第2章　细胞工程\n第3节　胚胎工程\n课标要求核心素养1．理解受精的过程。(生命观念、科学思维)2．根据哺乳动物胚胎早期发育过程图，理解胚胎发育过程及各时期的特点。(生命观念、科学思维)3．分析体外受精技术的主要步骤。(生命观念、科学探究)4．结合高产奶牛的胚胎移植，分析胚胎移植的生理学基础和基本程序。(社会责任、科学探究)5．针对具体问题掌握胚胎分割中胚胎的选择与分割时的注意事项。(生命观念、科学探究)1．简述受精和胚胎早期发育的基本过程。2．简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值。3．运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产、生活中的相关问题进行分析与判断4．认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。\n知识导图\n一　胚胎工程的理论基础\n学霸记忆•素养积累训练巩固•课堂达标新知预习•双基夯实课内探究•名师点睛指点迷津•拨云见日\n新知预习•双基夯实\n一、胚胎工程1．概念：对__________、________或______________进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。2．主要技术：__________、__________和__________。生殖细胞受精卵早期胚胎细胞体外受精胚胎移植胚胎分割\n精子卵子合子输卵管获能MⅡ期\n多种酶透明带卵细胞膜原核核膜雄原核减数分裂Ⅱ第二极体雌原核\n三、胚胎早期发育1．场所：________。2．过程受精卵↓↓输卵管有丝分裂不断增加并不增加\n桑葚内细胞团滋养层细胞囊胚腔透明带外胚层、内胚层和中胚层\n1．刚排出的精子即能与卵子受精。()2．精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是子宫。()3．精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。()4．囊胚期细胞还没有分化。()5．原肠胚变大导致透明带破裂而孵化出来。()活学巧练××√××\n思考：1．两道屏障防止多精入卵，其意义是什么？提示：两道屏障防止多精入卵，保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。2．受精的标志和受精完成的标志分别是什么？提示：受精的标志是第二极体的形成，受精完成的标志是雌、雄原核融合成合子。\n3．胚胎发育过程中开始出现细胞分化的阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪些时期？细胞分化的原因是什么？提示：开始出现细胞分化的阶段是囊胚期。细胞分化最显著的阶段是原肠胚的三个胚层分化形成各种组织、器官。细胞分化的原因是细胞内基因的选择性表达。\n4．胚胎发育卵裂期细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么？提示：卵裂期细胞中有机物减少、每个细胞中DNA的含量基本不变，细胞体积减小。从受精卵到囊胚阶段总体积不变，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因为细胞一直通过呼吸消耗有机物但不从外界吸收。\n学霸记忆•素养积累\n1．精子获能后才有受精能力；卵子发育到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。2．受精过程在输卵管内完成。3．防止多精入卵的两道屏障：(1)透明带反应；(2)卵细胞膜反应。4．雌、雄原核充分发育后，相互融合形成受精卵。5．囊胚细胞分化形成内细胞团和滋养层。内细胞团发育成胎儿的各种组织，滋养层发育成胎膜和胎盘。6．囊胚进一步扩大，导致透明带破裂而孵化出来。\n课内探究•名师点睛\n知识点1．受精前的两个准备阶段(1)精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力的生理现象。(2)卵子的准备：动物排出的卵子成熟程度不同，但都必须在输卵管中发育到MⅡ期时，才具有与精子受精的能力。哺乳动物受精过程\n2．受精阶段哺乳动物的受精过程主要包括：精子穿越卵细胞膜外的结构(如放射冠和透明带)，进入卵细胞膜，雌、雄原核形成和融合。过程主要变化精子穿越卵细胞膜外结构在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的透明带发生透明带反应，为防止多精入卵的第一道屏障精子入卵卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，这种生理反应称为卵细胞膜反应。这是防止多精入卵的第二道屏障\n过程主要变化形成原核精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂，随后形成新的核膜，最后形成雄原核；精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核融合雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失，两组核染色体合为一组，形成一个含有两个染色体组的合子(受精卵)\n3．受精的意义：维持每种生物前后代体细胞染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异十分重要。\n知识贴士(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。(2)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量。(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，它们是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。\n精子获能是指()A．精子获得受精的能量B．精子获能是在雄性体内完成的C．精子获得受精的能力D．只要是成熟的精子，就具有受精的能力解析：精子获能是指精子获得受精的能力，在雌性动物生殖道内完成。典例1典例剖析C\n1．在受精阶段，下列哪项不是精子穿越的屏障？()A．雌原核B．放射冠C．透明带D．卵细胞膜解析：获能后的精子与卵子相遇时，首先释放出多种酶，然后精子穿入放射冠和透明带，接触卵细胞膜，引起卵细胞膜封闭作用，符合题意的为A项。变式训练A\n知识点1．胚胎早期发育的场所：输卵管、子宫2．胚胎早期发育过程胚胎早期发育发育过程特点受精卵受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育卵裂期受精卵细胞在透明带中进行有丝分裂，细胞数量不断增加，胚胎的总体积不增加桑葚胚子细胞形成致密细胞团，形似桑葚\n发育过程特点囊胚(1)细胞开始出现分化(内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层将来发育为胎膜和胎盘)(2)出现囊胚腔(3)透明带破裂，胚胎从中伸展出来(即孵化)原肠胚分化为内胚层、中胚层和外胚层三个胚层发育过程图示\n(1)早期胚胎发育时各阶段的特点桑葚胚之前的胚胎细胞只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质；囊胚细胞开始出现分化，透明带破裂，开始从外界吸收营养物质，并且中间出现囊胚腔；原肠胚时期出现胚层分化，并且出现原肠腔。(2)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。一般来说，细胞的全能性随发育的深化而降低。\n(3)早期胚胎发育过程中细胞或物质的变化规律项目变化细胞数目增多每个细胞体积减小DNA总量增多每个细胞内的DNA总量不变有机物总量减小物质种类增多所含能量减小\n下列能正确表示高等动物的胚胎发育顺序的是()A．受精卵→卵裂期→原肠胚→囊胚→组织器官的分化B．受精卵→卵裂期→原肠胚→组织器官的分化C．受精卵→卵裂期→桑葚胚→原肠胚→幼体D．受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化解析：高等动物的胚胎发育依次经过受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化。典例2典例剖析D\n2．下列有关卵裂期的说法正确的是()A．细胞进行有丝分裂和减数分裂B．细胞数目不断增加C．胚胎总体积有所增大D．每个细胞的体积基本不变解析：卵裂期的细胞进行有丝分裂，细胞数目不断增加，胚胎总体积基本不变或略有缩小，每个细胞的体积减小。变式训练B\n指点迷津•拨云见日\n高等动物个体发育中的易错点1．高等动物的个体发育过程包括胚胎发育和胚后发育，胚胎发育的起点是受精卵，终点是成熟的胎儿；胎儿出生后的发育过程属于胚后发育。因此，高等动物个体发育的起点是受精卵，终点是成熟的个体。2受精卵是新生命的起点，全能性最高。动物细胞全能性随分化程度的提高而逐渐受到限制。桑葚胚之前的每一个细胞都具有发育的全能性。\n3．卵裂期和桑葚胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质，胚胎发育所需营养主要来自卵黄。4．囊胚期细胞开始分化，透明带破裂，滋养层细胞(以后发育成胎盘、胎膜，与母体建立联系)从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。\n下图为哺乳动物早期胚胎发育的过程，下列有关叙述不正确的是()A．过程a和b使胚胎中有机物的含量减少B．Ⅰ、Ⅱ时期的胚胎中都含有全能细胞C．胚胎移植必须使用处于Ⅱ或Ⅲ时期的胚胎D．图示过程中，部分细胞中的遗传物质可能发生改变典例3典例剖析C\n解析：过程a表示卵裂形成Ⅰ桑葚胚，过程b表示桑葚胚形成Ⅱ囊胚，这两个过程细胞均需要消耗能量，故两个过程中胚胎中的有机物的含量均减少，A项正确；桑葚胚含有的所有细胞都是全能细胞，囊胚期胚胎进一步发育，细胞逐渐分化，含有的内细胞团细胞将来发育成胎儿的各种组织，为全能细胞，B项正确；胚胎移植一般选取桑葚胚或囊胚时期的胚胎，而Ⅲ为原肠胚，C项错误；图示过程中，细胞进行有丝分裂，而在分裂间期DNA复制的过程中，部分细胞中的遗传物质可能发生改变，D项正确。\n解疑答惑从社会中来⇨P56提示：借助胚胎移植技术充分发挥两种奶牛的繁殖潜力。将良种奶牛产生的具有优良遗传特性的胚胎移植到我国奶牛的子宫中，使之发育为新个体。良种奶牛作“供体”，专门提供具有优良遗传特性的胚胎，我国奶牛作“受体”，负责妊娠和育仔，这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。还可以对供体进行超数排卵处理以获得多枚胚胎，移植得到多个后代，使供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。\n思考·讨论⇨P591．提示：表中马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。2．提示：小鼠应选择至少发育到桑甚胚阶段的胚胎进行移植。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8～16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。\n3．提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和早期胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟，精子能在体外完成获能，获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精，体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。\n练习与应用⇨P59一、概念检测1．(1)×提示：在自然条件下，哺乳动物的受精在雌性动物的输卵管内完成。(2)×提示：排出的卵子需在输卵管内进一步发育成熟到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。(3)√2．A提示：在囊胚阶段，胚胎的内部开始出现含有液体的腔，A项错误。\n二、拓展应用1．提示：细胞核和线粒体都是精子的重要结构。其中，细胞核是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过程。线粒体是精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。2．提示：精液是由精子和精清(精浆)两部分组成的。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有在交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。\n海胆等动物进化出皮层反应来阻止多精入卵。皮层由皮层颗粒组成，通常分布在没有微绒毛结构的卵细胞膜下方。当精子进入卵子时，皮层颗粒与卵细胞膜发生融合，颗粒内容物被释放到卵细胞膜和卵黄膜之间的区域——卵周隙，这些释放物中有几种蛋白质在皮层颗粒反应中发挥了重要的作用。当第一个精子与卵子发生细胞膜融合时，细胞膜融合处的卵子皮层颗粒与卵细胞膜发生融合，胞吐作用发生，皮层颗粒释放物质到卵周隙，使卵黄膜硬化，此时，卵黄膜改称受精膜，其他精子不能再穿过受精膜。\n训练巩固•课堂达标\n1．次级卵母细胞的减数第二次分裂完成于()A．排卵前，在卵巢内B．受精前，在输卵管内C．排卵后，在腹腔内D．受精时，在输卵管内解析：卵子的发生过程中，减数第一次分裂是在排卵前后完成的。减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的，此过程发生在输卵管内。D\n2．防止多精入卵的两道屏障是()①顶体反应②透明带反应③卵细胞膜反应④精子穿越放射冠A．①②B．②③C．③④D．②④解析：透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。B\n3．关于胚胎发育的正确叙述是()A．胚胎发育早期随细胞不断分裂体积增大B．在桑甚胚阶段，胚胎内部出现空腔C．原肠胚阶段出现原肠腔D．原肠胚阶段的每一细胞属于全能细胞解析：胚胎发育早期，细胞不断分裂，每个细胞的体积减小，胚胎的总体积并不增加。在囊胚和原肠胚内部出现空腔。C\n4．(不定项)下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述，正确的是()A．卵细胞膜反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间B．受精的场所是输卵管C．卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成D．受精完成的标志是雌雄原核的融合解析：卵细胞膜反应发生在精子入卵后，精子触及卵细胞膜的瞬间发生透明带反应；减数第二次分裂是在输卵管中完成的。BD\n5．如图是某种哺乳动物生殖和发育的过程图解，请据图回答下列问题。(1)写出A、B所示生理过程的名称：A.__________；B．______。减数分裂受精\n(2)从受精卵开始的胚胎早期发育过程进行的场所是______________。(3)在C过程中，细胞分裂的方式是______分裂，在发育过程的______时期，胚胎从透明带中伸展出来。解析：(1)A过程表示雌雄个体通过减数分裂产生卵子和精子的过程；B过程表示精卵结合形成受精卵的过程，即受精。(2)胚胎早期发育的场所包括输卵管和子宫。(3)胚胎发育时期的细胞分裂方式是有丝分裂；而当早期胚胎发育到囊胚时期，胚胎从透明带中伸展出来。输卵管和子宫有丝囊胚