资源简介

2.3.1胚胎工程的理论基础
学习目标：1.说出精子和卵子的准备阶段过程并比较二者的异同。
2．简述受精过程及防止多精入卵屏障的形成机制。
3．概述早期胚胎的发育过程以及各阶段的特点。
学科素养：1.科学思维：通过学习，自主构建“精卵发生→受精→胚胎发育”的动态机制模型。
2．生命观念：联系自我，感受生命发生的珍贵，树立珍爱生命的意识。
知识点一　受精
自主梳理
1．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________。
(3)实质：是在体外条件下，对动物________和________________条件进行的模拟操作。
2．受精
(1)概念：________与________结合形成合子(即受精卵)的过程。
(2)场所：在自然条件下，哺乳动物的受精场所是________。
3．受精的过程
受精前的准备阶段
①准备阶段1——精子获能
场所：雌性动物的________。
②准备阶段2——卵子的准备
动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，有的可能是次级卵母细胞，都要在输卵管内发育到________期，才能受精。
答案：
1．(1)生殖细胞　受精卵　早期胚胎细胞　(2)体外受精　胚胎移植　胚胎分割　(3)自然受精　早期胚胎发育
2．(1)精子　卵子　(2)输卵管
3．(1)①生殖道　②MⅡ
[互动探究]
1．(生命观念)刚刚采集到的哺乳动物的精子和卵子能立刻受精吗？为什么？
提示：不能。精子要获能后才具有受精能力，卵子必须进一步成熟，到MⅡ中期才能受精。
2．(科学思维)防止多精入卵的屏障有哪些？其意义是什么？
提示：两道屏障防止多精入卵：透明带反应和卵细胞膜反应。其意义是保证子代细胞中染色体数目正常。
3．(科学思维)受精完成的标志是什么？
提示：受精完成的标志是雌、雄原核的融合。
归纳提升
1．受精的过程
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，这是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
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)
2.关于受精作用的3点提醒
(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。
3．哺乳动物精子和卵子发生的不同点
(1)形成精子的减数分裂是连续的，场所唯一(MⅠ和MⅡ的场所都是睾丸)；而形成卵子的减数分裂是不连续的，场所不唯一。(MⅠ场所在卵巢，MⅡ场所在输卵管中)
(2)精子和卵子发生的时间不同：精子的发生是从初情期一直到生殖机能衰退；多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是胎儿出生前完成的，MⅠ是在雌性动物排卵前后完成的，MⅡ是在受精过程中完成的。
(3)精子的形成过程需要变形；卵细胞的形成过程不需要变形。
针对训练
1．下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精的叙述，正确的是(　　)
A．刚排出的精子和卵子相遇即可受精
B．排卵就是排出成熟卵细胞的过程
C．形成卵细胞的分裂过程均在卵巢内完成
D．卵子受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核
答案：D　
解析：刚排出的精子不能立刻与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，A错误；动物排卵时排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，有的可能是次级卵母细胞，并非成熟卵细胞，B错误；形成卵子的减数分裂Ⅱ过程是在输卵管中进行的，并非卵巢，C错误；在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志，D正确。
2．下列受精的过程，正确的顺序为( )
①第一次卵裂开始　②卵细胞膜反应　③精子释放多种酶　④透明带反应　⑤雌、雄原核的形成　⑥雌、雄原核融合
A．③④①②⑤⑥ B．③②④⑤⑥①
C．④③②⑥⑤① D．③④②⑤⑥①
答案：D　
解析：在受精作用过程中，精子释放出多种酶③；然后精子穿越放射冠和透明带，此时透明带发生④透明带反应，这是防止多精入卵的第一道屏障；接着精子进入卵细胞膜，此时会发生②卵细胞膜反应；精子的细胞核和卵细胞的细胞核分别形成雄原核和雌原核，即⑤雌、雄原核的形成；最后核膜消失，发生⑥雌、雄原核融合，标志着受精作用的完成；受精作用完成后，受精卵进入卵裂期，即①第一次卵裂开始。因此，受精过程正确的顺序为③④②⑤⑥①，故选D。
3．下列有关受精卵和受精作用的叙述中，错误的是(　　)
A．受精卵是具有全能性的细胞
B．受精卵中的DNA一半来自卵细胞
C．受精过程中精子和卵细胞的结合是随机的
D．受精卵中的染色体一半来自精子
答案：B　
解析：受精卵是具有全能性的细胞，且受精卵的全能性最高，A正确；受精卵的细胞核DNA一半来自卵细胞，而细胞质DNA几乎都来自卵细胞，B错误；受精过程中精子和卵细胞的结合是随机的，C正确；受精卵中的染色体一半来自精子，一半来自卵细胞，D正确。
知识点二　胚胎早期发育
自主梳理
1．卵裂期特点
(1)细胞分裂方式为________。
(2)细胞的数量不断________。
(3)胚胎的总体积________。
2．早期胚胎发育的几个阶段及特点
(1)桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似________。
(2)囊胚：细胞开始出现________。________将来发育成胎儿的各种组织，________________将来发育成________和________。出现囊胚腔。囊胚进一步扩大，透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程称为________。
(3)原肠胚：形成________________→各种组织、器官。
答案：
1．(1)有丝分裂　(2)增加　(3)并不增加
2．(1)桑葚　(2)分化　内细胞团　滋养层细胞　胎膜　胎盘　孵化　(3)外胚层、内胚层和中胚层
[互动探究]
1．如图表示哺乳动物发育过程的几个阶段，请探究：
(1)(生命观念)图中的4和7两个空腔是同一个结构吗？
(2)(科学思维)细胞分化开始出现于哪个时期？符号1的部分细胞将来形成什么结构？
(1)提示：不是，4为囊胚腔，7为原肠腔。
(2)提示：囊胚。1为滋养层细胞，将来发育成胎膜和胎盘。
2．(科学思维)卵裂时期细胞或物质变化规律。
项目 变化
细胞数量
每个细胞体积
DNA总量
每个细胞内的DNA总量
项目 变化
有机物总量
物质种类
所含能量
答案：增加　减小　增加　不变　减小　增加　减小
3．(生命观念)思考胚胎发育的阶段及每个阶段的特点。
提示：
阶段 主要特点
桑葚胚 子细胞形成致密的细胞团
囊胚 开始出现细胞分化，出现内细胞团和滋养层，出现囊胚腔，透明带破裂(孵化)
原肠胚 进一步发育，具有三个胚层
归纳提升
1．动物胚胎早期发育的基本过程
(1)受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。
(2)卵裂：细胞有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。
(3)桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚。
(4)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)。
(5)原肠胚：有了三胚层的分化，分化为内胚层、中胚层和外胚层三个胚层。
2．早期胚胎发育时各阶段的特点
(1)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。
[易错提醒]
(1)受精的标志≠受精完成的标志：判断受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。
(2)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
[针对训练]
1．下图是牛囊胚示意图，下列有关该图的叙述错误的是(　　)
A．透明带是初级卵母细胞在减数第一次分裂时形成的
B．囊胚腔是一个充满液体的腔
C．囊胚形成过程中细胞表面积与体积比变小、有机物增多
D．滋养层将来发育成胎膜和胎盘
答案：C　
解析：在囊胚的形成过程中，细胞数目增多，每个细胞体积变小，细胞表面积与体积比变大，细胞分裂需要消耗能量，有机物减少。
2．哺乳动物受精卵在卵裂期发生的变化是(　　)
A．细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大
B．细胞的数目增多，有机物含量大增
C．每个细胞的DNA含量不断增加，全能性增高
D．逐渐出现了原肠腔，并有了胚层的分化
答案：A　
解析：在卵裂期细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大，A正确；卵裂期细胞的数目增多，有机物含量由于消耗而减少，B错误；卵裂期每个细胞的DNA含量不变，C错误；原肠胚阶段出现了原肠腔，并有了胚层的分化，D错误。
[要语必背]
1．胚胎工程的许多技术，实际上是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
2．受精包括受精前的准备阶段和受精阶段，自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
3．判断卵子是否受精的标志是在卵细胞与透明带的间隙能观察到两个极体，受精作用完成的标志是雌雄原核融合形成合子。
4．囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化。
巩固练习
1．动物受精作用的实质是(　　)
A．精子和卵细胞的相互识别
B．精子的头部进入到卵细胞内
C．一个卵细胞只能与一个精子结合
D．卵细胞的细胞核与精子的细胞核相互融合
答案：D　
解析：受精作用是精子和卵细胞相互识别、融合成为受精卵的过程，其实质是卵细胞的细胞核与精子的细胞核相互融合，故D正确。
2．下列过程发生在精子入卵后的是(　　)
①精子继续完成减数分裂Ⅱ　②透明带发生生理反应　③卵细胞膜发生生理反应　④卵子完成减数分裂Ⅱ，形成雌原核
A．③④ B．①③④
C．②③ D．①④
答案：A
3．分析下面图解，判断以下哪一项不是精子、卵细胞发生的区别( )
A．成熟生殖细胞中染色体的数目
B．MⅠ和MⅡ的时间连续性
C．成熟生殖细胞是否经过变形
D．初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间
答案：A　
解析：成熟的精子和卵细胞都是经过减数分裂形成的，都含有相当于亲本体细胞一半的染色体数目，A正确；精子的产生过程中，MⅠ和MⅡ是连续的，而卵细胞产生过程中，MⅠ和MⅡ是不连续的，B错误；精细胞形成后变形为蝌蚪状，卵细胞不需要变形，C错误；初级精母细胞是雄性动物初情期开始后，才由精原细胞分裂形成的，而初级卵母细胞是在胎儿期性别分化后形成的，D错误。
4．下列有关哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，错误的是(　　)
A．卵裂期的胚胎中因为细胞数目不断增加，所以胚胎总体积逐渐变大
B．移植用的胚胎一般发育到桑葚胚期或囊胚期
C．桑葚胚的细胞都具有发育成完整胚胎的潜能
D．胚胎的内细胞团细胞分裂、分化成各种组织和器官，滋养层细胞发育成胎膜和胎盘
答案：A　
解析：卵裂期的胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积不变或略有减小，A错误；移植用的胚胎一般取发育到桑葚胚或囊胚时期的，原肠胚已分化不适于胚胎移植，B正确；桑葚胚的细胞未分化，具有发育成完整胚胎的能力，C正确；胚胎的内细胞团细胞分裂、分化成各种组织和器官，滋养层细胞发育成胎膜和胎盘，D正确。
5．如图所示为早期胚胎发育某一时期的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．③为内细胞团，将来发育成胎膜和胎盘
B．进行胚胎移植时，必须选用该图所示时期的胚胎
C．囊胚进一步扩大将会导致①破裂，这一过程叫卵裂
D．此时期的胚胎既可以进行胚胎分割，也可以进行性别鉴定
答案：D　
解析：图中③为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，A错误；图示为囊胚期，进行胚胎移植时，应该选择图示时期的胚胎或之前的桑葚胚进行，B错误；①为透明带，囊胚的扩大会导致透明带的破裂，胚胎伸展出来，这一过程叫孵化，C错误；图示为囊胚期，此时期的胚胎既可以对内细胞团进行胚胎分割，也可以用滋养层进行性别鉴定，D正确。
6．下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，请据图回答问题：
(1)写出各个阶段的名称：
A________；B________；C________。
(2)写出图中各标号的名称：
[2]____________；[4]____________；[5]____________；[7]________________；[8]________。
(3)A时期的细胞具有发育成____________的潜能，属于________，B时期开始出现________，C时期开始出现胚层分化。
(4)[2]将来发育成________。
(5)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，仅由一个精子和卵子结合成合子的生理基础是________、__________。
答案：(1)桑葚胚　囊胚　原肠胚
(2)内细胞团　囊胚腔　外胚层　原肠腔　内胚层
(3)完整胚胎　全能细胞　细胞分化
(4)胎儿的各种组织
(5)透明带反应　卵细胞膜反应
解析：题图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，图中A为桑葚胚；B为囊胚，其中1为滋养层，2为内细胞团，3为透明带，4为囊胚腔；C为原肠胚，其中5为外胚层，6为滋养层，7为原肠腔，8为内胚层。A桑葚胚时期的细胞具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞；B囊胚期开始出现细胞分化，形成内细胞团和滋养层细胞。2内细胞团细胞将来发育成胎儿的各种组织。动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，仅由一个精子和卵子结合成合子的生理基础是透明带反应和卵细胞膜反应。

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