新教材同步備課2024春高中生物第2章細胞工程第3節(jié)胚胎工程課件新人教版選擇性必修3

第3節(jié)胚胎工程目標素養(yǎng)1.運用結構與功能觀,概述受精前精子和卵子的準備以及受精的過程。2.結合圖例,分析歸納胚胎早期發(fā)育的過程及其主要特點。3.概述體外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理,并能以文字和圖示表示哺乳動物的體外受精和胚胎移植的過程,強化生命觀念,提高科學思維能力。4.結合具體實例,說明體外受精、胚胎移植和胚胎分割技術在畜牧業(yè)生產中的應用;認同體外受精、胚胎移植在家畜快速繁殖中的重要意義,強化社會責任。知識概覽一、胚胎工程的概念1.操作對象:對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理。2.操作目的:將獲得的胚胎移植到雌性動物體內生產后代,以滿足人類的各種需求。3.胚胎工程技術:體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。4.實質:在體外條件下,對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作。二、受精1.概念:受精是精子與卵子結合形成合子(即受精卵)的過程,包括受精前的準備階段和受精階段。2.場所:在自然條件下,哺乳動物的受精在輸卵管內完成。3.過程。微點撥1兩看法區(qū)分透明帶反應和卵細胞膜反應(1)從發(fā)生時間看:透明帶反應發(fā)生在精子觸及卵細胞膜的瞬間;卵細胞膜反應發(fā)生在精子入卵后。(2)從生理作用看:透明帶反應可防止多個精子穿越透明帶,是防止多精入卵的第一道屏障;卵細胞膜反應是防止多精入卵的第二道屏障。微判斷11.剛排出的精子并不具有受精能力,必須獲能后才具備受精能力。(

)2.透明帶和卵細胞膜會依次發(fā)生生理反應,以防止多精入卵。(

)3.受精是指精子與卵子結合形成合子的過程。(

)√√√三、胚胎早期發(fā)育1.起點:受精卵。2.場所:先是輸卵管,后是子宮。3.過程。5.胚胎早期發(fā)育的幾個階段。(1)桑葚胚:卵裂產生的子細胞逐漸形成致密的細胞團,形似桑葚。(2)囊胚。①囊胚期細胞逐漸分化,聚集在胚胎一端的細胞形成內細胞團,將來發(fā)育成胎兒的各種組織;而沿透明帶內壁擴展和排列的細胞,稱為滋養(yǎng)層細胞,它們將來發(fā)育成胎膜和胎盤。②胚胎的內部出現(xiàn)了含有液體的囊胚腔。③孵化:囊胚進一步擴大,會導致透明帶破裂,胚胎從其中伸展出來。(3)原腸胚:出現(xiàn)三個胚層,將逐漸分化形成各種組織、器官等。微判斷21.受精卵形成后在輸卵管內進行有絲分裂。(

)2.卵裂期細胞的數(shù)量不斷增加,胚胎總體積增大。(

)3.囊胚階段的滋養(yǎng)層細胞將來發(fā)育成胎兒的各種組織。(

)4.在胚胎早期發(fā)育過程中,細胞分化出現(xiàn)在桑葚胚階段。(

)√×××四、體外受精1.步驟:哺乳動物的體外受精技術主要包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等步驟。2.處理:采集到的卵母細胞和精子,要分別在體外進行成熟培養(yǎng)和獲能處理,然后才能用于體外受精。3.優(yōu)點:體外受精技術是提高動物繁殖能力的有效措施,還可以為胚胎移植提供可用的胚胎。微判斷31.體外受精時,采集到的精子不需要做獲能處理。(

)2.體外受精時,采集到的卵母細胞需要在體外培養(yǎng)到MⅡ期。(

)3.試管羊、克隆羊都屬于無性繁殖。(

)×√×五、胚胎移植1.概念。(1)對象:通過體外受精及其他方式(如轉基因、核移植等)得到的胚胎。(2)條件:移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物體內,使之繼續(xù)發(fā)育為新個體。(3)供體:在胚胎移植中提供胚胎的個體。(4)受體:在胚胎移植中接受胚胎的個體。(5)地位:是胚胎工程的最終技術環(huán)節(jié)。2.步驟(以牛的胚胎移植為例):供體、受體的選擇和處理→配種或人工授精→胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存→胚胎的移植→移植后的檢查等。3.優(yōu)勢、意義。(1)充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力,大大縮短了供體本身的繁殖周期。(2)在對供體施行超數(shù)排卵處理后,可獲得多枚胚胎,經移植可得到多個后代。微點撥2供體家畜應該是遺傳性狀優(yōu)良、生產能力強的個體,而受體家畜必須具有健康的體質和正常繁殖能力。微判斷41.在胚胎移植中,對供體母畜要做超數(shù)排卵處理,對供、受體要做同期發(fā)情處理。(

)2.移植的胚胎只能是來自體內受精或者體外受精產生的胚胎。(

)3.胚胎移植時,供體母畜需要具備優(yōu)良的遺傳性狀。(

)4.胚胎移植后不需要再對受體進行檢查。(

)√×√×六、胚胎分割1.概念:胚胎分割是指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。2.所需主要儀器設備:體視顯微鏡和顯微操作儀。3.選材:選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑葚胚或囊胚,將它移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中,然后在顯微鏡下用分割針或分割刀分割。4.要求:在分割囊胚階段的胚胎時,要注意將內細胞團均等分割。5.繁殖方式:來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質,因此胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一。微思考

做性別鑒定時,為什么要取滋養(yǎng)層細胞?提示:因為滋養(yǎng)層細胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤,取滋養(yǎng)層細胞不影響胚胎發(fā)育。微訓練

下列關于胚胎分割技術的說法,正確的是(

)A.被分割的胚胎應該是發(fā)育良好的桑葚胚或原腸胚B.可以對胚胎進行任意數(shù)目的等分,移植后均可正常發(fā)育C.來自同一胚胎的后代一定具有相同的性狀表現(xiàn)D.胚胎分割是進行動物克隆的方法之一答案:D解析:被分割的胚胎應該是發(fā)育良好的桑葚胚或囊胚,A項錯誤。胚胎分割是指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術,胚胎分割的份數(shù)越多,操作難度越大,移植成功率也越低,B項錯誤。生物的性狀由基因決定,還受環(huán)境因素的影響,因此來自同一胚胎的后代不一定具有相同的性狀表現(xiàn),C項錯誤。胚胎分割可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一,D項正確。一

受精問題探究同卵雙胞胎并不是兩個精子進入同一個卵子形成的,而是一個精子與一個卵子結合形成一個受精卵,而這個受精卵一分為二,形成了兩個胚胎。思考并回答下列問題。(1)受精時卵子是如何防止多精入卵的呢?提示:①透明帶發(fā)生生理反應:在精子觸及卵細胞膜的瞬間,卵細胞膜外的透明帶會迅速發(fā)生生理反應,阻止后來的精子進入透明帶。②卵細胞膜發(fā)生生理反應:在精子入卵后,卵細胞膜會立即發(fā)生生理反應,拒絕其他精子再進入卵內。(2)受精的標志和受精完成的標志分別是什么?提示:受精的標志是觀察到兩個極體或者雌、雄原核,受精完成的標志是雌、雄原核融合成合子。歸納總結1.受精過程。2.關于受精過程的說明。(1)成熟的生殖細胞并不一定具有受精的能力,成熟的精子必須獲能后才具備受精能力(精子獲能是指精子獲得受精能力,而不是獲得能量),而排出的卵子本身就不是成熟的生殖細胞,需進一步成熟,到MⅡ期才能與獲能的精子受精。(2)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來的核,而是在原來細胞核的基礎上形成的新核,原核膜已破裂。(3)精子的核形成雄原核,卵子的核形成雌原核,充分發(fā)育后,雌、雄原核融合形成受精卵的細胞核。典例剖析【例1】下列有關哺乳動物受精作用的敘述,錯誤的是(

)A.剛剛排出的精子要在雌性動物的生殖道發(fā)生相應生理變化,才能獲得受精能力B.精子變形過程中線粒體聚集到尾的基部,精子穿越透明帶等結構需要多種酶C.卵子在輸卵管內發(fā)育到MⅡ期時才具備與精子受精的能力D.精子觸及卵細胞膜的瞬間,卵細胞膜發(fā)生生理反應D解析:精子觸及卵細胞膜的瞬間,透明帶發(fā)生生理反應。學以致用1.下列關于受精過程的敘述,錯誤的是(

)A.剛剛排出的精子可立即與卵子受精B.透明帶發(fā)生生理反應可阻止后來的精子進入透明帶C.精子入卵后,尾部會脫離D.雄原核形成的同時,卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ答案:A解析:剛剛排出的精子不能立即與卵子受精,必須在雌性動物的生殖道發(fā)生相應的生理變化后,才能獲得受精能力。二

體外受精問題探究由于自然生態(tài)環(huán)境遭到大規(guī)模破壞,以及偷獵和走私活動的出現(xiàn),野生貓科動物的數(shù)量急劇減少,所有野生貓科動物均被列為珍稀或瀕危物種。家貓屬于貓科動物,由野貓馴化而來,在全世界均有大量分布。(1)胚胎工程的第一步是體外受精。在采集卵母細胞前,可以用馬絨毛膜促性腺激素對雌性家貓進行注射,目的是什么?提示:促使家貓超數(shù)排卵。(2)在家貓的體外受精過程中,會讓精子游上一段時間,之后不需要再進行獲能處理。但像牛等其他動物在體外培養(yǎng)精子時需要進行獲能處理。使精子獲能可以通過什么措施來實現(xiàn)?提示:直接利用雌性動物生殖道使精子獲能;將精子培養(yǎng)在人工配制的獲能液中使其獲能等。(3)家貓胚胎工程的研究對于保護生物多樣性有什么重要意義?提示:家貓可能成為一些小型瀕危貓科動物的胚胎受體,在瀕危物種的保護上發(fā)揮作用。歸納總結1.體外受精。(1)原理:人工模擬體內環(huán)境(包括營養(yǎng)、溫度、pH等),使卵母細胞成熟、精子獲能,最終完成受精。(2)過程:一般情況下,可以將獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子置于適當?shù)呐囵B(yǎng)液中共同培養(yǎng)一段時間,來促使它們完成受精。2.比較自然受精、人工授精和體外受精。

比較項目自然受精人工授精體外受精不同點過程不同雌雄動物交配完成用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內,完成受精人工獲取精子、卵母細胞,在體外分別經處理后完成受精場所不同雌性動物輸卵管中雌性動物輸卵管中體外培養(yǎng)液中比較項目自然受精人工授精體外受精相同點①精子獲能、卵子成熟后方能完成受精②都是有性生殖3.試管動物。(1)概念:試管動物是通過人工操作使卵子在體外受精,經培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后,再進行移植產生的個體。(2)所需操作:體外受精、胚胎移植。(3)生殖方式:有性生殖。(4)應用:主要用于優(yōu)良動物的快速大量繁殖。4.試管動物與克隆動物的比較。比較項目試管動物克隆動物發(fā)育起點受精卵核移植后的重組細胞生物原理或技術體外受精和胚胎移植等原理是動物細胞核的全能性,運用的技術包括動物細胞核移植、胚胎移植等生殖類型有性生殖無性生殖比較項目試管動物克隆動物意義充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力,縮短供體本身的繁殖周期等加速家畜遺傳改良進程、促進優(yōu)良畜群繁育、保護瀕危物種等特別提醒判斷胚胎移植為何種生殖方式,關鍵要看被移植的胚胎是通過何種方式發(fā)育而來的。如體外受精形成的胚胎進行胚胎移植屬于有性生殖,核移植形成的胚胎進行胚胎移植屬于無性生殖。典例剖析【例2】下圖是哺乳動物體外受精過程示意圖。據圖分析,下列敘述錯誤的是(

)A.Ⅰ表示卵母細胞的成熟培養(yǎng)B.Ⅲ表示精子的獲能過程C.Ⅱ是成熟的卵子,一般處于MⅡ期D.Ⅰ中培養(yǎng)液和Ⅲ中培養(yǎng)液的成分沒什么區(qū)別答案:D解析:體外受精包括卵母細胞的采集、精子的獲取和受精等步驟。采集的卵母細胞和精子要分別在體外進行成熟培養(yǎng)和獲能處理,卵母細胞要培養(yǎng)到MⅡ期才具備受精能力。題圖中Ⅰ表示卵母細胞的成熟培養(yǎng);Ⅱ是培養(yǎng)成熟的卵子,一般處于MⅡ期;Ⅲ表示精子的獲能過程。精子獲能所用的培養(yǎng)液是專門的獲能液,Ⅰ中培養(yǎng)液與Ⅲ中培養(yǎng)液的成分不同。學以致用2.體內受精、體外受精的共同點是(

)A.均需在輸卵管完成受精B.均需采集卵母細胞C.均需采集精子D.受精前精子均需獲能答案:D解析:體外受精的場所為體外環(huán)境。體內受精不需要采集卵母細胞與精子。受精的前提條件是精子獲能和卵子培養(yǎng)成熟。三

胚胎移植與胚胎分割問題探究單峰駱駝曾經分布于阿拉伯半島,瀕危動物保護組織宣布單峰駱駝野外滅絕(只生活在圈養(yǎng)條件下即認為該分類單元屬于野外滅絕,但在人類活動區(qū)會有馴養(yǎng))。近些年,在我國干燥、缺水的戈壁無人區(qū),科學家又發(fā)現(xiàn)了小規(guī)模野化單峰駱駝群?？茖W家欲通過胚胎移植等方法拯救野化單峰駱駝,并進行了研究。(1)保證胚胎移植成功的關鍵是什么?提示:保證胚胎移植成功的關鍵:胚胎移植一般在同種(同一物種)的雌性供體和受體之間進行;進行胚胎移植的供、受體的生理狀態(tài)要相同。這是因為同種動物間的生理特征相近,進行胚胎移植容易成功。(2)超數(shù)排卵處理中為什么使用的是促性腺激素而不是性激素?提示:性激素是由性腺產生并釋放的,性激素對下丘腦和垂體分泌相應激素存在負反饋調節(jié),若注射一定量的性激素會抑制下丘腦和垂體的活動,從而導致相關激素分泌量下降,進而引起自身性激素分泌量減少,長期注射會導致性腺萎縮,影響排卵。(3)胚胎移植過程中有兩次使用激素、兩次檢查,其目的分別是什么?提示:①兩次使用激素的目的:第一次是使用激素對供、受體進行同期發(fā)情處理,使它們的生理狀態(tài)同步或一致,使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生理環(huán)境;第二次是用促性腺激素處理使供體母畜超數(shù)排卵。②兩次檢查:第一次對收集的胚胎進行質量檢查;第二次在移植后,對受體進行妊娠檢查。(4)為提高胚胎利用率,可對早期胚胎進行分割,對選用胚胎及分割的要求分別是什么?提示:選用發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑葚胚或囊胚。分割囊胚時要注意將內細胞團均等分割。歸納總結1.胚胎移植的本質。(1)胚胎移植是產生胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程,是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移,而胚胎本身的遺傳物質并不發(fā)生改變,因此各種性狀仍然保持其原來的優(yōu)良特性。(2)胚胎移植的后代其遺傳性狀由供體決定,受體只是提供了胚胎發(fā)育的場所,不影響后代的遺傳特性。性別取決于雄性供體提供的精子的種類。2.胚胎移植的生理基礎。(1)動物發(fā)情排卵后,不管是否妊娠,在一段時間內同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的,為供體胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境。(2)早期胚胎處于游離狀態(tài),為胚胎的收集提供了可能。(3)受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應,為胚胎在受體內的存活提供了可能。(4)供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系,且其遺傳特性在孕育過程中不受影響。3.胚胎移植的基本程序。4.胚胎分割與胚胎移植的比較。

比較項目胚胎分割胚胎移植胚胎的來源體外受精及其他方式得到的胚胎是否分割分割不分割生殖方式無性生殖有性生殖或無性生殖(取決于胚胎是由受精卵發(fā)育而成的還是通過核移植技術形成的重組細胞發(fā)育而成的)比較項目胚胎分割胚胎移植后代的遺傳特點后代都具有相同的遺傳物質與胚胎的來源有關處理(或移植)的時期一般是桑葚胚期或囊胚期原腸胚之前(卵裂期、桑葚胚期或囊胚期)比較項目胚胎分割胚胎移植意義①促進優(yōu)良動物品種的繁殖,產生的遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料②在胚胎移植前,進行性別鑒定、遺傳病篩查等,對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代具有重要意義①充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力,大大縮短了供體本身的繁殖周期②經移植可得到多個后代③促進了我國畜牧業(yè)的發(fā)展比較項目胚胎分割胚胎移植舉例應用胚胎分割技術獲得的三卵六羔羊試管動物和克隆動物共性胚胎分割最終也要涉及胚胎移植,胚胎移植是胚胎工程的最終技術環(huán)節(jié)典例剖析【例3】下圖為梅花鹿胚胎移植的主要流程示意圖。下列相關敘述正確的是(

)①供體超數(shù)排卵→②配種→③胚胎收集→④

→⑤胚胎移植→子代梅花鹿

A.①過程需要注射有關激素,目的是獲得更多的卵原細胞并完成減數(shù)分裂B.③過程是以哺乳動物早期胚胎與母體子宮建立了組織上的聯(lián)系為前提C.④過程是“對胚胎進行質量檢查”,可移植的胚胎應發(fā)育到囊胚或原腸胚D.⑤過程成功率的高低主要取決于供、受體生理狀況的一致性答案:D解析:超數(shù)排卵處理需要注射促性腺激素,目的是獲得更多的卵細胞,而不是卵原細胞,A項錯誤。③過程為胚胎收集,前提是早期胚胎處于游離狀態(tài),沒有與母體子宮建立組織上的聯(lián)系,B項錯誤。④過程為“胚胎質量檢查”,可移植的胚胎應發(fā)育到桑葚胚或囊胚,C項錯誤。⑤過程為胚胎移植,成功率的高低與供、受體的生理狀況是否相同有關,D項正確。學以致用3.下圖是利用胚胎工程技術培育優(yōu)質奶牛的主要步驟。下列敘述正確的是(

)A.A所表示的細胞不一定是受精卵B.圖中a過程包括卵裂、囊胚和原腸胚等階段C.應把③移植到處于發(fā)情狀態(tài)的母牛的輸卵管中D.圖示過程應用了動物細胞培養(yǎng)、胚胎分割、核移植等生物技術答案:A解析:題圖中A所表示的細胞不一定是受精卵,還可能是核移植得到的重組細胞或早期還未分化的胚胎細胞,A項正確。題圖中a過程包括卵裂、桑葚胚、囊胚階段,還沒有發(fā)育到原腸胚階段,B項錯誤。應把③移植到母牛的子宮中而不是輸卵管中,C項錯誤。題圖中沒有體現(xiàn)核移植的過程,D項錯誤。1.右圖是胚胎發(fā)育過程中某階段示意圖,下列有關敘述錯誤的是(

)A.圖中②將來發(fā)育成胎膜和胎盤B.圖中③可發(fā)育成胎兒的各種組織C.高等哺乳動物胚胎發(fā)育過程中,細胞分化始于桑葚胚期,終止于生命結束D.胚胎從①中伸展出來的過程發(fā)生于囊胚期答案:C解析:題圖表示胚胎發(fā)育過程中的囊胚階段,其中②所示的滋養(yǎng)層細胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤,A項正確。③所示的內細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織,B項正確。高等哺乳動物胚胎發(fā)育過程中,細胞分化始于囊胚期,終止于生命結束,C項錯誤。胚胎從①所示的透明帶中伸展出來的過程發(fā)生于囊胚期,D項正確。2.下列關于“試管牛”培養(yǎng)流程的敘述,錯誤的是(

)A.過程①可對供體母牛注射促性腺激素,使其排出更多的卵子B.過程②發(fā)生的標志是可以觀察到兩個極體或者雌、雄原核C.過程③應對受體母牛注射免疫抑制劑,以防止發(fā)生免疫排斥反應D.“試管?！钡倪z傳性狀只取決于供體,與受體母牛完全無關答案:C解析:進行胚胎移植時,受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應,因此③胚胎移植時不需要對受體母牛注射免疫抑制劑。3.沙丘貓是一種珍稀貓科動物,通過胚胎工程技術,可利用家貓作為受體進行繁育,主要步驟如下圖所示。下列相關敘述正確的是(

)A.步驟甲、