新教材2023年高中生物第2章細(xì)胞工程第3節(jié)胚胎工程1胚胎工程的理論基礎(chǔ)學(xué)案新人教版選擇性必修3

第3節(jié)胚胎工程新課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)1．簡(jiǎn)述受精和胚胎早期發(fā)育的基本過程。2．說(shuō)明胚胎的形成經(jīng)過了受精及早期發(fā)育等過程。3．簡(jiǎn)述體外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步驟和應(yīng)用價(jià)值。4．運(yùn)用胚胎工程的基本概念和原理，對(duì)生產(chǎn)、生活中的相關(guān)問題進(jìn)行分析與判斷。5．認(rèn)同在胚胎工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用中體現(xiàn)了科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的互動(dòng)關(guān)系。1．生命觀念——從精子和卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)理解受精作用過程。2．科學(xué)思維——構(gòu)建模型分析早期胚胎發(fā)育中相關(guān)物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化。構(gòu)建胚胎移植技術(shù)繁育良種種畜的流程圖。3．社會(huì)責(zé)任——關(guān)注試管動(dòng)物技術(shù)在促進(jìn)家畜快速繁殖中的應(yīng)用。關(guān)注胚胎工程與畜牧業(yè)發(fā)展。知識(shí)導(dǎo)圖一胚胎工程的理論基礎(chǔ)必備知識(shí)·夯實(shí)雙基一、胚胎工程1．概念：對(duì)__生殖細(xì)胞__、__受精卵__或__早期胚胎細(xì)胞__進(jìn)行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動(dòng)物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。2．主要技術(shù)：__體外受精__、__胚胎移植__和__胚胎分割__。二、受精1．概念：__精子__與__卵子__結(jié)合形成__合子__(即受精卵)的過程。2．場(chǎng)所：雌性動(dòng)物的__輸卵管__內(nèi)。3．過程eq\x(準(zhǔn)備階段)→精子__獲能__：在雌性動(dòng)物的生殖道內(nèi)完成；卵子的準(zhǔn)備：發(fā)育到__MⅡ(中)期__才有受精能力↓eq\x(\a\al(精子穿越,卵細(xì)胞膜,外結(jié)構(gòu)))→精子釋放多種酶，溶解卵細(xì)胞，精子穿越卵細(xì)胞膜外結(jié)構(gòu)；在精子觸及卵細(xì)胞膜瞬間，__透明帶__會(huì)發(fā)生生理反應(yīng)，阻止后來(lái)的精子進(jìn)入↓eq\x(精子入卵)→__卵細(xì)胞膜__也會(huì)立即發(fā)生生理反應(yīng)，拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)↓eq\x(\a\al(雌、雄原,核形成))→精子入卵后形成雄原核，同時(shí)卵子完成__減數(shù)分裂Ⅱ__，排出第二極體后，形成雌原核↓eq\x(合子形成)→eq\x(雌、雄原核充分發(fā)育后，相互融合形成合子（即受精卵）)三、胚胎早期發(fā)育受精卵卵裂期eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①細(xì)胞分裂方式：__有絲分裂__,②細(xì)胞數(shù)量__不斷增加__，胚胎總體積,__并不增加__))桑椹胚：卵裂產(chǎn)生的子細(xì)胞逐漸形成致密的細(xì)胞團(tuán)形似__桑椹__eq\a\vs4\al(囊胚：細(xì)胞,逐漸分化)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(胚胎一端的細(xì)胞→__內(nèi)細(xì)胞團(tuán)__→胎兒,的各種組織，透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列,的細(xì)胞→__滋養(yǎng)層細(xì)胞__→胎膜和胎盤,胚胎內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的__囊胚腔__))孵化：囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大，會(huì)導(dǎo)致__透明帶__破裂，胚胎從其中伸展出來(lái)原腸胚：形成__外胚層、內(nèi)胚層和中胚層__→各種組織、器官等┃┃學(xué)霸記憶__■1．精子獲能后才有受精能力；卵子發(fā)育到MⅡ(中)期，才具備與精子受精的能力。2．受精過程在輸卵管內(nèi)完成。3．防止多精入卵的兩道屏障：(1)透明帶反應(yīng)；(2)卵細(xì)胞膜反應(yīng)。4．雌、雄原核充分發(fā)育后，相互融合形成受精卵。5．囊胚細(xì)胞分化形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)層。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層發(fā)育成胎膜和胎盤。6．囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致透明帶破裂而孵化出來(lái)。┃┃活學(xué)巧練__■1．剛排出的精子即能與卵子受精。(×)2．精子和卵子相遇結(jié)合形成受精卵的部位是子宮。(×)3．精子入卵后被激活的卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，排出第二極體，形成雌原核。(√)4．囊胚期細(xì)胞還沒有分化。(×)5．原腸胚變大導(dǎo)致透明帶破裂而孵化出來(lái)。(×)思考：1．兩道屏障防止多精入卵，其意義是什么？提示：兩道屏障防止多精入卵，保證受精卵中遺傳物質(zhì)與親代體細(xì)胞一致，從而保證遺傳的穩(wěn)定性。2．受精的標(biāo)志和受精完成的標(biāo)志分別是什么？提示：受精的標(biāo)志是第二極體的形成，受精完成的標(biāo)志是雌、雄原核融合成合子。3．胚胎發(fā)育過程中開始出現(xiàn)細(xì)胞分化的階段和細(xì)胞分化最顯著的階段分別是哪些時(shí)期？細(xì)胞分化的原因是什么？提示：開始出現(xiàn)細(xì)胞分化的階段是囊胚期。細(xì)胞分化最顯著的階段是原腸胚的三個(gè)胚層分化形成各種組織、器官。細(xì)胞分化的原因是細(xì)胞內(nèi)基因的選擇性表達(dá)。4．胚胎發(fā)育的卵裂期細(xì)胞中有機(jī)物、(核)DNA的含量和細(xì)胞體積有什么特點(diǎn)？為什么？提示：卵裂期細(xì)胞中有機(jī)物減少、每個(gè)細(xì)胞中DNA的含量基本不變，細(xì)胞體積減小。從受精卵到囊胚階段總體積不變或略有縮小，但細(xì)胞數(shù)目增多，所以每個(gè)細(xì)胞體積減小；伴隨細(xì)胞分裂，細(xì)胞數(shù)目增多，總DNA含量增多，但每個(gè)細(xì)胞中(核)DNA含量保持相對(duì)穩(wěn)定；該過程中有機(jī)物總量減少，因?yàn)榧?xì)胞一直通過呼吸消耗有機(jī)物但不從外界吸收。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛知識(shí)點(diǎn)哺乳動(dòng)物受精過程1．受精前的兩個(gè)準(zhǔn)備階段(1)精子獲能：精子必須在雌性動(dòng)物的生殖道內(nèi)發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才獲得受精能力的生理現(xiàn)象。(2)卵子的準(zhǔn)備：動(dòng)物排出的卵子成熟程度不同，但都必須在輸卵管中發(fā)育到MⅡ(中)期時(shí)，才具有與精子受精的能力。2．受精階段哺乳動(dòng)物的受精過程主要包括：精子穿越卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu)(如放射冠和透明帶)，進(jìn)入卵細(xì)胞膜，雌、雄原核形成和融合。過程主要變化精子穿越卵細(xì)胞膜外結(jié)構(gòu)在精子觸及卵細(xì)胞膜的瞬間，卵細(xì)胞膜外的透明帶發(fā)生透明帶反應(yīng)，為防止多精入卵的第一道屏障精子入卵卵細(xì)胞膜會(huì)立即發(fā)生一種生理反應(yīng)，拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)，這種生理反應(yīng)稱為卵細(xì)胞膜反應(yīng)。這是防止多精入卵的第二道屏障形成原核精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂，隨后形成新的核膜，最后形成雄原核；精子入卵后被激活的卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，排出第二極體后，形成雌原核融合雄、雌原核充分發(fā)育后，相向移動(dòng)，彼此靠近，核膜消失，兩組核染色體合為一組，形成一個(gè)含有兩個(gè)染色體組的合子(受精卵)3．受精的意義：維持每種生物前后代體細(xì)胞染色體數(shù)目的恒定，對(duì)于生物的遺傳和變異十分重要。知識(shí)貼士(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必須獲能后才具備受精能力。(2)精子獲能是指精子獲得受精“能力”，而不是獲得能量。(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來(lái)的核，它們是在原來(lái)細(xì)胞核的基礎(chǔ)上形成的新核，原核膜已破裂。┃┃典例剖析__■典例1豬或牛的初級(jí)卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂Ⅱ完成于(D)A．排卵前后，在卵巢內(nèi) B．排卵前，在卵巢內(nèi)C．排卵后，在輸卵管內(nèi) D．受精時(shí)，在輸卵管內(nèi)解析：在卵細(xì)胞的形成過程中，初級(jí)卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂Ⅰ是在雌性動(dòng)物排卵前完成的；在精卵結(jié)合時(shí)完成減數(shù)分裂Ⅱ，該過程在輸卵管中完成。┃┃變式訓(xùn)練__■1．下列有關(guān)哺乳動(dòng)物精子和卵細(xì)胞的發(fā)生以及受精作用的敘述，正確的是(D)A．卵細(xì)胞膜發(fā)生生理反應(yīng)是防止多精入卵的唯一屏障B．排卵就是排出成熟卵細(xì)胞的過程C．卵細(xì)胞形成時(shí)的分裂過程均在卵巢內(nèi)完成D．卵子受精的標(biāo)志是在卵細(xì)胞膜和透明帶之間觀察到兩個(gè)極體解析：透明帶發(fā)生生理反應(yīng)和卵細(xì)胞膜發(fā)生生理反應(yīng)是防止多精入卵的兩道屏障，A項(xiàng)錯(cuò)誤；排卵排出的是初級(jí)卵母細(xì)胞或次級(jí)卵母細(xì)胞，而不是成熟的卵細(xì)胞，B項(xiàng)錯(cuò)誤；哺乳動(dòng)物卵細(xì)胞形成時(shí)的分裂過程在未排卵之前是在卵巢中進(jìn)行的，排卵之后是在輸卵管中進(jìn)行的，C項(xiàng)錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)胚胎早期發(fā)育1．胚胎早期發(fā)育的場(chǎng)所：輸卵管、子宮2．胚胎早期發(fā)育過程(1)早期胚胎發(fā)育時(shí)各階段的特點(diǎn)桑椹胚之前的胚胎細(xì)胞只進(jìn)行細(xì)胞分裂，不需要從外界獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；囊胚細(xì)胞開始出現(xiàn)分化，透明帶破裂，開始從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且中間出現(xiàn)囊胚腔；原腸胚時(shí)期出現(xiàn)胚層分化，并且出現(xiàn)原腸腔。(2)受精卵是新生命的第一個(gè)細(xì)胞，其全能性最高。一般來(lái)說(shuō)，細(xì)胞的全能性隨發(fā)育的深化而降低。(3)早期胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞或物質(zhì)的變化規(guī)律項(xiàng)目變化細(xì)胞數(shù)目增多每個(gè)細(xì)胞體積減小DNA總量增多每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的(核)DNA總量不變有機(jī)物總量減小物質(zhì)種類增多所含能量減小┃┃典例剖析__■典例2如圖為受精作用及胚胎發(fā)育示意圖，a、b代表兩個(gè)發(fā)育時(shí)期，下列敘述錯(cuò)誤的是(A)eq\b\lc\\rc\](\a\vs4\al\co1(\x(精子),\x(卵子)))受精卵桑椹胚eq\x(a)eq\x(b)→幼體A．①過程發(fā)生同源染色體分離B．②過程通過有絲分裂增殖C．胚胎發(fā)育到③過程開始發(fā)生分化D．處于a時(shí)期的胚胎中具有囊胚腔解析：①是受精作用，該過程中不會(huì)發(fā)生同源染色體分離，A錯(cuò)誤；受精卵通過有絲分裂增殖，B正確；①～④過程中，③④過程都會(huì)發(fā)生細(xì)胞分化，③過程開始發(fā)生分化，C正確；囊胚期胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的腔，為囊胚腔，D正確。┃┃變式訓(xùn)練__■2．下圖是牛囊胚示意圖，下列有關(guān)該圖的敘述，錯(cuò)誤的是(C)A．透明帶是初級(jí)卵母細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂時(shí)形成的B．囊胚腔是一個(gè)充滿液體的腔C．囊胚形成過程中細(xì)胞表面積與體積比變小、有機(jī)物增多D．滋養(yǎng)層將來(lái)發(fā)育成胎膜和胎盤解析：在囊胚的形成過程中，細(xì)胞數(shù)目增多，每個(gè)細(xì)胞體積變小，細(xì)胞表面積與體積比變大，在此過程中，細(xì)胞分裂消耗有機(jī)物，故有機(jī)物含量逐漸減少。指點(diǎn)迷津·撥云見日高等動(dòng)物個(gè)體發(fā)育中的易錯(cuò)點(diǎn)1．高等動(dòng)物的個(gè)體發(fā)育過程包括胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育，胚胎發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵，終點(diǎn)是成熟的胎兒；胎兒出生后的發(fā)育過程屬于胚后發(fā)育。因此，高等動(dòng)物個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵，終點(diǎn)是成熟的個(gè)體。2．受精卵是新生命的起點(diǎn)，全能性最高。動(dòng)物細(xì)胞全能性隨分化程度的提高而逐漸受到限制。桑椹胚之前的每一個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育的全能性。3．卵裂期和桑椹胚時(shí)期，只進(jìn)行細(xì)胞分裂，不需要從外界獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，胚胎發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)自卵黃。4．囊胚期細(xì)胞開始分化，透明帶破裂，滋養(yǎng)層細(xì)胞(以后發(fā)育成胎盤、胎膜，與母體建立聯(lián)系)從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使胚胎繼續(xù)發(fā)育。┃┃典例剖析__■典例3下圖為哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的過程，下列有關(guān)敘述不正確的是(C)A．過程a和b使胚胎中有機(jī)物的含量減少B．Ⅰ、Ⅱ時(shí)期的胚胎中都含有全能細(xì)胞C．胚胎移植必須使用處于Ⅱ或Ⅲ時(shí)期的胚胎D．圖示過程中，部分細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)可能發(fā)生改變解析：過程a表示卵裂形成Ⅰ桑椹胚，過程b表示桑椹胚形成Ⅱ囊胚，這兩個(gè)過程細(xì)胞均需要消耗能量，故兩個(gè)過程中胚胎中的有機(jī)物的含量均減少，A項(xiàng)正確；桑椹胚含有的所有細(xì)胞都是全能細(xì)胞，囊胚期胚胎進(jìn)一步發(fā)育，細(xì)胞逐漸分化，含有的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞將來(lái)發(fā)育成胎兒的各種組織，為全能細(xì)胞，B項(xiàng)正確；胚胎移植一般選取桑椹胚或囊胚時(shí)期的胚胎，而Ⅲ為原腸胚，C項(xiàng)錯(cuò)誤；圖示過程中，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，而在分裂間期DNA復(fù)制的過程中，部分細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)可能發(fā)生改變，D項(xiàng)正確。解疑答惑從社會(huì)中來(lái)?P56提示：借助胚胎移植技術(shù)充分發(fā)揮兩種奶牛的繁殖潛力。將良種奶牛產(chǎn)生的具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎移植到我國(guó)奶牛的子宮中，使之發(fā)育為新個(gè)體。良種奶牛作“供體”，專門提供具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎，我國(guó)奶牛作“受體”，負(fù)責(zé)妊娠和育仔，這就大大縮短了供體本身的繁殖周期。還可以對(duì)供體進(jìn)行超數(shù)排卵處理以獲得多枚胚胎，移植得到多個(gè)后代，使供體的后代數(shù)是自然繁殖的十幾倍到幾十倍。思考·討論?P591．提示：表中馬的胚胎進(jìn)入子宮時(shí)發(fā)育程度最高，其次為小鼠。2．提示：小鼠應(yīng)選擇至少發(fā)育到桑椹胚階段的胚胎進(jìn)行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8～16細(xì)胞階段進(jìn)入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實(shí)踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移植。3．提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解哺乳動(dòng)物自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。本節(jié)涉及的哺乳動(dòng)物體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育都是在自然條件下的特點(diǎn)和規(guī)律，人們正是在認(rèn)識(shí)了這些自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進(jìn)行有效的模擬，才使卵母細(xì)胞能在體外成熟，精子能在體外完成獲能，獲能精子和成熟卵母細(xì)胞能在試管內(nèi)完成受精，體外受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等，這些都有賴于體內(nèi)自然條件下的基礎(chǔ)研究成果。練習(xí)與應(yīng)用?P59一、概念檢測(cè)1．(1)×提示：在自然條件下，哺乳動(dòng)物的受精在雌性動(dòng)物的輸卵管內(nèi)完成。(2)×提示：排出的卵子需在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步發(fā)育成熟到減數(shù)第二次分裂中期，才具備與精子受精的能力。(3)√2．A提示：在囊胚階段，胚胎的內(nèi)部開始出現(xiàn)含有液體的腔，A項(xiàng)錯(cuò)誤。二、拓展應(yīng)用1．提示：細(xì)胞核和線粒體都是精子的重要結(jié)構(gòu)。其中，細(xì)胞核是遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存的場(chǎng)所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過程。線粒體是精子進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所，為精子的生存和運(yùn)動(dòng)提供能量。2．提示：精液是由精子和精清(精漿)兩部分組成的。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質(zhì)，因此，在一般情況下，精液中的精子無(wú)法獲能。只有在交配后精液進(jìn)入雌性動(dòng)物的生殖道時(shí)，由生殖道分泌產(chǎn)生一種物質(zhì)解除對(duì)精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動(dòng)物生殖道內(nèi)獲能的部位因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。海膽等動(dòng)物進(jìn)化出皮層反應(yīng)來(lái)阻止多精入卵。皮層由皮層顆粒組成，通常分布在沒有微絨毛結(jié)構(gòu)的卵細(xì)胞膜下方。當(dāng)精子進(jìn)入卵子時(shí)，皮層顆粒與卵細(xì)胞膜發(fā)生融合，顆粒內(nèi)容物被釋放到卵細(xì)胞膜和卵黃膜之間的區(qū)域——卵周隙，這些釋放物中有幾種蛋白質(zhì)在皮層顆粒反應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)精子與卵子發(fā)生細(xì)胞膜融合時(shí)，細(xì)胞膜融合處的卵子皮層顆粒與卵細(xì)胞膜發(fā)生融合，胞吐作用發(fā)生，皮層顆粒釋放物質(zhì)到卵周隙，使卵黃膜硬化，此時(shí)，卵黃膜改稱受精膜，其他精子不能再穿過受精膜。訓(xùn)練鞏固·課堂達(dá)標(biāo)1．胚胎工程技術(shù)包含的內(nèi)容有(C)①胚胎移植②核移植③胚胎分割④體外受精A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：胚胎工程是指對(duì)動(dòng)物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如體外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。核移植屬于細(xì)胞工程。2．在受精階段，下列哪項(xiàng)不是精子穿越的屏障(A)A．雌原核 B．放射冠C．透明帶 D．卵細(xì)胞膜解析：獲能后的精子與卵子相遇時(shí)，首先釋放出多種酶，然后精子穿過放射冠和透明帶，接觸卵細(xì)胞膜，引起卵細(xì)胞膜封閉作用，符