胚胎工程的理论基础【知识精讲+备课精研+高效课堂】 高二生物 （人教版2019选择性必修3）

第二章细胞工程第3节胚胎工程的理论基础学习目标核心素养简述胚胎形成经过了受精及早期发育的过程。1.生命观念：以精子和卵细胞的结构为例，阐述细胞的结构与功能的适应。2．科学思维：以过程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程。从社会中来

我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？

可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。良种荷斯坦奶牛

胚胎工程是指对生殖细胞、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。操作对象：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。技术种类：体外受精、胚胎移植、胚胎分割。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：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。目

的:生产后代，满足人类各种需求。胚胎工程世界首例试管婴儿中国首例试管婴儿实例：1992年我国首例三胞胎试管婴儿实例1.试管婴儿技术包括哪些操作步骤？思考-讨论：

体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植相同之处：都通过有性生殖产生;都要在母体子宫内发育形成胎儿。不同之处：受精作用在体外，在体外发育成早期胚胎进行胚胎移植。2.试管婴儿培育和母亲正常怀孕的过程有何异同？3.“试管婴儿”技术的理论基础：哺乳动物的自然（体内）受精和早期胚胎的发育规律(一)精子的形成1、精子发生的场所：2、精子发生的时期：睾丸内的曲细精管中从初情期开始直到生殖机能衰退哺乳动物的睾丸一、胚胎工程的理论基础----受精(一)精子的形成3、精子发生的过程：一、胚胎工程的理论基础----受精精原细胞次级精母细胞MⅠ分裂精子细胞MⅡ分裂初级精母细胞染色体复制变形有丝分裂大量精原细胞精子连续(一)精子的形成3、精子发生的过程：一、胚胎工程的理论基础----受精③精子头出现④细胞质浓缩①顶体的发生细胞核高尔基体细胞质线粒体②尾的发育发育中的顶体中心体演变成尾⑤精子形成顶体头原生质滴线粒体鞘尾精子的变形过程(一)精子的形成3、精子发生的过程：一、胚胎工程的理论基础----受精⑤精子形成顶体头原生质滴线粒体鞘尾①顶体的发生细胞核高尔基体细胞质线粒体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)细胞核高尔基体中心体线粒体细胞内其他物质精子的变形过程不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体形大小无关。(一)精子的形成一、胚胎工程的理论基础----受精头颈线粒体鞘尾典型精子的结构头部颈部尾部顶体精核中段（线粒体环）主段末段卵巢（发生）

输卵管（成熟）1、场所：2、时期：初情期到—生殖机能衰退胎儿期（性别分化后）：形成初级卵母细胞(二)卵细胞的形成一、胚胎工程的理论基础----受精卵原细胞初级卵母细胞有丝分裂增加数量染色体复制储存于卵泡中胎儿期(二)卵细胞的形成一、胚胎工程的理论基础----受精3、卵子的发生的过程：初级卵母细胞初级卵母细胞生长透明带形成透明带卵细胞膜马、犬排出的卵是___________初级卵母细胞MⅠ次级卵母细胞+第一极体MⅡ排卵羊牛猪卵从卵泡中排出进入输卵管合子+受精排出的卵是__________卵细胞膜与透明带的间隙可以观察到___极体卵子是否受精的标志2个次级卵母细胞第二极体+第一极体初情期后卵丘细胞卵母细胞核透明带第一极体卵母细胞膜牛刚出生时，每侧卵巢大约有15万个卵泡，每个卵泡内都有一个初级卵母细胞。出生后能够发育成熟排卵的卵泡只有200个左右，一生产下犊牛4-5头。卵泡卵泡细胞初级卵母细胞＝＋卵子次（初）级卵母细胞透明带放射冠＝＋＋排卵卵子从卵泡中排出＝明确：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。知识延伸精原细胞次级精母细胞MⅠ分裂精子细胞MⅡ分裂初级精母细胞染色体复制变形有丝分裂大量精原细胞精子连续过渡：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？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2.受精前的准备1.概念：一、胚胎工程的理论基础----受精(三)受精包括准备阶段和受精阶段准备阶段1---精子获能：准备阶段2---卵子的准备：场所:在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。1951年张明觉-兔子Austin–老鼠动物排出的精子不能马上与卵子受精，必须在雌性生殖道内停留一段时间才能与卵子受精精子获能：刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”。张明觉，美籍华人，生殖生物学家、育种学家和避孕药的创始人一、胚胎工程的理论基础----受精(三)受精准备阶段1---精子获能：一、胚胎工程的理论基础----受精(三)受精准备阶段1---精子获能：顶体头原生质滴线粒体鞘尾注意：（1）精子获能实质是指精子获得受精的“能力”，而不是获得能量。（2）精子获能的场所：雌性动物的生殖道。方法：（1）利用雌性生殖道使精子获能。（2）将精子培养在人工配置的获能液中使其获能等。

常用有效成分：肝素、Ca2+载体等研究精子获能机制的意义：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。（1）卵子一般在排出2～3h后才能被精子穿入。一、胚胎工程的理论基础----受精(三)受精准备阶段2---卵子的准备：透明带卵细胞膜核第一极体（2）动物排出的卵子成熟程度不同：

有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；

有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。（3）卵子成熟的场所：排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。（4）卵子具备与精子受精能力的时期：MⅡ期。

精子穿越透明带

精子接触卵细胞膜透明带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，

精子进入卵细胞卵细胞膜反应精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应。防止多精入卵第一极体精子释放蛋白酶等多种酶，以溶解膜外结构

雌、雌原核形成

雌、雄原核靠近

核膜消失卵裂开始精子入卵后，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。雄原核第一极体雌原核第二极体过程一、胚胎工程的理论基础----受精(三)受精注意:多数哺乳动物的第一极体不会进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。与此同时，被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核。雄原核第二极体雌原核精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带精子接触卵细胞膜透明带反应卵细胞膜反应形成雄原核、雌原核，释放第二极体精子入卵雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵受精结束，卵裂开始受精的标志:①观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）②观察到雌、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，观察到的两个极体为一个第一极体一个第二极体；过程一、胚胎工程的理论基础----受精(三)受精

受精完成标志:雌雄原核融合形成合子(受精卵)1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵细胞？刚排出的卵细胞尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵细胞是在输卵管内与精子受精的。正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵细胞。是指卵细胞从卵泡中排出。易错点4.产生卵子的过程是否都发生在卵巢中？否、减II过程是在输卵管中一、胚胎工程的理论基础----受精2.排卵是指卵细胞从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？3.刚排出的卵是成熟的卵细胞吗？它在母体的什么部位与精子受精？5.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合,这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？易错点6.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？

细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是有氧呼吸产生运动能量的场所。精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。一、胚胎工程的理论基础----受精

不是。其一，在自然繁殖的条件下，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。

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。实质和意义一、胚胎工程的理论基础----受精(三)受精（一）场所二、胚胎早期发育哺乳动物的胚胎早期发育的场所是输卵管和子宫。二、胚胎早期发育（二）过程1.卵裂透明带（1）场所：透明带内。（2）分裂方式：有丝分裂。（3）特点：细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加。

每个细胞体积不断变小，DNA总数目不断增加，

每个细胞的核DNA数目不变，有机物总量减少，

有机物种类增加。桑葚胚（32细胞）二、胚胎早期发育（二）过程2.桑椹胚（1）概念：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。（2）特点：这一阶段及之前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。胚胎进一步发育，出现细胞分化桑葚胚（32细胞）（1）概念：胚胎进一步发育，细胞逐渐分化，形成内细胞团（聚集在胚胎一端，将来发育成胎儿的各种组织）、滋养层细胞（沿透明带内壁扩展和排列，将来发育成胎膜和胎盘）；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔—囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚。（2）孵化：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。二、胚胎早期发育（二）过程3.囊胚组成:内细胞团;滋养层;囊胚腔。*孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育大规模分化外胚层内胚层原肠腔滋养层内细胞团表层的细胞。外胚层内胚层内细胞团下方的细胞衍生形成。中胚层内细胞团细胞经过变化插到内外胚层形成。原肠腔内胚层包围的囊腔。二、胚胎早期发育（二）过程3.囊胚二、胚胎早期发育（二）过程透明带桑葚胚（32细胞）原肠胚受精卵卵裂桑椹胚囊胚原肠胚受精后6星期，人形已隐约可见。这时，胚胎的心跳每分钟140—150下．是母亲心跳的两倍。人类胚胎第8周时在子宫内的照片。此时胎儿已长到20周，他移动手臂，把手指放在唇边，这可以促进它对吮吸的反映。胚胎发育受精卵：卵裂期：桑椹胚：囊胚（内含囊胚腔）原肠胚（内含原肠腔）胎儿形成滋养层外胚层中胚层内胚层原肠腔在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有减少。由全能细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑椹。内细胞团：发育成胎儿各组织滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘最初在输卵管进行有丝分裂小结：主要特点：拓展了解——胚胎发育和个体发育讨论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思考·讨论·不同动物受精卵发育的比较讨论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？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，在实践中通常发育到囊胚阶段的胚胎进行移植；思考·讨论·不同动物受精卵发育的比较讨论3：为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的而研究，会为胚胎工程提供理论基础？

人们正是在认识自然受精和早期胚胎发育的规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在