2.3.1胚胎工程的理论基础课件高二下学期生物人教版选择性必修32

2021人教版（新教材）必修二遗传和进化第二章细胞工程第3节胚胎工程的理论基础（第1课时）精子如何发生？卵子如何发生？精子如何与卵子相遇？受精作用如何实现？胚胎发育的基本过程？本节聚焦胚胎工程的迅速发展让人们大量繁殖优良家畜品种的愿望，正在成为现实。胚胎工程：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。体外受精、胚胎移植、胚胎分割等操作对象：技术手段：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞工程实质：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：哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律胚胎工程概述过渡：受精每个生命的诞生，都始于一颗精子和一颗卵子的相遇。精卵结合的过程是什么？一、精子的形成精子的发生是在睾丸完成的雄性动物从初情期至生殖机能衰退，睾丸曲细精管不断进行生殖细胞的增殖曲细精管为高度弯曲的上皮状管道，每个睾丸小叶中含有1-4条1.场所着丝点分裂姐妹染色单体分开1个精原细胞(2N)

减数第一次分裂染色体复制1个初级精母细胞(2N)2个次级精母细胞(N)减数第二次分裂4个精细胞(N)变形作用4个精子(N)同源染色体联会，出现四分体、交叉互换同源染色体分离非同源染色体自由组合一、精子的形成2.形成过程线粒体高尔基体A、顶体的发生发育中的顶体发育中的尾

(中心体)B、尾的的发育C、精子头的出现D、细胞质浓缩E、精子的形成原生质滴尾线粒体鞘顶体精子细胞变形成精子一、精子的形成

①.细胞核②.高尔基体③.中心体④.线粒体⑤.细胞内其他物质精子头的主要部分头部的顶体精子的尾线粒体鞘(尾的基部)

原生质滴(球状,最后脱落)精子细胞变形总结一、精子的形成精子尾部：中段和尾中段的线粒体鞘含有螺旋状排列的线粒体，为精子的运动提供能量。尾部是精子代谢和运动器官。尾部的中心含一条贯穿全尾的轴丝（类似鞭毛）一、精子的形成3.形态头：头部正面呈椭圆形，侧面呈梨形，内含一个染色质十分致密的细胞核和一个顶体。顶体：是一种膜系细胞器（高尔基体），呈帽状罩于细胞核的前方。顶体内含多种水解酶（顶体酶）相当于巨大溶酶体。

细胞核:父方的遗传物质，双链DNA，与蛋白质紧密结合。精子形似蝌蚪，总长约66μm，分头、尾部（中段和尾）两部分。一、精子的形成4.不同物种的精子精子的形态：不同动物精子形似蝌蚪，但其大小略有不同与动物体型大小无关。二、卵细胞的形成1.场所卵子发生在卵巢完成胚胎性别分化后，雌性胎儿卵巢内卵原细胞通过有丝分裂增加数量卵原细胞可进一步形成初级卵母细胞初级卵母细胞被卵泡细胞包围形成卵泡哺乳动物卵泡的形成与在卵巢内储备在出生前完成，与精子形成不同卵巢示意图二、卵细胞的形成2.过程卵原细胞有丝分裂次级卵母细胞第二极体卵原细胞初级卵母细胞染色体复制并进一步演变减数第二次分裂染色体数目：2n染色体数目：卵原细胞：2n初级卵母细胞：4n染色体数目：2n染色体数目：n（单倍体）第一极体减数第一次分裂卵细胞初级卵母细胞胎儿期初情期/青春期后初级卵母细胞生长，透明带形成排卵前后完成，胞质不均等分裂精卵结合过程中完成胞质不均等分裂第二极体被观察到是受精重要标志染色体数目：4n精子和卵子的结构二、卵细胞的形成3.形态卵细胞结构图

卵细胞是哺乳动物体内最大的细胞，大约是精子体积的100倍。其直径可达0．125-0．15毫米，和人的头发尖的直径差不多。卵呈球形，卵的细胞膜外面具有外被，其成分主要是糖蛋白，是由卵细胞或其它细胞分泌的。在哺乳动物中这种外被叫做透明带，其作用是保护卵子，阻止异种精子进入。透明带外面还具有由卵丘细胞形成的放射冠。

卵细胞细胞质多，核糖体十分丰富，同时还含有大量营养物质，卵细胞不能运动。卵子是通过减数分裂形成的，第一次减数分裂在卵巢内完成，经过排卵过程，即将次级卵母细胞及外周的透明带和放射冠排出，倘若次级卵母细胞遇到精子，再结合过程中进行减数第二次分裂，成为真正意义上的卵细胞。

一个卵细胞排出后约可存活12-24小时，在这12-24小时内等待着与精子相遇、结合。若卵子排出后由于多种原因不能与精子相遇形成受精卵，便在24小时后自然死亡。失去这次受精的机会，就要等到1个月后另一个卵子成熟并被排出，重复同样的过程。左右两个卵巢通常是轮流排卵，少数情况下能同时排出两个或两个以上的卵子。如果分别与精子相结合，就出现了双卵双胞胎和多卵多胞胎。知识延伸精子与卵子的发生比较生殖细胞类型场所开始时间细胞增殖方式子细胞数目是否变形重要区别精子睾丸初情期以后先有丝分裂后减数分裂

4个精子细胞变形哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的；而精子是从初情期开始的卵子卵巢输卵管性别分化以后先有丝分裂后减数分裂

1个卵细胞

3个极体不变形

受精是精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。02胚胎工程的理论基础——受精三、受精

精子和卵子相互识别，融合成合子（受精卵）的过程。细胞膜的功能进行细胞间信息交流细胞膜具有一定的流动性输卵管卵巢子宫雌性动物生殖道受精前的准备精子获能精子发生的使之具有受精能力的生理变化卵子的准备卵巢排出的卵子发育到MⅡ中期受精的场所2.受精前的准备1.概念精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道或将精子培养到获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能。精子：成熟但未获能卵细胞：没有发育成熟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4．雌雄原核靠近5．核膜消失，第一次卵裂即将开始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顶体反应透明带反应卵细胞膜反应受精过程①什么是放射冠？放射冠是包围在卵子透明带外面的卵丘细胞群。顶体反应，使顶体内的酶释放出来，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。②精子穿越放射冠时发生什么反应？是如何进行的？顶体反应③精子穿越透明带时形成孔道时需要什么酶？顶体酶将透明带溶出一条孔道，精子借自身运动穿越透明带，并接触卵细胞膜。精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。精子接触卵细胞膜透明带反应精子形成雄原核、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。防止多精入卵的两个屏障精子入卵后，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。雄原核雌原核放出第二极体第一极体受精过程雌、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。受精完成的标志：雌雄原核形成合子受精的标志：观察到两个极体或者雌、雄原核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。受精过程受精过程

维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定

；对于生物的遗传和变异十分重要。受精过程完成以后开始进行胚胎发育。三、受精4.实质和意义人卵细胞受精到受精卵卵裂后植入的过程2受精卵的早期分裂称为卵裂胚胎发育的场所：输卵管和子宫03胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育受精卵2细胞8细胞桑葚胚透明带内细胞团囊胚腔滋养层囊胚卵裂孵化4细胞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受精卵2细胞8细胞桑葚胚透明带内细胞团囊胚腔滋养层囊胚卵裂孵化4细胞早期胚胎发育的起始场所在输卵管，在透明带内进行有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不增加。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。桑葚胚通常由32个细胞左右，每个细胞都能发育成组成个体的任何组织细胞或胎盘、胎膜等胚外组织细胞。每个细胞都有全能性。03胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育桑葚胚不增加或略有减小囊胚腔滋养层内细胞团①细胞开始出现分化②滋养层将来发育成胎盘和胎膜③内细胞团(ICM)将来发育成胎儿

的各种组织。内细胞团的细胞具有发育的全能性④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。囊胚原肠胚囊胚腔原肠腔中胚层内胚层外胚层滋养层内胚层外胚层原肠腔囊胚孵化后，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。原肠胚由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统桑葚胚受精卵每个细胞具有全能性，能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织囊胚原肠胚卵裂细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加孵化内细胞团滋养层个体的各种组织细胞胎盘、胎膜等胚外组织细胞通常含有三个胚层：外胚层、内胚层、中胚层03胚胎工程的理论基础——胚胎早期发育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24~3838〜5050〜6060〜7068〜803桑建胚绵羊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表。不同动物受精卵发育的比较注：马、牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间。2讨论1.

表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？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?如果换成牛又该怎样处理？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。不同动物受精卵发育的比较

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。讨论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。不同动物受精卵发育的比较受精精子获能受精前的准备卵子准备MⅡ期具备受精能力雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中精子穿过卵细胞外结构精子接触卵细胞膜精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核雌雄原核靠近核膜消失桑葚胚受精卵每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织囊胚原肠胚卵裂细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加孵化内细胞团滋养层组成个体的各种组织细胞胎盘、胎膜等胚外组织细胞外胚层内胚层中胚层课堂小结练习与应用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（