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第3節(jié) 胚胎工程
第1課時(shí) 胚胎工程的理論基礎(chǔ)
高中生物學(xué) | 人教版（2019）| 選擇性必修3·生物技術(shù)與工程
本節(jié)聚焦：
胚胎形成經(jīng)過(guò)了哪些過(guò)程？
受精和早期胚胎發(fā)育的基本過(guò)程是怎樣的？
良種荷斯坦奶牛
可以通過(guò)體外受精、胚胎分割等技術(shù)獲得多個(gè)良種奶牛的胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。
從社會(huì)中來(lái)
你能想出什么方法來(lái)擴(kuò)大良種荷斯坦奶牛種群的數(shù)量呢
培育克隆牛可以達(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
要想獲得在遺傳多樣性上具有更大優(yōu)勢(shì)的后代，你能想出其他繁育方法嗎
閱讀教材“從社會(huì)中來(lái)”了解我國(guó)在奶牛生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，思考以下問(wèn)題：
“克隆”屬于無(wú)性生殖，后代的遺傳多樣性低。
克隆技術(shù)、體外受精
一
1.概念：
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，以滿足人類的各種需求
操作對(duì)象
目的
2.常用技術(shù)：
3.操作水平：
主要集中在細(xì)胞水平上
哺乳動(dòng)物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律
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。
4.工程實(shí)質(zhì):
5.理論基礎(chǔ):
體外受精、 胚胎移植、 胚胎分割等
一、胚胎工程的概念
1
受精
2
胚胎早期發(fā)育
二、 胚胎工程的理論基礎(chǔ)
（一）受精
1.概念:
指精子和卵子結(jié)合形成合子(即受精卵)的過(guò)程。
體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能：
體現(xiàn)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
2.場(chǎng)所:
在自然條件下，哺乳動(dòng)物的受精在輸卵管內(nèi)
3.過(guò)程:
進(jìn)行細(xì)胞間信息交流
具有一定的流動(dòng)性
二、 胚胎工程的理論基礎(chǔ)
準(zhǔn)備階段Ⅰ:精子獲能
準(zhǔn)備階段Ⅱ:卵子的準(zhǔn)備
哺乳動(dòng)物的輸卵管內(nèi)。
受精前的準(zhǔn)備階段
受精階段
精子的結(jié)構(gòu)
頭
頸
線粒體鞘
頂體
尾
變形
（高爾基體）
（中心體）
資料1：精細(xì)胞變形為精子的過(guò)程中：精子的頭部幾乎只保留了細(xì)胞核；部分細(xì)胞質(zhì)變成了精子的頸部和尾部；大部分細(xì)胞質(zhì)及多數(shù)細(xì)胞器被丟棄；全部線粒體被保留下來(lái)，并主要集中在尾的基部。你怎樣解釋這一現(xiàn)象
細(xì)胞核
高爾基體
細(xì)胞質(zhì)
線粒體
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。
哺乳動(dòng)物的精子在離開(kāi)雄性生殖道時(shí)，尚不具備受精的能力，必須在雌性生殖道內(nèi)進(jìn)行某種生理上的準(zhǔn)備，發(fā)生一系列的生理變化后，才能獲得受精能力，此現(xiàn)象稱為精子獲能。
上述事實(shí)說(shuō)明什么？
【資料2】張明覺(jué)，美籍華人、生殖生物學(xué)家，被科學(xué)界譽(yù)為“試管嬰兒之父”和“避孕藥之父”。1951年張教授在做兔的體外受精實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn):
放入的精子 卵子受精的情況
附睪取出 未受精
剛排出的精子 未受精
母兔生殖道內(nèi)取出 受精
4.受精前的準(zhǔn)備階段
（1）準(zhǔn)備階段Ⅰ: 精子獲能
①精子獲能的原因：
（不是獲得能量）
剛剛排出的精子不能立即與卵子受精
③精子獲能的方法：
a.直接利用雌性動(dòng)物生殖道使精子獲能。
b.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(dòng)物種類不同而有差異，常見(jiàn)的有效成分有肝素、Ca2+載體等。
②精子獲能的實(shí)質(zhì)：
獲得受精能力
④研究意義:
實(shí)現(xiàn)了各種哺乳動(dòng)物在體外條件下的獲能，為體外受精技術(shù)的建立奠定了基礎(chǔ)。
卵原細(xì)胞
初級(jí)卵母細(xì)胞
第一極體
第二極體
第二極體
第二極體
間期
減Ⅰ
減Ⅱ
退化消失
卵細(xì)胞
次級(jí)卵母細(xì)胞
分裂過(guò)程不連續(xù)，有兩次暫停
①胚胎在性別分化后：
②青春期（初情期）：
③精卵細(xì)胞的結(jié)合：
繼續(xù)分裂，形成次級(jí)卵母細(xì)胞時(shí)被排出卵泡，在輸卵管發(fā)育至MⅡ期停止
完成減數(shù)第二次分裂
開(kāi)始減數(shù)第一次分裂，
形成初級(jí)卵母細(xì)胞
卵子成熟場(chǎng)所
知識(shí)回顧
（2）準(zhǔn)備階段2——卵子的準(zhǔn)備
（2）準(zhǔn)備階段2——卵子的準(zhǔn)備
動(dòng)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。
初級(jí)卵母細(xì)胞
次級(jí)卵母細(xì)胞
②卵子的成熟
MⅡ期
若卵子處于MⅡ時(shí)期，沒(méi)有精子與其受精會(huì)如何？
那么MⅡ后面的減數(shù)分裂將沒(méi)有辦法進(jìn)行，之后會(huì)被排出體外。
卵原細(xì)胞
初級(jí)卵母細(xì)胞
次級(jí)卵母細(xì)胞
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
①準(zhǔn)備的原因：
輸卵管
成熟場(chǎng)所：
成熟時(shí)期：
精子穿越卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu)，如透明帶
精子釋放的多種酶溶解
精子接觸卵細(xì)胞膜
透明帶反應(yīng)
觸及卵細(xì)胞膜瞬間，透明帶迅速發(fā)生生理反應(yīng)，阻止后來(lái)的精子進(jìn)入透明帶
精子入卵
①精子形成雄原核
②卵子完成減Ⅱ，排出第二極體，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)
精子入卵尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個(gè)新的核膜
防止多精入卵的兩個(gè)屏障
5.受精階段
（1）過(guò)程
雌、雄原核靠近，核膜消失。形成受精卵開(kāi)始發(fā)育。
受精的標(biāo)志 ：
兩個(gè)極體
雌雄原核
雌雄原核形成合子
①精子形成雄原核
②卵子完成減Ⅱ，排出第二極體，形成雌原核
受精完成的標(biāo)志：
觀察到兩個(gè)極體或雌雄原核
5.受精階段
（1）過(guò)程
（2）防止多精入卵的意義
保證受精卵中遺傳物質(zhì)與親代體細(xì)胞一致，從而保證遺傳的穩(wěn)定性。
受精卵的核基因是精子和卵子各占一半，受精卵的質(zhì)基因幾乎全部來(lái)自卵子。
（二）胚胎早期發(fā)育
1、場(chǎng)所：輸卵管、子宮2、過(guò)程：（二）胚胎早期發(fā)育受精卵2細(xì)胞胚4細(xì)胞胚8細(xì)胞胚桑葚胚囊胚原腸胚卵裂期在透明帶內(nèi)進(jìn)行分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，胚胎總體積不增加，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。卵裂期分裂方式：項(xiàng)目變化細(xì)胞數(shù)目胚胎的總體積每個(gè)細(xì)胞體積DNA總量每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA總量有機(jī)物總量增加減小增多不變減少不增加有絲分裂02（二）胚胎早期發(fā)育受精卵2細(xì)胞胚4細(xì)胞胚8細(xì)胞胚桑葚胚囊胚原腸胚桑葚胚桑葚胚特點(diǎn)：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。02細(xì)胞數(shù)目達(dá)到32個(gè)，排列緊密，形似桑葚。（二）胚胎早期發(fā)育受精卵2細(xì)胞胚4細(xì)胞胚8細(xì)胞胚桑葚胚囊胚原腸胚囊胚特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：細(xì)胞開(kāi)始分化內(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——發(fā)育成胎膜和胎盤內(nèi)細(xì)胞團(tuán)囊胚腔滋養(yǎng)層囊胚透明帶孵化：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)，這一過(guò)程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就無(wú)法繼續(xù)發(fā)育。02（二）胚胎早期發(fā)育已發(fā)生細(xì)胞分化細(xì)胞未分化，具有全能性，胚胎干細(xì)胞主要來(lái)源——內(nèi)含液體受精卵2細(xì)胞胚4細(xì)胞胚8細(xì)胞胚桑椹胚囊胚原腸胚原腸胚逐漸分化形成各種組織、器官等表面的細(xì)胞層向內(nèi)遷移的細(xì)胞內(nèi)外兩個(gè)胚層之間中胚層：外胚層：內(nèi)胚層：原腸胚——出現(xiàn)胚層分化（二）胚胎早期發(fā)育囊胚腔
外胚層
內(nèi)胚層
中胚層
原腸腔
表皮及其附屬結(jié)構(gòu)
神經(jīng)系統(tǒng)和感覺(jué)器官
循環(huán)系統(tǒng)
脊索
真皮
消化道上皮
呼吸道上皮
腺體
肌肉
內(nèi)臟器官外膜
泌尿系統(tǒng)
生殖系統(tǒng)
各種組織器官系統(tǒng)
個(gè)體
(4)原腸胚
幼體
繼續(xù)分化
出生發(fā)育
性成熟個(gè)體
孵化
卵裂期
胚胎發(fā)育
受精卵
2細(xì)胞胚
4細(xì)胞胚
8細(xì)胞胚
桑葚胚
囊胚
原腸胚
全能細(xì)胞
細(xì)胞分化
胚后發(fā)育
個(gè)體發(fā)育
（二）胚胎早期發(fā)育
內(nèi)細(xì)胞團(tuán)
滋養(yǎng)層
囊胚腔
內(nèi)胚層
中胚層
外胚層
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？
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
注：馬牛為排卵后時(shí)間，其他動(dòng)物為交配后時(shí)間
動(dòng)物種類 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 24~38 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(xì)胞
豬 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6細(xì)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(xì)胞
思考·討論 不同動(dòng)物受精卵發(fā)育的比較
注：馬牛為排卵后時(shí)間，其他動(dòng)物為交配后時(shí)間
動(dòng)物種類 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 24~38 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(xì)胞
豬 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6細(xì)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(xì)胞
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？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)踐中通常發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移植。
注：馬牛為排卵后時(shí)間，其他動(dòng)物為交配后時(shí)間
動(dòng)物種類 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 24~38 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(xì)胞
豬 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6細(xì)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(xì)胞
3.為什么說(shuō)關(guān)于動(dòng)物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的而研究，會(huì)為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)？
人們正是在認(rèn)識(shí)自然受精和早期胚胎發(fā)育的規(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中完成受精，獲得的受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等
課堂小結(jié)
胚胎工程的理論基礎(chǔ)
受精
胚胎早期發(fā)育
場(chǎng)所
輸卵管和子宮
過(guò)程
桑葚胚
胎兒形成
囊胚
（內(nèi)含囊胚腔）
原腸胚
（內(nèi)含原腸腔）
受精卵
概念
場(chǎng)所
過(guò)程
準(zhǔn)備階段
精子獲能
卵子的準(zhǔn)備
受精階段
精卵接觸
精子入卵
原核形成
合子形成
知識(shí)拓展
四 、背景資料


(一)精子獲能現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及其意義
1951年，美籍華人生殖生物學(xué)家張明覺(jué)和澳大利亞生物學(xué)家?jiàn)W斯汀(C.R.Austin) 在研究
哺乳動(dòng)物體外受精時(shí)，分別發(fā)現(xiàn)兔和大鼠剛剛排出的精子或由附睪取出的精子，都不能立即與卵 子受精，必須在雌性生殖道內(nèi)停留一段時(shí)間后才具備受精能力。這一現(xiàn)象說(shuō)明，哺乳動(dòng)物的精子 在離開(kāi)雄性生殖道時(shí)，尚不具備受精的能力，必須在雌性生殖道內(nèi)進(jìn)行某種生理上的準(zhǔn)備，發(fā)生 一系列的生理變化后，才能獲得受精能力，此現(xiàn)象稱為精子獲能。精子獲能現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為哺乳動(dòng) 物體外受精奠定了理論基礎(chǔ)，使科學(xué)家很快弄清了精子獲能的機(jī)制，并且找到了使精子在體外獲 能的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了多種哺乳動(dòng)物精子在體外條件下的獲能。
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
精子獲能的機(jī)理是什么？
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
精子獲能的機(jī)理是什么？
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
精子獲能的機(jī)理是什么？
知識(shí)拓展
精子獲能的機(jī)理是什么？
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
卵泡在卵巢內(nèi)是如何發(fā)育的？
知識(shí)拓展
卵泡在卵巢內(nèi)是如何發(fā)育的？
知識(shí)拓展
卵泡在卵巢內(nèi)是如何發(fā)育的？
知識(shí)拓展
知識(shí)拓展
什么是透明帶？
有何作用？
知識(shí)拓展
精、卵是如何相互識(shí)別和相互激活的？
知識(shí)拓展
哺乳動(dòng)物受精過(guò)程精子的尾部會(huì)進(jìn)入卵細(xì)胞嗎？
知識(shí)拓展

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