2.3.1胚胎工程的理论基础 高中生物人教版（2019）选择性必修3课件(共47张PPT)

(共47张PPT)
第3节 胚胎工程
第1课时 胚胎工程的理论基础
【本节聚焦】
1.胚胎形成经过了哪些过程？
2.受精和早期胚胎发育的基本过程是怎样的？
第2章 细胞工程
问题:自然繁殖速度太慢，实现至少 5 年。若你是牧场技术员，会怎么做？
①核移植技术进行克隆
问题：遗传多样性低。存在健康问题（异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等）
②可以通过体外受精、胚胎分割等胚胎工程技术获得多个良种奶牛胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
什么是胚胎工程呢
牧场引入一批高产奶牛，希望3年内让奶牛数量翻倍，但牛的生育率很低。一头母牛一生大约生育四五次。一次只能生一个牛仔
我国奶类总需求量很大，普通奶牛产奶量年平均水平仅为3～4t，国外高产奶牛年产奶量为8.5t，
某牧场现状分析
P56
从社会中来
胚胎工程：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。
胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
操作对象
技术手段
目的
操作水平
工程实质
主要集中在细胞水平上
体外条件下, 对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行模拟操作
理论基础
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
从社会中来
P56-2
阅读教材P56-57内容，回答以下问题：(5min)
1. 什么是受精？受精的场所在哪？受精包括几个阶段？
2.刚刚排出的精子能立即与卵子受精吗？什么是精子获能？精子获能是指精子获得能量吗？获能的方法？
3. 排出的卵子是成熟的卵细胞吗？卵子成熟的场所？卵子发育至哪个时期才具备受精的能力？
4. 受精时，多个精子能同时进入同一个卵细胞吗？为什么？ 这有什么意义？
5. 受精的标志和受精完成的标志分别是什么？
一. 受精
p56、57
一. 受精
p56
受精前的准备阶段
受精阶段
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
准备阶段Ⅰ——精子获能
准备阶段Ⅱ——卵子的准备
输卵管内
受精
场所：
阶段：
定义：
精卵相互识别基础：细胞膜进行细胞间信息交流
精卵融合结构基础：细胞膜的流动性
一. 受精
p56
精原细胞
大量精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
有丝分裂
染色体复制及相关蛋白质合成
细胞变形
第一阶段
第二阶段
第三阶段
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
（3）精子结构：
头
颈
线粒体鞘
尾巴
顶体
（主要是细胞核）
（为精子运动提供能量）
（由中心体演变而来）
1.精子的形成过程
（1）场所：
曲细精管
在雄性动物的 内完成。
（2）时期：
从 开始到 衰退。
初情期
生殖机能
不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关
睾丸
一、受精
（由高尔基体演变而来）
p56、57
▲图2-19
精子变形过程
1
⑤精子形成
④细胞质浓缩
①顶体的发生
②尾的发育
③精子头出现
一、受精 p57
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”
精子获能的方法：
①直接利用雌性动物的生殖道
②培养在人工配制的获能液
2.准备阶段Ⅰ——精子获能
肝素
Ca2＋载体
精子获能的原因：精液由精子和精浆组成，精浆中含有抑制精子获能的物质，只有精子进入雌性动物的生殖道后，由生殖道分泌产生相关物质解除对精子的抑制，才能使精子获得受精的能力。
一、受精 p56-57
3.卵子的形成过程
（1）场所：
（2）时期：
在雌性动物的 内完成。
动物的胚胎在 以后。
卵巢
性别分化
卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于减数分裂Ⅰ前期
分裂过程不连续，有两次暂停。
一、受精 p57
卵子一般排出2-3小时后才能被精子穿入,不同动物排出的卵子成熟程度不同。
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞
猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞
马、犬排卵
猪、羊排卵
排出的卵子要在输卵管内发育到MⅡ(中)期时,才具备与精子受精的能力。
发育
具备受精能力的卵子结构
4.准备阶段Ⅱ——卵子的准备
一、受精 p57
p57-2
透明带是包裹在卵母细胞外的一层基质，就像蛋壳，化学本质是糖蛋白，由卵细胞或其他细胞分泌。
1、可保护卵母细胞和早期胚胎；
2、保护人类卵子和精子间的识别，防止其他物种精子进入；
3、当精子与透明带结合后，可以发生反应更利于精子钻入卵子；
4、当一个精子进入后，透明带会阻止其他精子再进入。
透明带变薄或者缺失，会表现为不孕，可以采用显微注射方式来改善卵子的正常受精率，获得更多可利用胚胎，提高妊娠几率。
一、受精 p57
5.受精阶段
精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等）
精子释放多种酶（顶体酶）溶解膜外结构
精子接触卵细胞膜
透明带反应
精子触及卵细胞的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带
精子入卵
精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核
卵细胞膜反应
精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
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
防止多精入卵的两个屏障
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
一、受精
p57图2-20
p57-3
p57-4
雌、雄原核靠近
核膜消失形成合子
受精过程结束后,受精卵的分裂也就开始了
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
形成含有两个染色体组的合子,受精卵形成
两个极体(完成)受精的标志
雌雄原核（受精完成的标志）
受精的标志：观察到两个极体或雌雄原核
受精完成的标志：雌雄原核的融合
受精的标志≠受精完成的标志
一、受精
p57图2-20
p57-5
1.阻止多精入卵的两道屏障：
第一道： 时间： ；
第二道： 时间： 。
2.两个标志：
受精标志： ；
受精完成标志： 。
3.精子与卵细胞的结合，
体现了细胞膜具有 的功能？
体现了细胞膜什么特性？ 。
精子触及卵细胞膜的瞬间
精子入卵后
透明带反应
卵细胞膜反应
观察到两个极体或者雌、雄原核
雌、雄原核融合，形成合子（受精卵）
进行细胞间信息交流
细胞膜具有一定的流动性
知识点总结
一、受精 p57
(1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管(　　)
(2)精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用(　　)
(3)受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子(　　)
(4)动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到MⅡ期才具备受精能力(　　)
√
×
√
×
针 对 训 练
1．如图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是(　　)
A．图中X指卵细胞膜发生生理反应，Y指卵子完成减数分裂Ⅱ
B．精子触及卵细胞膜的瞬间便发生了X，防止多精入卵
C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D．雌、雄原核充分发育后相向移动，彼此靠近，核膜消失
B
精子触及卵细胞膜的瞬间便发生了透明带反应，防止多精入卵，而题图中X指卵细胞膜反应，B错误。
　
针 对 训 练
准备阶段
准备阶段1：精子获能
准备阶段2：卵子的准备
精子穿越卵细胞膜外的结构
透明带反应(阻止多精入卵的第一道屏障)
精子接触卵细胞膜
精子入卵(进入卵细胞膜)
卵细胞膜反应(阻止多精入卵的第二道屏障)
雄、雌原核形成
雌、雄原核融合形成合子
受精阶段
(受精的标志：观察到两个极体或雌、雄原核)
(受精完成的标志)
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
在输卵管内发育到MⅡ(中)期时，
保证受精卵中的遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证了遗传的稳定性。
课堂小结：受精
阅读教材P58和图2-21内容，回答以下问题：(5min)
1.胚胎发育的起点、开始分化阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪个时期？细胞分化的原因是什么？
2.卵裂期细胞数量、胚胎总体积、细胞体积、DNA的含量、有机物总量、有机物种类的变化？
3.结合受精过程中精子和卵细胞的特点，分析胚胎早期发育过程中营养物质的来源哪里？
4.囊胚阶段内细胞团会发育成什么？滋养层呢？
5.孵化发生在什么时期？孵化这个过程有什么意义？
二、胚胎早期发育 p58
次级卵母细胞
受精卵
2细胞期
4细胞期
8细胞期
桑葚胚
囊胚
1.场所：
2.分裂方式：
受精卵
卵裂
桑葚胚
囊胚
原肠胚
输卵管和子宫
有丝分裂
输卵管
子宫
3.过程
卵裂期
二、胚胎早期发育 p58
项目 变化
细胞数目
胚胎的总体积
每个细胞体积
DNA总量
每个细胞内的DNA总量
有机物总量
受精卵→桑葚胚
①时期：
②场所：
③特点：
在透明带内
增加
减小
增多
不变
减少
不增加
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊 胚
原肠胚
原肠胚
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
桑葚胚
囊胚
卵裂期
细胞数量
胚胎总体积
不断增加
并不增加
卵裂（期）
卵裂:在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂。
3.过程：
二、胚胎早期发育 p58
P58-1
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
(1)桑葚胚
②特点
当卵裂产生的子细胞数目达到32个，逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。
①概念
这一阶段及之前的每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
桑葚
3.过程：
二、胚胎早期发育 p58
P58-3
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊 胚
原肠胚
透明带
细胞开始分化
（聚集在胚胎一端的细胞）
（沿透明带内壁扩
展和排列的细胞）
具有全能性
孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。
内细胞团
滋养层细胞
囊胚腔
发育成
胎盘和胎膜
发育成
胎儿的各种组织
特点：
结构：
3.过程：
(2)囊胚
二、胚胎早期发育 p58
P58-4、5
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊 胚
原肠胚
外胚层
内胚层
中胚层
表面的细胞层
向内迁移的细胞
内外两个胚层之间
3.过程：
(3)原肠胚
滋养层
内胚层
外胚层
原肠腔
二、胚胎早期发育 p58
P58-楷
消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体。
外胚层：
表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官。
中胚层：
皮肤真皮、脊索、肌肉、
骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统。
内胚层：
二、胚胎早期发育 p58
P58-楷
1.胚胎发育中的细胞分裂均为有丝分裂，原肠胚阶段是个体发育中分化限度最大的阶段，但细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中。
2.桑葚胚及以前的细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。
3.桑葚胚到囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
4.卵裂期和桑葚胚时期，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。
有关早期胚胎发育特别提醒
二、胚胎早期发育 p58
5.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。
早期胚胎发育认识的误区
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。
十月怀胎过程艰辛，你还记得妈妈的生日吗？
全能细胞
细胞分化
幼体
继续分化
出生发育
性成熟个体
孵化
卵裂期
胚胎发育
胚后发育
个体发育
内细胞团
滋养层细胞
囊胚腔
外胚层
中胚层
内胚层
（原肠腔）
课堂小结：胚胎早期发育
1．以下关于桑葚胚、囊胚、原肠胚的说法，不正确的是(　　)
A．胚胎发育的顺序是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚
B．囊胚期的细胞出现了细胞分化，其原因是细胞中的遗传物质发生了变化
C．桑葚胚期之前的细胞均未出现细胞分化
D．原肠胚表面的细胞层为外胚层
B
针 对 训 练
2.下图是胚胎发育过程中某阶段示意图，下列有关叙述错误的是(　　)
A．图中②将发育为胎膜和胎盘等结构
B．图中③可发育成胎儿的各种组织
C．高等哺乳动物细胞分化开始于桑葚胚期
D．胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化
C　
解析：图中②是滋养层，将发育为胎膜和胎盘，A正确；图中③处的细胞为内细胞团细胞，可发育成胎儿的各种组织，B正确；高等哺乳动物细胞分化开始于囊胚期，C错误；胚胎从①透明带中伸展出来的过程叫作孵化，D正确。
C　
针 对 训 练
3.如图表示人的受精卵在卵裂期过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、细胞数量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是（ ）
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
C
针 对 训 练
4.图表示的是哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段,请据图回答问题:
(1)写出各个阶段的名称:
A:　　　　　,B:　　　　　,C:　　　　　　。
囊胚
原肠胚
桑葚胚
(2)写出图中各标号的名称:
②　　　　　　,④　　　　　　　,⑤　　　　　　　,⑧　　　　　　。
(3)A时期的细胞具有　　　　　性,B时期开始出现　　　　　　,C时期开始出现　　　　　　。
(4)②将来发育成　　　　　　　　　　　　。
囊胚腔
外胚层
全能
内胚层
内细胞团
细胞分化
胚层分化
胎儿的各种组织
针 对 训 练
思考·讨论：不同动物受精卵发育的比较
动物 种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育 天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4 10~16细胞
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6细胞
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16细胞
不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间有明显的差异。请分析下表，讨论相关问题(注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间)
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段
二、胚胎早期发育 p59
人
思考·讨论：不同动物受精卵发育的比较
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。
二、胚胎早期发育 p59
动物 种类 受精卵发育/h 进入子宫时发育 天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
山羊 24~38 48~60 72 72~96 96~120 4 10~16细胞
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6细胞
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16细胞
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。
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。
二、胚胎早期发育 p59
1．下列关于胚胎工程的说法，错误的是(　　)
A．胚胎工程是指对动物早期胚胎进行多种显微操作和处理的技术
B．胚胎工程主要有体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术
C．经处理后获得的胚胎，需要移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的需求
D．胚胎工程实际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
A
针 对 训 练
2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是（ ）
A.在桑葚胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔
B.胚胎干细胞是一类未分化的细胞，可以从早期胚胎中分离获得
C.桑葚胚的细胞一般都具有全能性，囊胚的细胞逐渐分化
D.受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加
A
针 对 训 练
3．受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。下列关于哺乳动物受精的叙述，正确的是(　　)
A．精子和卵子结合形成合子与细胞膜的选择透过性密切相关
B．初级卵母细胞与获能的精子在雌性动物的输卵管内完成受精
C．透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障
D．判断受精完成的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核
C
针 对 训 练
受精
精子获能
受精前的准备
卵子准备
MⅡ期具备受精能力
雌性动物的生殖道或培养到获能液(肝素或Ca2+载体)中
精子穿过卵细胞外结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵称为雄原核；卵子释放第二极体，形成雌原核
雌雄原核靠近
雌、雄原核融合形成合子
桑葚胚
受精卵
每个细胞能发育成组成个体的任何细胞类型及胚外组织
囊胚
原肠胚
卵裂
细胞在透明带内分裂，胚胎总体积并不增加
孵化
内细胞团
滋养层
组成胎儿的各种组织细胞
胎盘、胎膜等胚外组织细胞
外胚层内胚层中胚层
课堂小结
透明带反应
卵细胞膜反应
(受精完成的标志)
准备阶段
准备阶段1：精子获能
准备阶段2：卵子的准备
精子穿越卵细胞膜外的结构
透明带反应(阻止多精入卵的第一道屏障)
精子接触卵细胞膜
精子入卵(进入卵细胞膜)
卵细胞膜反应(阻止多精入卵的第二道屏障)
雄、雌原核形成
雌、雄原核融合形成合子
受精阶段
(受精的标志：观察到两个极体或雌、雄原核)
(受精完成的标志)
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
在输卵管内发育到MⅡ(中)期时，
保证受精卵中的遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证了遗传的稳定性。
课堂小结：受精
1.判断下列有关哺乳动物受精的表述是否正确。
（1）在自然条件下，受精在子宫中完成。（ ）
（2）精子需要获能才能与卵子结合，而卵子一经排出就具备受精能力。（ ）
（3）精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵。（ ）
2.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，错误的是（ ）
A.在桑葚胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔
B.胚胎干细胞是一类未分化的细胞，可以从早期胚胎中分离获得
C.桑葚胚的细胞一般都具有全能性，囊胚的细胞逐渐分化
D.受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加
×
×
√
A
一、概念检测
练习与应用 P59
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。
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。
二、拓展应用
练习与应用 P59
提示：出题的目的不是让学生准确地答出精子获能的机制和防止多精入卵的具体机制，而是鼓励有兴趣的学生去查阅资料或请教专家，并引导他们去查阅相对专业的书籍，这是学习的深入过程。这里涉及的问题，在普通生物学或者一般的细胞工程专著中可能找不到答案，需要查阅生殖生物学相关书籍。通过查阅专业资料，学生能了解到，精子获能的机制很神奇，防止多精入卵的机制同样神奇而且非常复杂，这都是机体在长期进化的过程中形成的、用来保障本物种延续的机制。
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
练习与应用 P59