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選擇性必修三
第二章 第3節胚胎工程（第1課時）
學習目標
01
02
回顧受精作用的過程
掌握受精和早期胚胎發育的基本過程
從社會中來
我國對奶類的總需求量很大，但與奶業發達的國家相比，我國奶牛的單產水平還存在一定差距。奶牛品種是影響產奶量的主要因素之一，而引進一頭成年奶牛往往需要數萬元，高昂的價格使得靠大量引進優良品種來提高產量不太可行。能不能讓引進的優良奶牛快速、大量繁殖呢？遺憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產一頭犢牛，一生約生育四五次。如何解決這個難題呢？
可以通過體外受精、胚胎分割等技術獲得多個良種奶牛的胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。
良種荷斯坦奶牛
胚胎工程是指對 、 或 進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的 到雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術包括 、 和 等。
胚胎工程
1.操作對象：
2.技術種類：
3.工程實質：
4.理論基礎：
動物生殖細胞、受精卵、早期胚胎細胞
體外受精、胚胎移植、胚胎分割
哺乳動物受精和早期胚胎發育的規律
在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發育條件進行的模擬操作。
生殖細胞
受精卵
早期胚胎細胞
胚胎移植
體外受精
胚胎移植
胚胎分割
一、受精
（一）概念：
受精是_______和__________結合形成_________的過程
精子
卵子
合子
（二）場所：
輸卵管內
（三）過程：
包括___________________和__________。
受精前的準備階段
受精階段
1.準備階段1—精子獲能
（1）概念：
剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在_________________發生_______________后，才能獲得受精能力，這一生理現象稱為“精子獲能”
雌性動物的生殖道
相應的生理變化
（2）研究精子獲能機制的意義：
實現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
體外受精技術
頭
頸
線粒體鞘
尾
成熟精子結構和幾種主要家畜的精子示意圖
一、受精
透明帶
卵細胞膜
核
第一極體
具備受精能力的卵子結構
2.準備階段2—卵子的準備
（1）卵子一般在排出________后才能被精子穿入
（2）動物排出的卵子成熟程度不同：
有的可能是________________，如馬、犬等；
有的可能是________________，如豬、羊等；
（3）卵子成熟的場所：
排出的卵子都要在__________進一步成熟
（4）卵子具備與精子受精能力的時期： 。
2-3h
初級卵母細胞
次級卵母細胞
輸卵管內
MⅡ
一、受精
3.受精階段：
精子穿越卵細胞膜外的結構，如透明帶
釋放出多種酶，以溶解這些結構
精子接觸卵細胞膜
透明帶反應
精子形成雄原核、卵子完成減數分裂Ⅱ，釋放第二極體，形成雌原核
精子入卵
卵細胞膜反應
精子觸及卵細胞膜的瞬間，透明帶會迅速發生生理反應，阻止后來的精子進入透明帶
精子入卵后，卵細胞膜會立即發生生理反應，拒絕其他精子再進入卵內
防止多精入卵的兩個屏障
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，叫做雄原核。
雄原核
雌原核
放出第二極體
第一極體
一、受精
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵。
第一次卵裂即將開始
受精的標志：
觀察到兩個極體或雌、雄原核。
受精完成的標志：
雌雄原核形成合子
雌雄原核充分發育后，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。受精過程結束后，受精卵的發育也就開始了。
多數哺乳動物的第一極體不進行減數分裂Ⅱ，因而不會形成兩個第二極體，觀察到的兩個極體為第一極體+第二極體；
一、受精
受精卵細胞質中的遺傳物質主要來自母方,細胞核中的遺傳物質（即染色體）一半來自父方,一半來自母方。
【例1】下列過程發生在受精過程中的是( )
①精子與卵子接觸,釋放多種酶
②精子釋放的酶可使精子穿過透明帶、卵細胞膜
③卵子恢復分裂并很快完成了減數分裂Ⅰ
④精子和卵子的細胞核分別形成雄原核和雌原核
⑤透明帶反應可以防止多精入卵的發生
A.①②⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②④⑤
B
典例研析
【例2】下列有關受精作用的敘述,錯誤的是 ( )
A.合子中全部的遺傳物質,一半來自父方,一半來自母方
B.受精時,精子和卵子的染色體匯合在一起
C.合子中的染色體數與本物種體細胞中的染色體數相同
D.合子中的染色體,一半來自父方,一半來自母方
A
典例研析
（一）場所：輸卵管和子宮原腸胚受精卵卵裂桑葚胚囊胚原腸胚（二）過程：二、胚胎早期發育1.卵裂
（1）概念：
胚胎發育早期，有一段時間是在 內進行分裂，細胞數量 ，胚胎總體積 ，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂
（2）場所：
透明帶內
（3）分裂方式：
有絲分裂
（4）特點：
細胞數量-------------，胚胎總體積________
每個細胞體積____________
DNA總數目___________
每個細胞的核DNA數目_________
有機物總量_________，有機物種類________
不斷增加
并不增加
不斷減小
不斷增加
不變
減少
增加
二、胚胎早期發育
透明帶
并不增加
不斷增加
胚胎沒有和母體建立聯系,不能從母體獲取有機物,而一直有呼吸消耗,有機物總量減少。
2.桑葚胚
（1）概念：
當卵裂產生的子細胞逐漸形成 ，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。
（2）特點：
這一階段及之前的每一個細胞都具有發育成完整胚胎的潛能，屬于 。
3.囊胚
（1）概念：
胚胎進一步發育，細胞開始出現____，形成________、______；隨著胚胎進一步發育，胚胎內部出現了含有_______ 的囊腔—_________，這個時期的胚胎叫做囊胚；
分化
內細胞團
滋養層
液體
囊胚腔
（2）特點：
細胞開始出現分化
二、胚胎早期發育
致密的細胞團
全能細胞
內細胞團
囊胚腔
滋養層
其中內細胞團細胞具有全能性,而滋養層細胞不具有全能性。
（3）結構
內細胞團
囊胚腔
滋養層
內細胞團：
滋養層：
囊胚腔：
將來發育成胎兒的各種組織
含有液體的腔
將來發育成胎膜和胎盤
（4）孵化：
囊胚進一步擴大，會導致_______破裂，胚胎從_______中________，這一過程叫做孵化
透明帶
伸展出來
透明帶
①概念：
②意義：
孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無法繼續發育
4.原腸胚
結構
外胚層：
內胚層：
中胚層：
表面的細胞層
向內遷移的細胞
內外兩個胚層之間
逐漸分化形成各種組織、器官等
二、胚胎早期發育
原腸胚
【例3】下列關于哺乳動物早期胚胎發育的敘述,正確的是 ( )
A.合子形成后立即進入子宮內進行有絲分裂
B.卵裂時隨著細胞數目的增加,胚胎總體積增大
C.桑葚胚階段前的每個細胞都屬于全能細胞
D.內細胞團將來發育成胎盤和胎膜
典例研析
C
【例4】下圖為哺乳動物早期胚胎發育的過程示意圖,下列有關敘述錯誤的是 ( )
A.過程a和b使胚胎中有機物的含量減少
B.Ⅰ時期胚胎中的細胞具有全能性
C.細胞分化開始于Ⅲ時期
D.圖示過程中,部分細胞中的遺傳物質可能發生改變
C
典例研析
不同動物受精卵發育的比較
不同動物受精卵發育及其進入子宮的時間有明顯的差異。請分析下表，討論相關問題
幾種動物受精卵發育及其進入子宮的時間
動物種類 受精卵發育的時間/h 進入子宮時受精卵的發育天數和發育階段 2細胞 4細胞 8細胞 16細胞 桑葚胚 天 發育階段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
綿羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16細胞
豬 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6細胞
馬 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16細胞
注：馬牛為排卵后時間，其他動物為交配后時間
討論：
1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發育程度最高？
馬的胚胎進入子宮時，發育程度最高，它處于囊胚階段
2.將體外培養的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應選擇至少發育到什么階段的？如果換成牛又該怎樣處理？
小鼠應選擇至少發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育率和妊娠率，在實踐中通常發育到囊胚階段的胚胎進行移植；
3.為什么說關于動物的體內受精和胚胎發育的而研究，會為胚胎工程提供理論基礎？
人們正是在認識自然受精和早期胚胎發育的規律的基礎上，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，獲能的精子和培養成熟的卵子能在試管中完成受精，獲得的受精卵能在人工培養條件下繼續發育等
動物種類 受精卵發育的時間/h 進入子宮時受精卵的發育天數和發育階段 2細胞 4細胞 8細胞 16細胞 桑葚胚 天 發育階段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
綿羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16細胞
豬 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6細胞
馬 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16細胞
一、受精
1.準備階段1—精子獲能
2.準備階段2—卵子的準備
3.受精階段
二、胚胎早期發育
1.卵裂
2.桑葚胚
3.囊胚
4.原腸胚
胚胎工程小結
一、胚胎工程的概念
1．操作對象： 、 或 細胞。
2．技術手段： 、 和 等。
3．實質：在體外條件下，對動物 和 條件進行的模擬操作。
二、胚胎工程的理論基礎
（一）受精
1．概念：精子與卵子結合形成 的過程。
2．場所：哺乳動物的受精在 內完成。
課堂小結
生殖細胞
受精卵
早期胚胎
體外受精
胚胎移植
胚胎分割
自然受精
早期胚胎發育
合子(即受精卵)
輸卵管
課堂小結
3．過程
（1）受精前的準備階段：
① ：剛剛排出的精子，不能立即與卵子受精，必須在雌性動物生殖道發生相應的生化后，才能獲得 能力。
② ：卵子要在 內進一步成熟，達到 （減數第二次分裂中期）時，才具備與精子受精的能力。
（2）受精階段：①精子釋放多種酶，溶解卵細胞膜外的結構。
②精子 ，發生 反應，阻止 。 ③精子 ，發生 反應，阻止 。 ④在卵細胞中形成 ，排出 。 ⑤雌雄原核 ，形成受精卵。
精子獲能
受精
卵子的準備
輸卵管
MII期
接觸卵細胞膜
透明帶
后來精子的進入
入卵
卵細胞膜
多精入卵
雌、雄原核
第二極體
融合
課堂小結
4．防止多精入卵受精的生理反應有兩道屏障：
一是 反應，二是 反應。
意義：防止多精入卵，保證受精卵中遺傳物質與親代體細胞一致，從而保證遺傳的穩定性。
5．受精的標志：觀察到 或在 的間隙可以觀察到 。
6.受精完成的標志： 。
透明帶
卵細胞膜
雌、雄原核
卵細胞膜和透明帶
兩個極體
雌雄原核融合
受精卵
卵裂期
桑葚胚
囊胚（內含囊胚腔）
原腸胚（內含原腸腔）
胎兒形成
外胚層
中胚層
內胚層
：在透明帶內進行有絲分裂，細胞數量不斷增加，但胚胎總體積并不增加，或略有減少。
：由全能細胞構成，細胞數在32個左右，排列緊密，形似桑葚
內細胞團：發育成胎兒各組織
滋養層細胞：發育成胎膜和胎盤
：最初在輸卵管進行有絲分裂
胚胎發育小結
主要特點：
孵化
課堂小結
（二）胚胎早期發育：
1. 場所： 。
2. 分裂方式： .
過程： 。
（1）卵裂期：細胞在 內中進行 ，細胞的數量 ，胚胎總體積 。
（2）桑葚胚：胚胎細胞 左右，這個階段及之前的每一個細胞都具有 。
（3）囊胚：細胞開始 ，包括 （將來發育成胎兒的各種組織）和 （將來發育成胎膜和胎盤），出現 。囊胚從透明帶中伸展出來稱為 。
（4）原腸胚：出現 ，包括 。
輸卵管和子宮內
有絲分裂
受精卵 → 桑葚胚 → 囊胚 → 原腸胚 → 胎兒形成
輸卵管
有絲分裂
增加
并不增加
32個
發育成完整胚胎的潛能
分化
內細胞團
滋養層細胞
囊胚腔
孵化
胚層分化
外胚層、中胚層和內胚層
一、概念檢測
1. 判斷下列有關哺乳動物的表述是否正確。
(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合，而卵子一經排出就具備受精能力。( )
(3) 精子入卵后，卵細胞膜會發生反應阻止其他精子入卵。 ( )
2. 下列有關哺乳動物早期胚胎發育的敘述，錯誤的是 ( )
A. 在桑葚胚階段，胚胎的內部開始出現含有液體的腔
B. 胚胎干細胞是一類未分化的細胞，可以從早期胚胎中分離獲得
C. 桑葚胚的細胞一般都具有全能性，囊胚的細胞逐漸分化
D. 受精卵早期分裂時，胚胎中細胞數目不斷增加，但胚胎的總體積并不增加
練習與應用P59
×
×
√
A
二、拓展應用
1. 精母細胞在變成精子的過程中，很多結構會消失，而細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知識來解釋這一現象。
答案：細胞核和線粒體都是精子的重要結構。其中，細胞核是遺傳物質儲存的場所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過程。線粒體是精子進行有氧呼吸的主要場所，為精子的生存和運動提供能量。
練習與應用P59
2. 精子在雌性動物的生殖道內是如何獲能的？除了教材中介紹的，防止多精入卵的機制還有哪些？感興趣的話，請通過查閱相關資料或請教專家來進行了解。關于受精作用，你還能提出其他問題嗎？
內容主要涉及防止多精入卵的兩道重要屏障：透明帶反應和卵細胞膜反應。它們分別發生在精子穿越透明帶觸及卵細胞膜的瞬間及精子入卵之后。
生殖道對精子具有初步的篩選作用，在經過雌性動物生殖道的一些屏障后，只有少數活動力強的精子能到達受精部位；在精子和卵細胞識別后會發生一些反應，如卵細胞表面的精子識別受體很快發生分子修飾，使后來的精子表面的卵細胞結合蛋白不能識別受體等。
練習與應用P59
謝謝

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