高中生物选择性必修三 第2章 第3节 第1课时 胚胎工程的理论基础 讲义

第3节　胚胎工程第1课时　胚胎工程的理论基础课标内容要求核心素养对接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。一、胚胎工程1．概念：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。2．主要技术：体外受精、胚胎移植和胚胎分割。二、受精1．概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。2．场所：雌性动物的输卵管内。3．过程三、胚胎早期发育1．场所：输卵管。2．过程受精卵↓卵裂期↓桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团形似桑葚↓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↓原肠胚：形成外胚层、内胚层和中胚层→各种组织、器官判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．刚排出的精子即能与卵子受精。 (×)提示：精子必须在生殖道中获能后才能与卵子受精。2．精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是子宫。 (×)提示：精子和卵子相遇形成受精卵的部位是输卵管。3．精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。               (√)4．囊胚期细胞还没有分化。  (×)提示：囊胚期细胞已分化形成内细胞团和滋养层细胞。5．原肠胚变大导致透明带破裂而孵化出来。 (×)提示：发生孵化的是囊胚。　受精的准备及过程1．准备阶段(1)精子获能刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。(2)卵子的准备卵子要在输卵管内进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。2．受精过程3．防止多精入卵的两道屏障(1)透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，称作透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。(2)卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。合作探究：(1)两道屏障防止多精入卵，其意义是什么？提示：两道屏障防止多精入卵，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。(2)受精的标志和受精完成的标志分别是什么？提示：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。1．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，释放多种酶溶解卵细胞膜外的结构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，卵子完成减数第二次分裂B　[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，发生卵细胞膜反应，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，排出第二极体，形成雌原核，雌、雄原核结合，完成受精作用。]2．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]____________。(2)图中数字表示的过程分别是①___________、②___________、③___________。(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________。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_________________________________。[解析]　(1)据图可知a是雄原核，b是雌原核。(2)据图可判断①是精子穿过透明带，②是精子进入卵细胞膜，③是雌、雄原核融合。(3)精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化，具备了受精能力，这个过程叫作精子获能。卵子在排出后一般都要在输卵管中进一步成熟，达到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。(4)受精时的透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的两道屏障。[答案]　(1)雄原核　雌原核　(2)精子穿过透明带　精子进入卵细胞膜　雌、雄原核融合　(3)精子获能　输卵管　MⅡ期　(4)透明带反应和卵细胞膜反应　早期胚胎发育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)桑葚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．卵裂期细胞或物质的变化规律项目变化 项目变化细胞数目增多每个细胞内的DNA总量不变每个细胞体积减小有机物总量减少DNA总量增多物质种类增多合作探究：1.胚胎发育过程中开始出现细胞分化的阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪些时期？细胞分化的原因是什么？提示：开始出现细胞分化的阶段是囊胚期。细胞分化最显著的阶段是原肠胚的三个胚层分化形成各种组织、器官。细胞分化的原因是细胞内基因的选择性表达。2．胚胎发育卵裂期细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么？提示：  卵裂期细胞中有机物减少、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，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。1．关于桑葚胚和囊胚的比较，以下说法不正确的是(　　)A．细胞分化开始于桑葚胚B．桑葚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A　[桑葚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，桑葚胚进一步发育(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；由于桑葚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。]2．下图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是(　　)A．受精卵卵裂形成囊胚的过程中，每个细胞体积不断增大B．受精卵发育为桑葚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好时期B　[受精卵形成囊胚的过程中，主要发生了卵裂，卵裂过程中，每个细胞的体积不断缩小，细胞的总体积基本不变或略有缩小，A错误；受精卵发育为桑葚胚的过程是在透明带内完成的，B正确；早期胚胎发育中所需原料来自卵黄，幼体所需原料主要来自母体，C错误；原肠胚时期细胞分化程度高，移植成功率很低，最好在此前进行移植，不同动物胚胎移植时间不同，如牛、羊一般在桑葚胚或囊胚阶段移植，小鼠、家兔等要在更早阶段进行，D错误。][课堂小结]知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵1.精子获能后才有受精能力；卵子发育到MⅡ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．下列受精的过程，正确的顺序为(　　)①第一次卵裂开始　②卵细胞膜反应　③精子释放多种酶　④透明带反应　⑤雌、雄原核的形成　⑥雌、雄原核融合A．③④①②⑤⑥　　 B．③②④⑤⑥①C．④③②⑥⑤① D．③④②⑤⑥①D　[在受精作用过程中，精子头部的顶体首先释放顶体酶，发生③顶体反应；然后精子穿越放射冠和透明带，此时透明带发生④透明带反应，这是防止多精入卵的第一道屏障；接着精子进入卵黄膜，此时会发生②卵细胞膜反应；精子的细胞核和卵细胞的细胞核分别形成雄原核和雌原核，即⑤雌、雄原核的形成；最后核膜消失，发生⑥雌、雄原核融合，标志着受精作用的完成；受精作用完成后，受精卵进入卵裂期，即①第一次卵裂开始。因此，受精过程正确的顺序为③④②⑤⑥①，故选D。]2．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→卵裂期→原肠胚→囊胚→组织器官的分化B．受精卵→卵裂期→原肠胚→组织器官的分化C．受精卵→卵裂期→桑葚胚→原肠胚→幼体D．受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化D　[高等动物早期胚胎发育依次经过受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化。]3．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B　[在胚胎发育过程中，内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。]4．胚胎工程应用前景广阔，请回答：(1)胚胎工程是指对动物______________________所进行的多种显微操作和处理技术，该技术包括__________、________和________等。(2)防止多个精子和卵子受精的生理机制包括_____________。(3)受精卵在________内形成后，即开始发育。胚胎发育早期的一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为________，其显著特点是胚胎的总体积________，发育到________时期，透明带破裂，这一过程叫________，之后经________时期后分化形成组织器官。[答案]　(1)生殖细胞、受精卵或早期胚胎　体外受精　胚胎移植　胚胎分割(2)透明带反应和卵细胞膜反应(3)输卵管　卵裂　不增加　囊胚　孵化　原肠胚