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第1课时：胚胎工程的理论基础
第二章 第3节 胚胎工程
良种荷斯坦奶牛
从社会中来
你能想出什么方法来扩大良种荷斯坦奶牛种群的数量呢
培育克隆牛可以达到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别
阅读教材“从社会中来”了解我国在奶牛生产中存在的问题，思考以下问题：
“克隆”属于无性生殖，后代的遗传多样性低。
模拟有性生殖，进行体外受精，培育试管动物。
胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞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。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
胚胎工程
①操作对象：
②技术手段：
③理论基础：
生殖细胞、受精卵或早期胚胎
体外受精、早期胚胎培养、胚胎分割、胚胎移植等。
哺乳动物体内受精和早期胚胎发育的规律。
④实质：
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
⑤操作水平：
主要集中在细胞水平上
受精
一
【答案】(1減数分裂
情境一
【任务1】
每个生命的诞生都始于一个精子和一个卵子的结合，受精是卵子和精子融合为一个合子的过程，胚胎工程中的体外受精技术实际上是在体外条件下，对动物自然受精进行模拟操作，图1为某哺乳动物精子和卵细胞发生和成熟的过程示意图，①表示染色体复制，②是减数分裂，回是精细胞变形为精子过程，④是受精作用。图2表示的是精子和卵子相遇的受精过
阅读教材P52，思考并回答以下问题：
精子由哪些部分组成
精子获能的方法有哪些？获能液的有效成分一般是什么？
刚排除出的卵子是成熟的卵子吗？它在什么部位与精子受精？
受精
定义:
阶段:
受精前的准备阶段
受精阶段:
准备阶段Ⅰ:精子获能
准备阶段Ⅱ:卵子的准备
精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
细胞膜的功能：进行细胞间信息交流
细胞膜具有：一定的流动性
哺乳动物的输卵管内。
精子由哪些部分组成
(1)准备阶段——精子获能
1.受精前的准备阶段
头
颈
尾
成熟精子的结构示意图
线粒体鞘
成熟精子含有的细胞质很少
高尔基体
细胞核
顶体
精子获能的概念
怎么让精子获能
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。这一生理现象称为“精子获能”。
①直接利用 使精子获能；
②将精子培养在 中使其获能；
雌性动物生殖道
人工配制的获能液
1.受精前的准备阶段
肝素
Ca2＋载体
(1)准备阶段——精子获能
①不同动物排出的卵子成熟程度不同
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
马、犬等少数哺乳动物排出的卵子是初级卵母细胞
猪、羊等多数哺乳动物排出的卵子是次级卵母细胞
马、犬排卵
猪、羊排卵
(2)准备阶段——卵子的准备
1.受精前的准备阶段
②卵子的成熟
1.受精前的准备阶段
卵子要在 内进一步成熟，达到 时，才具备与精子受精的能力。
输卵管
具备受精能力的卵子结构
透明带
卵细胞膜
核
(纺锤体—染色体复合物)
第一极体
减数第二次分裂中期
(2)准备阶段——卵子的准备
阅读教材57页“受精阶段”部分的内容，思考回答以下问题。
受精时，精子依次穿过了哪些结构
防止多精入卵的机制有哪些
精子入卵后，它的结构发生了哪些变化
卵细胞受精的标志是什么？受精完成的标志是什么？
【任务2】
精子穿越卵细胞膜外结构，如透明带
释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。
精子接触卵细胞膜
透明带反应
精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核
精子入卵
卵细胞膜反应
精子触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来精子进入透明带。
精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。
防多精入卵的两个屏障
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
2.受精阶段
雌、雄原核靠近
核膜消失，第一次卵裂即将开始
受精完成的标志：
雌雄原核形成合子
受精的标志：
观察到两个极体或雌雄原核
核膜消失，形成含有两个染色体组的合子，受精卵形成
2.受精阶段
雄原核
雌原核
第一极体
第二极体
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。
两个极体
雌雄原核
1.下列关于体内受精过程的排序，正确的是( )
①受精卵第一次分裂开始
②释放第二极体
③获能后的精子与卵子相遇并释放多种酶
④精子穿越卵细胞膜外的结构
⑤雌、雄原核的形成
⑥两个原核靠近，核膜消失
A.①②③④⑤⑥ B.③②④⑤⑥①
C.④⑤②①③⑥ D.③④②⑤⑥①
课堂检测
D
2.下列有关受精过程的说法，不正确的是( )
A.精子的细胞膜和卵细胞膜相互融合依赖于细胞膜的流动性
B.精子在雌性动物的生殖道中获能后才能参与受精
C.受精过程中透明带和卵细胞膜都会发生相应生理反应来防止多精入卵
D.精子入卵后，保留原有的核膜，细胞核体积增大成为雄原核
课堂检测
D
胚胎早期发育
二
幼体
继续分化
出生发育
性成熟个体
孵化
卵裂期
胚胎发育
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
由一个受精卵发育成一个多细胞生物体，是生物界最为复杂的过程之一，在这个过程中，胚胎发育是一个复杂而重要的生理过程。
情境一
全能细胞
细胞分化
胚后发育
个体发育
1.胚胎发育的场所在哪里？
2.胚胎发育过程主要包括哪几个阶段？
3.发育的每个阶段各有何特征？
分裂方式：有丝分裂
阅读教材“胚胎早期发育”相关内容，回答以下问题：
【任务3】
细胞数目 、每个细胞体积 、DNA总量 、每个细胞内的DNA总量 、有机物总量 、物质种类 。
1.卵裂
(1)卵裂:
胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
(2)分裂方式：
有丝分裂
受精卵
2细胞
4细胞
8细胞
卵裂期
增加
增多
不变
减少
减小
增多
(3)特点：
桑葚胚
桑葚
2.桑葚胚
当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。
每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。
桑葚
(1)桑葚胚:
(2)特点：
3.囊胚
透明带
细胞开始分化
（聚集在胚胎一端的细胞）
（沿透明带内壁扩展和排列的细胞）
具有全能性
囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。
内细胞团
滋养层
囊胚腔
发育成
胎盘和胎膜
发育成
(2)特点：
胎儿的各种组织
(1)孵化：
囊胚腔
外胚层
内胚层
中胚层
原肠腔
表皮及其附属结构
神经系统和感官
循环系统
脊索
真皮
消化道上皮
呼吸道上皮
腺体
肌肉
内脏细胞外膜
泌尿系统
生殖系统
各种组织器官系统
个体
4.原肠胚
囊胚孵化后，将发育形成_______；原肠胚表面的细胞层为_________，向内迁移的细胞形成_______；随着发育的进行，一部分细胞还会在内外两个胚层之间形成______；这三个胚层将_____________________________；
原肠胚
外胚层
内胚层
中胚层
逐渐分化形成各种组织、器官等
动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
山羊 4 10-16细胞
绵羊 3-4 16细胞
猪 2-2.5 4-6细胞
马 6 囊胚
牛 4-5 8-16细胞
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段
不同动物受精卵发育的比较
思考 讨论
动物种类 进入子宫时发育的天数 进入子宫时的发育阶段
小鼠 3 桑葚胚
牛 4-5 8-16细胞
2.将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
小鼠应选择至少发育到桑葚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。
不同动物受精卵发育的比较
思考 讨论
3.为什么说有关动物体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？
胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下受精和胚胎早期发育规律的基础上实现的。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。获能的精子和培养成熟的卵子能在试管内完成受精。获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育。
不同动物受精卵发育的比较
思考 讨论
1.下列关于桑葚胚、囊胚、原肠胚的叙述，不正确的是( )
A.胚胎发育的顺序是桑葚胚→囊胚→原肠胚
B.囊胚期的细胞出现了分化，其原因是细胞中的遗传物质发生了变化
C.桑葚胚期之前的细胞均未出现分化
D.原肠胚的外胚层由内细胞团表层的细胞形成
课堂检测
B
2.下列关于卵裂的叙述，正确的是( )
A.卵裂时期细胞不断分裂，胚胎体积不断增大
B.卵裂处于囊胚形成的过程中，每个细胞的体积不断增大
C.卵裂过程进行有丝分裂，胚胎中DNA总量不断增加
D.卵裂需要消耗能量，有机物总量和种类都不断减少
课堂检测
C
3.如图为早期胚胎发育过程中的某一时期示意图。下列有关叙述不正确的是 ( )
A.图中①②③依次为透明带、滋养层、内细胞团
B.高等哺乳动物胚胎发育中的细胞分化开始于图
示时期，终止于生命结束
C.胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化
D.②将来发育成胎儿，③将来发育成胎盘和胎膜
课堂检测
D
4.下列有关哺乳动物早期胚胎发育的叙述，正确的是( )
A.受精完成并开始发育的标志是在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体
B.在囊胚阶段胚胎的内部开始出现含有液体的腔
C.受精卵发育为桑葚胚的过程是在透明带内完成的，孵化后进入囊胚阶段
D.胚胎发育至原肠胚时期即开始了细胞分化，随后发育形成三个胚层
课堂检测
B
受精
胚胎早期发育
胚胎工程的理论基础
准备阶段1—精子获能
准备阶段2—卵子的准备
受精
卵裂
桑葚胚
囊胚
原肠胚
精子穿越卵细胞膜外的结构
精子接触卵细胞膜
精子入卵
雌、雄原核形成
雌、雄原核靠近
核膜消失，形成受精卵
本节小结

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