【課件】胚胎工程的理論基礎(chǔ)課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3_第1頁
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文檔簡介

2018年3月,地球上最后地球上最后一頭雄性北方白犀牛“在肯尼亞死亡。地球上剩下最后兩只雌性北方白犀牛。但研究人員設(shè)法保存了雄性北方白犀牛的精子。克隆北方白犀牛無性生殖北方白犀牛種群遺傳多樣性會很低試管動物第3節(jié)第1課時胚胎工程的理論基礎(chǔ)目錄CONTENTS胚胎工程的理論基礎(chǔ)一/受精1/胚胎早期發(fā)育2/新課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)1.簡述受精和胚胎早期發(fā)育的基本過程。2.說明胚胎的形成經(jīng)過了受精及早期發(fā)育等過程。1.生命觀念——從精子和卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)理解受精作用過程。2.科學(xué)思維——構(gòu)建模型分析早期胚胎發(fā)育中相關(guān)物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化。1978年世界首例試管嬰兒

露易絲.布朗1988年中國首例試管嬰兒鄭萌珠思考·討論相同:都通過有性生殖產(chǎn)生;都要在母體子宮內(nèi)發(fā)育形成胎兒。不同:受精作用在體外,在體外發(fā)育成早期胚胎進(jìn)行胚胎移植。思考1.試管嬰兒技術(shù)包括哪些操作步驟?思考2.試管嬰兒培育和正常懷孕有何異同?①體外受精②胚胎的早期培養(yǎng)③胚胎移植胚胎工程是指對生殖細(xì)胞、受精卵或早期胚胎細(xì)胞進(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物體內(nèi)生產(chǎn)后代,以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。1、操作對象:2、技術(shù)種類:3、工程實質(zhì):4、理論基礎(chǔ):動物生殖細(xì)胞、受精卵、早期胚胎細(xì)胞體外受精、胚胎移植、胚胎分割哺乳動物(體內(nèi))受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律在體外條件下,對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進(jìn)行的模擬操作。6、目的:生產(chǎn)后代,以滿足人類的各種需求。5、操作水平:主要集中在細(xì)胞水平上2.卵子的發(fā)生3.受精作用囊胚4.胚胎發(fā)育1.精子的發(fā)生受精卵每個生命的誕生,都始于一顆精子和一顆卵子的相遇。精卵結(jié)合的過程是什么?1、受精的場所?包括幾個階段?2、什么是精子獲能?精子獲能是指精子獲得能量嗎?獲能的方法?3、排出的卵子是成熟的卵細(xì)胞嗎?卵子成熟的場所?卵子發(fā)育至

哪個時期才具備受精的能力?4、防止多精入卵的屏障有哪些?受精的標(biāo)志?受精完成的標(biāo)志?

請同學(xué)們自主閱讀教材P56-57,思考下列問題。

卵巢卵巢輸卵管輸卵管子宮內(nèi)膜生殖道受精是精子與卵子結(jié)合形成合子(即受精卵)的過程,包括受精前的準(zhǔn)備階段和受精階段。受精在輸卵管內(nèi)完成受精過程受精前的準(zhǔn)備階段受精階段準(zhǔn)備階段1準(zhǔn)備階段2精子獲能卵子的準(zhǔn)備指精子和卵子結(jié)合形成合子(即受精卵)的過程。1.概念:3.過程:2.場所:輸卵管準(zhǔn)備階段受精階段準(zhǔn)備階段1:精子獲能準(zhǔn)備階段2:卵子的準(zhǔn)備精原細(xì)胞精子卵原細(xì)胞第一極體第二極體卵細(xì)胞1、準(zhǔn)備階段Ⅰ—精子獲能科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),剛剛排出的精子不能立即與卵子受精,必須在雌性動物的生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后,才能獲得受精能力,這一生理現(xiàn)象稱為“精子獲能”(1)精子獲能的方法①直接利用雌性動物的生殖道②培養(yǎng)在人工配制的獲能液,常見有效成分有Ca2+載體、肝素等。頭頸線粒體鞘尾頂體外形似蝌蚪,分頭、頸、尾三大部分精子頭的主要部分?頭部的頂體?精子的尾?線粒體鞘膜?(尾的基部)原生質(zhì)滴最后脫落細(xì)胞核中心體線粒體高爾基體細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)精子注:精子獲能實質(zhì)是指精子獲得受精“能力”,而不是獲得能量。(2)研究精子獲能機(jī)制的意義:實現(xiàn)了各種哺乳動物在體外條件下的獲能,為

的建立奠定了基礎(chǔ)。體外受精技術(shù)1、精母細(xì)胞在變成精子的過程中,很多結(jié)構(gòu)會消失,而細(xì)胞核與線粒體都保留了下來,請嘗試用你所了解的哺乳動物受精的相關(guān)知識來解釋這一現(xiàn)象。細(xì)胞核是遺傳物質(zhì)儲存的場所,決定后代的遺傳特性,它參與受精過程。拓展應(yīng)用《教材》P59線粒體是精子進(jìn)行有氧呼吸的主要場所,為精子的生存和運(yùn)動提供能量。精子獲能現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)張明覺1951年,他發(fā)現(xiàn)“精子獲能”的生理現(xiàn)象。同年,澳大利亞學(xué)者奧斯汀博士也在實驗中發(fā)現(xiàn)相同現(xiàn)象。國際生理學(xué)界把他們倆的研究成果命名為“張—奧原理”。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)解開了精卵受精之謎,為哺乳類卵子體外受精的成功,奠定了理論基礎(chǔ)。1959年,他首次成功地把兔子的精子和卵子在體外結(jié)合,再放回到兔子子宮里,體外受精的卵子發(fā)育正常,文章發(fā)表在1959年的《自然》雜志上。正是他的研究,促成了第一個試管嬰兒的誕生,因此,張明覺博士也被譽(yù)為“試管嬰兒的先驅(qū)”。卵子一般排出2-3小時后才能被精子穿入,不同動物排出的卵子成熟程度不同。卵原細(xì)胞初級卵母細(xì)胞次級卵母細(xì)胞馬、犬等少數(shù)哺乳動物排出的卵子是初級卵母細(xì)胞豬、羊等多數(shù)哺乳動物排出的卵子是次級卵母細(xì)胞馬、犬排卵豬、羊排卵2、準(zhǔn)備階段Ⅱ—卵子的準(zhǔn)備排出的卵子要在輸卵管內(nèi)發(fā)育到MⅡ(中)期時,才具備與精子受精的能力。發(fā)育具備受精能力的卵子結(jié)構(gòu)回顧:卵子的發(fā)生1.場所:在雌性動物的

內(nèi)完成。2.時期:動物的胚胎在

以后。卵巢性別分化原始卵泡成熟卵泡黃體次級卵母細(xì)胞正常情況下,一個卵巢中有多個卵泡,一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。排卵是指卵子從卵泡中排出。分裂過程不連續(xù),有兩次暫停。透明帶是包裹在卵母細(xì)胞外的一層基質(zhì),就像蛋殼,化學(xué)本質(zhì)是糖蛋白,由卵細(xì)胞或其他細(xì)胞分泌。1、可保護(hù)卵母細(xì)胞和早期胚胎;2、保護(hù)人類卵子和精子間的識別,防止其他物種精子進(jìn)入;3、當(dāng)精子與透明帶結(jié)合后,可以發(fā)生反應(yīng)更利于精子鉆入卵子;4、當(dāng)一個精子進(jìn)入后,透明帶會阻止其他精子再進(jìn)入。透明帶變薄或者缺失,會表現(xiàn)為不孕,可以采用顯微注射方式來改善卵子的正常受精率,獲得更多可利用胚胎,提高妊娠幾率。3、受精階段

精子穿越卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu),如透明帶精子的頂體釋放多種酶溶解膜外結(jié)構(gòu)

精子接觸卵細(xì)胞膜透明帶反應(yīng)精子觸及卵細(xì)胞的瞬間,透明帶會迅速發(fā)生生理反應(yīng),阻止后來的精子進(jìn)入透明帶精子入卵

精子形成雄原核、卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ,釋放第二極體,形成雌原核卵細(xì)胞膜反應(yīng)精子入卵后,卵細(xì)胞膜會立即發(fā)生生理反應(yīng),拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)精子入卵后,尾部脫離,原有的核膜破裂并形成一個新的核膜,最后形成一個比原來精子的核還大的核—雄原核(受精的標(biāo)志)防止多精入卵的兩個屏障雄原核雌原核第一極體第二極體雌、雄原核靠近核膜消失形成合子受精過程結(jié)束后,受精卵的分裂也就開始了雄原核雌原核第一極體第二極體形成含有兩個染色體組的合子,受精卵形成受精完成的標(biāo)志兩個極體雌雄原核受精的標(biāo)志受精的標(biāo)志:觀察到兩個極體或雌雄原核受精完成的標(biāo)志:雌雄原核的融合受精的標(biāo)志≠受精完成的標(biāo)志思考1:受精過程中卵子的哪些結(jié)構(gòu)發(fā)生生理反應(yīng)可以防止多精入卵?這有什么意義?阻止多精入卵有兩道屏障:第一道屏障是

,第二道屏障是

;其意義是保證受精卵中

與親代體細(xì)胞一致,從而保證遺傳的穩(wěn)定性。思考2:如何判斷卵子是否受精?思考3:精子與卵細(xì)胞的結(jié)合,體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有什么功能?受精完成的標(biāo)志是?體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有

的功能。透明帶反應(yīng)卵細(xì)胞膜反應(yīng)遺傳物質(zhì)觀察到兩個極體或雌、雄原核雌、雄原核融合形成合子雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來的核,而是在原來細(xì)胞核的基礎(chǔ)上形成的新核,原核膜已破裂。細(xì)胞間進(jìn)行信息交流受精精子獲能受精前的準(zhǔn)備卵子準(zhǔn)備剛排出的精子必需在雌性動物的生殖道發(fā)生相應(yīng)生理變化后,才能獲得受精能力,這一現(xiàn)象稱為“精子獲能”卵子排出后需要在輸卵管中進(jìn)一步成熟,到MⅡ期,才具備與精子受精的能力精子獲能的方法:利用雌性動物的生殖道;將精子培養(yǎng)到獲能液(Ca2+載體、肝素等)中使其獲能精子穿過卵細(xì)胞外結(jié)構(gòu)精子接觸卵細(xì)胞膜精子入卵形成雄原核;卵子釋放第二極體后,形成雌原核雌雄原核靠近核膜消失卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ輸卵管精子入卵激活后發(fā)生場所?發(fā)生時間?1、受精過程的順序為(

)①第一次卵裂開始②雌、雄原核相向移動,彼此靠近,核膜消失,形成受精卵

③精子釋放出多種酶,溶解卵細(xì)胞膜外的一些結(jié)構(gòu)④

卵細(xì)胞膜外的透明帶發(fā)生反應(yīng),阻止后來的精子進(jìn)入透明帶⑤

雌、雄原核的形成 A.①③④⑤② B.③④②⑤① C.④⑤①③② D.③④⑤②①D受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進(jìn)行有絲分裂,開始發(fā)育。受精卵卵裂桑葚胚囊胚原腸胚1、場所:1、早期胚胎發(fā)育的場所?胚胎發(fā)育過程主要包括哪幾個階段?2、卵裂期胚胎總體積變化?有機(jī)物總量變化?有機(jī)物種類的變化?

3、囊胚階段內(nèi)細(xì)胞團(tuán)會發(fā)育成什么?滋養(yǎng)層呢?4、什么是孵化?

孵化的意義?請同學(xué)們自主閱讀教材P58,完成下列問題。

胚胎發(fā)育早期,有一段時間在透明帶內(nèi)進(jìn)行,細(xì)胞的數(shù)量不斷增加,但胚胎的總體積并不增加,這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。(1)卵裂受精卵2細(xì)胞4細(xì)胞8細(xì)胞桑葚胚囊胚項目變化細(xì)胞數(shù)目物質(zhì)種類DNA總量每個細(xì)胞內(nèi)的DNA總量有機(jī)物總量每個細(xì)胞體積增多減小增多不變減少增多2.主要階段及特點(3)囊胚特點:結(jié)構(gòu):細(xì)胞開始分化內(nèi)細(xì)胞團(tuán)滋養(yǎng)層細(xì)胞—發(fā)育成胎兒的各種組織—已分化,只能發(fā)育成胎膜和胎盤內(nèi)細(xì)胞團(tuán)囊胚腔滋養(yǎng)層透明帶未分化,具有全能性,可作為胚胎干細(xì)胞來源02囊胚植入子宮內(nèi)膜,稱為著床。2.主要階段及特點—羊水環(huán)境囊胚腔桑葚胚(2)桑葚胚:當(dāng)卵裂產(chǎn)生的子細(xì)胞逐漸形成致密的細(xì)胞團(tuán),形似桑葚時,這時的胚胎稱為桑葚胚。桑葚胚通常有32個細(xì)胞左右。每一個細(xì)胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能,屬于全能細(xì)胞。2.主要階段及特點二桑葚胚囊胚胚胎進(jìn)一步發(fā)育,細(xì)胞逐漸分化。透明帶內(nèi)細(xì)胞團(tuán)聚集在胚胎一端的細(xì)胞形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來發(fā)育成胎兒的各種組織滋養(yǎng)層沿透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列的細(xì)胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤囊胚腔隨著胚胎的進(jìn)一步發(fā)育,胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的腔囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大,會導(dǎo)致透明帶破裂,胚胎從其中伸展出來,這一過程叫作孵化。孵化(3)囊胚孵化非常重要,如果不能正常孵化,胚胎就無法繼續(xù)發(fā)育。(4)原腸胚囊胚孵化后,將發(fā)育形成原腸胚。原腸胚表面的細(xì)胞層為外胚層,向內(nèi)遷移的細(xì)胞形成內(nèi)胚層。隨著發(fā)育的進(jìn)行,一部分細(xì)胞還會在內(nèi)、外兩個胚層之間形成中胚層。這三個胚層將逐漸分化形成各種組織、器官等,最終形成胎兒。2.主要階段及特點——出現(xiàn)胚層分化內(nèi)細(xì)胞團(tuán)表層的細(xì)胞。外胚層內(nèi)胚層內(nèi)細(xì)胞團(tuán)下方的細(xì)胞衍生形成。中胚層內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞經(jīng)過變化插到內(nèi)外胚層形成。原腸腔內(nèi)胚層包圍的囊腔。(4)原腸胚小結(jié)和拓展:胚胎發(fā)育vs個體發(fā)育全能細(xì)胞細(xì)胞分化幼體繼續(xù)分化出生發(fā)育性成熟個體孵化卵裂期胚胎發(fā)育胚后發(fā)育個體發(fā)育內(nèi)細(xì)胞團(tuán)滋養(yǎng)層細(xì)胞囊胚腔外胚層中胚層內(nèi)胚層(原腸腔)思考?討論不同動物受精卵發(fā)育的比較不同動物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時間有明顯的差異。請分析下表,討論相關(guān)問題。動物種類受精卵發(fā)育的時間/h進(jìn)入子宮時受精卵的發(fā)育天數(shù)和發(fā)育階段2細(xì)胞4細(xì)胞8細(xì)胞16細(xì)胞桑葚胚天發(fā)育階段小鼠24~3838~5050~6060~7068~803桑葚胚綿羊36~38424867~72963~416細(xì)胞豬21~5151~6666~7290~110110~1142~2.54~6細(xì)胞馬2430~3650~607298~1066囊胚牛27~4244~6546~9096~120120~1444~58~16細(xì)胞討論1.表中哪種動物的胚胎在進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高?馬的胚胎進(jìn)入子宮時,發(fā)育程度最高,它處于囊胚階段。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?小鼠應(yīng)選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進(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,在實踐中通常發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移植。思考?討論不同動物受精卵發(fā)育的比較討論3.為什么說關(guān)于

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