2024-2025學年高二生物人教版選擇性必修3教學課件 第2章 第3節(jié) 第1課時 胚胎工程的理論基礎

第3節(jié)第1課時胚胎工程的理論基礎第2章細胞工程人教版高中生物

選擇性必修31簡述受精前精子和卵子的準備，從精子和卵細胞的結(jié)構(gòu)理解受精作用過程。2簡述胚胎早期發(fā)育的過程及其主要特點，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。

我國對奶類的總需求量很大，但與奶業(yè)發(fā)達的國家相比，我國奶牛的單產(chǎn)水平還存在一定差距，奶牛品種是影響產(chǎn)奶量的主要因素，而引進一頭成年奶牛往往需要數(shù)萬元，能不能讓引進的良種奶?？焖?、大量繁殖呢？遺憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產(chǎn)一頭犢牛，一生約生育四五次，如何解決這個難題呢？情境導入

我國自主培育的體細胞

克隆牛思考1：克隆得到的奶牛種群，在遺傳多樣性上與自然種群有何區(qū)別？“克隆”屬于無性生殖，后代遺傳多樣性低。思考2：想獲得在遺傳多樣性上具有優(yōu)勢的后代，你能想出其他繁育方法嗎？模擬有性生殖，進行體外受精，培育試管動物。任務1設計快速、大量繁殖良種奶牛的方案

胚胎工程是指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作。

胚胎工程操作對象技術(shù)種類

目的工程實質(zhì)理論基礎><目標一受精1.1受精的概念受精前的準備階段受精階段指精子和卵子結(jié)合形成合子(即受精卵)的過程。準備階段Ⅰ——精子獲能準備階段Ⅱ——卵子的準備輸卵管受精場所：階段：定義：體現(xiàn)了細胞膜具有進行細胞間信息交流的功能1.2準備階段科學研究發(fā)現(xiàn)，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，這一生理現(xiàn)象稱為“精子獲能”精子獲能的方法：①直接利用雌性動物的生殖道②培養(yǎng)在人工配制的獲能液準備階段Ⅰ——精子獲能牛豬綿羊馬成熟精子和幾種主要家畜的精子示意圖頭頸線粒體鞘尾肝素Ca2＋載體1.2準備階段【資料1】卵子又稱卵細胞，卵子是哺乳動物體內(nèi)最大的細胞，直徑約140μm；精子比卵子小得多，它頭部的長度只有4~5μm?！举Y料2】自然條件下，哺乳動物的受精是在輸卵管內(nèi)完成的?？茖W家研究發(fā)現(xiàn)，剛剛排出的精子不能立即與卵子受精；動物排出的卵子成熟程度不同，可能是初級卵母細胞，也可能是次級卵母細胞，它們需要成熟后才具備受精的能力。排卵是指卵子從卵泡中排出。準備階段Ⅱ——卵子的準備在進行體外受精操作時，需要對精子和卵子進行怎樣的處理？精子要獲能卵子要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，到MⅡ期，才具備與精子受精的能力。一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務1設計快速、大量繁殖良種奶牛的方案1.3受精階段透明帶卵細胞膜核第一極體精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)（如透明帶等）釋放出多種酶，以溶解這些結(jié)構(gòu)精子接觸卵細胞膜雄原核雌原核第一極體放出的第二極體精子入卵后形成雄原核；卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，釋放第二極體，形成雌原核精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜，最后形成一個比原來精子的核還大的核。雌、雄原核靠近核膜消失，第一次卵裂即將開始這個含有兩個染色體組的合子就是受精卵。注意：受精卵的核基因是精子和卵子各占一半；受精卵的質(zhì)基因幾乎全部來自卵子。1.受精過程中卵子的哪些結(jié)構(gòu)發(fā)生生理反應可以防止多精入卵？這有什么意義？精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)精子接觸卵細胞膜精子入卵形成雄原核、雌原核雌、雄原核靠近，核膜消失，形成受精卵——透明帶反應——卵細胞膜反應在精子觸及卵細胞膜的瞬間，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(nèi)其意義是保證受精卵中遺傳物質(zhì)與親代體細胞一致，從而保證遺傳的穩(wěn)定性。一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務2分析受精過程2.（1）受精的標志：透明帶和卵細胞膜之間有兩個極體（2）受精完成的標志：雌雄原核融合，形成合子多數(shù)哺乳動物的第一極體不進行減數(shù)分裂Ⅱ，因而不會形成兩個第二極體。在胚胎工程中，以觀察到兩個極體或雌、雄原核作為受精的標志。雄原核雌原核第一極體放出的第二極體一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務2分析受精過程3．精子與卵細胞的結(jié)合，體現(xiàn)了細胞膜具有什么功能？體現(xiàn)了細胞膜具有進行細胞間信息交流的功能。一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務2分析受精過程核心歸納(1)精子獲能是指精子獲得受精能力，而不是獲得能量。

(2)動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次級卵母細胞，如豬、羊等；有的可能是初級卵母細胞，如馬、犬等。但它們都要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。(3)受精的標志≠受精完成的標志：受精的標志是在透明帶和卵細胞膜之間觀察到兩個極體；而受精完成的標志是雌、雄原核的融合。(4)受精卵遺傳物質(zhì)的來源：核遺傳物質(zhì)來自精子的細胞核與卵細胞的細胞核(即精卵各提供1/2)，而細胞質(zhì)的遺傳物質(zhì)幾乎全部來自卵細胞。關(guān)于體內(nèi)受精應注意的幾個問題(1)精子和卵子相遇結(jié)合形成受精卵的部位是輸卵管(

)(2)精子和卵子都需要經(jīng)過獲能才能進行受精作用(

)精子需要經(jīng)過獲能處理才能完成受精過程，而卵子需要在輸卵管中經(jīng)過進一步發(fā)育才能與獲能的精子完成受精作用。√×(3)受精的標志是觀察到兩個極體；受精完成的標志是雌、雄原核融合形成合子(

)√(4)動物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中進一步發(fā)育到MⅡ期才具備受精能力(

)動物排出的卵子成熟程度不同，都要在輸卵管中進一步發(fā)育到MⅡ期，才具備與精子受精的能力?！?.下列關(guān)于體內(nèi)受精過程的排序，正確的是①受精卵第一次分裂開始②釋放第二極體③獲能后的精子與卵子相遇并釋放多種酶④精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)⑤雌、雄原核的形成⑥兩個原核靠近，核膜消失A.①②③④⑤⑥ B.③②④⑤⑥①C.④⑤②①③⑥ D.③④②⑤⑥①√體內(nèi)受精的具體過程為③獲能后的精子與卵子相遇并釋放多種酶→④精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)→精子入卵→②卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，釋放第二極體→⑤雌、雄原核的形成→⑥雌、雄原核靠近，核膜消失→①受精卵第一次分裂開始，D正確。2.(2023·遼寧沈陽高二期中)下列關(guān)于哺乳動物受精過程的敘述，錯誤的是A.精子頭部觸及卵細胞膜時出現(xiàn)的透明帶反應是防止多精入卵的第一道屏障B.精子在睪丸內(nèi)成熟和獲能后，才能與卵子結(jié)合C.受精時只有精子頭部進入卵子D.雄原核形成的同時，卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ√精子獲能的場所是雌性動物的生殖道，B錯誤；精子入卵后，尾部脫離，受精時只有精子頭部進入卵子，C正確；精子入卵后形成雄原核，同時卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，釋放第二極體后，形成雌原核，D正確。><目標一胚胎早期發(fā)育2.1早期胚胎發(fā)育場所：輸卵管、子宮過程：2.1早期胚胎發(fā)育卵裂原腸胚受精卵2細胞4細胞8細胞桑葚胚囊胚卵裂期胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進行分裂，細胞數(shù)量不斷增加，胚胎總體積不增加，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。分裂方式：有絲分裂項目變化細胞數(shù)目每個細胞體積DNA總量每個細胞內(nèi)的DNA總量有機物總量物質(zhì)種類增加增多不變減少減小增多2.2桑葚胚當卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。特點：每個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細胞。桑葚胚桑葚胚桑葚透明帶2.3囊胚細胞開始分化（聚集在胚胎一端的細胞）（沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列的細胞）具有全能性孵化：囊胚進一步擴大會導致透明帶破裂破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫做孵化。囊胚內(nèi)細胞團滋養(yǎng)層囊胚腔發(fā)育成胎盤和胎膜發(fā)育成胎兒的各種組織特點：結(jié)構(gòu)：2.4原腸胚表面的細胞層向內(nèi)遷移的細胞內(nèi)外兩個胚層之間逐漸分化形成各種組織、器官等中胚層：外胚層：內(nèi)胚層：原腸胚——出現(xiàn)胚層分化外胚層內(nèi)胚層原腸腔滋養(yǎng)層原腸胚小結(jié)+拓展：胚胎發(fā)育vs個體發(fā)育全能細胞細胞分化幼體繼續(xù)分化出生發(fā)育性成熟個體孵化卵裂期胚胎發(fā)育胚后發(fā)育個體發(fā)育內(nèi)細胞團滋養(yǎng)層細胞囊胚腔外胚層中胚層內(nèi)胚層（原腸腔）一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務3胚胎早期發(fā)育過程中的相關(guān)變化不同動物受精卵的發(fā)育及其進入子宮的時間有明顯差異。請結(jié)合教材P59“思考·討論：不同動物受精卵發(fā)育的比較”中的表格回答以下問題：注：馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間注：馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間幾種動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間表。(1)表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高?馬的胚胎進人子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務3胚胎早期發(fā)育過程中的相關(guān)變化注：馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間幾種動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間表。（2）將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應選擇至少發(fā)育到什么階段的胚胎?如果換成牛又該怎樣處理?小鼠應選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8~16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植。一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務3胚胎早期發(fā)育過程中的相關(guān)變化注：馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間幾種動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間表。(3)不同動物胚胎進入子宮所處的時期不同，這個胚胎工程提供了什么啟示？體外受精形成的胚胎，發(fā)育到一定階段方可移植到子宮中。

一邊閱讀，一邊完成學案上的表格任務3請應用本節(jié)所學的知識，設計培育“荷斯坦奶牛試管?！钡姆桨?。提示：以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細胞，經(jīng)過誘導分化能形成相應的細胞、組織或器官，將它們移植給患者時可以避免發(fā)生免疫排斥反應。反饋評價回歸情境(1)胚胎發(fā)育早期的細胞分裂方式包括有絲分裂和減數(shù)分裂(

)胚胎發(fā)育早期的細胞分裂方式是有絲分裂?！?2)囊胚的滋養(yǎng)層細胞具有全能性(

)×囊胚期的內(nèi)細胞團細胞具有全能性，而滋養(yǎng)層細胞沒有。(3)胚胎發(fā)育過程中開始分化的階段是原腸胚期(

)×胚胎發(fā)育過程中開始分化的階段是囊胚期。(4)胚胎發(fā)育的場所是輸卵管(

)胚胎發(fā)育的初期在輸卵管，著床后到分娩前的一段時間是在母體的子宮內(nèi)?！?.下列關(guān)于桑葚胚、囊胚、原腸胚的敘述，不正確的是A.胚胎發(fā)育的順序是桑葚胚→囊胚→原腸胚B.囊胚期的細胞出現(xiàn)了分化，其原因是細胞中的遺傳物質(zhì)發(fā)生了變化C.桑葚胚期之前的細胞均未出現(xiàn)分化D.原腸胚的外胚層由內(nèi)細胞團表層的細胞形成√囊胚期的細胞出現(xiàn)了分化，其原因是基因的選擇性表達，遺傳物質(zhì)未發(fā)生變化，B錯誤。4.(2023·遼寧大連高二期末)如圖為受精卵發(fā)育至囊胚的過程中的某一變化，若橫坐標表示時間，則縱坐標可表示A.有機物總量B.每個細胞核DNA的含量C.所有細胞體積之和D.所有細胞表面積總和與體積總和的比值√由受精卵發(fā)育至囊胚的過程中，細胞不斷分裂消耗有機物，所以胚胎中的有機物總量有所減少，A不符合題意；受精卵發(fā)育至囊胚過程中的細胞分裂方式是有絲分裂，每個細胞中核DNA含量基本不變，但胚胎中核DNA總含量增加，B不符合題意；受精卵發(fā)育至囊胚過程中細胞數(shù)目不斷增加，胚胎總體積并不增加，所有細胞的表面積總和越來越大，因此所有細胞表面積總和與體積總和的比值越來越大，C不符合題意，D符合題意。網(wǎng)絡構(gòu)建五分鐘查落實【要語必背】1.胚胎工程：指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。2.受精是精子與卵子結(jié)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。在自然條件下，哺乳動物的受精在輸卵管內(nèi)完成。3.細胞開始出現(xiàn)分化的胚胎發(fā)育時期是囊胚期。內(nèi)細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤?！鹃L句表達】1.使精子獲能的方法有直接利用