胚胎工程的理论基础-2025-2026学年高二生物人教版选择性必修3

第3节

第1课时

胚胎工程的理论基础我们不想说再见波兰野牛、北非狮等在野外受精总不顺利，按我们知道的受精原理，有没有什么简单办法帮帮它们？可以尝试人工辅助受精的方法。想一想，江豚宝宝是怎样从受精卵发育成个体的？环境变差，江豚宝宝在早期发育时可能遇到麻烦。我们能给它打造个怎样的“温暖小窝”？保证环境的稳定，营养物质要丰富，没有污染。视频：我们不想说再见00:00/02:12我们思考了帮助野生动物受精及江豚胚胎发育的问题，这些都属于胚胎工程相关知识，什么是胚胎工程呢？

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。概念解读①操作对象生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。②操作目的生产后代，满足人类的各种需求。③技术手段体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。④理论基础哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。⑤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。细胞水平的操作胚胎工程的概念活动（一）：自主学习，请同学们阅读教材，结合哺乳动物受精过程示意图。阐明受精作用的概念、场所和过程。受精阶段:指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。概念自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。场所过程准备阶段精子获能细胞膜的功能：进行细胞间信息交流细胞膜具有流动性卵子的准备一、受精刚排出的精子不能立即受精，与要在雌性生殖道发生相应的生理变化后，获得受精能力。原因结构准备阶段1---精子获能头线粒体鞘尾成熟精子结构颈精子获能实质是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。结构思考：精细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，为什么细胞核和线粒体都保留下来？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。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。这说明了什么？牛猪绵羊马不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关。C.R.Austin（1951）报道:“当精子进入排卵前兔子的输卵管时，大多数卵子能够受精;相反如果精子在排卵后进入，在兔卵上很少出现有精子穿透的痕迹。”他断定精子在穿透透明带之前似乎要在雌性生殖道中停留几小时。同年，张明觉发表了一篇题为《在输卵管中停留过的精子的受精能力》的论文。文中提出:“很明显，在排卵前6小时进入输卵管的精子才有受精能力，这也许是精子获得受精能力时在生理变化上所需要的时间。”在此基础上，Austin（1951）又指出:“精子必须经历一个形态上的生理变化，即在穿入卵子以前的获能过程。科学史实张明觉等发现了动物精子的获能现象1908年10月10日生于中国山西省岚县。1933年毕业于中国北京清华大学心理系。1938年赴英国，在剑桥大学主攻动物育种和人工授精。1941年获博士学位。1945年到美国乌斯特实验生物研究所任研究员1961年兼任波士顿大学教授。并任日本畜产学会名誉会员和中国科学院上海生理研究所名誉教授。科学史实张明觉等发现了动物精子的获能现象（ChangMin-chueh,1908~1991），美籍华人，今生殖生物学家、育种学家和甾体避孕药的创始人之一。又名张民觉，字幼先。1.直接利用_______________使精子获能；2.将精子培养在__________________中使其获能；方法获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。意义实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了基础。雌性动物生殖道人工配制的获能液准备阶段1---精子获能卵子一般排出2-3小时后才能被精子穿入,不同动物排出的卵子成熟程度不同。卵原细胞初级卵母细胞次级卵母细胞马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞马、犬排卵猪、羊排卵排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时,才具备与精子受精的能力。发育具备受精能力的卵子结构准备阶段2---卵子准备透明带是包裹在卵母细胞外的一层基质，就像蛋壳，化学本质是糖蛋白，由卵细胞或其他细胞分泌。1、可保护卵母细胞和早期胚胎；2、保护人类卵子和精子间的识别，防止其他物种精子进入；3、当精子与透明带结合后，可以发生反应更利于精子钻入卵子；4、当一个精子进入后，透明带会阻止其他精子再进入。透明带变薄或者缺失，会表现为不孕，可以采用显微注射方式来改善卵子的正常受精率，获得更多可利用胚胎，提高妊娠几率。阅读教材57页“受精阶段”部分的内容和观看视频，思考回答以下问题。精子穿过了透明带、卵细胞膜、释放了顶体酶1.透明带反应； 2.卵细胞膜反应卵细胞被激活，完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。受精完成的标志是雌、雄原核核膜消失，形成合子。1.精子穿过了哪些结构？释放了哪种物质？2.防止多精入卵的机制有哪些?3.精子入卵后，卵细胞结构发生了哪些变化?4.卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？播放视频受精阶段精子借助自身的运动接触卵细胞膜精子的细胞膜与卵细胞膜融合，卵细胞膜外的透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。一、精卵接触二、精子入卵防止多精入卵的第一道屏障（透明带反应）防止多精入卵的第二道屏障（卵细胞膜反应）精子释放多种酶（如顶体酶），溶解卵细胞膜外的一些结构（透明带）。雄原核雌原核第一极体第二极体三、原核形成精子尾部脱离，原有核膜破裂并形成一个新的核膜，形成雄原核。被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。四、合子形成雌、雄原核充分发育，相向移动，彼此靠近，核膜消失，形成合子（受精卵）。受精受精精子获能受精前的准备卵子准备刚排出的精子必需在雌性动物的生殖道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”卵子排出后需要在输卵管中进一步成熟,到MⅡ期,才具备与精子受精的能力精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道；将精子培养到获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能精子穿过卵细胞外结构精子接触卵细胞膜精子入卵形成雄原核；卵子释放第二极体后，形成雌原核雌雄原核靠近核膜消失卵子完成减数分裂Ⅱ输卵管精子入卵激活后发生场所？发生时间？思考：江豚宝宝从受精卵发育成成熟胚胎要经过哪几个时期？各时期有什么样的特点？活动（二）：请各小组通过阅读教材和讨论，将手中的有关胚胎早期发育各时期的卡片进行排序并标出各结构的名称。精子受精卵桑葚胚2细胞4细胞8细胞卵细胞原肠胚二、胚胎早期发育受精卵桑葚胚2细胞4细胞8细胞原肠胚孵化囊胚哺乳动物的输卵管和子宫。结构受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。根据胚胎形态的变化可将早期发育的胚胎分为几个阶段。过程早期胚胎发育的场所在哪？胚胎发育过程经历哪几个阶段？思考1：受精卵卵裂期胚胎总体积的变化是怎样的？有机物的总量和种类有何变化？思考2：卵裂产生的32个子细胞形成致密的细胞团，形似桑甚。此时期每一个细胞都具有全能性，具有发育成完整个体的潜能。桑葚胚卵裂②细胞分裂方式为有丝分裂增多：细胞数量、DNA总量、有机物种类减少：每个细胞体积、有机物总量胚胎总体积并不增加、每个细胞中核DNA含量均呈周期性变化(复制加倍，分裂结束时恢复)。①在透明带内进行③量的变化囊胚有哪些结构？该阶段的内细胞团会发育成什么？滋养层呢？思考3：如果不能孵化，胚胎就无法继续发育。什么是孵化？孵化的意义是什么？思考4：④孵化：囊胚进一步扩大，透明带破裂，胚胎从其中展出来。①形成囊胚腔。②滋养层细胞：沿透明带内壁扩展和排列的细胞，将来发育成胎膜和胎盘。③内细胞团：聚集在胚胎一端的细胞，将来发育成胎儿的各种组织。囊胚原肠胚向内迁移的细胞形成内胚层原肠胚表面的细胞层为外胚层一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。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）十月怀胎过程艰辛，你还记得妈妈的生日吗？思考·讨论：不同动物受精卵发育的比较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细胞桑棋胚天发育阶段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑棋胚山羊24~3848~607272~9696~120410~16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(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？马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段思考·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，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。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细胞桑棋胚天发育阶段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑棋胚山羊24~3848~607272~9696~120410~16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囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16细胞

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。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。拓展视野思考讨论思维导图概念场所过程准备阶段精子获能卵子的准备受精阶段胚胎工程的理论基础受精胚胎早期发育场所输卵管和子宫过程桑葚胚胎儿形成囊胚（内含囊胚腔）原肠胚（内含原肠腔）受精卵精卵接触精子入卵原核形成合子形成1.下列关于胚胎工程的说法错误的是（

）A．胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术B．胚胎工程技术包括胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术C．胚胎工程的理论基础是哺乳动物受精、早期胚胎发育的规律D．胚胎工程是对自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作2．下列有关哺乳动物精子、卵子的发生及受精作用的叙述，正确的是（）A．人体卵子成熟及形成受精卵的场所均为输卵管B．获能后的精子和卵子相遇时，会释放多种水解酶，以防止其他精子入卵C．精子入卵后会立即与卵细胞核发生融合D．卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体是受精的唯一标志3.高等哺乳动物的胚胎发育一般都要经历“受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→幼体形成”等阶