处理； 卵子——成熟培养 减Ⅰ在排卵后 减Ⅰ在排卵前 板书：卵细胞形成的减一、减二过程 1.精子穿过了哪些结构？释放了什么物质？2.什么防止精子进入卵细胞？ 3.雌雄遗传物质有什么变化？如何结合？ 活动2:自主阅读课本P57“受精阶段”文字部分， 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？这有什么意义？ 3.入卵后，精子和卵子发生了哪些变化？ 4.卵细胞受精的标志是什么？ 受精完成的标志是什么？ 受精 一 受精阶段 放射冠（卵丘细胞） 透明带 细胞核 卵细胞膜 受精 一 受精阶段 精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等） 精子接触卵细胞膜 精子入卵后形成雄原核；卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核 雌、雄原核靠近 核膜消失， 第一次卵裂即将开始 释放多种酶，溶解 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。 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。 这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。 注意：受精卵的核基因是精子和卵子各占一半； 受精卵的质基因几乎全部来自卵子。 防止多精子入卵受精的两个屏障: 一 受精阶段 受精 精子穿越卵细胞膜外的结构 精子接触卵细胞膜 精子入卵 形成雄原核、雌原核 雌、雄原核靠近，核膜消失，形成受精卵 ——透明带反应 ——卵细胞膜反应 在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 两个极体 雌雄原核融合 一 受精阶段 受精 受精的标志： 透明带和卵细胞膜之间有两个极体 受精完成的标志： 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。在胚胎工程中，以观察到两个极体或雌、雄原核作为受精的标志。 B 金版P56 A 下图为哺乳动物受精过程示意图，写出图中字母表示的结构名称。 (1)a. b. c. （2）该过程发生的场所是 ，能体现受精作用实质的是图中的 过程。 （3）在精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化，具有了受精能力，这个过程叫 。卵子一般排出后要在 中进一步成熟，当达到 时，才具备与精子受精的能力。 【练一练】 透明带 雄原核 雌原核 输卵管 精子获能 输卵管 MⅡ期 活动2：观看视频，完成《金》P56-探究二 探究二：下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，据图回答问题。 （1）A、B分别表示 、 。 （2）①部分的细胞将来发育成什么结构？ （3）在早期胚胎的发育过程中，卵裂时细胞的体积和所有细胞的体积之和 有何变化？ 金版P56 桑葚胚 囊胚 胎膜和胎盘的一部分 细胞只分裂不生长，所以每个细胞的体积越来越小，但总体积并不增加 二 胚胎早期发育 场所： 过程： 输卵管、子宫 二 胚胎早期发育 过程： 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 原肠胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 受精卵 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。 卵裂 分裂方式： 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 有丝分裂 二 胚胎早期发育 过程： 受精卵 2细胞胚 4细胞胚 8细胞胚 桑葚胚 囊胚 原肠胚 原肠胚 桑椹胚 囊胚 原肠胚 受精卵 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。 二 胚胎早期发育 过程： 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 （聚集在胚胎一端的细胞） （沿透明带内壁扩展和排列的细胞） 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。 原肠胚的形成过程 二 胚胎早期发育 过程： 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 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 中胚层： 外胚层： 内胚层： 原肠胚 发育成胎儿的各种组织 → 发育成胎膜和胎盘 → ——出现胚层分化 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。由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统 外胚层： 表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官 中胚层： 皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统 内胚层： 消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体 拓展：原肠胚三胚层的发育 小结and拓展：胚胎发育 vs 个体发育 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） 特别提醒： 1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。 2.桑椹胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。 3.桑椹胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。 22 胚胎期达到最大限度 B 金版P57 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 桑装胚 天 发育阶段 小鼠 24~38 38 〜50 50 〜60 60 〜70 68 〜80 3 桑建胚 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 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。 注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。 思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较 P59 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 几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间表。 讨论： 1. 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 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？ 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?请结合所学习的内容举例说明。 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等。 比较而言，马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。 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。 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 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。 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? 细胞核和线粒体都是精子的重要结构。 细胞核——遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性 线粒体——进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。 精子获能的机制很神奇，防止多精入卵的机制同样神奇而且非常复杂，这都是机体在长期进化的过程中形成的、用来保障本物种延续的机制。 二、拓展应用 提示：出题的目的不是让学生准确地答出精子获能的机制和防止多精入卵的具体机制，而是鼓励有兴趣的学生去查阅资料或请教专家，并引导他们去查阅相对专业的书籍，这是学习的深入过程。这里涉及的问题，在普通生物学或者一般的细胞工程专著中可能找不到答案，需要查阅生殖生物学相关书籍。通过查阅专业资料，学生能了解到， 【课堂小结】 图1为某高等动物生活史示意图，图2为图1中某阶段部分过程示意图，请据图回答下列问题。 课前5分钟 (1)图中A过程表示 ，若A过程能使生物产生变异，则原因之一是该过程四分体时期同源染色体中的非姐妹染色单体间发生了 出现基因重组。 (2)就子细胞的情况而言，A2过程与A1过程的不同主要表现在 。 (3)图2是图1中 (填字母)阶段 的部分过程示意图，该过程表示 。 (4)图2中的a是经过图1中的 (填字母)过程形成的，该过程大体包括: 等几个过程。 (5)图2中a~f的过程中，细胞发生的生命历程有 ，d中细胞进行的分裂方式是 。在发育过程的 期，胚胎突破透明带。 减数分裂 染色体互换 一个卵原细胞经A2过程最后得到一个卵子和3个极体 C 胚胎发育 B 精卵识别、精子与卵细胞膜接触、精卵细胞膜融合、雌雄原核融合 分裂、分化、衰老和凋亡 有丝分裂 囊胚 第3节 胚胎工程 【例1】下列过程发生在受精过程中的是(　　) ①精子与卵子接触,释放出多种酶 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 【例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会合在一起 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 EVCapture4.2.2软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn 【例4】(2024·桂林)图甲为受精作用的过程以及早期胚胎发育示意图,图乙表示早期胚胎发育的某个时期。下列叙述正确的是 (　　) A.自然条件下,过程①在哺乳动物的子宫内进行且每次只形成一个受精卵 B.图甲中过程②细胞数量增加,胚胎的总体积和细胞内遗传物质几乎不变 C.随着胚胎逐步扩大,结构⑥破裂,胚胎从其中伸展出来,该过程叫作孵化 D.图乙处于图甲中的a时期,细胞⑦将来发育成胎儿的胎膜和胎盘 $