高中生物 第3章 基因工程 第1节 基因工程概述案 苏教3

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGEPAGE15学必求其心得，业必贵于专精第一节受精和胚胎发育1．掌握哺乳动物的精子和卵子的发生过程。（重、难点）2．了解哺乳动物受精作用过程.(重、难点)3．掌握哺乳动物胚胎发育的基本过程及主要特点.(重点）哺乳动物生殖细胞的发生和体内受精1．精子的发生（1)场所：睾丸的曲细精管。(2）时期:动物性成熟后。（3)过程。1个初级精母细胞eq\o(→，\s\up15（减数第一次分裂））2个次级精母细胞eq\o(→，\s\up15（减数第二次分裂））4个精细胞eq\o（→,\s\up15（变形))4个精子。（4）营养供应：曲细精管的支持细胞.（5）储存：精子形成后进入曲细精管的管腔中。2．卵子的发生(1）场所：卵巢。(2)过程。(3）结果：一个初级卵母细胞最终产生1个卵子和3个极体。（4)时期。①卵子发生的第一个阶段是胎儿期，部分卵原细胞发育为初级卵母细胞,被卵泡细胞所包围，形成卵泡。②初情期后继续发育，在精子入卵后，才能完成减数第二次分裂,形成真正意义上的卵子。3．体内受精（1)场所：输卵管。（2）精子的准备：成熟与获能。①成熟:在附睾中完成。②获能:成熟的精子必须在雌性动物的生殖道(子宫和输卵管)中经历一段时间才能获得受精能力的过程.卵泡液、输卵管分泌物、血清等液体可使精子获能。(3)过程①精、卵细胞膜融合：获能的精子穿过次级卵母细胞的透明带，两细胞的细胞膜融合，精子的遗传物质进入卵细胞。②两个重要反应：卵子外面的透明带和卵细胞膜发生变化不再接受其他精子进入,阻止多个精子同时受精;激活次级卵母细胞继续完成减数第二次分裂。(4)核融合：卵子的细胞核与精子的细胞核融合便形成了一个单细胞受精卵。eq\a\vs4\al(［合作探讨］)请结合卵子受精的图片探究以下问题.探讨eq\a\vs4\al（1):精子和卵子在发生上的重要区别是什么？提示：精子和卵子在发生上的重要区别是哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在胎儿出生前完成的，而精子是从性成熟后开始的.探讨eq\a\vs4\al（2)：卵子发育过程中细胞质不均等分配的意义是什么？提示：保证了受精卵能有充足的营养物质满足早期胚胎发育的需要。探讨eq\a\vs4\al(3)：受精过程中有防止多精入卵的两道屏障，其意义是什么？雌、雄原核与卵子、精子原来的核是什么关系？提示:保证子代细胞中染色体数目正常.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。eq\a\vs4\al([思维升华])1．精子和卵子发生的比较项目精子发生卵子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，不需变形②细胞质不均等分配(第一极体除外）区别结果形成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2.体内受精（1）精子的成熟和获能①成熟a．场所：附睾。b．特征:精细胞变形为精子。c．实质：基因的选择性表达。②获能a．实质：获得受精能力。b．场所：雌性动物的生殖道。c．物质：卵泡液、输卵管的分泌物、血清等。（2)卵子的准备卵子都要在输卵管中进一步成熟，到减数第二次分裂中期时,才具备受精能力。（3)受精过程过程主要变化获能后的精子穿越放射冠精子获能后，与卵子相遇时发生顶体反应，使顶体内的酶释放出来,精子所释放的顶体酶可直接溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路穿越透明带精子与透明带接触，顶体酶将透明带溶出一条孔道，精子借助自身运动穿越透明带进入卵细胞膜精子与卵细胞膜接触，立即被卵细胞膜表面的微绒毛抱合,精子外膜和卵细胞膜相互融合，精子入卵形成原核精子入卵后,尾部脱离,原有的核膜破裂，形成新的核膜，最后形成雄原核；精子入卵后，被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雄原核配子结合雌、雄核充分发育后，相向移动，彼此接触，二者体积缩小、合并，形成含二倍染色体的合子（即受精卵）（4)受精过程涉及的基本概念。①顶体反应：精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应.顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的条件.②透明带反应:精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，称为透明带反应,是防止多精入卵受精的第一道屏障.③卵细胞膜反应：精子入卵后,卵细胞膜立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内,称为卵细胞膜反应.这是防止多精入卵受精的第二道屏障。1．精子发生过程没有、卵子发生过程具有的特点是(）A．实现核遗传物质的平均分配B．实现细胞质遗传物质的非平均分配C．中心体、高尔基体有变形过程D．细胞分裂方式为减数分裂【解析】“实现核遗传物质的平均分配"和“细胞分裂方式为减数分裂”是精子发生过程和卵子发生过程的共同特点.实现细胞质遗传物质的非平均分配是卵子发生过程特有的特点，中心体、高尔基体有变形过程是精子发生过程特有的特点。【答案】B2．下列不是精子，卵子发生的区别的是()A．初级精母、卵母细胞的形成时间B．MⅠ和MⅡ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量【解析】初级精母细胞是雄性动物初情期开始后，由精原细胞分裂成的，而初级卵母细胞是在胎儿期形成的；精子的发生在MⅠ和MⅡ是连续进行的，卵子的发生是通过MⅠ形成次级卵母细胞，在精子与卵子的结合过程中才完成MⅡ；精细胞形成后变形为蝌蚪状，卵子不需变形；成熟的精子和卵子经过减数分裂形成，都含有相当于亲本体细胞一半的染色体数目。因此，D项不是两者的区别。【答案】D哺乳动物胚胎发育的基本过程1．概念：指受精卵发育成幼体的过程,包括桑椹胚、囊胚、原肠胚、胚层分化和胚体形成等主要阶段.2．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。(1)胚卵期。①时间：受精至第1周末.②发育场所：输卵管和子宫。③过程:受精卵→桑椹胚→囊胚.④结果：囊胚着床，植入子宫内膜。（2）胚胎期。①时间：第2周至第8周。②发育场所：子宫.③过程：囊胚→胚盘→二胚层胚盘→原肠胚→胚体。(3）胎儿期。①时间：第9周至出生。②发育场所：子宫。③过程：9~12周，胎儿头部仍占优势，躯体长高，脑部继续增长，从外生殖器可辨别性别；13～16周，胎儿小脑变得突出,耳廓伸出，出现闭眼和吸吮的动作；17~20周，出现睫毛和眉毛，胎毛覆盖皮肤；21周后胎儿进一步发育直至出生.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，可通过产前检查确保胎儿优生。eq\a\vs4\al(［合作探讨])春回大地，草长莺飞，丝绦拂堤，处处洋溢着和暖的气息，奏响着和谐的旋律,演绎着动人的画面！随着春日气温的回升和日照时间的延长，可爱的小动物们忙起了“谈情说爱”，为它们家族的繁衍尽心尽职。动物交配后,受精形成的受精卵是胚胎和新个体发育的起点，结合上述材料,请你就以下问题进行探究.探讨eq\a\vs4\al(1）:胚胎发育过程中全能性最高的阶段、开始分化的阶段分别是什么时期？提示:受精卵、囊胚。探讨eq\a\vs4\al(2):胚胎发育的营养物质来自哪里？提示:早期胚胎发育的营养物质来自卵子，后期通过胎盘从母体吸收营养物质。探讨eq\a\vs4\al(3）:胚胎发育卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么?提示:从受精卵到囊胚阶段总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂,细胞数目增多，总DNA含量增多,但每个细胞中DNA含量保持相对稳定;该过程中有机物总量减少，因为一直呼吸消耗但不从外界吸收。eq\a\vs4\al(［思维升华]）1．最初发育场所及分裂方式(1）最初发育场所：输卵管。（2)分裂方式：有丝分裂。2．过程及特点发育过程特点受精卵受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂,开始发育卵裂期细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数量不断增加，胚胎的总体积不增加，或略有缩小桑椹胚实心细胞团，每个细胞都具有全能性囊胚（出现囊胚腔)细胞开始出现分化，内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层将来发育为羊膜原肠胚分化为内胚层、中胚层和外胚层三个胚层发育过程图示特别提醒］(1)胚胎发育开始于受精卵,结束于胎儿出生，其场所是输卵管和子宫。(2)未分化或分化细胞所占比例比较小的胚胎才可以成为胚胎工程的操作对象（例如桑椹胚、囊胚等），原肠胚由于定向分化的细胞所占比例比较大，不再是胚胎工程的操作对象.（3)原肠胚时期的细胞进一步发育，内细胞团表层细胞形成外胚层，进一步发育成神经系统、感觉器官、表皮及其附属结构；下方的细胞形成内胚层，进一步发育成肝、胰等腺体，以及呼吸道、消化道上皮；滋养层发育为胎儿的胎膜和胎盘。1．下列有关胚胎发育的叙述，错误的是(）A．受精过程的结束即胚胎发育的开始B．胚胎发育的初期是在输卵管中进行的C．桑椹胚期的胚胎从透明带中伸展出来,称孵化D．内细胞团表层的细胞形成外胚层【解析】囊胚期出现了囊胚腔，囊胚进一步扩大，会导致透明带的断裂,胚胎从其中伸展出来,这一过程称为孵化。【答案】C2．（2016·徐州高二检测)下列能正确表示高等动物胚胎发育顺序的是（)A．受精卵→卵裂→囊胚→原肠胚→胚层分化→胚体形成B．卵→卵裂→原肠胚→胚层分化→胚体形成C．受精卵→囊胚→原肠胚→幼体D．受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→胚层分化→胚体形成【解析】卵裂发生在透明带内，至孵化完成结束，而孵化发生在囊胚期，故囊胚的一段时期属于卵裂期，A项错误.而受精卵经卵裂形成32个左右细胞的时候,形似桑椹，称为桑椹胚，所以其发育顺序为受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→胚层分化→胚体形成。【答案】D1．以下说法不正确的是（)A．雄性动物从初情期开始产生精子B．1个精原细胞可形成4个精子C．1个卵原细胞可形成4个卵子D．精细胞经过变形形成精子【解析】1个精原细胞经减数分裂形成4个精子，而1个卵原细胞经减数分裂可形成3个极体和1个卵子.【答案】C2．卵子完成减数第二次分裂是在()A．生长卵泡期 B．成熟卵泡期C．排卵时 D．受精时【解析】不同的动物排卵时期不同，如马等大型哺乳动物排卵是在减数第一次分裂时，绵羊、猪等是在减数第二次分裂时完成排卵，排出的卵进入输卵管,准备与精子受精.减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。【答案】D3．以下关于精子形成过程的叙述，不正确的是(）A．精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分B．高尔基体发育为头部的顶体C．线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘D．细胞内的其他物质浓缩为球状，叫作原生质滴，原生质滴中存在中心体【解析】精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体,中心体演变为精子的尾，线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘，其他物质浓缩成原生质滴。【答案】D4．下列不属于受精阶段所发生的反应的是()A．顶体反应 B．透明带反应C．卵细胞膜反应 D．妊娠反应【解析】A、B、C都是受精阶段所发生的反应，而妊娠反应是胚胎发育过程中个体的生理反应。【答案】D5．在下图所示的过程中，哪一事件在2～9阶段均没有发生?（）A．细胞体积减小 B．细胞会逐渐衰老C．细胞有丝分裂 D．细胞分化【解析】图中2～9阶段表示的是胚胎发育过程,胚胎发育是细胞有丝分裂和细胞分化的过程.受精卵发育到囊胚的过程中，随着细胞数目的增多,细胞体积减小，该过程中不会发生细胞衰老。【答案】B课堂小结：网络构建核心回扣1。防止多精入卵有两道屏障,一是透明带反应，二是卵细胞膜反应。2。判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜与透明带的间隙能观察到两个极体，受精作用完成的标志是雌雄原核融合形成合子。3.早期胚胎发育的过程：受精卵→卵裂期(有丝分裂）→桑椹胚（具有全能性）→囊胚(细胞开始分化,具有囊胚腔）→原肠胚（具有三胚层，原肠腔)学业分层测评（九）(建议用时：45分钟)学业达标]1．精子和卵子在发生上的重要区别是（)A．受精前精子有获能反应，卵细胞没有B．卵泡的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的,而精子的形成是在初情期之后C．卵细胞形成的时间很长,而精子只需要两个月左右D．卵原细胞的增殖过程是有丝分裂，而精子则是减数分裂【解析】精子和卵子在发生上的区别有很多,卵泡的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的，而精子的形成是在初情期之后，这是其中重要的一条。【答案】B2．实验证明,下列胚胎发育到哪一阶段时，每一个细胞都具有发育的全能性()A．桑椹胚以前 B．囊胚以后C．原肠胚以前 D．孵化或出生前的胚胎【解析】桑椹胚以前的细胞还没有分化,每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能。【答案】A3．下列关于人体早期胚胎发育的说法正确的是（)A．卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化B．原肠胚细胞属于全能细胞C．囊胚腔先于原肠腔出现D．卵裂期胚已经分化【解析】早期胚胎发育阶段顺序是：卵裂期后形成早期胚胎→囊胚→原肠胚，囊胚前的细胞属于全能细胞，囊胚期细胞分化，出现囊胚腔，进一步发育形成原肠胚,出现原肠腔.【答案】C4．关于哺乳动物精子和卵子的发生的叙述，正确的是（)A．1个精原细胞经过减数分裂可直接产生4个精子B．精子的头部主要含细胞核，中心体发育为它的顶体C．卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在胎儿时期完成的D．卵子的成熟场所和受精场所不同【解析】精子的产生包括三个阶段，减数分裂是指初级精母细胞形成精子细胞的阶段.精子细胞变形形成精子时，高尔基体发育成头部的顶体，中心体则演变为精子的尾。卵子的成熟场所和受精场所都是输卵管。【答案】C5．下列关于精子和卵细胞结合成受精卵的过程的叙述中,不正确的是()A．受精作用大体包括精卵识别、精子附着、精卵质膜融合等几个阶段B．受精卵中的细胞质主要来自于卵细胞C．受精卵中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方D．只有同种动物的精卵细胞才可以互相融合，这主要取决于细胞膜表面的糖蛋白【解析】受精卵中细胞核的遗传物质一半来自父方，一半来自母方；受精卵细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。【答案】C6．以下关于桑椹胚的说法不正确的是(）A．胚胎细胞达到32个左右,形似桑椹B．每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，即每个细胞都具有全能性C．良种母牛体内处于此时期的细胞都有可能克隆出基因型完全相同的小牛，性别一定为雌性D．是由受精卵经有丝分裂产生的【解析】良种母牛体内桑椹胚是由受精卵发育而成，受精卵经过有丝分裂形成的各细胞基因型相同，由它们克隆而成的小牛的性别也相同，但不一定都是雌性,这要根据一开始此受精卵的性染色体组成情况而定。若受精卵为XY型，则全为雄性；若受精卵为XX型,则全为雌性。【答案】C7．关于受精过程的叙述错误的是(）A．获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠B．透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障C．精子与卵黄膜相互融合，精子入卵D．雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂【解析】大量获能的精子接触到卵子周围的放射冠时，即开始释放顶体酶，解离放射冠的卵泡细胞，这样部分精子可径直接触到透明带，A错误；透明带反应是多精入卵的第一道屏障，卵黄膜的封闭作用是第二道防线,B正确；精子与卵黄膜相互融合，精子的头部即进入卵细胞中，C正确；雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂，D正确.【答案】A8．下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势(横坐标为发育时间）,其中正确的是(）A．①② B．①③C．②④ D．③④【解析】受精卵发育至囊胚的过程中,主要是通过卵裂实现的，卵裂是受精卵连续的有丝分裂,每一次分裂都发生染色体的复制，从分子水平看，它包括DNA的复制和有关蛋白质的合成，所以随细胞数目的指数增加（2、4、8、16……）DNA分子的总量也随着指数增长，在坐标图上表现为“J”型增长曲线，所以图①是正确的。在卵裂过程中，随细胞数目的增加，每个细胞的体积在逐步变小，所以图②是正确的。整个卵裂期的囊胚总体积与受精卵大小相似，且在囊胚中还出现了囊胚腔，因此所有细胞体积之和应该略有减少,图③是错误的.蛙是卵生动物，胚的发育所需的营养物质来自受精卵中的卵黄，在卵裂过程中，细胞不断分裂要消耗大量的能量，有机物总量应减少,图④是错误的.【答案】A9．(2016·天津六校联考)中科院动物所和福州大熊猫研究中心合作，通过将大熊猫的细胞核植入去核后的兔子卵细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫早期胚胎，这表明我国的大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列.下列有关克隆大熊猫胚胎的叙述中,错误的是(）A．在形成早期胚胎的过程中，依次经历了卵裂、囊胚、原肠胚等几个阶段B．兔子卵细胞质的作用是激发大熊猫细胞核的全能性C．克隆出的早期胚胎中,各细胞间具有相同的遗传信息D．在形成早期胚胎的过程中，尚未出现细胞的分化【解析】早期胚胎发育过程：卵裂、桑椹胚、囊胚、原肠胚，A正确;兔子卵细胞质中含有激发大熊猫细胞核的全能性的物质,B正确;早期胚胎的细胞是由同一细胞经有丝分裂而来的，所以遗传物质相同,C正确；胚胎发育过程中，到囊胚期就出现细胞分化，D错误。【答案】D10．下图表示高等动物卵子的发生过程，请据图回答有关问题：(1)图中A是________，B是________,E是________，阶段C是指个体发育的________（时期）。（2)精子开始形成的时期是________，精子形成过程中不同于卵子形成过程的最主要区别是________，该过程保留下的主要结构是________和________。(3)当观察到第二极体时可以表明________________.（4)能发生染色体的着丝点分裂的阶段是________(填序号).(5)①阶段存在的变异方式是____________________。【解析】(1)图中①阶段为有丝分裂，可增加卵原细胞的数量,卵原细胞进一步演变为初级卵母细胞；③④阶段为减数分裂,只有在受精后，次级卵母细胞才能最终完成减数第二次分裂，因此E是受精，B是合子；卵泡的形成是在胎儿期，减数分裂是从初情期后开始的，因此阶段C为胎儿期，阶段D为初情期后。（2）精子开始形成的时期是初情期，精原细胞经过减数分裂，即两次连续的分裂（MⅠ和MⅡ）产生精子细胞，需经过变形过程才形成精子（而卵子形成不需要变形）,细胞中很多结构会消失,而细胞核和线粒体被保留下来。（3)当观察到第二极体时，表明卵子已经完成了受精作用。（4）染色体着丝点分裂可发生在有丝分裂和减数第二次分裂中，因此为①、④阶段。（5）有丝分裂中的变异类型只有基因突变、染色体变异,没有基因重组.【答案】(1)第一极体合子受精胎儿期（2）初情期需要变形细胞核线粒体(3)卵子已经完成了受精(4）①、④(5)基因突变、染色体变异能力提升］11．（2016·贵州遵义期中)关于体内受精的顺序，正确的是（）①第一次卵裂开始②释放第二极体③顶体反应④穿越透明带⑤雌、雄原核的形成⑥核膜消失A．①②③④⑤⑥ B．③②④⑤⑥①C．④⑤②①③⑥ D．③④②⑤⑥①【解析】体内受精过程为:顶体反应→穿越放射冠→穿越透明带(透明带反应)→卵细胞膜反应(卵黄膜封闭作用）→卵子完成减数第二次分裂并释放第二极体→雌雄原核的形成、核膜消失，雌、雄原核融合形成合子→第一次卵裂开始。【答案】D12．(·四川高考）精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后,顶体膜与精子细胞膜融合,释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列叙述正确的是()A．顶体内储存的溶酶体酶是在精子的溶酶体中合成的B．精子游向卵子所需的能量来自线粒体和细胞质基质C．顶体膜和精子细胞膜融合体现生物膜的选择透过性D．受精卵中的遗传物质一半来自父方另一半来自母方【解析】A项，溶酶体酶的化学本质是蛋白质，其合成的场所应为核糖体。B项，精子运动所需要的能量主要来自有氧呼吸，有氧呼吸第一阶段发生的场所是细胞质基质,第二、三阶段发生的场所是线粒体。C项，顶体膜和精子细胞膜的融合体现了生物膜的流动性特点。D项，受精卵的细胞核中的遗传物质父方和母方各提供一半,而细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。【答案】B13．下图表示高等动物的个体发育过程，判断下列说法中正确的是（）A．图中①过程表示胚胎发育，②过程表示胚后发育B．受精卵卵裂过程中，每个细胞的体积不断增大C．两栖类、爬行类等在胚胎发育过程中会出现羊膜D．①过程的细胞分裂方式是有丝分裂【解析】胚胎发育是指受精卵发育成为幼体,胚后发育是指幼体从卵膜孵化出来或者从母体生出来以后发育成为性成熟的个体,A选项错误；受精卵卵裂过程中，分裂后的细胞体积越来越小,B选项错误；两栖类在个体发育过程中不出现羊膜，C选项错误.【答案】D14．如图表示青蛙的生殖和个体发育过程，据图回答问题：（1)青蛙个体发育的起点是________.（2）阶段Ⅰ称为________，阶段Ⅱ称为胚后发育。其中，阶段________属于变态发育,是因为______________________________________________________________________________________________。图中“?”代表的名称是________，过程③进行的是