2022-2023學(xué)年新教材高中生物第2章細(xì)胞工程第3節(jié)胚胎工程一胚胎工程的理論基次件新人教版選擇性必修3

第2章細(xì)胞工程第3節(jié)胚胎工程課標(biāo)要求核心素養(yǎng)1．理解受精的過(guò)程。(生命觀念、科學(xué)思維)2．根據(jù)哺乳動(dòng)物胚胎早期發(fā)育過(guò)程圖，理解胚胎發(fā)育過(guò)程及各時(shí)期的特點(diǎn)。(生命觀念、科學(xué)思維)3．分析體外受精技術(shù)的主要步驟。(生命觀念、科學(xué)探究)4．結(jié)合高產(chǎn)奶牛的胚胎移植，分析胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)和基本程序。(社會(huì)責(zé)任、科學(xué)探究)5．針對(duì)具體問(wèn)題掌握胚胎分割中胚胎的選擇與分割時(shí)的注意事項(xiàng)。(生命觀念、科學(xué)探究)1．簡(jiǎn)述受精和胚胎早期發(fā)育的基本過(guò)程。2．簡(jiǎn)述體外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步驟和應(yīng)用價(jià)值。3．運(yùn)用胚胎工程的基本概念和原理，對(duì)生產(chǎn)、生活中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析與判斷4．認(rèn)同在胚胎工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用中體現(xiàn)了科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的互動(dòng)關(guān)系。知識(shí)導(dǎo)圖一胚胎工程的理論基礎(chǔ)學(xué)霸記憶?素養(yǎng)積累訓(xùn)練鞏固?課堂達(dá)標(biāo)新知預(yù)習(xí)?雙基夯實(shí)課內(nèi)探究?名師點(diǎn)睛指點(diǎn)迷津?撥云見(jiàn)日新知預(yù)習(xí)?雙基夯實(shí)一、胚胎工程1．概念：對(duì)__________、________或______________進(jìn)行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動(dòng)物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。2．主要技術(shù)：__________、__________和__________。生殖細(xì)胞

受精卵

早期胚胎細(xì)胞

體外受精

胚胎移植

胚胎分割

精子

卵子

合子

輸卵管

獲能

MⅡ期

多種酶

透明帶

卵細(xì)胞膜

原核

核膜

雄原核

減數(shù)分裂Ⅱ

第二極體

雌原核

三、胚胎早期發(fā)育1．場(chǎng)所：________。2．過(guò)程受精卵

↓↓輸卵管

有絲分裂

不斷增加

并不增加

桑葚

內(nèi)細(xì)胞團(tuán)

滋養(yǎng)層細(xì)胞

囊胚腔

透明帶

外胚層、內(nèi)胚層和中胚層

1．剛排出的精子即能與卵子受精。

(

)2．精子和卵子相遇結(jié)合形成受精卵的部位是子宮。

(

)3．精子入卵后被激活的卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，排出第二極體，形成雌原核。

(

)4．囊胚期細(xì)胞還沒(méi)有分化。

(

)5．原腸胚變大導(dǎo)致透明帶破裂而孵化出來(lái)。

(

)活學(xué)巧練×

×

√

×

×

思考：1．兩道屏障防止多精入卵，其意義是什么？提示：兩道屏障防止多精入卵，保證受精卵中遺傳物質(zhì)與親代體細(xì)胞一致，從而保證遺傳的穩(wěn)定性。2．受精的標(biāo)志和受精完成的標(biāo)志分別是什么？提示：受精的標(biāo)志是第二極體的形成，受精完成的標(biāo)志是雌、雄原核融合成合子。3．胚胎發(fā)育過(guò)程中開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)胞分化的階段和細(xì)胞分化最顯著的階段分別是哪些時(shí)期？細(xì)胞分化的原因是什么？提示：開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)胞分化的階段是囊胚期。細(xì)胞分化最顯著的階段是原腸胚的三個(gè)胚層分化形成各種組織、器官。細(xì)胞分化的原因是細(xì)胞內(nèi)基因的選擇性表達(dá)。4．胚胎發(fā)育卵裂期細(xì)胞中有機(jī)物、DNA的含量和細(xì)胞體積有什么特點(diǎn)？為什么？提示：卵裂期細(xì)胞中有機(jī)物減少、每個(gè)細(xì)胞中DNA的含量基本不變，細(xì)胞體積減小。從受精卵到囊胚階段總體積不變，但細(xì)胞數(shù)目增多，所以每個(gè)細(xì)胞體積減?。话殡S細(xì)胞分裂，細(xì)胞數(shù)目增多，總DNA含量增多，但每個(gè)細(xì)胞中DNA含量保持相對(duì)穩(wěn)定；該過(guò)程中有機(jī)物總量減少，因?yàn)榧?xì)胞一直通過(guò)呼吸消耗有機(jī)物但不從外界吸收。學(xué)霸記憶?素養(yǎng)積累1．精子獲能后才有受精能力；卵子發(fā)育到MⅡ期，才具備與精子受精的能力。2．受精過(guò)程在輸卵管內(nèi)完成。3．防止多精入卵的兩道屏障：(1)透明帶反應(yīng)；(2)卵細(xì)胞膜反應(yīng)。4．雌、雄原核充分發(fā)育后，相互融合形成受精卵。5．囊胚細(xì)胞分化形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)層。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層發(fā)育成胎膜和胎盤(pán)。6．囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致透明帶破裂而孵化出來(lái)。課內(nèi)探究?名師點(diǎn)睛知識(shí)點(diǎn)1．受精前的兩個(gè)準(zhǔn)備階段(1)精子獲能：精子必須在雌性動(dòng)物的生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才獲得受精能力的生理現(xiàn)象。(2)卵子的準(zhǔn)備：動(dòng)物排出的卵子成熟程度不同，但都必須在輸卵管中發(fā)育到MⅡ期時(shí)，才具有與精子受精的能力。哺乳動(dòng)物受精過(guò)程2．受精階段哺乳動(dòng)物的受精過(guò)程主要包括：精子穿越卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu)(如放射冠和透明帶)，進(jìn)入卵細(xì)胞膜，雌、雄原核形成和融合。過(guò)程主要變化精子穿越卵細(xì)胞膜外結(jié)構(gòu)在精子觸及卵細(xì)胞膜的瞬間，卵細(xì)胞膜外的透明帶發(fā)生透明帶反應(yīng)，為防止多精入卵的第一道屏障精子入卵卵細(xì)胞膜會(huì)立即發(fā)生一種生理反應(yīng)，拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)，這種生理反應(yīng)稱為卵細(xì)胞膜反應(yīng)。這是防止多精入卵的第二道屏障過(guò)程主要變化形成原核精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂，隨后形成新的核膜，最后形成雄原核；精子入卵后被激活的卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，排出第二極體后，形成雌原核融合雄、雌原核充分發(fā)育后，相向移動(dòng)，彼此靠近，核膜消失，兩組核染色體合為一組，形成一個(gè)含有兩個(gè)染色體組的合子(受精卵)3．受精的意義：維持每種生物前后代體細(xì)胞染色體數(shù)目的恒定，對(duì)于生物的遺傳和變異十分重要。知識(shí)貼士(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必須獲能后才具備受精能力。(2)精子獲能是指精子獲得受精“能力”，而不是獲得能量。(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來(lái)的核，它們是在原來(lái)細(xì)胞核的基礎(chǔ)上形成的新核，原核膜已破裂。

精子獲能是指

(

)A．精子獲得受精的能量B．精子獲能是在雄性體內(nèi)完成的C．精子獲得受精的能力D．只要是成熟的精子，就具有受精的能力解析：精子獲能是指精子獲得受精的能力，在雌性動(dòng)物生殖道內(nèi)完成。典例1典例剖析C

1．在受精階段，下列哪項(xiàng)不是精子穿越的屏障？ (

)A．雌原核 B．放射冠C．透明帶 D．卵細(xì)胞膜解析：獲能后的精子與卵子相遇時(shí)，首先釋放出多種酶，然后精子穿入放射冠和透明帶，接觸卵細(xì)胞膜，引起卵細(xì)胞膜封閉作用，符合題意的為A項(xiàng)。變式訓(xùn)練A

知識(shí)點(diǎn)1．胚胎早期發(fā)育的場(chǎng)所：輸卵管、子宮2．胚胎早期發(fā)育過(guò)程胚胎早期發(fā)育發(fā)育過(guò)程特點(diǎn)受精卵受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進(jìn)行有絲分裂，開(kāi)始發(fā)育卵裂期受精卵細(xì)胞在透明帶中進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，胚胎的總體積不增加桑葚胚子細(xì)胞形成致密細(xì)胞團(tuán)，形似桑葚發(fā)育過(guò)程特點(diǎn)囊胚(1)細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)分化(內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來(lái)發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層將來(lái)發(fā)育為胎膜和胎盤(pán))(2)出現(xiàn)囊胚腔(3)透明帶破裂，胚胎從中伸展出來(lái)(即孵化)原腸胚分化為內(nèi)胚層、中胚層和外胚層三個(gè)胚層發(fā)育過(guò)程圖示(1)早期胚胎發(fā)育時(shí)各階段的特點(diǎn)桑葚胚之前的胚胎細(xì)胞只進(jìn)行細(xì)胞分裂，不需要從外界獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；囊胚細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)分化，透明帶破裂，開(kāi)始從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且中間出現(xiàn)囊胚腔；原腸胚時(shí)期出現(xiàn)胚層分化，并且出現(xiàn)原腸腔。(2)受精卵是新生命的第一個(gè)細(xì)胞，其全能性最高。一般來(lái)說(shuō)，細(xì)胞的全能性隨發(fā)育的深化而降低。(3)早期胚胎發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞或物質(zhì)的變化規(guī)律項(xiàng)目變化細(xì)胞數(shù)目增多每個(gè)細(xì)胞體積減小DNA總量增多每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA總量不變有機(jī)物總量減小物質(zhì)種類增多所含能量減小

下列能正確表示高等動(dòng)物的胚胎發(fā)育順序的是 (

)A．受精卵→卵裂期→原腸胚→囊胚→組織器官的分化B．受精卵→卵裂期→原腸胚→組織器官的分化C．受精卵→卵裂期→桑葚胚→原腸胚→幼體D．受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原腸胚→組織器官的分化解析：高等動(dòng)物的胚胎發(fā)育依次經(jīng)過(guò)受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原腸胚→組織器官的分化。典例2典例剖析D

2．下列有關(guān)卵裂期的說(shuō)法正確的是 (

)A．細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂和減數(shù)分裂B．細(xì)胞數(shù)目不斷增加C．胚胎總體積有所增大D．每個(gè)細(xì)胞的體積基本不變解析：卵裂期的細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞數(shù)目不斷增加，胚胎總體積基本不變或略有縮小，每個(gè)細(xì)胞的體積減小。變式訓(xùn)練B

指點(diǎn)迷津?撥云見(jiàn)日高等動(dòng)物個(gè)體發(fā)育中的易錯(cuò)點(diǎn)1．高等動(dòng)物的個(gè)體發(fā)育過(guò)程包括胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育，胚胎發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵，終點(diǎn)是成熟的胎兒；胎兒出生后的發(fā)育過(guò)程屬于胚后發(fā)育。因此，高等動(dòng)物個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵，終點(diǎn)是成熟的個(gè)體。2受精卵是新生命的起點(diǎn)，全能性最高。動(dòng)物細(xì)胞全能性隨分化程度的提高而逐漸受到限制。桑葚胚之前的每一個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育的全能性。3．卵裂期和桑葚胚時(shí)期，只進(jìn)行細(xì)胞分裂，不需要從外界獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，胚胎發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)自卵黃。4．囊胚期細(xì)胞開(kāi)始分化，透明帶破裂，滋養(yǎng)層細(xì)胞(以后發(fā)育成胎盤(pán)、胎膜，與母體建立聯(lián)系)從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使胚胎繼續(xù)發(fā)育。

下圖為哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的過(guò)程，下列有關(guān)敘述不正確的是

(

)A．過(guò)程a和b使胚胎中有機(jī)物的含量減少B．Ⅰ、Ⅱ時(shí)期的胚胎中都含有全能細(xì)胞C．胚胎移植必須使用處于Ⅱ或Ⅲ時(shí)期的胚胎D．圖示過(guò)程中，部分細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)可能發(fā)生改變典例3典例剖析C

解析：過(guò)程a表示卵裂形成Ⅰ桑葚胚，過(guò)程b表示桑葚胚形成Ⅱ囊胚，這兩個(gè)過(guò)程細(xì)胞均需要消耗能量，故兩個(gè)過(guò)程中胚胎中的有機(jī)物的含量均減少，A項(xiàng)正確；桑葚胚含有的所有細(xì)胞都是全能細(xì)胞，囊胚期胚胎進(jìn)一步發(fā)育，細(xì)胞逐漸分化，含有的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞將來(lái)發(fā)育成胎兒的各種組織，為全能細(xì)胞，B項(xiàng)正確；胚胎移植一般選取桑葚胚或囊胚時(shí)期的胚胎，而Ⅲ為原腸胚，C項(xiàng)錯(cuò)誤；圖示過(guò)程中，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，而在分裂間期DNA復(fù)制的過(guò)程中，部分細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)可能發(fā)生改變，D項(xiàng)正確。解疑答惑從社會(huì)中來(lái)?P56提示：借助胚胎移植技術(shù)充分發(fā)揮兩種奶牛的繁殖潛力。將良種奶牛產(chǎn)生的具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎移植到我國(guó)奶牛的子宮中，使之發(fā)育為新個(gè)體。良種奶牛作“供體”，專門(mén)提供具有優(yōu)良遺傳特性的胚胎，我國(guó)奶牛作“受體”，負(fù)責(zé)妊娠和育仔，這就大大縮短了供體本身的繁殖周期。還可以對(duì)供體進(jìn)行超數(shù)排卵處理以獲得多枚胚胎，移植得到多個(gè)后代，使供體的后代數(shù)是自然繁殖的十幾倍到幾十倍。思考·討論?P591．提示：表中馬的胚胎進(jìn)入子宮時(shí)發(fā)育程度最高，其次為小鼠。2．提示：小鼠應(yīng)選擇至少發(fā)育到桑甚胚階段的胚胎進(jìn)行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8～16細(xì)胞階段進(jìn)入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實(shí)踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移植。3．提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解哺乳動(dòng)物自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。本節(jié)涉及的哺乳動(dòng)物體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育都是在自然條件下的特點(diǎn)和規(guī)律，人們正是在認(rèn)識(shí)了這些自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進(jìn)行有效的模擬，才使卵母細(xì)胞能在體外成熟，精子能在體外完成獲能，獲能精子和成熟卵母細(xì)胞能在試管內(nèi)完成受精，體外受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等，這些都有賴于體內(nèi)自然條件下的基礎(chǔ)研究成果。練習(xí)與應(yīng)用?P59一、概念檢測(cè)1．(1)×

提示：在自然條件下，哺乳動(dòng)物的受精在雌性動(dòng)物的輸卵管內(nèi)完成。(2)×

提示：排出的卵子需在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步發(fā)育成熟到減數(shù)第二次分裂中期，才具備與精子受精的能力。(3)√2．A

提示：在囊胚階段，胚胎的內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)含有液體的腔，A項(xiàng)錯(cuò)誤。二、拓展應(yīng)用1．提示：細(xì)胞核和線粒體都是精子的重要結(jié)構(gòu)。其中，細(xì)胞核是遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存的場(chǎng)所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過(guò)程。線粒體是精子進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所，為精子的生存和運(yùn)動(dòng)提供能量。2．提示：精液是由精子和精清(精漿)兩部分組成的。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質(zhì)，因此，在一般情況下，精液中的精子無(wú)法獲能。只有在交配后精液進(jìn)入雌性動(dòng)物的生殖道時(shí)，由生殖道分泌產(chǎn)生一種物質(zhì)解除對(duì)精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動(dòng)物生殖道內(nèi)獲能的部位因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。海膽等動(dòng)物進(jìn)化出皮層反應(yīng)來(lái)阻止多精入卵。皮層由皮層顆粒組成，通常分布在沒(méi)有微絨毛結(jié)構(gòu)的卵細(xì)胞膜下方。當(dāng)精子進(jìn)入卵子時(shí)，皮層顆粒與卵細(xì)胞膜發(fā)生融合，顆粒內(nèi)容物被釋放到卵細(xì)胞膜和卵黃膜之間的區(qū)域——卵周隙，這些釋放物中有幾種蛋白質(zhì)在皮層顆粒反應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)精子與卵子發(fā)生細(xì)胞膜融合時(shí)，細(xì)胞膜融合處的卵子皮層顆粒與卵細(xì)胞膜發(fā)生融合，胞吐作用發(fā)生，皮層顆粒釋放物質(zhì)到卵周隙，使卵黃膜硬化，此時(shí)，卵黃膜改稱受精膜，其他精子不能再穿過(guò)受精膜。訓(xùn)練鞏固?課堂達(dá)標(biāo)1．次級(jí)卵母細(xì)胞的減數(shù)第二次分裂完成于 (

)A．排卵前，在卵巢內(nèi) B．受精前，在輸卵管內(nèi)C．排卵后，在腹腔內(nèi) D．受精時(shí)，在輸卵管內(nèi)解析：卵子的發(fā)生過(guò)程中，減數(shù)第一次分裂是在排卵前后完成的。減數(shù)第二次分裂是在精子和卵子結(jié)合過(guò)程中完成的，此過(guò)程發(fā)生在輸卵管內(nèi)。D

2．防止多精入卵的兩道屏障是 (

)①頂體反應(yīng)②透明帶反應(yīng)③卵細(xì)胞膜反應(yīng)④精子穿越放射冠A．①②

B．②③

C．③④

D．②④解析：透明帶反應(yīng)和卵細(xì)胞膜反應(yīng)是防止多精入卵的兩道屏障。B

3．關(guān)于胚胎發(fā)育的正確敘述是 (

)A．胚胎發(fā)育早期隨細(xì)胞不斷分裂體積增大B．在桑甚胚階段，胚胎內(nèi)