胚胎工程的理論基礎(chǔ)高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第三節(jié)胚胎工程的理論基礎(chǔ)從精子和卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)理解受精作用過程。生命觀念構(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。科學(xué)思維認(rèn)同胚胎工程理論基礎(chǔ)的建立和發(fā)展，推動人類及動物胚胎工程事業(yè)發(fā)展。社會責(zé)任核心素養(yǎng)簡述受精和胚胎早期發(fā)育的基本過程。-01-說明胚胎的形成經(jīng)過了受精及早期發(fā)育等過程。-02-認(rèn)同胚胎工程理論基礎(chǔ)的建立和發(fā)展。-03-課標(biāo)要求截至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。研究人員設(shè)法保存了北方白犀牛的精子。到社會中去你能想出什么方法來拯救北方白犀牛，擴(kuò)大其種群數(shù)量呢？通過體外受精、胚胎分割等技術(shù)獲得多個良種白犀牛的胚胎，然后移植給代孕母犀牛產(chǎn)下后代。北方白犀牛1.培育克降?？梢赃_(dá)到快速繁育的目的。如果繁育成功，這樣的種群在遺傳多樣性上與自然種群有何區(qū)別?到社會中去2.要想獲得在遺傳多樣性上具有更大優(yōu)勢的后代，你能想出其他繁育方法嗎？“克隆”屬于無性生殖。后代的遺傳多樣性低。可以通過模擬有性生殖，進(jìn)行體外受精，培育試管動物。胚胎工程“通過模擬有性生殖，進(jìn)行體外受精，培育試管動物?！边@項(xiàng)技術(shù)屬于胚胎工程的范疇。什么是胚胎工程？胚胎工程技術(shù)包括哪些方面？概念胚胎工程是指對

、

或早期

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。

受精、

移植和

分割等。生殖細(xì)胞受精卵胚胎技術(shù)體外胚胎胚胎胚胎工程的許多技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是在體外條件下，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。因此，了解哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律十分重要。理論基礎(chǔ)哺乳動物受精早期胚胎發(fā)育的規(guī)律受精在初中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過“受精”的有關(guān)概念。那么什么是“受精”？概念在自然條件下，哺乳動物的受精在

內(nèi)完成。受精是

與

結(jié)合形成

(即受精卵)的過程。包括：受精前的準(zhǔn)備階段和受精階段。精子卵子合子輸卵管場所+精子和卵子精子由哪些部分組成？精子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與其功能有什么相關(guān)性？精子比卵子小得多，它頭部的長度只有4~5um。卵子是哺乳動物體內(nèi)最大的細(xì)胞，直徑約140um。這樣的結(jié)構(gòu)，有什么意義？相關(guān)資料自然條件下，哺乳動物的受精是在輸卵管內(nèi)完成的。在進(jìn)行體外受精操作時，需要對精子和卵母細(xì)胞進(jìn)行怎樣的處理？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。動物排出的卵子成熟程度不同，可能是初級卵母細(xì)胞，也可能是次級卵母細(xì)胞，它們需要成熟后才具備受精的能力。分析原因準(zhǔn)備階段一精子獲能SPERMCANBEENERGIZED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”。聯(lián)會，形成四分體染色體復(fù)制體積增大精原細(xì)胞初級精母細(xì)胞次級精母細(xì)胞精細(xì)胞精子精子的形成線粒體鞘精子的變形頂體的發(fā)生尾的發(fā)育精子頭出現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)濃縮精子形成原生質(zhì)滴精子的變形精子細(xì)胞變形中的主要變化：細(xì)胞核——精子頭的主要部分高爾基體——頭部的頂體細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)——原生質(zhì)滴（最后脫落）中心體——精子的尾線粒體——線粒體鞘精子獲能通過對精子獲能機(jī)制的研究，科學(xué)家找到了使精子在體外獲能的方法，實(shí)現(xiàn)了各種哺乳動物精子在體外條件下的獲能。直接方法間接方法直接利用雌性動物的生殖道使精子獲能。將精子培養(yǎng)在人工配制的獲能液中使其獲能等。獲能液的成分因動物種類不同而有所差異，常見的有效成分有肝素、Ca2載體等。準(zhǔn)備階段二卵子獲能THEEGGISENERGIZED科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：卵子一般在排出2～3h后才能被精子穿入。動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初級卵母細(xì)胞，如馬、大等；有的可能是次級卵母細(xì)胞，如豬、羊等。但它們都要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，到了MII期時，才具備與精子受精的能力。受精階段FERTILIZATIONSTAGE經(jīng)過前面的兩個準(zhǔn)備階段，接下來就可以進(jìn)入受精階段，以完成受精了。而在受精過程中，精子還要面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，以便順利進(jìn)入卵子，完成融合。思考·回答閱讀教材P57有關(guān)“受精階段”部分的內(nèi)容，思考、回答以下問題：1.受精時，精子依次穿過了哪些結(jié)構(gòu)？2.防止多精入卵的機(jī)制有哪些？3.精子入卵后，它的結(jié)構(gòu)發(fā)生了哪些變化？受精過程精子穿越透明帶精子接觸卵細(xì)胞膜精子釋放出多種酶，以溶解卵細(xì)胞膜外結(jié)構(gòu)精子進(jìn)入卵細(xì)胞雌、雄原核形成透明帶發(fā)生的阻止精子進(jìn)入的生理反應(yīng)卵細(xì)胞膜發(fā)生的阻止精子進(jìn)入的生理反應(yīng)雄原核精子脫尾，核膜重構(gòu)雌原核卵子完成減數(shù)分裂釋放第二極體透明帶反應(yīng)卵細(xì)胞膜反應(yīng)防止“多精入卵”受精過程1.受精時，精子依次穿過了哪些結(jié)構(gòu)？2.防止多精入卵的機(jī)制有哪些？3.精子入卵后，精子和卵子結(jié)構(gòu)發(fā)生了哪些變化？透明帶、卵細(xì)胞膜透明帶反應(yīng)、卵細(xì)胞膜反應(yīng)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，叫作雄原核。同時，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。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。之后將開始第一次“卵裂”。重點(diǎn)提醒1.雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來的核，而是在原來細(xì)胞的基礎(chǔ)上形成的新核。2.對于受精的標(biāo)志和受精完成的標(biāo)志是不同的。第二極體的形成(或雌、雄原核的形成)。雌、雄原核形成合子。受精過程的完成，標(biāo)志著受精卵發(fā)育的開始。受精的標(biāo)志受精完成的標(biāo)志問題思考1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵細(xì)胞？2.排卵是指卵細(xì)胞從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵細(xì)胞。是指卵細(xì)胞從卵泡中排出。問題思考3.剛排出的卵是成熟的卵細(xì)胞嗎？它在母體的什么部位與精子受精？剛排出的卵細(xì)胞尚未完全成熟，僅完成第一次減數(shù)分裂。需要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，直到減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子結(jié)合完成受精過程。排出的卵細(xì)胞是在輸卵管內(nèi)與精子受精的。問題思考4.產(chǎn)生卵子的過程是否都發(fā)生在卵巢中？否。減II過程是在輸卵管中。5.精子細(xì)胞變成精子的過程中，細(xì)胞中很多結(jié)構(gòu)會消失，而細(xì)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？細(xì)胞核內(nèi)有遺傳物質(zhì)。線粒體負(fù)責(zé)提供能量。精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘，是精子維持生存和運(yùn)動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機(jī)”。胚胎早期發(fā)育EARLYEMBRYONICDEVELOPMENTSTAGE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。胚胎發(fā)育早期，有一段時間是在透明帶內(nèi)進(jìn)行分裂，受精卵的早期分裂稱為卵裂，有以下特點(diǎn)：細(xì)胞的數(shù)量不斷增加，胚胎的總體積并不增加。卵裂期細(xì)胞分裂方式細(xì)胞數(shù)目每個細(xì)胞體積胚胎總體積有機(jī)物總量有機(jī)物種類DNA總數(shù)目有絲分裂增加減小略有減小減少減少增加原腸胚桑葚胚囊胚早期胚胎根據(jù)胚胎形態(tài)的變化，可將早期發(fā)育的胚胎分為以下幾個階段。胚胎進(jìn)一步發(fā)育，胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的腔，叫做囊胚腔，此時叫作囊胚。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，此時稱為桑葚胚。囊胚孵化后，將發(fā)育形成原腸胚。含有三個胚層。桑葚胚桑葚胚的結(jié)構(gòu)示意圖由具有全能性細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞數(shù)目在32個左右，排列緊密。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，此時胚胎被稱為桑葚胚。定義特點(diǎn)囊胚胚胎進(jìn)一步發(fā)育，細(xì)胞逐漸分化。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)聚集在胚胎一端，屬于胚胎干細(xì)胞，具有全能性，發(fā)育成胎兒的各種組織。沿透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列的細(xì)胞，稱為滋養(yǎng)層細(xì)胞，將來發(fā)育成胎膜和胎盤。滋養(yǎng)層囊胚的結(jié)構(gòu)示意圖囊胚囊胚腔隨著胚胎的進(jìn)一步發(fā)育，胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)的含有液體的腔。該時期的胚胎就是“囊胚”。囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，此過程叫孵化。孵化囊胚的結(jié)構(gòu)示意圖原腸胚囊胚孵化后，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。一部分細(xì)胞在內(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。三胚層細(xì)胞分化回顧細(xì)胞分化的概念。細(xì)胞分化指在個體發(fā)育中，由一種相同的細(xì)胞類型經(jīng)細(xì)胞分裂后逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異、產(chǎn)生不同細(xì)胞類群的過程。概念思考討論表中哪種動物的胚胎在進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高？幾種動物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時間表將體外培養(yǎng)的馬胚胎移植到母馬子宮時，應(yīng)選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？思考討論表中哪種動物的胚胎在進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高？幾種動物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時間表馬的胚胎進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高，其次為小鼠。在實(shí)踐中，通常也用發(fā)育到囊胚階段的牛胚胎進(jìn)行移植。將體外培養(yǎng)的馬胚胎移植到母馬子宮時，應(yīng)選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？思考討論幾種動物受精卵發(fā)育及其進(jìn)入子宮的時間表馬應(yīng)選擇囊胚階段的胚胎。胚胎發(fā)育為什么說關(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)合本節(jié)內(nèi)容舉例說明。胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解哺乳動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。例如，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。知識小結(jié)精子穿越放射冠和透明帶→進(jìn)入卵細(xì)胞膜→原核形成→融合受精過程胚胎發(fā)育受精卵→2細(xì)胞期→4細(xì)胞期→8細(xì)胞期→桑葚胚→囊胚→原腸胚→胎兒胚胎發(fā)育1.下列有關(guān)哺乳動物受精的敘述，正確的是(

)A.卵細(xì)胞膜反應(yīng)是防止多精入卵的第一道屏障B.產(chǎn)生卵細(xì)胞的最終場所是輸卵管C.在自然條件下,受精在子宮中完成D.受精卵中含有一個染色體組B胚胎發(fā)育2.下列關(guān)于哺乳動物受精和胚胎早期發(fā)育的敘述，正確的是(

)A.雌性動物排卵后遇精子即完成受精B.胚胎發(fā)育至囊胚時即已開始了細(xì)胞分化，這是由于基因開始進(jìn)行選擇性表達(dá)C.受精卵早期分裂時，胚胎中每個細(xì)胞的體積都增加D.哺乳動物的胚胎早期發(fā)育過程是：受精卵→卵裂→囊胚→桑葚胚→原腸胚B胚胎發(fā)育3.下圖表示某種哺乳動物受精及早期胚胎發(fā)育的部分過程。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.圖1中各細(xì)胞內(nèi)的DNA分子數(shù)目不同B.圖2和圖3中的極體都將繼續(xù)分裂C.桑葚胚孵化后，將發(fā)育形成圖4結(jié)構(gòu)D.圖1到圖4的過程發(fā)生在輸卵管和子宮中D胚胎發(fā)育4.下列關(guān)于受精過程的敘述，錯誤的是(

)