【生物】胚胎工程的理論基礎(chǔ)課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第二章動(dòng)物細(xì)胞工程第1節(jié)胚胎工程的理論基礎(chǔ)（第一課時(shí)）目錄/CONTENTS01受精02早期胚胎的發(fā)育03習(xí)題檢測(cè)04學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.概述動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)的含義及類(lèi)型。2.簡(jiǎn)述動(dòng)物體細(xì)胞核移植的基本過(guò)程。3.說(shuō)出體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景。二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的過(guò)程（1）為什么選擇卵母細(xì)胞作為核移植受體細(xì)胞？①體積大，易操作②含有激活細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)③卵黃多，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富。卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會(huì)對(duì)克隆動(dòng)物的性狀有影響。生物的性狀不僅與遺傳物質(zhì)有關(guān)，還受環(huán)境等因素的影響。（2）從遺傳物質(zhì)的角度來(lái)分析，為什么克隆動(dòng)物和供體動(dòng)物并不是100%的復(fù)制？新課導(dǎo)入我國(guó)對(duì)奶類(lèi)的總需求量很大，但我國(guó)奶牛的單產(chǎn)水平并不高。而引進(jìn)一頭外國(guó)高產(chǎn)成年奶牛往往需要數(shù)萬(wàn)元。能不能讓引進(jìn)的良種奶牛快速、大量繁殖呢?遺憾的是，牛的生育率很低！但克隆技術(shù)又不夠成熟，克隆動(dòng)物可能存在健康問(wèn)題良種荷斯坦奶牛

核移植技術(shù)進(jìn)行克隆可以通過(guò)體外受精（有性生殖）、胚胎分割等技術(shù)獲得多個(gè)良種奶牛胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。胚胎工程技術(shù)！胚胎工程的發(fā)展歷程1.胚胎工程的概念胚胎工程是指對(duì)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(dòng)物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類(lèi)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。操作對(duì)象技術(shù)種類(lèi)工程實(shí)質(zhì)理論基礎(chǔ)動(dòng)物生殖細(xì)胞、受精卵、早期胚胎細(xì)胞體外受精、胚胎移植、胚胎分割在體外條件下，對(duì)動(dòng)物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進(jìn)行的模擬操作。哺乳動(dòng)物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律目錄01一、受精一、受精精原細(xì)胞大量精原細(xì)胞初級(jí)精母細(xì)胞次級(jí)精母細(xì)胞精細(xì)胞精子有絲分裂染色體復(fù)制及相關(guān)蛋白質(zhì)合成細(xì)胞變形第一階段第二階段第三階段減數(shù)分裂Ⅰ減數(shù)分裂Ⅱ2.時(shí)期：初情期(相當(dāng)于人的青春期)→生殖機(jī)能衰退1.場(chǎng)所：睪丸（曲細(xì)精管）3.精子的結(jié)構(gòu)：頭頸線粒體鞘尾巴頂體（主要是細(xì)胞核）（為精子運(yùn)動(dòng)提供能量）（由中心體演變而來(lái)）不同種動(dòng)物精子的形態(tài)相似，大小略有不同，與動(dòng)物的體型大小無(wú)關(guān)。精子的形成過(guò)程一、受精思考：精母細(xì)胞在變成精子的過(guò)程中，很多結(jié)構(gòu)會(huì)消失，而細(xì)胞核與線粒體都保留了下來(lái)，請(qǐng)嘗試用你所了解的哺乳動(dòng)物受精的相關(guān)知識(shí)來(lái)解釋這一現(xiàn)象。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。細(xì)胞核和線粒體都是精子的重要結(jié)構(gòu)。一、受精卵子的形成過(guò)程卵細(xì)胞的形成是一個(gè)不連續(xù)的過(guò)程卵泡中的卵母細(xì)胞在排卵前都處于減數(shù)分裂Ⅰ前期一、受精知識(shí)回顧：必修2第2章第1節(jié)P27一、受精指精子和卵子結(jié)合形成合子（即受精卵）的過(guò)程。1.概念：3.過(guò)程：2.場(chǎng)所：自然條件下，哺乳動(dòng)物的受精作用在輸卵管內(nèi)完成準(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)備細(xì)胞間的信息交流（細(xì)胞膜上的糖蛋白有識(shí)別作用）細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性①精卵相互識(shí)別的體現(xiàn)細(xì)胞膜什么功能：②精卵融合的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：一、受精1、準(zhǔn)備階段①—精子獲能剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在雌性動(dòng)物的生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才能獲得受精能力，這一生理現(xiàn)象稱(chēng)為“精子獲能”。（1）概念：!!注：精子獲能實(shí)質(zhì)是指精子獲得受精“能力”，不是獲得能量。1、直接利用雌性動(dòng)物的生殖道2、培養(yǎng)在人工配制的獲能液（2）使精子獲能的方法：（常見(jiàn)的有效成分有：肝素、Ca2+載體等）（3）研究精子獲能機(jī)制的意義：實(shí)現(xiàn)了各種哺乳動(dòng)物精子在體外條件下的獲能，為體外受精技術(shù)的建立奠定了重要基礎(chǔ)。一、受精張明覺(jué)，美籍華人，生殖生物學(xué)家、育種學(xué)家和避孕藥的創(chuàng)始人。1951年發(fā)現(xiàn)“精子獲能”現(xiàn)象，為哺乳動(dòng)物體外受精奠定了理論墓礎(chǔ)。由于他在體外受精和胚胎移植研究中作出的重大貢獻(xiàn)，被人們譽(yù)為“試管嬰兒”的先驅(qū)。精子獲能的原因精子獲能的原因：精液由精子和精漿組成，精漿中含有抑制精子獲能的物質(zhì)，只有精子進(jìn)入雌性動(dòng)物的生殖道后，由生殖道分泌產(chǎn)生相關(guān)物質(zhì)解除對(duì)精子的抑制，才能使精子獲得受精的能力。一、受精2、準(zhǔn)備階段②—卵子的準(zhǔn)備原始卵泡成熟卵泡黃體次級(jí)卵母細(xì)胞排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？正常情況下，一個(gè)卵巢中有多個(gè)卵泡，一個(gè)卵泡只能形成一個(gè)成熟的卵子。排卵：卵子從卵泡中排出一、受精2、準(zhǔn)備階段②—卵子的準(zhǔn)備卵子一般排出2-3小時(shí)后才能被精子穿入，不同動(dòng)物排出的卵子成熟程度不同卵原細(xì)胞初級(jí)卵母細(xì)胞馬、犬排卵豬、羊排卵發(fā)育馬、犬等少數(shù)哺乳動(dòng)物排出的是初級(jí)卵母細(xì)胞豬、羊等多數(shù)哺乳動(dòng)物排出的是次級(jí)卵母細(xì)胞次級(jí)卵母細(xì)胞MⅡ期卵母細(xì)胞一、受精2、準(zhǔn)備階段②—卵子的準(zhǔn)備具備受精能力的卵子結(jié)構(gòu)透明帶卵細(xì)胞膜核（紡錘體—染色體復(fù)合物）第一極體★排出的卵子要在輸卵管內(nèi)發(fā)育到MⅡ期時(shí)，才具備與精子受精的能力。一、受精3、受精作用獲能后的精子與卵子在輸卵管相遇釋放多種酶溶解卵細(xì)胞膜外的一些結(jié)構(gòu)（如透明帶）借助精子自身運(yùn)動(dòng)精子接觸卵細(xì)胞膜第1步：精子穿越卵細(xì)胞膜外結(jié)構(gòu)一、受精3、受精作用第2步：透明帶反應(yīng)在精子觸及卵細(xì)胞膜的瞬間，卵細(xì)胞膜外面的透明帶會(huì)迅速發(fā)生生理反應(yīng)阻止后來(lái)的精子進(jìn)入透明帶透明帶反應(yīng)是阻止多精入卵的第一道屏障第3步：精子入卵精子外膜與卵細(xì)胞膜融合，精子入卵。一、受精3、受精作用第4步：卵細(xì)胞膜發(fā)生生理反應(yīng)精子入卵后卵細(xì)胞膜會(huì)立即發(fā)生生理反應(yīng)拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)。卵細(xì)胞膜反應(yīng)阻止多精入卵的第二道屏障思考：防止多精入卵的意義？維持各種生物親子代體細(xì)胞染色體數(shù)目的穩(wěn)定。一、受精3、受精作用第5步：雌雄原核的形成①雄原核的形成：精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個(gè)新的核膜，形成一個(gè)比原來(lái)精子的核還大的核，叫做雄原核。②雌原核的形成：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。雄原核第一極體放出的第二極體卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ輸卵管精子入卵激活后發(fā)生場(chǎng)所發(fā)生時(shí)間雌原核注意：雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來(lái)的核，而是在原來(lái)細(xì)胞核的基礎(chǔ)上形成的新核，原核膜已破裂。一、受精思考：為什么沒(méi)有出現(xiàn)三個(gè)第二極體？注意：多數(shù)哺乳動(dòng)物的第一極體不進(jìn)行減數(shù)分裂Ⅱ，因而不會(huì)形成兩個(gè)第二極體，因此，透明帶和卵細(xì)胞膜間隙觀察到的兩個(gè)極體為一個(gè)第一極體，一個(gè)第二極體。3、受精作用一、受精3、受精作用第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成雌、雄原核充分發(fā)育相向移動(dòng)，彼此靠近核膜消失，形成含有兩個(gè)染色體組的合子，受精卵形成雌、雄原核靠近核膜消失，第一次卵裂即將開(kāi)始（1）受精的標(biāo)志：a.觀察到兩個(gè)極體（透明帶和卵細(xì)胞膜之間）b.觀察到雌、雄原核。（2）受精完成的標(biāo)志：雌、雄原核融合形成合子一、受精3、受精作用思考：受精卵中遺傳物質(zhì)來(lái)源?①.細(xì)胞核遺傳物質(zhì)一半來(lái)源于精子，一半來(lái)源于卵子②.細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)幾乎全部來(lái)自于卵子一、受精3、受精作用獲能后的精子穿越透明帶精子觸及卵細(xì)胞膜的瞬間，發(fā)生透明帶反應(yīng)精子入卵后，發(fā)生卵細(xì)胞膜反應(yīng)形成雌原核和雄原核形成合子（受精卵）防止多精入卵的第一道防線防止多精入卵的第二道防線保證受精卵中的遺傳物質(zhì)與親代體細(xì)胞一致，從而保證了遺傳的穩(wěn)定性。受精完成的標(biāo)志受精的標(biāo)志（或者觀察到兩個(gè)極體）習(xí)題檢測(cè)(1)精子和卵子相遇結(jié)合形成受精卵的部位是輸卵管(

)(2)精子和卵子都需要經(jīng)過(guò)獲能才能進(jìn)行受精作用(

)(3)受精的標(biāo)志是觀察到兩個(gè)極體；受精完成的標(biāo)志是雌、雄原核融合形成合子(

)(4)動(dòng)物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中進(jìn)一步發(fā)育到MⅡ期才具備受精能力(

)√×√×本章小結(jié)（1）阻止多精入卵的兩道屏障：

第一道：

時(shí)間：

；

第二道：

時(shí)間：

。

（2）兩個(gè)標(biāo)志：

受精標(biāo)志：

；

受精完成標(biāo)志：

。（3）精子與卵細(xì)胞的結(jié)合，體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有

的功能？體現(xiàn)了細(xì)胞膜什么特性？

。精子觸及卵細(xì)胞膜的瞬間精子入卵后透明帶反應(yīng)卵細(xì)胞膜反應(yīng)觀察到兩個(gè)極體或者雌、雄原核雌、雄原核融合，形成合子（受精卵）進(jìn)行細(xì)胞間信息交流細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性目錄02二、胚胎的早期發(fā)育二、胚胎的早期發(fā)育次級(jí)卵母細(xì)胞受精2細(xì)胞期4細(xì)胞期8細(xì)胞期桑葚胚囊胚（1）場(chǎng)所：（2）分裂方式：受精卵卵裂桑葚胚囊胚原腸胚輸卵管和子宮有絲分裂

輸卵管（透明帶）子宮1、胚胎的早期發(fā)育二、胚胎的早期發(fā)育胚胎發(fā)育早期，有一段時(shí)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(chēng)為卵裂。受精卵2細(xì)胞4細(xì)胞8細(xì)胞桑葚胚囊胚①細(xì)胞數(shù)目不斷增加②胚胎總體積并不增加2、卵裂(2)分裂方式：有絲分裂(卵裂期)(1)場(chǎng)所：透明帶內(nèi)(3)卵裂的特點(diǎn)：項(xiàng)目變化細(xì)胞數(shù)目每個(gè)細(xì)胞體積DNA總量每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA總量有機(jī)物總量物質(zhì)種類(lèi)增多減小增多不變減少增多(細(xì)胞未分化)二、胚胎的早期發(fā)育3、早期胚胎發(fā)育的幾個(gè)階段（1）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(shí)，這時(shí)的胚胎稱(chēng)為桑葚胚。桑葚胚通常有32個(gè)細(xì)胞左右。桑葚胚桑葚★桑葚胚這一階段及之前每個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細(xì)胞。二、胚胎的早期發(fā)育3、早期胚胎發(fā)育的幾個(gè)階段（2）囊胚：特點(diǎn)：胚胎進(jìn)一步發(fā)育，細(xì)胞逐漸

。分化內(nèi)細(xì)胞團(tuán)滋養(yǎng)層囊胚腔透明帶內(nèi)細(xì)胞團(tuán)滋養(yǎng)層細(xì)胞囊胚腔——發(fā)育成胎兒的各種組織*(未分化）——發(fā)育成胎膜和胎盤(pán)*(已分化）結(jié)構(gòu)：——內(nèi)含液體（具有全能性，屬于全能細(xì)胞）（作為胎兒的各種鑒定）（聚集在胚胎一端的細(xì)胞）（沿透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列的細(xì)胞）囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大會(huì)導(dǎo)致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來(lái)的過(guò)程。孵化：如果不能正常孵化，胚胎就無(wú)法繼續(xù)發(fā)育。孵化的意義：二、胚胎的早期發(fā)育3、早期胚胎發(fā)育的幾個(gè)階段（3）原腸胚：特點(diǎn)：出現(xiàn)胚層分化結(jié)構(gòu)：逐漸分化形成各種組織、器官等內(nèi)胚層：外胚層：中胚層：原腸胚表面的細(xì)胞層向內(nèi)遷移的細(xì)胞內(nèi)外兩個(gè)胚層之間由內(nèi)胚層包圍的空腔叫做原腸腔囊胚孵化后，將發(fā)育形成原腸胚。二、胚胎的早期發(fā)育拓展：胚胎發(fā)育和個(gè)體發(fā)育二、胚胎的早期發(fā)育注意事項(xiàng)（1）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。（2）桑葚胚及以前的細(xì)胞均未分化，細(xì)胞全能性高，是胚胎分割的最佳時(shí)期。（3）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。（4）囊胚期細(xì)胞開(kāi)始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。（5）胚胎發(fā)育中的細(xì)胞分裂均為有絲分裂，原腸胚階段是個(gè)體發(fā)育中分化限度最大的階段，但細(xì)胞分化貫穿于生物體整個(gè)生命歷程中。習(xí)題檢測(cè)(1)胚胎發(fā)育早期的細(xì)胞分裂方式包括有絲分裂和減數(shù)分裂(

)(2)囊胚的滋養(yǎng)層細(xì)胞具有全能性(

)(3)胚胎發(fā)育過(guò)程中開(kāi)始分化的階段是原腸胚期(

)(4)囊胚內(nèi)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來(lái)發(fā)育成胎盤(pán)和胎膜(

)(5)胚胎發(fā)育的場(chǎng)所是輸卵管(

)×××××習(xí)題檢測(cè)1.判斷下列有關(guān)哺乳動(dòng)物的表述是否正確。(1)在自然條件下，受精在子宮中完成。()(2)精子需要獲能才能與卵子結(jié)合，而卵子一經(jīng)排出就具備受精能力。()(3)精子入卵后，卵細(xì)胞膜會(huì)發(fā)生反應(yīng)阻止其他精子入卵。()××√習(xí)題檢測(cè)2.下列有關(guān)哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的敘述，錯(cuò)誤的是()A.在桑椹胚階段，胚胎的內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)含有液體的腔B.胚胎干細(xì)胞是一類(lèi)未分化的細(xì)胞，可以從早期胚胎中分離獲得C.桑椹胚的細(xì)胞一般都具有全能性，囊胚的細(xì)胞逐漸分化D.受精卵早期分裂時(shí)，胚胎中細(xì)胞數(shù)目不斷增加，但胚胎的總體積并不增加A習(xí)題檢測(cè)下圖表示哺乳動(dòng)物胚胎早期發(fā)育過(guò)程的幾個(gè)階段，請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題（1）寫(xiě)出各個(gè)階段的名稱(chēng)：A.

；B.

；C.

。（2）寫(xiě)出圖中各標(biāo)號(hào)的名稱(chēng)：[①]

；[②]

；[③]

；[④]

。其中②能發(fā)育為胎兒的各種組織，表明其仍具有

。（3）A階段的細(xì)胞具有發(fā)育上的全能性，B階段的細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)

，B時(shí)期中的①將來(lái)發(fā)育成______________，該胚進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致③的破裂，這一過(guò)程叫做_______。桑葚胚囊胚原腸胚滋養(yǎng)層內(nèi)細(xì)胞團(tuán)透明帶囊胚腔全能性分化胎盤(pán)和胎膜孵化二、胚胎的早期發(fā)育思考：不同動(dòng)物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時(shí)間有明顯的差異。請(qǐng)分析下表，討論相關(guān)問(wèn)題。幾種動(dòng)物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時(shí)間動(dòng)物種類(lèi)受精卵發(fā)育的時(shí)間/h進(jìn)入子宮時(shí)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1、表中哪種動(dòng)物的胚胎在進(jìn)入子宮時(shí)發(fā)育程度最高？比較而言，馬的胚胎進(jìn)入子宮時(shí)，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。二、胚胎的早期發(fā)育2.將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時(shí)，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(shí)踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移植。幾種動(dòng)物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時(shí)間動(dòng)物種類(lèi)受精卵發(fā)育的時(shí)間/h進(jìn)入子宮時(shí)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)胞二、胚胎的早期發(fā)育3.為什么說(shuō)關(guān)于動(dòng)物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會(huì)為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)?請(qǐng)結(jié)合所學(xué)習(xí)的內(nèi)容舉例說(shuō)明。胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解了哺乳動(dòng)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(shí)現(xiàn)的。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。本章小結(jié)受精精子獲能受精前的準(zhǔn)備卵子準(zhǔn)備MⅡ期具備受精能力雌性動(dòng)物的生殖道或培養(yǎng)到獲能液(肝素或Ca2+載體)中精子穿過(guò)卵細(xì)胞外結(jié)構(gòu)精子接