生物人教版选修3学案3-1体内受精和早期胚胎发育

专题3胚胎工程3.1体内受精和早期胚胎发育知识点一精子和卵子的发生1．胚胎工程的概念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，如体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。2．精子的发生(1)场所：哺乳动物雄性个体睾丸的曲细精管内。(2)时期：初情期(相当于人的青春期)→生殖机能衰退。(3)过程：(4)精子细胞变形形成精子精子细胞eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(细胞核→成为精子头的主要部分,高尔基体→发育为精子头部的顶体,中心体→演变为精子的尾,线粒体→聚集在尾的基部形成线粒体鞘,细胞内的其他物质→浓缩为原生质滴，,最后脱落))eq\a\vs4\al(精子,包括头、,颈、尾)3．卵子的发生(1)场所：雌性动物的卵巢。(2)时期：胎儿时期(性别分化以后)和初情期以后。(3)过程：注意：①排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。②刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成了减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步成熟。③排出的卵子是在输卵管内与精子完成受精的。比较精子和卵子的发生【典题精练1】以下对精子形成过程的说法，不正确的是()A．精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分B．高尔基体发育为头部的顶体C．线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘D．细胞内的其他物质浓缩为球体，叫做原生质滴，原生质滴中存在中心体【解析】在精子细胞演变为精子的过程中，细胞发生一系列的变化。其中，中心体演变为精子的尾，并没有随原生质滴脱落消失。【答案】D解题归纳(1)细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合的重要物质和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。(2)线粒体是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生能量的场所。精子中的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘，此处是精子维持其生存和运动的“动力车间”。【典题精练2】下列有关哺乳动物精子和卵子的发生以及受精作用的叙述，正确的是()A．采集到的精子和卵子相遇即可发生受精作用B．排卵就是排出成熟卵子的过程C．卵子形成时的分裂过程均在卵巢内完成D．卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体【解析】采集到的精子必须经获能处理后才能受精，从卵巢中取出的卵子则需要培养成熟后才可与获能的精子发生受精作用，A错误。排卵排出的是初级卵母细胞或次级卵母细胞，而不是成熟的卵子，B错误。哺乳动物卵子形成时的分裂过程：未排卵之前是在卵巢中进行的，排卵之后是在输卵管中进行的，C错误。【答案】D知识点二受精的概念与过程1．概念：受精是精子与卵子结合形成合子的过程。2．场所：在雌性动物的输卵管内完成。3．受精过程：1．受精前的两个准备：(1)精子获能：精液由精子和精清(精浆)两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。(2)卵子的准备：在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具有与精子受精的能力。2．受精阶段——四步曲：第一步：精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解卵丘细胞之间的物质，透明带反应是防止多精子入卵受精的第一道屏障。第二步：精子进入卵细胞膜。卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。第三步：原核形成。雄原核形成和雌原核形成。第四步：合子形成。雌、雄原核融合形成合子(受精卵)。3．受精的意义：维持每种生物前后代体细胞染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异十分重要。【典题精练3】下列关于受精过程的叙述，错误的是()A．获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠B．透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障C．精子与卵细胞膜相互融合，精子入卵D．雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂【解析】受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透明带、进入卵细胞膜、原核形成、配子结合等过程。获能的精子遇到卵细胞后，发生顶体反应，释放顶体酶穿过放射冠进入透明带，接触卵细胞膜并发生透明带反应，这是防止多精入卵的第一道屏障；随后入卵，发生卵细胞膜反应，这是防止多精入卵的第二道屏障。在精子形成雄原核时，卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体，形成雌原核，雌、雄原核结合，完成受精作用。【答案】A解题归纳受精与受精完成的标志受精的标志：在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体。受精完成的标志：雌雄原核结合成二倍染色体的合子。【典题精练4】请完成下列有关问题：(1)下图为成熟精子的结构示意图，4是由________演变而成。判断卵子是否受精的重要标志是________。(2)在体外受精时，精子首先要进行________处理，卵细胞则要培养到________期才能与精子结合。(3)受精阶段会产生两次生理反应，阻止其他精子入卵，它们分别是________、________。【解析】本题考查精子的结构和受精作用的知识。(1)精子是由精细胞变形而来，图中4是精子的尾部，是由精细胞的中心体演变而来的。在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体时，说明卵子已受精，这是判断卵子是否受精的重要标志。(2)体外受精时，精子必须进行获能处理，卵细胞必须培养到减数第二次分裂中期才能完成受精作用。(3)受精作用过程中存在两道防止多精入卵的生理反应，它们分别是透明带反应和卵细胞膜反应。【答案】(1)中心体在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体(2)获能减数第二次分裂中(3)透明带反应卵细胞膜反应知识点三胚胎发育1．胚胎发育(1)过程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(滋养层细胞→胎膜和胎盘,内细胞团→原肠胚))(2)图示：2．胚胎发育过程中各时期的特点(1)卵裂期：受精卵不断进行有丝分裂即卵裂，细胞数目不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有缩小，核内遗传物质并未减少。(2)桑椹胚期：胚胎细胞数目为32个左右；胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹；该阶段前的细胞均未分化，都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。(3)囊胚期：细胞开始分化，个体较大的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，个体较小的滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘；胚胎内出现囊胚腔；胚胎进一步扩大，导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，即孵化。如下图(1)。(4)原肠胚期：内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层。这时的胚胎称为原肠胚，由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。如上图(2)。1．胚胎发育的起点是受精卵，受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，此时胚胎开始发育，直至发育成为成熟的胎儿。2．受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。3．桑椹胚阶段以前的细胞均未分化，细胞全能性最高，是胚胎分割的最佳时期。4．个体发育过程中，从囊胚阶段开始出现细胞分化，但此阶段细胞的全能性仍很高，可用于胚胎分割。5．原肠胚阶段是个体发育过程中分化程度最高的阶段，细胞已分化形成外、中、内三个胚层，但应注意细胞分化贯穿于生物整个个体发育过程中。【典题精练5】下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述，正确的是()A．绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性B．卵裂球细胞的体积随分裂次数的增加而不断增大C．囊胚的滋养层细胞具有发育全能性D．原肠胚发育分化形成内外两个胚层【解析】同种动物精子、卵细胞表面存在的信号分子和特异性受体蛋白，决定了只有同种动物精卵才能结合；卵裂球随着有丝分裂的进行，其每个细胞的体积在逐渐变小；囊胚期的细胞开始出现分化，囊胚中的内细胞团的细胞具有发育的全能性；原肠胚具有原肠腔和三个胚层(外胚层、中胚层和内胚层)。故选A。【答案】A【典题精练6】如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是()A．图中①过程表示胚胎发育B．由受精卵形成囊胚的过程中进行卵裂，每个细胞的体积不断增大C．桑椹胚进一步发育，细胞开始出现分化D．原肠胚阶段的细胞都是全能细胞【解析】胚胎发育是指从受精卵发育为成熟的胎儿的过程，A错误。由受精卵形成囊胚的过程中进行了卵裂，每个细胞的体积不断减小，B错误。桑椹胚进一步发育，细胞开始出现分化，逐渐形成囊胚；囊胚孵化后，再进一步发育，形成原肠胚，即原肠胚阶段已出现了明显的细胞分化，C正确、D错误。【答案】C一、选择题1．下列有关哺乳动物精子和卵子发生及受精作用的叙述，错误的是(A)A．不同种动物精子的形态相似，但大小不同，体型越大的动物精子越大B．在自然条件下，精子的获能发生在雌性动物生殖道内C．卵子发育至减数第二次分裂的中期时，才具备受精能力D．哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的解析：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，A错误；在自然条件下，精子的获能发生在雌性生殖道内，B正确；卵子在输卵管内发育到减数第二次分裂的中期时才具备受精的能力，C正确；哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在胎儿出生前(即胎儿时期)完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别，D正确。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(B)A．顶体反应是防止多精入卵的第一道屏障B．卵子形成的过程需在卵巢和输卵管内完成C．排卵是指卵泡从卵巢中排出的过程D．卵子发生时，MⅠ和MⅡ过程是不连续的，但细胞质均等分配解析：透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障，A错误；卵子形成的过程需在卵巢和输卵管内完成，B正确；排卵是指卵子从卵泡中排出的过程，C错误；卵子发生时，MⅠ和MⅡ过程是不连续的，细胞质不均等分配，D错误。3．如图所示为某哺乳动物卵子形成及早期胚胎发育的过程(N表示染色体组数)。下列有关叙述中错误的是(C)A．Ⅳ细胞的形成经过受精作用B．等位基因的分离发生在Ⅱ细胞的分裂后期C．非等位基因的自由组合发生在Ⅲ细胞的分裂后期D．Ⅲ细胞的分裂后期是着丝点分裂，染色单体分开形成染色体解析：Ⅳ细胞为受精卵，其形成需经过受精作用，A正确；等位基因的分离发生在Ⅱ细胞(初级卵母细胞)的分裂后期，B正确；非等位基因的自由组合发生在Ⅱ细胞(初级卵母细胞)的分裂后期，C错误；Ⅲ细胞(次级卵母细胞)的分裂后期是着丝点分裂，染色单体分开形成染色体，D正确。4．下列关于哺乳动物受精和胚胎发育的叙述，正确的是(B)A．雌性动物排卵后，遇到精子即可完成受精B．胚胎发育至囊胚期时已开始了细胞分化，这是基因进行选择性表达的结果C．动物卵细胞的形成过程始于初情期后D．动物的个体发育过程是受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚→成熟的胎儿解析：雌性动物排出的卵子并非成熟的卵子，只有在继续成熟至减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。胚胎在桑椹胚后继续发育至囊胚时开始分化。动物卵子的发生始于胎儿期(性别分化后)。动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育，受精卵→成熟的胎儿的过程是胚胎发育过程。5．如图为哺乳动物受精作用及胚胎发育示意图，a、b代表两个不同的发育阶段，下列叙述不正确的是(A)A．①过程发生了同源染色体的分离和自由组合B．②过程细胞通过有丝分裂的方式增殖，单个细胞体积减小C．a中含有全能细胞D．④过程不同细胞基因表达存在差异解析：①过程是受精作用，该过程中不会发生同源染色体的分离和自由组合，A错误。②过程细胞通过有丝分裂增殖，细胞增多，胚胎总体积不增加或略有减小，因此单个细胞体积逐渐减小，B正确。a表示囊胚，其中的内细胞团为全能细胞，C正确。④过程发生细胞分化，该过程中细胞基因进行选择性表达，D正确。二、非选择题6．如图是家畜卵子发生和成熟示意图，请据图回答下列问题：(1)精子和卵子在发生上的重要区别是卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的，而精子的形成则在初情期。(2)卵子的发生是在雌性动物的卵巢内完成的。初级卵母细胞需经过减数分裂才能变为成熟的卵子。减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的，减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的。(3)判断卵子是否受精的重要标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体。解析：此题考查哺乳动物卵子的发生和成熟过程，重点涉及减数分裂的过程及发生部位。(1)精子和卵子发生的重要区别是发生时期不同，卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的，而精子的形成则在初情期。(2)卵子发生的场所是卵巢，该过程中初级卵母细胞需经过减数分裂才能变为成熟的卵子。减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的，减数第二次分裂是在精卵结合过程中完成的。(3)判断卵子是否受精的重要标志是观察卵细胞膜和透明带的间隙是否存在两个极体，如果存在说明已受精。7．如图是某科研小组设计的用“精子介导基因转移法”培育转基因山羊(2n)的流程图。据图回答下列问题：(1)“精子介导基因转移法”是利用精子易于与外源基因结合的特点，通过图中的①过程，将精子作为外源基因的载体，由获能的精子，经过②过程，将外源基因送入卵母细胞。(2)进行②过程的卵母细胞应处于减数第二次分裂中期，此时细胞中含1个染色体组。受精过程中防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(3)胚胎工程是指对动物的早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术。④过程涉及的胚胎工程技术是胚胎移植。解析：(1)在受精之前，首先需要让精子获能，然后经过受精作用将外源基因送入卵母细胞。(2)进行受精作用的卵母细胞应处于减数第二次分裂中期，此时细胞经过减数第一次分裂，同源染色体已经分离，因此细胞中含1个染色体组。受精过程中防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(3)胚胎工程是指对动物的早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术。④过程涉及的胚胎工程技术是胚胎移植。[讨论]P621．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？[提示]不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的1个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，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，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，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。最后到达受精部位(输卵管)的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。2．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？[提示]细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，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。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，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”。[讨论]P631．一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？[答案]正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。2．排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？[答案]是指卵子从卵泡中排出。3．刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？[答案]刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，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。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。[旁栏思考题]P64进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？[答案]是的。从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成减数第二次分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。[讨论]P671．表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？[答案]比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。2．将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？[答案]马应选择囊胚阶段的胚胎。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。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？请结合本节内容举例说明。[答案]胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，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；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精