胚胎工程的理论基础高二下学期生物人教版选择性必修3

第三节胚胎工程的理论基础从精子和卵细胞的结构理解受精作用过程。生命观念构建模型分析早期胚胎发育中相关物质和结构的变化。科学思维认同胚胎工程理论基础的建立和发展，推动人类及动物胚胎工程事业发展。社会责任核心素养简述受精和胚胎早期发育的基本过程。-01-说明胚胎的形成经过了受精及早期发育等过程。-02-认同胚胎工程理论基础的建立和发展。-03-课标要求截至2018年3月，北方白犀牛仅剩两头雌性，难以通过自然繁育产生后代。研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。到社会中去你能想出什么方法来拯救北方白犀牛，扩大其种群数量呢？通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种白犀牛的胚胎，然后移植给代孕母犀牛产下后代。北方白犀牛1.培育克降牛可以达到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别?到社会中去2.要想获得在遗传多样性上具有更大优势的后代，你能想出其他繁育方法吗？“克隆”属于无性生殖。后代的遗传多样性低。可以通过模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。胚胎工程“通过模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。”这项技术属于胚胎工程的范畴。什么是胚胎工程？胚胎工程技术包括哪些方面？概念胚胎工程是指对

、

或早期

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。

受精、

移植和

分割等。生殖细胞受精卵胚胎技术体外胚胎胚胎胚胎工程的许多技术，实质上是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。因此，了解哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律十分重要。理论基础哺乳动物受精早期胚胎发育的规律受精在初中，我们已经学习过“受精”的有关概念。那么什么是“受精”？概念在自然条件下，哺乳动物的受精在

内完成。受精是

与

结合形成

(即受精卵)的过程。包括：受精前的准备阶段和受精阶段。精子卵子合子输卵管场所+精子和卵子精子由哪些部分组成？精子的结构特点与其功能有什么相关性？精子比卵子小得多，它头部的长度只有4~5um。卵子是哺乳动物体内最大的细胞，直径约140um。这样的结构，有什么意义？相关资料自然条件下，哺乳动物的受精是在输卵管内完成的。在进行体外受精操作时，需要对精子和卵母细胞进行怎样的处理？科学研究发现：刚刚排出的精子不能立即与卵子受精。动物排出的卵子成熟程度不同，可能是初级卵母细胞，也可能是次级卵母细胞，它们需要成熟后才具备受精的能力。分析原因准备阶段一精子获能SPERMCANBEENERGIZED科学研究发现：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”。联会，形成四分体染色体复制体积增大精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精细胞精子精子的形成线粒体鞘精子的变形顶体的发生尾的发育精子头出现细胞质浓缩精子形成原生质滴精子的变形精子细胞变形中的主要变化：细胞核——精子头的主要部分高尔基体——头部的顶体细胞内其他物质——原生质滴（最后脱落）中心体——精子的尾线粒体——线粒体鞘精子获能通过对精子获能机制的研究，科学家找到了使精子在体外获能的方法，实现了各种哺乳动物精子在体外条件下的获能。直接方法间接方法直接利用雌性动物的生殖道使精子获能。将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。获能液的成分因动物种类不同而有所差异，常见的有效成分有肝素、Ca²载体等。准备阶段二卵子获能THEEGGISENERGIZED科学研究发现：卵子一般在排出2～3h后才能被精子穿入。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、大等；有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，到了MII期时，才具备与精子受精的能力。受精阶段FERTILIZATIONSTAGE经过前面的两个准备阶段，接下来就可以进入受精阶段，以完成受精了。而在受精过程中，精子还要面临严峻的考验，以便顺利进入卵子，完成融合。思考·回答阅读教材P57有关“受精阶段”部分的内容，思考、回答以下问题：1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？2.防止多精入卵的机制有哪些？3.精子入卵后，它的结构发生了哪些变化？受精过程精子穿越透明带精子接触卵细胞膜精子释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外结构精子进入卵细胞雌、雄原核形成透明带发生的阻止精子进入的生理反应卵细胞膜发生的阻止精子进入的生理反应雄原核精子脱尾，核膜重构雌原核卵子完成减数分裂释放第二极体透明带反应卵细胞膜反应防止“多精入卵”受精过程1.受精时，精子依次穿过了哪些结构？2.防止多精入卵的机制有哪些？3.精子入卵后，精子和卵子结构发生了哪些变化？透明带、卵细胞膜透明带反应、卵细胞膜反应精子入卵后，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，叫作雄原核。同时，精子入卵后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、雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。之后将开始第一次“卵裂”。重点提醒1.雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞的基础上形成的新核。2.对于受精的标志和受精完成的标志是不同的。第二极体的形成(或雌、雄原核的形成)。雌、雄原核形成合子。受精过程的完成，标志着受精卵发育的开始。受精的标志受精完成的标志问题思考1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵细胞？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？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。问题思考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？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。问题思考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。5.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？细胞核内有遗传物质。线粒体负责提供能量。精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。胚胎早期发育EARLYEMBRYONICDEVELOPMENTSTAGE受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，受精卵的早期分裂称为卵裂，有以下特点：细胞的数量不断增加，胚胎的总体积并不增加。卵裂期细胞分裂方式细胞数目每个细胞体积胚胎总体积有机物总量有机物种类DNA总数目有丝分裂增加减小略有减小减少减少增加原肠胚桑葚胚囊胚早期胚胎根据胚胎形态的变化，可将早期发育的胚胎分为以下几个阶段。胚胎进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔，叫做囊胚腔，此时叫作囊胚。当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，此时称为桑葚胚。囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。含有三个胚层。桑葚胚桑葚胚的结构示意图由具有全能性细胞构成，细胞数目在32个左右，排列紧密。当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，此时胚胎被称为桑葚胚。定义特点囊胚胚胎进一步发育，细胞逐渐分化。内细胞团聚集在胚胎一端，属于胚胎干细胞，具有全能性，发育成胎儿的各种组织。沿透明带内壁扩展和排列的细胞，称为滋养层细胞，将来发育成胎膜和胎盘。滋养层囊胚的结构示意图囊胚囊胚腔随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现的含有液体的腔。该时期的胚胎就是“囊胚”。囊胚进一步扩大，导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，此过程叫孵化。孵化囊胚的结构示意图原肠胚囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。一部分细胞在内、外两个胚层之间形成中胚层。这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。三胚层细胞分化回顾细胞分化的概念。细胞分化指在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异、产生不同细胞类群的过程。概念思考讨论表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间表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？思考讨论表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间表马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。在实践中，通常也用发育到囊胚阶段的牛胚胎进行移植。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？思考讨论几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间表马应选择囊胚阶段的胚胎。胚胎发育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。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。例如，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；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等。知识小结精子穿越放射冠和透明带→进入卵细胞膜→原核形成→融合受精过程胚胎发育受精卵→2细胞期→4细胞期→8细胞期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→胎儿胚胎发育1.下列有关哺乳动物受精的叙述，正确的是(

)A.卵细胞膜反应是防止多精入卵的第一道屏障B.产生卵细胞的最终场所是输卵管C.在自然条件下,受精在子宫中完成D.受精卵中含有一个染色体组B胚胎发育2.下列关于哺乳动物受精和胚胎早期发育的叙述，正确的是(

)A.雌性动物排卵后遇精子即完成受精B.胚胎发育至囊胚时即已开始了细胞分化，这是由于基因开始进行选择性表达C.受精卵早期分裂时，胚胎中每个细胞的体积都增加D.哺乳动物的胚胎早期发育过程是：受精卵→卵裂→囊胚→桑葚胚→原肠胚B胚胎发育3.下图表示某种哺乳动物受精及早期胚胎发育的部分过程。下列有关叙述正确的是(

)A.图1中各细胞内的DNA分子数目不同B.图2和图3中的极体都将继续分裂C.桑葚胚孵化后，将发育形成图4结构D.图1到图4的过程发生在输卵管和子宫中D胚胎发育4.下列关于受精过程的叙述，错误的是(

)