生物人教版（2019）选择性必修3 2.3.1胚胎工程（共20张ppt）
文档属性
| 名称 | 生物人教版（2019）选择性必修3 2.3.1胚胎工程（共20张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-28 17:37:00 | ||
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文档简介
(共20张PPT)
第3节 胚胎工程
教学目标
1.简述受精和胚胎早期发育的基本过程。
2.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。
3.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。
4.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。
从社会中来
我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。
奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。
能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？
胚胎工程的迅速发展让人们大量繁殖优良家畜品种的愿望，正在成为现实。
良种荷斯坦奶牛
指对生殖细胞、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。
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等
操作对象：
主要技术：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
胚胎工程：
一、胚胎工程的理论基础
胚胎工程实质：
胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
（一）受精
2．场所：
1．概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。
自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
3．过程
（1）受精前的准备阶段
概念：精子在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，获得受精的能力。
①准备阶段1---精子获能：
精子获能的方法：
a、直接利用雌性动物生殖道使精子获能；
b、将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。
外形似蝌蚪，分头、颈、尾三大部分
不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体形大小无关。
获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。
②准备阶段2---卵子的准备：
概念：卵子要在输卵管内进一步成熟， 到MⅡ期（减数第二次分裂中期）时，才具备与精子受精的能力
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、犬等；
有的可能是次级卵母细胞如猪、羊等。
刚排出的卵子不具备受精能力。
刚排出的卵子并无受精能力，一般在排出2-3小时后才能被精子穿入，即需要一个准备阶段。
透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间—透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。阻止多精入卵的第一道屏障
②精子入卵：卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内—阻止多精入卵的第二道屏障
雄原核
第一极体
雌原核
第二极体
（2）受精阶段
③雌、雄原核的形成：精子入卵后形成雄原核，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
卵子受精的标志 ：观察到两个极体或者雌、雄原核
①精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等）：精子释放多种酶溶解卵细胞膜外的一些结构
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
受精完成的标志:雌雄原核融合形成合子。
④雌雄原核融合形成合子（受精卵）
（二）胚胎的早期发育
在透明带内进行有丝分裂
细胞数量增加，胚胎总体积并不增加或略有减小
每个细胞体积变小
每个细胞均具有全能性
卵裂期
1、卵裂
（1）分裂方式
（2）特点
有机物总量减少
2、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
每个细胞具有全能性，属于全能性细胞。
①细胞逐渐分化
③沿透明带内壁扩展和排列的滋养层细胞将来发育成胎盘和胎膜
②内细胞团(ICM )将来发育成胎儿的各种组织。
内细胞团的细胞具有发育的全能性
⑤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，这一过程叫做孵化。
3、囊胚
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
④囊胚：内部出现囊胚腔的胚胎
孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。囊胚孵化后将发育成原肠胚。
囊胚孵化后，将发育成原肠胚。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，随着发育的进行，一部分细胞会在内外胚层之间形成中胚层。
4、原肠胚
原肠胚的三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
低等动物如腔肠动物仅有两个胚层组成
内胚层所包围的腔称原肠腔
囊胚腔
原肠腔
中胚层
内胚层
外胚层
(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。
胚胎发育小结：
不同动物受精卵进入子宫的时间
动物 种类 进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段 天 发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
绵羊 3~4 16细胞
猪 2~2.5 4~6细胞
马 6 囊胚
牛 4~5 8~16
思考·讨论
1. 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
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. 将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
小鼠应选择至少发育到桑葚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. 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？请结合所学习的内容举例说明。
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。
课堂小结：
1. 精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。
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。
二、拓展应用
2. 精子在雌性动物的生殖道内是如何获能的？除了教材中介绍的，防止多精入卵的机制还有哪些？感兴趣的话，请通过查阅相关资料或请教专家来进行了解。关于受精作用，你还能提出其他问题吗？
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，但主要是在子宮和输卵管中。精子的获能涉及以下变化：雌性动物生殖道分泌的一些物质使精子表面的物质发生变化(如某些酶将顶体表面的糖蛋白降解)；精子表面膜结构一些物质的比例发生变化；膜的通透性发生变化等。这些变化可以暴露出精子表面与卵细胞相识别的受体，改变精子的活力，为后续受精做准备。
关于防止多精人卵的机制，教材只进行了简单介绍，内容主要涉及防止多精入卵的两道重要屏障：透明带反应和卵细胞膜反应。它们分别发生在精子穿越透明带触及卵细胞膜的瞬间及精子入卵之后。如果学生査阅专业书籍，还会发现，生殖道对精子具有初步的筛选作用，在经过雌性动物生殖道的一些屏障后，只有少数活动力强的精子能到达受精部位；在精子和卵细胞识別后会发生一些反应，如卵细胞表面的精子识别受体很快发生分子修饰，使后来的精子表面的卵细胞结合蛋白不能识别受体等。具体的生理、生化机制，请参阅有关专著。
第3节 胚胎工程
教学目标
1.简述受精和胚胎早期发育的基本过程。
2.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。
3.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。
4.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。
从社会中来
我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。
奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。
能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？
胚胎工程的迅速发展让人们大量繁殖优良家畜品种的愿望，正在成为现实。
良种荷斯坦奶牛
指对生殖细胞、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。
体外受精、胚胎移植、胚胎分割等
操作对象：
主要技术：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞
胚胎工程：
一、胚胎工程的理论基础
胚胎工程实质：
胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
（一）受精
2．场所：
1．概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。
自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
3．过程
（1）受精前的准备阶段
概念：精子在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，获得受精的能力。
①准备阶段1---精子获能：
精子获能的方法：
a、直接利用雌性动物生殖道使精子获能；
b、将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。
外形似蝌蚪，分头、颈、尾三大部分
不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体形大小无关。
获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。
②准备阶段2---卵子的准备：
概念：卵子要在输卵管内进一步成熟， 到MⅡ期（减数第二次分裂中期）时，才具备与精子受精的能力
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、犬等；
有的可能是次级卵母细胞如猪、羊等。
刚排出的卵子不具备受精能力。
刚排出的卵子并无受精能力，一般在排出2-3小时后才能被精子穿入，即需要一个准备阶段。
透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间—透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。阻止多精入卵的第一道屏障
②精子入卵：卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内—阻止多精入卵的第二道屏障
雄原核
第一极体
雌原核
第二极体
（2）受精阶段
③雌、雄原核的形成：精子入卵后形成雄原核，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
卵子受精的标志 ：观察到两个极体或者雌、雄原核
①精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等）：精子释放多种酶溶解卵细胞膜外的一些结构
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
受精完成的标志:雌雄原核融合形成合子。
④雌雄原核融合形成合子（受精卵）
（二）胚胎的早期发育
在透明带内进行有丝分裂
细胞数量增加，胚胎总体积并不增加或略有减小
每个细胞体积变小
每个细胞均具有全能性
卵裂期
1、卵裂
（1）分裂方式
（2）特点
有机物总量减少
2、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
每个细胞具有全能性，属于全能性细胞。
①细胞逐渐分化
③沿透明带内壁扩展和排列的滋养层细胞将来发育成胎盘和胎膜
②内细胞团(ICM )将来发育成胎儿的各种组织。
内细胞团的细胞具有发育的全能性
⑤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，这一过程叫做孵化。
3、囊胚
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
④囊胚：内部出现囊胚腔的胚胎
孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。囊胚孵化后将发育成原肠胚。
囊胚孵化后，将发育成原肠胚。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，随着发育的进行，一部分细胞会在内外胚层之间形成中胚层。
4、原肠胚
原肠胚的三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等
透明带
内细胞团
囊胚腔
滋养层
低等动物如腔肠动物仅有两个胚层组成
内胚层所包围的腔称原肠腔
囊胚腔
原肠腔
中胚层
内胚层
外胚层
(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。
胚胎发育小结：
不同动物受精卵进入子宫的时间
动物 种类 进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段 天 发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
绵羊 3~4 16细胞
猪 2~2.5 4~6细胞
马 6 囊胚
牛 4~5 8~16
思考·讨论
1. 表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
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. 将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
小鼠应选择至少发育到桑葚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. 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？请结合所学习的内容举例说明。
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。
课堂小结：
1. 精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。
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。
二、拓展应用
2. 精子在雌性动物的生殖道内是如何获能的？除了教材中介绍的，防止多精入卵的机制还有哪些？感兴趣的话，请通过查阅相关资料或请教专家来进行了解。关于受精作用，你还能提出其他问题吗？
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，但主要是在子宮和输卵管中。精子的获能涉及以下变化：雌性动物生殖道分泌的一些物质使精子表面的物质发生变化(如某些酶将顶体表面的糖蛋白降解)；精子表面膜结构一些物质的比例发生变化；膜的通透性发生变化等。这些变化可以暴露出精子表面与卵细胞相识别的受体，改变精子的活力，为后续受精做准备。
关于防止多精人卵的机制，教材只进行了简单介绍，内容主要涉及防止多精入卵的两道重要屏障：透明带反应和卵细胞膜反应。它们分别发生在精子穿越透明带触及卵细胞膜的瞬间及精子入卵之后。如果学生査阅专业书籍，还会发现，生殖道对精子具有初步的筛选作用，在经过雌性动物生殖道的一些屏障后，只有少数活动力强的精子能到达受精部位；在精子和卵细胞识別后会发生一些反应，如卵细胞表面的精子识别受体很快发生分子修饰，使后来的精子表面的卵细胞结合蛋白不能识别受体等。具体的生理、生化机制，请参阅有关专著。