胚胎工程的理論基礎(chǔ)-高二下學期生物選擇性必修三

2.3胚胎工程一、胚胎工程的理論基礎(chǔ)資料一：截至2018年3月，北方白犀牛僅剩兩頭雌性，難以通過自然繁育產(chǎn)生后代資料二：研究人員設(shè)法保存了北方犀牛的精子可通過什么方法來擴大其種群數(shù)量？胚胎工程：是指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，以滿足人類的各種需求。操作對象：生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞技術(shù)手段：體外受精、胚胎移植、胚胎分割等工程實質(zhì)：在體外條件下，對動物自然受精和早期胎發(fā)育條件進行的模擬操作受精1.受精的概念：是精子與卵子結(jié)合形成合子的過程，包括受精前的準備階段和受精階段。精原細胞第一階段第二階段第三階段精原細胞初級精母細胞初級精母細胞次級精母細胞N精細胞N精細胞N精子有絲分裂①染色體復制②MⅠ

分裂③

MⅡ

分裂④

變形⑤精子的產(chǎn)生精子的產(chǎn)生精子的產(chǎn)生細胞核：高爾基體：中心體：線粒體：其它物質(zhì)：精子頭部的主要部分頭部的頂體精子的尾線粒體鞘原生質(zhì)滴哺乳動物成熟的精子外形似蝌蚪，分頭、頸和尾三部分。牛豬綿羊馬精子的產(chǎn)生不同種動物精子的形態(tài)相似，大小略有不同，與動物體型大小無關(guān)。細胞核是遺傳物質(zhì)儲存和復制的場所，是后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結(jié)構(gòu)會消失，而細胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？問題討論:線粒體則是精子有氧呼吸產(chǎn)生能量的場所。精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘，可以為精子的運動提供能量，使其能夠到達卵子處完成受精。場所時間過程雌性動物的卵巢胎兒性別分化到生殖機能衰退胎兒期和初情期后兩個階段卵子的產(chǎn)生卵原細胞胎兒期卵原細胞初級卵母細胞有絲分裂①染色體復制②卵子的產(chǎn)生排卵小知識：牛剛出生時，每側(cè)卵巢大約含有15萬個卵泡，出生后能夠發(fā)育成成熟排卵的卵泡只有200個左右，一生產(chǎn)生犢牛4~5頭，所以卵母細胞的利用率很低，這正是胚胎工程要研究解決的問題之一。卵原細胞胎兒期初情期后卵原細胞初級卵母細胞初級卵母細胞有絲分裂染色體復制MⅠ

分裂③受精MⅡ分裂④次級卵母細胞透明帶卵細胞膜+第一極體合子第二極體+卵子的產(chǎn)生馬牛排卵排卵1、一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？2、排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡

從卵巢中排出？3、剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的

什么部位與精子受精？剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成減數(shù)第一次分裂，需要在輸卵管內(nèi)進一步成熟到減數(shù)第二次分裂中期。正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子指卵子從卵泡中排出。問題討論:排卵排出的卵子是在輸卵管內(nèi)與精子受精的項目精子的發(fā)生卵子的發(fā)生區(qū)別場所時間過程特點結(jié)果相同點精子和卵子發(fā)生的比較原始生殖細胞的增殖方式為有絲分裂生殖細胞的成熟過程為減數(shù)分裂成熟過程中染色體均經(jīng)過一次復制和細胞兩次分裂，子細胞中染色體數(shù)目減半睪丸的曲細精管卵巢初情期開始到生殖機能衰退胎兒期到生殖機能衰退①MⅠ分裂和MⅡ分裂是連續(xù)的②需要變形③細胞質(zhì)均等分裂①MⅠ分裂和MⅡ分裂是不連續(xù)的②不需要變形③細胞質(zhì)不均等分裂1個精原細胞形成4個精子細胞1個卵原細胞形成1個卵細胞精子和卵子發(fā)生的易錯點分析性原細胞（精原細胞和卵原細胞）與精子和卵子的產(chǎn)生方式不同。性原細胞經(jīng)有絲分裂產(chǎn)生；精子（卵子）是由精（卵）原細胞經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生。剛排出的卵子尚未成熟，有的可能是初級卵母細胞，如馬；有的可能是次級卵母細胞，如羊、豬等。多數(shù)哺乳動物的第一極體不分裂，只能受精后在卵細胞膜和透明帶之間觀察到兩個極體。小知識：牛剛出生時，每側(cè)卵巢大約含有15萬個卵泡，出生后能夠發(fā)育成成熟排卵的卵泡只有200個左右，一生產(chǎn)生犢牛4~5頭，所以卵母細胞的利用率很低，這正是胚胎工程要研究解決的問題之一。受精概念場所過程精子和卵子結(jié)合形成合子（受精卵）的過程輸卵管受精階段準備階段①準備階段1：精子獲能即精子必須在雌性動物生殖道內(nèi)發(fā)生相應(yīng)生理變化后，才能獲得受精能力的現(xiàn)象。張明覺，美籍華人，生殖生物學家、育種學家和避孕藥的創(chuàng)始人。1951年發(fā)現(xiàn)“精子獲能”現(xiàn)象，被人們譽為“試管嬰兒”的先驅(qū)。A.使精子獲能的方法有直接利用雌性動物生殖道使精子獲能；將精子培養(yǎng)在人工配制的獲能液中使其獲能等。B.獲能液的成分因動物種類不同而有差異，常見的有效成分有肝素、Ca2+載體等。（3）過程：1.受精一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)準備階段準備階段2--卵子的準備在輸卵管中發(fā)育到減數(shù)第二次分裂的中期，才具備與精子受精的能力。受精階段精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)（如透明帶）獲能后的精子釋放出多種酶，以溶解卵細胞膜外的一些結(jié)構(gòu)，同時借助自身的運動接觸卵細胞膜精子接觸卵細胞膜精子觸及卵細胞膜的瞬間，會發(fā)生透明帶翻譯，這是防止多精入卵受精的第一道屏障精子入卵精子入卵后，發(fā)生卵細胞膜反應(yīng)，卵細胞反應(yīng)膜是防止多精入卵受精的第二道屏障雌、雄原核形成精入卵后形成雄原核，同時卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ形成雌原核合子的形成雌、雄原核融合形成合子（受精卵）觀察到兩個極體是受精的標志A.精子穿越細胞膜外的結(jié)構(gòu)精子發(fā)生頂體反應(yīng)，使頂體內(nèi)的酶(頂體酶)釋放出來，直接溶解卵丘細胞之間的物質(zhì)，形成精子穿越通路。頂體酶將透明帶溶出一條孔道，精子借自身運動穿越透明帶。②受精階段（3）過程：1.受精一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)A.精子穿越細胞膜外的結(jié)構(gòu)精子觸及卵細胞膜的瞬間，發(fā)生透明帶反應(yīng)，阻止多精入卵。精子與卵細胞膜接觸時，立即被微絨毛抱合，精子外膜與卵細胞膜融合，精子入卵。B.精子接觸卵細胞膜，進入卵細胞②受精階段（3）過程：1.受精一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)A.精子穿越細胞膜外的結(jié)構(gòu)C.雌雄原核形成B.精子接觸卵細胞膜，進入卵細胞精子入卵后形成雄原核；同時卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，釋放第二極體后，形成雌原核精子入卵后，發(fā)生卵細胞膜反應(yīng)，阻止多精入卵。精子入卵后，原有核膜破裂，形成新的核膜，最后形成一個比原來精子核還大的核，叫做雄原核。精子入卵后，激活卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體后，形成雌原核。②受精階段（3）過程：1.受精一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)A.精子穿越細胞膜外的結(jié)構(gòu)C.雌雄原核形成D.雌雄原核融合形成受精卵B.精子接觸卵細胞膜，進入卵細胞精子入卵后形成雄原核；同時卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，釋放第二極體后，形成雌原核雌、雄原核靠近核膜消失，第一次卵裂即將開始雄、雌原核充分發(fā)育后，相向移動，彼此靠近，核膜消失。這個含有兩個染色體組的合子就是受精卵。受精過程結(jié)束后，受精卵的發(fā)育也就開始了。②受精階段（3）過程：1.受精一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)精子入卵后形成雄原核；同時卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，釋放第二極體后，形成雌原核精子穿越細胞膜外的結(jié)構(gòu)雌、雄原核靠近核膜消失，第一次卵裂即將開始②受精階段總結(jié)（3）過程：1.受精一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)受精階段精子穿越卵細胞膜外的結(jié)構(gòu)（如透明帶）獲能后的精子釋放出多種酶，以溶解卵細胞膜外的一些結(jié)構(gòu)，同時借助自身的運動接觸卵細胞膜精子接觸卵細胞膜精子觸及卵細胞膜的瞬間，會發(fā)生透明帶反應(yīng)，這是防止多精入卵受精的第一道屏障精子入卵精子入卵后，發(fā)生卵細胞膜反應(yīng)，卵細胞膜反應(yīng)是防止多精入卵受精的第二道屏障雌、雄原核形成精子入卵后形成雄原核，同時卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ形成雌原核合子的形成雌、雄原核融合形成合子（受精卵）觀察到兩個極體是受精的標志②受精階段（3）過程：1.受精一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)課堂練習C1.如圖為精子的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖。下列有關(guān)精子發(fā)生的敘述中，不正確的是()A.精子發(fā)生是連續(xù)的，開始于初情期B.圖中①是由高爾基體發(fā)育形成的C.發(fā)育形成圖中④的細胞器在植物細胞中不存在D.精子的遺傳物質(zhì)存在于圖中的②和③2.下列與卵子形成和排卵有關(guān)的敘述，正確的是()A.卵子形成時的減Ⅰ和減Ⅱ過程都在卵巢中完成B.卵子形成時的減Ⅰ和減Ⅱ過程是連續(xù)進行的C.排卵是指卵泡從卵巢中排出D.排卵排出的卵子是未成熟的卵子DB人卵細胞受精到受精卵卵裂后植入的過程受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚2.胚胎早期發(fā)育一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚（1）卵裂期①細胞分裂方式是__________

②細胞數(shù)目_____③胚胎總體積____________________④每個細胞的體積______⑤胚胎總有機物_____⑥胚胎總DNA數(shù)______⑦每個細胞具有___________________有絲分裂增加不增加或略有減小減小減小增加發(fā)育的全能性（2）桑葚胚：子細胞形成致密的細胞團，形似桑葚。每個細胞具有全能性，屬于全能性細胞。2.胚胎早期發(fā)育一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚卵裂期（3）囊胚：①細胞開始出現(xiàn)分化③滋養(yǎng)層將來發(fā)育成胎盤和胎膜②內(nèi)細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織。④囊胚進一步發(fā)育，胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的囊腔——囊胚腔。囊胚進一步擴大會導致透明帶破裂破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫做孵化。2.胚胎早期發(fā)育一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)受精卵2細胞胚4細胞胚8細胞胚桑葚胚囊胚原腸胚卵裂期（4）原腸胚囊胚孵化后，內(nèi)細胞團表層的細胞形成外胚層，下方的細胞形成內(nèi)胚層，出現(xiàn)由內(nèi)胚層包圍的空腔叫做原腸腔。由原腸胚的三個胚層進一步發(fā)育為不同的組織、器官、系統(tǒng)2.胚胎早期發(fā)育一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)2.胚胎早期發(fā)育一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)（4）原腸胚動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進入子宮時受精卵的發(fā)育天數(shù)和發(fā)育階段2細胞4細胞8細胞16細胞桑裝胚天發(fā)育階段小鼠24~3838?5050?6060?7068?803桑葚胚綿羊36~38424867?72963~416細胞豬21?5151-6666~7290-110110-1142~2.54~6細胞馬2430?3650?607298-1066囊胚牛27~4244?6546?9096-120120-1444?58~16細胞不同動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關(guān)問題。幾種動物受精卵發(fā)育及其進入子宮的時間表。：不同動物受精卵發(fā)育的比較注：馬、牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間。一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)討論1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高？討論2.將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應(yīng)選擇至少發(fā)育到什么階段的胚胎?如果換成牛又該怎樣處理？討論3.為什么說關(guān)于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)?請結(jié)合所學習的內(nèi)容舉例說明。胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解了哺乳動物在自然條件下受精和胚胎早期發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。人們正是在認識了這些自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟，精子能在體外完成獲能，獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子能在試管內(nèi)完成受精，獲得的受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等。比較而言，馬的胚胎進入子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。小鼠應(yīng)選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8~16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植。一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)：不同動物受精卵發(fā)育的比較拓展了解——胚胎發(fā)育和個體發(fā)育一.胚胎工程的理論基礎(chǔ)注意點：高等動物的個體發(fā)育過程包括胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育，胚胎發(fā)育的起點是受精卵，終點是成熟的胎兒；胎兒出生后的發(fā)育過程屬于胚后發(fā)育。因此，高等動物個體發(fā)育的起點是受精卵子，終點是性成熟的個體。中胚層其一，公畜一次排出幾億個精子到母畜的生殖道內(nèi)，可大大提高受精的概率，是動物為