高中生物人教版选择性必修第三册学案：第 1课时 胚胎工程的理论基础

第1课时胚胎工程的理论基础

课堂互动探究案

课程标准

简述胚胎形成经过了受精及早期发育的过程。

素养达成

1.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。（生命观念）

2.以过程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程。（科

学思维）

2016年，我国科学家通过“实践十号”卫星将多枚小鼠

早期胚胎带上了太空，利用特殊显微镜成功观测到小鼠受精卵

发育成胚胎的过程（如图），这也是世界上首次证明哺乳动物胚

胎细胞可在太空高辐射条件下分裂发育。从两性生殖细胞结合

到形成完整的胚胎，生命经过了哪些神秘的历程？人们可否在

体外对胚胎进行干预和改造，从而获得所需要的优良个体？

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探究点一受精的准备及过程

【师问导学】

1.刚采集到的精子是否能与卵子立即结合完成受精作

用？为什么？

2.刚排出的卵子具有受精能力吗？为什么？

3.顶体反应的意义是什么？

4.防止多精入卵的生理反应有哪些？有什么意义?

5.受精的标志和受精完成的标志一样吗?

6.受精前的准备

(1)精清中含有一种能抑制精卵结合的物质，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

解除精清对精子获能的抑制，才能完成受精，这个过程叫作

(2)卵子一般排出后都要在中进一步成熟，当达

到时，才具备与精子受精的能力。

【智涂笔记】

［易错警示］

受精过程的三个误区

(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具

备受精能力。精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获

得能量。

(2)受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极

体，而受精完成的标志为雌、雄原核的融合。

(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在

原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。

【师说核心】

1.受精前的两个准备阶段

(1)精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的

生理变化后，才获得受精能力的生理现象。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

除精清对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动

物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。

(2)卵子的准备：不同动物排出的卵子成熟程度不同，但

都必须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

(1)具体过程

哺乳动物的受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透明

带，进入卵细胞膜，原核形成和融合。具体过程如下:

过程主要变化

精子获能后，与卵子相遇时发生顶体反

获能后的精子穿

应，使顶体内的酶释放出来，精子所释放

越放射冠

的顶体酶可直接溶解卵丘细胞之间的物

质，形成精子穿越放射冠的通路

精子与透明带接触，顶体酶将透明带溶出

穿越透明带

条孔道，精子借自身运动穿越透明带

精子与卵细胞膜接触，立即被卵细胞膜表

进入卵细胞膜面的微绒毛抱合，精子外膜和卵细胞膜相

互融合，精子入卵

精子入卵后，尾部脱禺，原有的核膜破裂，

随后形成新的核膜，最后形成雄原核；精

形成原核

子入卵后被激活的卵子完成减数第一次

分裂，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

接触，二者体积缩小、合并，两组核染色

融合

体合为一组，形成一个含二倍染色体的合

子(受精卵)

(2)受精的标志和受精完成的标志

①受精的标志：在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极

体。

②受精完成的标志：雌、雄原核的融合。

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。

4.区分“顶体反应”“透明带反应”“卵细胞膜反应”

的方法

(1)从发生时间看

①顶体反应发生在精子与卵子相遇时。

②透明带反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间。

③卵细胞膜反应发生在精子入卵后。

(2)从生理作用看

①顶体反应是顶体内释放的酶直接溶解卵丘细胞间的物

质，使精子穿越放射冠。

②透明带反应是防止多个精子穿越透明带，是防止多精入

卵的第一道屏障。

③卵细胞膜反应也是防止其他精子入卵，是防止多精入卵

的第二道屏障。

【检测反馈】

1.受精过程的顺序为（）

①第一次卵裂开始②释放第二极体③顶体反应④

穿越透明带⑤雌、雄原核的形成⑥核膜消失，雌、雄原核

融合

A.①②③④⑤⑥B.③②④⑤⑥①

C.④⑤②①③⑥D.③④②⑤⑥①

2.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，释放顶体酶穿过放射冠

进入透明带

B.卵细胞膜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，卵子完成第二次减数分裂

3.如图表示精子入卵后，发生（或引起的）一系列变化而

形成受精卵的过程，下列叙述错误的是（）

A.图中X指卵细胞膜反应，Y指卵子的减数第二次分裂

B.经图中Y过程只形成了雌原核

C.精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合

D.精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用

下自溶

4.精卵识别后，顶体膜与精子细胞膜融合，释放顶体酶

使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列叙述

正确的是（）

A.顶体内储存的顶体酶是在精子的溶酶体中合成的

B.精子游向卵子所需的能量来自线粒体和细胞质基质

C.顶体膜和精子细胞膜融合体现生物膜的选择透过性

D.受精卵中的遗传物质一半来自父方另一半来自母方

探究点二胚胎早期发育

【师问导学】

1.胚胎发育过程中全能性最高的阶段、开始分化的阶段

分别是什么时期？

2.胚胎发育的营养物质来自哪里？

3.卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什

么特点？为什么？

4.早期胚胎发育是指从受精卵开始到原肠胚阶段，结合

下图探究以下问题：

⑴早期胚胎发育的起点是________O

(2)受精卵最初发育的场所是________o

⑶桑意胚以前的细胞均,细胞都具有

(4)_________的发育过程中，细胞开始分化，但

其全能性仍很高。

5.胚胎发育过程中几个量的变化

(1)细胞数量或DNA总量：胚胎发育过程是受精卵不断进

行有丝分裂的过程，细胞数目,DNA总量也会

(2)有机物总量：早期胚胎发育过程消耗的营养主要来自

受精卵内储存的有机物，因而有机物总量会__________o

(3)细胞体积：在由受精卵发育至囊胚的过程，外面始终

由透明带包裹，整个胚胎体积,而细胞数目越来越

多，所以每个细胞体积o

(4)细胞核质比：在由受精卵发育至囊胚的过程中，随着

细胞分裂的进行,细胞核数目增多，而整个胚胎体积基本不变,

所以细胞核与细胞质的比例会__________o

【智涂笔记】

［易错警示］

对早期胚胎发育认识的三个误区

(1)误认为子宫是唯一的发育场所。受精卵形成后即在输

卵管内开始进行有丝分裂，输卵管为受精卵发育的最初场所。

(2)误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。卵裂时

期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。

(3)误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。早期胚胎

发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减少，但有机物

种类增加。

【师说核心】

1.早期胚胎发育的过程

(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，即胚胎发育的最初场所

是输卵管，以后逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发

育成为成熟的胎儿。

(2)桑意胚阶段细胞均未分化，细胞具有全能性，是胚胎

分割的最佳时期。

(3)囊胚阶段开始出现细胞分化，但内细胞团细胞仍具有

全能性，可用于胚胎分割。

(4)原肠胚阶段细胞进一步分化，已分化形成外、中、内

三个胚层。

(5)早期胚胎发育的营养物质来自卵黄，后期通过胎盘从

母体吸收营养物质。

2.早期胚胎发育时各阶段的特点

桑意胚之前的胚胎细胞只进行细胞分裂，不需要从外界获

取营养物质，属于全能细胞；囊胚期细胞开始出现分化，囊胚

后期透明带破裂，开始从外界吸收营养物质；原肠胚时期出现

胚层分化，并且出现原肠腔。

3.卵裂期细胞或物质变化规律

项目变化

细胞数目增多

每个细胞体积减小

基本不

总体积

变

DNA总量增多

基本不

每个细胞DNA

变

有机物总量(能减少

量)

物质种类增多

4.细胞全能性与早期胚胎发育各阶段的关系

(1)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。一般

来说，细胞的全能性随发育的深化而降低。

(2)桑意胚期以前的细胞具有全能性，即每一个细胞都有

发育成完整胚胎的潜能。

(3)囊胚期开始出现细胞分化，其中内细胞团细胞具有全

能性，而滋养层细胞不具有全能性。

(4)原肠胚中出现胚层分化，细胞不再具有全能性。

【检测反馈】

1.关于桑意胚和囊胚的比较，以下说法不正确的是()

A.细胞分化开始于桑意胚

B.桑意胚的各细胞结构功能基本相同

C.囊胚期细胞出现了细胞分化，但遗传物质未发生改变

D.囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异是转录水平上的

差异引起的

2.关于原肠胚和囊胚的比较，以下说法正确的是()

A.原肠胚期细胞分化是由遗传物质突变引起的

B.囊胚期的细胞未出现细胞分化，故遗传物质未发生改

变

C.囊胚期的各细胞结构、功能相同

D.原肠胚期内细胞的差异不是DNA复制水平上的差异，

而是转录水平上的差异

3.下图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的

是()

-------------------------|性成熟

受精卵一->桑意胚一->囊胚一->原肠胚一->幼体一->匚人小

__________________________________________।的个体

A.受精卵卵裂形成囊胚的过程中，每个细胞体积不断搐

大

B.受精卵发育为桑甚胚的过程是在透明带内完成的

C.在胚胎发育过程中，幼体所需要的原料全部来自卵黄

D.原肠胚是进行胚胎移植的最佳时期

4.下列关于蛙胚胎发育过程的叙述，正确的是（）

A.通过细胞分裂不断增加细胞数量，并在一定时期发生

细胞分化

B.胚胎发育过程中细胞不断分裂，但不发生凋亡

C.随着细胞分裂次数的增加，蛙胚的有机物总量不断增

加

D.发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐

增加

【网络建构】

准备阶段

胚

胎受精阶段

工

程卵裂

的

理

论桑甚胚

基

础囊胚

原肠胚

【主干落实】

1.精子获能后才有受精能力；卵子发育到Mil期才具备

与精子受精的能力。

2.受精过程在输卵管内完成。

3.防止多精入卵的两道屏障：（1）透明带反应；（2）卵细胞

膜反应。

4.雌、雄原核充分发育后，相互融合而形成受精卵。

5.囊胚细胞分化形成内细胞团和滋养层。内细胞团发育

成胎儿的各种组织，滋养层发育成胎膜和胎盘。

6.囊胚进一步扩大，导致透明带破裂而孵化出来。

1.下列能正确表示高等动物早期胚胎发育顺序的是

（）

A.受精卵一卵裂期一原肠胚一囊胚一组织器官的分化

B.受精卵一卵裂期一原肠胚一组织器官的分化

C.受精卵一卵裂期一桑甚胚一原肠胚一幼体

D.受精卵一卵裂期一桑甚胚一囊胚一原肠胚一组织器官

的分化

2.在牛的胚胎发育过程中，将来能发育成胎儿各种组织

的是（）

A.透明带B.囊胚的内细胞团

C.囊胚的滋养层D.原肠胚的内胚层

3.哺乳动物受精卵在卵裂期发生的变化是（）

A.细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大

B.细胞的数目增多，有机物含量大增

C.每个细胞的DNA含量不断增加，全能性增高

D.逐渐出现了原肠腔，并有了胚层的分化

4.（多选）下图为受精及早期胚胎发育示意图，下列叙述

正确的是（）

卵❷受精卵三桑甚胚工口❷工一_幼体

A.①过程需要依赖细胞表面糖蛋白的识别

B.②过程通过有丝分裂方式增殖

C.③过程细胞的“核/质”比逐渐变大

D.④过程细胞的基因表达发生了差异

5.根据哺乳动物受精过程示意图，回答下面的问题：

/

(1)图中字母表示的结构名称分别是

[a]_____________________________________________________

[b]o

(2)图中数字表示的过程分别是

①、②、

③O

(3)在精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道发生相应的

生理变化，具有了受精能力，这个过程叫作o卵

子一般在排出后都要在中进一步成熟，当达到

时，才具备与精子受精的能力。

(4)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，合子只由一个

精子和卵子结合的生理基础是___________________________o

第1小节

(一)从社会中来

提示：借助胚胎移植技术充分发挥良种奶牛的繁殖潜

力。将良种奶牛产生的具有优良遗传特性的胚胎移植到我国奶

牛的子宫中，使之发育为新个体。良种奶牛作“供体”，专门

提供具有优良遗传特性的胚胎，我国奶牛作“受体”，负责妊

娠和育仔，这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。还可以对供

体进行超数排卵处理以获得多枚胚胎，移植得到多个后代，使

供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。

(二)思考.讨论

1.比较而言，马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它

处于囊胚阶段。

2.小鼠应选择至少发育到桑意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

用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。

3.提示：胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在

自然条件下受精和胚胎早期发育规律的基础上实现的。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，获能的

精子和培养成熟的卵子能在试管内完成受精，获得的受精卵能

在人工培养条件下继续发育等。

(三)练习与应用

概念检测

1.(1)X(2)X(3)V

2.A

拓展应用

1.细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中，细胞核

是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过

程。线粒体是精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和

运动提供能量。

2.提示：精液由精子和精浆两部分组成。精浆中含有一

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

殖道分泌产生一些物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子

获能。不同动物的精子在雌性动物生殖道内获能的部位可能会

所有差异，但主要是在子宫和输卵管中。动物进化出的皮层反

应可阻止多精入卵。

第1课时胚胎工程的理论基础

互动•探究•智涂

探究点一

【师问导学】

1.提示：不能。刚采集到的精子还没有受精能力，必须

先对精子进行获能处理，才能进一步受精。

2.提示：不具有。卵子在受精前也要经历类似精子获能

的过程，要在输卵管内进一步成熟，达到减数第二次分裂的中

期才具备与精子受精的能力。

3.提示：形成精子穿越放射冠的通路。

4.提示：（1）两道屏障，一是透明带反应，二是卵细胞膜

反应。（2）防止多精入卵，保证受精卵中遗传物质与亲代体细

胞一致，从而保证遗传的稳定性。

5.提示：不一样。受精的标志是第二极体的形成，受精

完成的标志是雌、雄原核融合成合子。

6.（1）精子获能（2）输卵管减数第二次分裂中期

【检测反馈】

1.解析：受精过程中，获能的精子与卵子相遇时即发生

顶体反应；当精子穿越透明带触及卵细胞膜时，透明带立即封

闭，以阻止其他精子进入，进而激活次级卵母细胞完成减数第

二次分裂，释放第二极体；雌、雄原核形成后，核膜消失，雌、

雄原核融合在一起，形成合子，开始第一次卵裂。

答案：D

2.解析：精子受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透

明带、进入卵细胞膜、原核形成和融合等过程。获能的精子与

卵细胞相遇后，发生顶体反应，释放顶体酶，穿过放射冠进入

透明带，接触透明带并发生透明带反应，这是第一道屏障，随

后入卵与卵细胞膜接触，卵细胞膜反应这是第二道屏障。在精

子形成雄原核时，卵子完成减数第二次分裂，放出第二极体，

形成雌原核，雌、雄原核结合，完成受精作用。

答案：B

3.解析：X表示卵细胞膜反应，是防止多精入卵的第二

道屏障，Y表示减数第二次分裂，在受精过程中卵子完成减数

第二次分裂，A正确；经图中Y过程，除形成雌原核外，还

形成极体，B错误；精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞

膜融合，C正确；精子入卵后，尾部留在外面并在溶酶体的作

用下自溶，D正确。

答案：B

；解析：顶体酶是在精子的核糖体上合成的；精子所需

的能量由细胞呼吸提供，细胞呼吸的场所为线粒体和细胞质基

质；顶体膜与精子细胞膜融合体现生物膜的流动性；受精卵细

胞核中的遗传物质一半来自父方，另一半来自母方，细胞质中

的遗传物质几乎全来自母方。

答案：B

探究点二

【师问导学】

1.提示：受精卵；囊胚。

2.提示：早期胚胎发育的营养物质来自卵子，后期通过

胎盘从母体吸收营养物质。

3.提示：卵裂阶段细胞中有机物减少、每个细胞中DNA

的含量基本不变，细胞体积减小。从受精卵到囊胚阶段总体积

不变或略有缩小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；

伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细

胞中DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因

为细胞一直通过呼吸消耗有机物但不从外界吸收。

4.（1）受精卵（2）输卵管（3）未分化全能性（4）桑意

胚至囊胚

5.（1）越来越多越来越多（2）越来越少（3）基本不变

减小（4）越来越大

【检测反馈】

1.解析：桑黄胚阶段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，桑黄胚进一步发育（即囊胚阶段）,

细胞开始分化，所以细胞分化开始于囊胚期，A错误；由于桑

建胚时细胞都属于全能细胞，所以各细胞结构、功能基本相同，

B正确；虽然囊胚期细胞出现了细胞分化，存在基因的选择性

表达，但遗传物质未发生改变，都与受精卵一样，C正确；囊

胚期内细胞团和滋养层细胞的差异是基因的选择性表达造成

的，差异的根本原因是RNA种类的不同，这属于转录水平上

的差异，D正确。

答案：A

2.解析：细胞分化是基因选择性表达的结果；囊胚期的

细胞出现了初步分化，形成了滋养层和内细胞团的细胞，二者

的功能出现了