高中生物体内受精和早期胚胎发育学案

PAGE2PAGE1体内受精和早期胚胎发育学习目标1.理解精子和卵子的发生时期、场所、过程、特点、结果。2.理解受精的概念、过程、实质及意义。3.理解胚胎发育的过程、各时期的特点。导学脉络：一、胚胎工程的概念胚胎工程是指对动物所进行的多种和处理技术，如、、、等技术。经过处理后获得的，还需移植到动物体内生产后代，以满足人类的各种需要。对胚胎工程概念的理解：①操作对象：动物或。②操作水平：操作。③技术种类：、、、等技术。胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。二、精子和卵子的发生(哺乳动物)1.精子的发生（1）场所：雄性动物的曲细精管。（图3-1）（2）时期：从雄性动物的开始，直到。（3）过程哺乳动物精子发生的过程大体可以分为三个阶段：①第一阶段──的形成位于的精原细胞进行数次，产生大量的精原细胞，其中部分精原细胞经过染色体复制和其他物质的合成，进一步形成。精原细胞精原细胞精原细胞有丝分裂MⅡ染色体复制②第二阶段──的形成初级精母细胞连续进行分裂(即减数分裂，包括MⅠ和MⅡ)：第一次分裂产生两个，每个次级精母细胞再分裂一次产生两个含的精子细胞。一个初级精母细胞一个初级精母细胞两个四个含染色体的MⅠMⅡ③第三阶段──精子细胞为精子（P61图3-2）圆形的精子细胞经过，其中的变为精子头的主要部分，发育为头部的顶体，演变为精子的尾，聚集在尾的基部形成线粒体鞘。同时，细胞内的浓缩为球状原生质滴，随精子的成熟过程向后移动，直到最后脱落。精子形成后进入曲细精管的管腔中。对于多数家畜来说，精子在睾丸内形成的时间为两个月左右。①①顶体的发生②尾的发育③精子头出现④细胞质浓缩⑤精子形成图3-2精子细胞变成精子示意图细胞核高尔基体细胞质线粒体发育中的顶体发育中的尾中心体头原生质滴尾线粒体顶体线粒体鞘（4）成熟精子形态：外形似，分、和三大部分。不同种动物精子的形态，大小略有不同，与动物的体型大小。例如，大鼠的精子190μm长，而大象的精子却只有50μm长。（P62图3-3）图图3-3成熟精子和几种主要家畜的精子线粒体鞘(线粒体)(细胞核)头颈(高尔基体)顶体尾(中心体)50μm马绵羊猪牛讨论P621.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？提示：不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的1个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位(输卵管)的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？提示：细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。2.卵子的发生（1）场所：雌性动物的、。（图3-4）（2）时期：在分化后开始。卵泡的形成和储备在，排卵从哺乳动物开始。图3-4哺乳动物卵巢、卵泡和卵子的关系第一极体卵丘细胞核透明带卵细胞膜排卵图3-4哺乳动物卵巢、卵泡和卵子的关系第一极体卵丘细胞核透明带卵细胞膜排卵退化黄体黄体卵泡细胞不同发育阶段的卵泡（卵泡破裂）图3-5家畜卵子发生和成熟示意图卵原细胞胎儿期有丝分裂初级卵母细胞初级卵母细胞生长透明带形成初级卵母细胞MⅠ分裂初情期后次级卵母细胞＋第一极体MⅡ分裂合子＋第二极体2N2N2NN2N透明带卵细胞膜马、犬绵羊牛猪排卵受精(MⅡ中)受精的标志：在和间隙可以观察到被卵泡细胞包围形成卵泡卵子从卵泡中排出动物的胚胎在以后，雌性胎儿卵巢内的卵原细胞通过分裂增加数量，并进一步演变为，被细胞包围形成卵泡。初级卵母细胞经过分裂变为成熟的卵子。减数第一次分裂是在雌性动物完成的，其结果是产生一个和，进入，准备与精子受精。减数第二次分裂是在过程中完成的，其结果是产生一个成熟的和。多数哺乳动物的第一极体不进行减数第二次分裂形成两个第二极体。形成卵泡形成卵泡(卵泡细胞包围)第一极体卵原细胞卵子＋第二极体胎儿期排卵前后精子与卵子结合过程中有丝分裂演变MⅠMⅡ当卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到个极体时(卵子受精的标志)，说明卵子已经完成受精。哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别。讨论P631.哺乳动物卵巢、卵泡和卵子的关系是什么？答案：卵巢是卵子形成、卵泡存在的场所，内部包含许许多多处于不同发育阶段的卵泡，而成熟的卵泡中可释放出卵子，其中卵子的外面有辅助结构──透明带，由卵丘细胞(卵泡细胞)形成的放射冠，而卵子外面的胞膜即卵黄膜。2.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？答案：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。3.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？答案：是指卵子从卵泡中排出。4.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？答案：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。精子与卵子发生的比较项目精子的发生卵子的发生区别场所睾丸的曲细精管卵巢(MⅠ)、输卵管(MⅡ)时间初情期→生殖机能衰退减Ⅰ：雌性动物排卵前后；减Ⅱ：精、卵结合过程中完成过程精原细胞精原细胞有丝分裂精原细胞染色体复制初级精母细胞MⅠ分裂次级精母细胞MⅡ分裂精子细胞变形精子第一阶段第二阶段第三阶段初情期后初情期后卵原细胞有丝分裂卵原细胞染色体复制初级卵母细胞MⅠ分裂第一极体次级卵母细胞MⅡ分裂第二极体(2个)第二极体卵子退化消失胎儿期(卵巢)精子与卵子结合过程中(输卵管)(被卵泡细胞包围形成卵泡)(细胞生长，透明带形成)排卵前后(一般不进行)减Ⅱ中期精、卵结合成合子过程特点①MⅠ和MⅡ连续；②需要变形；③细胞质均等分配①MⅠ和MⅡ是不连续；②不需要变形；③细胞质不均等分配(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)结果形成4个精子细胞形成1个卵子(卵细胞)和3个极体相同点①原始生殖细胞的增殖为有丝分裂；②生殖细胞的成熟为减数分裂；③成熟过程均经一次复制和两次分裂，子细胞中染色体数目减半三、受精受精是与结合形成(即受精卵)的过程。1.场所：雌性的中。2.过程：包括和。（1）准备阶段①准备阶段1──哺乳动物的精子离开睾丸后，必须经过成熟和获能过程才能与卵子受精。精子在内成熟。成熟的精子必须在(子宫和输卵管)中经历一段时间发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这个过程叫做获能。卵泡液、输卵管分泌物、血清等液体可使精子获能。小资料精液由精子和精清(精浆)两部分组成。精清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入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。②准备阶段2──动物排出的卵子并未成熟，且成熟程度因动物种类不同而异。卵子要在中进一步成熟，当达到时，才具备与精子受精的能力。旁栏思考题P64进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？答案：是的。从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成第一次减数分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。（2）受精阶段（P65图3-6）哺乳动物受精过程主要包括：精子穿越，进入，形成及融合。图3-7哺乳动物精子的顶体反应示意图顶体外膜质膜质膜顶体顶体反应前顶体反应中顶体反应后①图3-7哺乳动物精子的顶体反应示意图顶体外膜质膜质膜顶体顶体反应前顶体反应中顶体反应后②透明带反应：穿过放射冠的精子经孔道穿越，接触，随即产生阻止进入透明带的生理反应。这是防止多精入卵受精的第一道屏障。③卵细胞膜反应：当精子与接触后，立即被卵细胞膜表面的抱合，并发生，精子入卵。此时卵细胞膜立即发生其他精子再进入卵内的生理反应。这是防止多精入卵受精的第二道屏障。④原核形成a.雄原核形成：精子入卵后，尾部脱离，原有核膜破裂，随后形成b.雌原核形成：精子入卵后，被激活的卵子完成，排出后，形成。⑤配子结合：雄、雌原核后，相向移动，彼此接触，二者体积缩小、合并，形成含的合子，也就是受精卵。（受精作用完成的标志：）③③精子穿过透明带，接触卵细胞膜⑥核膜消失，两个原核融合⑦第一次卵裂即将开始⑤雌、雄原核形成图3-6哺乳动物受精过程示意图②精子接触透明带第一极体④精子头膨胀，同时卵子完成第二次成熟分裂，释放第二极体第一极体精子头膨胀放出第二极体①精、卵相遇，发生顶体反应，精子穿入放射冠透明带放射冠第一极体卵细胞膜核雌原核雄原核第一极体第二极体归纳总结精子获能精子获能卵子准备精子穿越放射冠和透明带卵细胞膜受精卵进入雄原核(大)雌原核(小)形成融合顶体反应透明带反应卵细胞膜反应3.受精作用的意义：维持每种生物前后代体细胞中的恒定，对生物的十分重要。特别提醒①透明带反应发生在精子进入卵黄膜前，卵黄膜封闭作用发生在精子进入卵黄膜(即入卵)后。②受精卵的遗传物质中，核遗传物质一半来自精子(父本)，一半来自卵子(母本)，质遗传物质几乎全部来自卵子。四、胚胎发育1.概念：哺乳动物的胚胎发育是指发育成的过程。2.最初发育场所及方式：合子在内进行。3.胚胎发育的过程受精卵桑椹胚囊胚原肠胚组织、器官幼体受精卵桑椹胚囊胚原肠胚组织、器官幼体具有囊胚腔具有原肠腔、三个胚层卵裂分裂分化分裂分化胚层分化胚胎发育(全能细胞)（1）卵裂期胚胎发育的早期有一段时间是在内进行的，这一时期称为卵裂期。①场所：最初在，后移入。②分裂方式：。③特点：卵裂速度快，细胞未生长即进入下次分裂。细胞不断增加，每个细胞体积越来，胚胎的总体积或；有机物总量不断，而种类；每个细胞中DNA含量，胚胎DNA总量不断。（2）桑椹胚当胚胎细胞数目达到个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似，叫做桑椹胚。这一阶段前的都具有发育成的潜能，属于全能细胞。是的最佳时期。（3）囊胚①桑椹胚进一步发育，细胞开始。内细胞团(ICM)：聚集在胚胎一端，个体较大的细胞，具发育全能性，将来发育成胎儿的。滋养层细胞：沿透明带内壁扩展和排列、个体较小的细胞，将来发育成和。②随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔──，此时的胚胎叫囊胚。③囊胚进一步扩大，导致破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。特别提醒囊胚进入母体子宫内，并植入子宫内膜中；桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。（4）原肠胚囊胚孵化后，再进一步发育，形成原肠胚。外胚层：由内细胞团表层的细胞形成。①三胚层中胚层：由内细胞团部分表层细胞和部分下方的细胞形成。内胚层：由内细胞团下方的细胞形成。②两个腔：由内胚层包围的(扩大)，缩小的。外胚层：表皮及其附属结构、神经系统和感觉器官(外表感神经)胚层分化中胚层：骨骼、真皮、肌肉；内脏器官的外膜；循环、排泄和生殖系统(其他源于中)内胚层：消化道、呼吸道上皮和腺体(如肝、胰腺)(内消呼肝胰)图图3-8哺乳动物受精卵的发育2细胞4细胞8细胞囊胚原肠胚2细胞受精卵囊胚腔滋养层透明带内细胞团外胚层滋养层原肠腔内胚层桑椹胚(实心胚)特别提醒①个体发育的起点是受精卵，终点是性成熟的个体。②发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞；原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿于整个个体发育过程中。③受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。受精卵桑椹胚囊胚原肠胚组织、器官幼体性成熟个体受精卵桑椹胚囊胚原肠胚组织、器官幼体性成熟个体(2N)♀(2N)♂减数分裂卵子精子(N)(N)卵裂分裂分化分裂分化胚层分化(全能细胞)发育(起点)(终点)胚胎发育胚后发育受精作用（生殖）(个体发育)资料分析P67不同动物受精卵的发育及其进入子宫的时间有明显的差别。请分析下表，讨论相关问题。表3-1各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/h进入子宫时发育天数和发育阶段2细胞4细胞8细胞16细胞桑椹胚天发育阶段小鼠24～3838～5050～6060～7070～803桑椹胚山羊24～2848～607272～9696～120410～16细胞绵羊36～38424867～72963～416细胞猪21～5151～6666～7290～110110～1142～2.54～6细胞马2430～3650～607298～1066囊胚羊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。1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？答案：比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？答案：马应选择囊胚阶段的胚胎。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。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？请结合本节内容举例说明。提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及