胚胎工程 高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第2章

细胞工程2.3.1胚胎工程学习目标受精的阶段、场所及过程胚胎早期发育的阶段及特点从社会中来课本P56我国奶牛的单产水平无法满足国民对牛奶的需求。美国荷斯坦奶牛泌乳量高居各乳用牛之冠，母牛一般产乳量高达7000kg（305天）。引进一头成年荷斯坦奶牛奶牛往往需要数万元；同时，牛的生育率很低，一生约生育四五次。良种荷斯坦奶牛(1)你能想出什么方法来扩大良种荷斯坦奶牛种群的数量呢?(2)培育克隆牛可以达到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别?(3)要想获得在遗传多样性上具有更大优势的后代，你能想出其他繁育方法吗?体细胞核移植技术，即“克隆”属于无性生殖，后代的遗传多样性低体细胞核移植技术可以通过体外受精、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为什么进行要胚胎工程？课本P56哺乳动物自身繁殖率低畜牧业上需要快速大量繁殖良种家畜体外受精早期胚胎培养胚胎分割胚胎移植短内时间内可产生大量后代胚胎工程胚胎工程概述课本P56

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。1.操作对象：2.技术种类：3.工程实质：4.理论基础：动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞体外受精、胚胎移植、胚胎分割等哺乳动物(体内)受精和早期胚胎发育的规律在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作受精课本P56-57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：准备阶段受精阶段准备阶段1：精子获能准备阶段2：卵子的准备细胞膜的功能：__________________细胞膜的结构特点：具有一定的流动性输卵管进行细胞间信息交流头颈线粒体鞘尾（细胞核）（中心体）顶体（高尔基体）精细胞变形成为精子受精精细胞变形形成精子的过程:细胞核→精子头的主要部分高尔基体→头部的顶体中心体→精子的尾线粒体→线粒体鞘细胞内其他物质→原生质滴(最后脱落)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。①细胞核是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过程拓展应用细胞核和线粒体都是精子的重要结构：②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课本P59受精刚刚排出的精子_________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”受精课本P56-57①准备阶段1：精子获能(1)概念：雌性动物的生殖道相应的生理变化实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能,为____________的建立奠定了基础(3)研究精子获能机制的意义：体外受精技术不能立即①直接利用_________________使精子获能(2)精子获能的方法(P56相关信息)：②将精子培养在________________中使其获能雌性动物的生殖道人工配制的获能液动物种类不同成分有差异，常见有效成分有肝素、Ca2+载体等具备受精能力的卵子结构受精课本P56-57②准备阶段2：卵子的准备透明带卵细胞膜核第一极体(1)卵子一般在排出

后才能被精子穿入(2)动物排出的卵子成熟程度不同：有的可能是

，如马、犬等；有的可能是

，如猪、羊等；(3)卵子成熟的场所：排出的卵子都要在

进一步成熟(4)卵子具备与精子受精能力的时期：2-3h初级卵母细胞次级卵母细胞输卵管内MⅡ期输卵管卵巢子宫受精课本P56-57③受精阶段阅读P57的受精过程,思考下列问题：(1)精子如何穿越卵细胞膜外结构?(2)防止多精入卵的两道屏障？(3)雄原核、雌原核如何形成？(4)受精的标志？受精完成的标志？透明带卵细胞膜核第一极体1．精子穿过卵细胞膜外的结构2．精子接触卵细胞膜3．精子入卵形成雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核雄原核第一极体雌原核释放第二极体4．雌雄原核靠近5．核膜消失，第一次卵裂即将开始受精课本P56-57③受精阶段精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带）精子接触卵细胞膜精子入卵透明带反应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释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构顶体反应卵子完成减数分裂Ⅱ发生场所？发生时间？受精课本P56-57③受精阶段雄原核雌原核放出第二极体第一极体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，叫做雄原核精子入卵输卵管精子入卵激活后①精子的减数两次分裂是连续的，场所唯一(MⅠ和MⅡ的场所都是睾丸)②卵子的两次分裂是不连续的，场所不唯一(MⅠ场所在卵巢，MⅡ场所在输卵管中)P58相关信息：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,故观察到的两个极体为一个是第一极体,一个是第二极体受精课本P57-58③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形成的含有两个染色体组的合子就是受精卵受精过程结束后，受精卵发育形成早期胚胎也就开始了(1)受精的标志：观察到两个极体或雌、雄原核(2)受精完成的标志：雌、雄原核融合形成合子两个极体雌雄原核受精标志受精课本P56-57准备阶段精子获能：卵子的准备：刚排出的精子必需在雌性动物的________发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为“精子获能”生殖道卵子排出后需要在_______中进一步成熟，到______期，才具备与精子受精的能力输卵管MⅡ精子穿越卵细胞膜外的结构透明带反应(阻止多精入卵的第一道屏障)精子接触卵细胞膜精子入卵(进入卵细胞膜)卵细胞膜反应(阻止多精入卵的第二道屏障)雄、雌原核形成雌、雄原核融合形成合子受精阶段(观察到两个极体或雌、雄原核为是否受精的标志)(受精完成的标志)精子获能的方法：①利用雌性动物的生殖道②将精子培养到获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能受精【问题1】受精过程中卵子的哪些结构发生生理反应可以防止多精入卵？这有什么意义？阻止多精入卵有两道屏障：第一道屏障是

，第二道屏障是

；其意义是保证受精卵中

与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。【问题2】精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有什么功能？体现了细胞膜具有

的功能。透明带反应卵细胞膜反应染色体数目细胞间进行信息交流细胞膜具有一定的流动性结构特点：练习（1）精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管

（

）（2）精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用

（

）（3）受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子

（

）（4）动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到MⅡ期才具备受精能力

（

）（5）卵子形成过程中，减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ是连续的（）关于体内受精的过程：输卵管或体外培养精子的减数两次分裂是连续的，场所唯一(MⅠ和MⅡ的场所都是睾丸)卵子的两次分裂是不连续的，场所不唯一(MⅠ场所在卵巢，MⅡ场所在输卵管中)练习受精过程的顺序为①第一次卵裂开始②释放第二极体③精子释放多种酶④穿越透明带⑤雌雄原核的形成⑥雌雄原核的融合A.③④②⑤⑥①B.③②④⑤⑥①C.③④②⑤①⑥D.④③②⑤①⑥A练习下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子()C透明带和卵细胞膜之间的两个极体是不同的，分别是第一极体和第二极体练习(1)写出图中字母表示的结构名称：a.

,b.

,c.

。

下图为哺乳动物受精过程示意图,请据图回答下列问题(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。透明带雄原核雌原核输卵管④(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_________。卵子一般排出后都要在_________中进一步成熟，当达到______________________________时，才具备与精子受精的能力。精子获能输卵管减数分裂Ⅱ中期(或MⅡ期)(4)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，合子只由一个精子和卵子结合的生理基础是______________________________。透明带反应和卵细胞膜反应练习观察家畜卵子的发生和成熟示意图，思考并回答下面的问题：(1)图中①、②、③表示的细胞名称依次是________________________________________。假设该动物体细胞内有染色体2n条，则①、②、③、④四种细胞内的染色体数目依次是___________________。卵原细胞、初级卵母细胞、次级卵母细胞2n、2n、n、2n(2)图中a、b、c表示细胞分裂，依次为_______________________________________，在精子与卵子结合过程中完成的分裂是_____(填“a”“b”或“c”)。图中的p、q表示的结构依次是______________________。c过程发生的场所为__________。有丝分裂、减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱc透明带、卵细胞膜输卵管(3)卵子成熟后，即可进行受精，判断卵子受精的标志是______________________________________________。可以观察到两个极体(或观察到雌、雄原核)胚胎早期发育课本P581.场所:2.过程：输卵管和子宫受精卵卵裂桑葚胚囊胚原肠胚原肠胚桑葚胚8细胞4细胞2细胞受精卵囊胚透明带内细胞团囊胚腔滋养层胚胎发育的场所：输卵管和子宫·胚胎发育的初期在输卵管·当着床后到分娩前的一段时间是在母体的子宫内胚胎早期发育课本P582.过程:受

精

卵桑

葚

胚囊

胚原

肠

胚卵裂1.卵裂（期）(1)概念：胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。(2)场所：透明带内(3)分裂方式：有丝分裂(4)特点：细胞数量不断

，胚胎总体积

。并不增加增加8细胞4细胞2细胞受精卵桑葚胚透明带胚胎早期发育课本P582.过程:受

精

卵桑

葚

胚囊

胚原

肠

胚卵裂2.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：这一阶段及之前的每一个细胞均未分化，都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞(胚胎干细胞)胚胎早期发育课本P58【问题探究】请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成下表：项目变化细胞数目每个细胞体积DNA总量每个细胞内的DNA总量有机物总量物质种类增多减小增多不变减少增多8细胞4细胞2细胞受精卵桑葚胚练习如图表示人的受精卵在卵裂期过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、细胞数量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是A.①②B.①③

C.②④

D.③④C胚胎早期发育课本P582.过程:3.囊胚内细胞团囊胚腔滋养层细胞(1)结构：内细胞团、滋养层细胞及囊胚腔３部分细胞开始出现分化（即内细胞团细胞具有全能性）（可作为胎儿的各种鉴定）胚胎进一步发育扩大，导致

破裂，称为

。透明带孵化(2)特点：发育成胎膜和胎盘发育成胎儿的各种组织孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育受

精

卵桑

葚

胚囊

胚原

肠

胚卵裂胚胎早期发育课本P582.过程:4.原肠胚囊胚孵化后，将发育形成原肠胚这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等，最终形成胎儿受

精

卵桑

葚

胚囊

胚原

肠

胚卵裂①原肠胚表面的细胞层为外胚层②向内迁移的细胞形成内胚层③随着发育的进行，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层滋养层内胚层外胚层原肠腔胚胎早期发育课本P58受

精

卵桑

葚

胚卵裂囊

胚原

肠

胚①再_______在内进行②细胞分裂方式为________有丝分裂透明带③变化：细胞数量不断_____胚胎总体积_____项目变化细胞数目每个细胞体积DNA总量每个细胞内的DNA总量有机物总量物质种类增多减小增多不变减少增多增加不变卵裂产生的子细胞形成致密的细胞团形似桑葚①形成囊胚腔②内细胞团：将来发育成___________③滋养层细胞：将来发育成___________④孵化：囊胚进一步扩大，导致_______破裂，胚胎从其中伸展出来胎盘和胎膜胎儿的各种组织透明带表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层。(出现原肠腔)具有全能性：①桑葚胚及之前的每一个细胞②囊胚期的内细胞团全能细胞细胞分化（可作为胎儿的各种鉴定）练习下图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段，请据图回答问题（1）写出各个阶段的名称：A.

；B.

；C.

。（2）写出图中各标号的名称：[①]

；[②]

；[③]

；[④]

。其中②能发育为胎儿的各种组织，表明其仍具有

。（3）A阶段的细胞具有发育上的全能性，B阶段的细胞开始出现

，B时期中的①将来发育成______________，该胚进一步扩大，导致③的破裂，这一过程叫做_______。桑葚胚囊胚原肠胚滋养层内细胞团透明带囊胚腔全能性分化胎盘和胎膜孵化胚胎早期发育课本P59【思考∙讨论】不同动物受精卵发育的比较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24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊36~38424867~72963~416细胞猪21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6细胞马2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16细胞注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间胚胎发育场所：输卵管+子宫胚胎早期发育课本P59【思考∙讨论】不同动物受精卵发育的比较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24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊36~38424867~72963~416细胞猪21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6细胞马2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16细胞胚胎早期发育课本P59【思考∙讨论】不同动物受精卵发育的比较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？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。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24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚绵羊36~38424867~72963~416细胞猪21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6细胞马2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16细胞胚胎早期发育课本P59【思考∙讨论】不同动物受精卵发育的比较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。练习（1）胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂

（

）（2）囊胚的滋养层细胞具有全能性

（

）（3）胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期

（

）（4）囊胚内的内细胞团将来发育成胎盘和胎膜

（

）（5）胚胎发育的场所是输卵管

（

）判断常考语句，澄清易混易错内细胞团囊胚期滋养层细胞输卵管和子宫练习课本P592.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