高中生物人教版 (2019)选择性必修3一 胚胎工程的理论基础导学案

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3一 胚胎工程的理论基础导学案，共10页。学案主要包含了胚胎工程，受精，胚胎早期发育等内容，欢迎下载使用。


必备知识·夯实双基
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
eq \x(准备阶段)→精子__获能__：在雌性动物的生殖道内完成；卵子的准备：发育到__MⅡ(中)期__才有受精能力
↓
eq \x(\a\al(精子穿越,卵细胞膜,外结构))→精子释放多种酶，溶解卵细胞，精子穿越卵细胞膜外结构；在精子触及卵细胞膜瞬间，__透明带__会发生生理反应，阻止后来的精子进入
↓
eq \x(精子入卵)→__卵细胞膜__也会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
↓
eq \x(\a\al(雌、雄原,核形成))→精子入卵后形成雄原核，同时卵子完成__减数分裂Ⅱ__，排出第二极体后，形成雌原核
↓
eq \x(合子形成)→eq \x(雌、雄原核充分发育后，相互融合形成合子（即受精卵）)
三、胚胎早期发育
受精卵
卵裂期eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(①细胞分裂方式：__有丝分裂__,②细胞数量__不断增加__，胚胎总体积,__并不增加__))
桑椹胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团形似__桑椹__
eq \a\vs4\al(囊胚：细胞,逐渐分化)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(胚胎一端的细胞→__内细胞团__→胎儿,的各种组织，透明带内壁扩展和排列,的细胞→__滋养层细胞__→胎膜和胎盘,胚胎内部出现了含有液体的__囊胚腔__))
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、器官等
┃┃学霸记忆__■
1．精子获能后才有受精能力；卵子发育到MⅡ(中)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。
┃┃活学巧练__■
1．刚排出的精子即能与卵子受精。(×)
2．精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是子宫。(×)
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。(×)
5．原肠胚变大导致透明带破裂而孵化出来。(×)
思考：
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。
3．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。
4．胚胎发育的卵裂期细胞中有机物、(核)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(核)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。
课内探究·名师点睛
知识点
哺乳动物受精过程
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内发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。
(2)卵子的准备：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MⅡ(中)期时，才具有与精子受精的能力。
2．受精阶段
哺乳动物的受精过程主要包括：精子穿越卵细胞膜外的结构(如放射冠和透明带)，进入卵细胞膜，雌、雄原核形成和融合。
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。
知识贴士
(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。
(2)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。
(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，它们是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。
┃┃典例剖析__■
典例1 猪或牛的初级卵母细胞的减数分裂Ⅱ完成于( D )
A．排卵前后，在卵巢内B．排卵前，在卵巢内
C．排卵后，在输卵管内D．受精时，在输卵管内
解析：在卵细胞的形成过程中，初级卵母细胞的减数分裂Ⅰ是在雌性动物排卵前完成的；在精卵结合时完成减数分裂Ⅱ，该过程在输卵管中完成。
┃┃变式训练__■
1．下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述，正确的是( D )
A．卵细胞膜发生生理反应是防止多精入卵的唯一屏障
B．排卵就是排出成熟卵细胞的过程
C．卵细胞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：透明带发生生理反应和卵细胞膜发生生理反应是防止多精入卵的两道屏障，A项错误；排卵排出的是初级卵母细胞或次级卵母细胞，而不是成熟的卵细胞，B项错误；哺乳动物卵细胞形成时的分裂过程在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项错误。
知识点
胚胎早期发育
1．胚胎早期发育的场所：输卵管、子宫
2．胚胎早期发育过程
(1)早期胚胎发育时各阶段的特点
桑椹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；囊胚细胞开始出现分化，透明带破裂，开始从外界吸收营养物质，并且中间出现囊胚腔；原肠胚时期出现胚层分化，并且出现原肠腔。
(2)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。
(3)早期胚胎发育过程中细胞或物质的变化规律
┃┃典例剖析__■
典例2 如图为受精作用及胚胎发育示意图，a、b代表两个发育时期，下列叙述错误的是( A )
eq \b\lc\ \rc\](\a\vs4\al\c1(\x(精子),\x(卵子)))受精卵桑椹胚eq \x(a)eq \x(b)―→幼体
A．①过程发生同源染色体分离
B．②过程通过有丝分裂增殖
C．胚胎发育到③过程开始发生分化
D．处于a时期的胚胎中具有囊胚腔
解析：①是受精作用，该过程中不会发生同源染色体分离，A错误；受精卵通过有丝分裂增殖，B正确；①～④过程中，③④过程都会发生细胞分化，③过程开始发生分化，C正确；囊胚期胚胎的内部出现了含有液体的腔，为囊胚腔，D正确。
┃┃变式训练__■
2．下图是牛囊胚示意图，下列有关该图的叙述，错误的是( C )
A．透明带是初级卵母细胞在减数第一次分裂时形成的
B．囊胚腔是一个充满液体的腔
C．囊胚形成过程中细胞表面积与体积比变小、有机物增多
D．滋养层将来发育成胎膜和胎盘
解析：在囊胚的形成过程中，细胞数目增多，每个细胞体积变小，细胞表面积与体积比变大，在此过程中，细胞分裂消耗有机物，故有机物含量逐渐减少。
指点迷津·拨云见日
高等动物个体发育中的易错点
1．高等动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育，胚胎发育的起点是受精卵，终点是成熟的胎儿；胎儿出生后的发育过程属于胚后发育。因此，高等动物个体发育的起点是受精卵，终点是成熟的个体。
2．受精卵是新生命的起点，全能性最高。动物细胞全能性随分化程度的提高而逐渐受到限制。桑椹胚之前的每一个细胞都具有发育的全能性。
3．卵裂期和桑椹胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质，胚胎发育所需营养主要来自卵黄。
4．囊胚期细胞开始分化，透明带破裂，滋养层细胞(以后发育成胎盘、胎膜，与母体建立联系)从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。
┃┃典例剖析__■
典例3 下图为哺乳动物早期胚胎发育的过程，下列有关叙述不正确的是( C )
A．过程a和b使胚胎中有机物的含量减少
B．Ⅰ、Ⅱ时期的胚胎中都含有全能细胞
C．胚胎移植必须使用处于Ⅱ或Ⅲ时期的胚胎
D．图示过程中，部分细胞中的遗传物质可能发生改变
解析：过程a表示卵裂形成Ⅰ桑椹胚，过程b表示桑椹胚形成Ⅱ囊胚，这两个过程细胞均需要消耗能量，故两个过程中胚胎中的有机物的含量均减少，A项正确；桑椹胚含有的所有细胞都是全能细胞，囊胚期胚胎进一步发育，细胞逐渐分化，含有的内细胞团细胞将来发育成胎儿的各种组织，为全能细胞，B项正确；胚胎移植一般选取桑椹胚或囊胚时期的胚胎，而Ⅲ为原肠胚，C项错误；图示过程中，细胞进行有丝分裂，而在分裂间期DNA复制的过程中，部分细胞中的遗传物质可能发生改变，D项正确。
解疑答惑
从社会中来⇨P56
提示：借助胚胎移植技术充分发挥两种奶牛的繁殖潜力。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。
思考·讨论⇨P59
1．提示：表中马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。
2．提示：小鼠应选择至少发育到桑椹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早期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，体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。
练习与应用⇨P59
一、概念检测
1．(1)× 提示：在自然条件下，哺乳动物的受精在雌性动物的输卵管内完成。
(2)× 提示：排出的卵子需在输卵管内进一步发育成熟到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。
(3)√
2．A 提示：在囊胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔，A项错误。
二、拓展应用
1．提示：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：精液是由精子和精清(精浆)两部分组成的。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。只有在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。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。
海胆等动物进化出皮层反应来阻止多精入卵。皮层由皮层颗粒组成，通常分布在没有微绒毛结构的卵细胞膜下方。当精子进入卵子时，皮层颗粒与卵细胞膜发生融合，颗粒内容物被释放到卵细胞膜和卵黄膜之间的区域——卵周隙，这些释放物中有几种蛋白质在皮层颗粒反应中发挥了重要的作用。当第一个精子与卵子发生细胞膜融合时，细胞膜融合处的卵子皮层颗粒与卵细胞膜发生融合，胞吐作用发生，皮层颗粒释放物质到卵周隙，使卵黄膜硬化，此时，卵黄膜改称受精膜，其他精子不能再穿过受精膜。
训练巩固·课堂达标
1．胚胎工程技术包含的内容有( C )
①胚胎移植 ②核移植 ③胚胎分割 ④体外受精
A．①②③ B．②③④
C．①③④D．①②④
解析：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。核移植属于细胞工程。
2．在受精阶段，下列哪项不是精子穿越的屏障( A )
A．雌原核B．放射冠
C．透明带D．卵细胞膜
解析：获能后的精子与卵子相遇时，首先释放出多种酶，然后精子穿过放射冠和透明带，接触卵细胞膜，引起卵细胞膜封闭作用，符合题意的为A项。
3．下列有关卵裂期的说法正确的是( B )
A．细胞进行有丝分裂和减数分裂
B．细胞数目不断增加
C．胚胎总体积有所增大
D．每个细胞的体积基本不变
解析：卵裂期的细胞进行有丝分裂，细胞数目不断增加，胚胎总体积基本不变或略有缩小，每个细胞的体积减小。
4．(不定项)下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述，正确的是( BD )
A．卵细胞膜反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间
B．受精的场所是输卵管
C．卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成
D．受精完成的标志是雌雄原核的融合
解析：卵细胞膜反应发生在精子入卵后，精子触及卵细胞膜的瞬间发生透明带反应；减数第二次分裂是在输卵管中完成的。
新课程标准
核心素养
1．简述受精和胚胎早期发育的基本过程。
2．说明胚胎的形成经过了受精及早期发育等过程。
3．简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。
4．运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。
5．认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。
1．生命观念——从精子和卵细胞的结构理解受精作用过程。
2．科学思维——构建模型分析早期胚胎发育中相关物质和结构的变化。构建胚胎移植技术繁育良种种畜的流程图。
3．社会责任——关注试管动物技术在促进家畜快速繁殖中的应用。关注胚胎工程与畜牧业发展。
知识导图
过程
主要变化
精子穿越卵细胞膜外结构
在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的透明带发生透明带反应，为防止多精入卵的第一道屏障
精子入卵
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，这种生理反应称为卵细胞膜反应。这是防止多精入卵的第二道屏障
形成原核
精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂，随后形成新的核膜，最后形成雄原核；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
融合
雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失，两组核染色体合为一组，形成一个含有两个染色体组的合子(受精卵)
项目
变化
细胞数目
增多
每个细胞体积
减小
DNA总量
增多
每个细胞内的(核)DNA总量
不变
有机物总量
减小
物质种类
增多
所含能量
减小