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(共50张PPT)
第3节 胚胎工程
第2章　细胞工程
一 胚胎工程的理论基础
课程内容标准 核心素养对接
简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。 1.通过受精过程的学习，认同生命的结构与功能观。（生命观念）
2.归纳与概括胚胎发育过程中不同时期的细胞特点。（科学思维）
一、受精
1.胚胎工程
（1）操作对象： 、 或 。
（2）过程及目标：进行显微操作和处理，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。
（3）技术种类：体外受精、 、 技术。
（4）实质：在体外条件下，对 和 进行的模拟操作。
生殖细胞
受精卵
早期胚胎细胞
胚胎移植
胚胎分割
动物自然受精
早期胚胎发育条件
2.受精
（1）概念： 与 结合形成合子的过程。
（2）场所： 。
3.受精的过程
（1）准备阶段：
①准备阶段1——精子获能：
场所：雌性动物的 。
精子
卵子
输卵管
生殖道
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。
M Ⅱ
（2）受精阶段
二、胚胎早期发育
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 。
有丝分裂
增加
不增加
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：细胞逐渐 ， 将来发育成胎儿的各种组织，
将来发育成 和 的一部分，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，这一过程叫作 。
桑葚
分化
内细胞团
滋养层细胞
胎膜
胎盘
孵化
1.判正误（对的画“√”，错的画“×”）
（1）精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管。 （ ）
（2）卵裂阶段的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂。 （ ）
（3）卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量增多，细胞体积增大。 （ ）
（4）囊胚阶段滋养层细胞发育成胎儿的各种组织。 （ ）
√
×
×
×
2.微思考
（1）刚采集到的精子是否能与卵子立即结合完成受精作用？为什么？
提示　不能。刚采集到的精子还没有受精能力，必须先对精子进行获能处理，才能进一步受精。
（2）胚胎发育的卵裂阶段，细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么变化？
提示　卵裂阶段细胞中有机物减少，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胚胎总体积不变或略有缩小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；随着细胞分裂，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作用消耗有机物但不从外界吸收有机物。
任务驱动一　受精
右图为受精过程示意图，请据图回答问题：
1.受精时多个精子能同时进入同一个卵细胞吗？为什么？
提示　不能。透明带反应和卵细胞膜反应能阻止多个精子同时进入同一个卵细胞。
2.受精卵中的遗传物质父母双方各占一半，这种说法是否正确？
提示　不正确。受精卵的染色体中的遗传物质来自双亲，各占一半，但受精卵细胞质中的遗传物质来自母方。故受精卵中的遗传物质来自母方的要多于来自父方的。
1.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。
2.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：不同动物排出的卵子成熟程度不同，有些为初级卵母细胞，有些为次级卵母细胞，但都必须在输卵管中发育到M Ⅱ 期，才具有与精子受精的能力。
3.受精阶段
（1）具体过程
哺乳动物的受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透明带，精子进入卵细胞膜，原核形成和融合。具体过程如下：
过程 主要变化
获能后的精子
接触卵细胞膜 精子的细胞膜与卵细胞膜融合，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。
过程 主要变化
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。这是防止多精入卵受精的第二道屏障。
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
过程 主要变化
融合 雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此接触，两者体积缩小、合并，两组核染色体合为一组，形成一个含两个染色体组的合子（受精卵）
4.受精过程认识的两个误区
（1）精子成熟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、雄原核不能理解为卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。
哺乳动物的受精是一个非常复杂的过程，下列有关叙述错误的是 （　　）
A.受精卵中的细胞质主要来自卵细胞
B.受精时精子的细胞核与卵细胞的核相融合
C.受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方
D.防止多精入卵受精有两道屏障，第一道屏障为卵细胞膜发生生理反应
D
解析
精子在形成的过程中经过变形，丢掉了绝大多数的细胞质，故受精卵中的细胞质主要来自卵细胞，A正确；受精时精子的细胞核与卵细胞的核相融合，成为受精卵，B正确；受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方，C正确；防止多精入卵受精有两道屏障，第一道屏障为透明带发生生理反应，第二道屏障为卵细胞膜发生生理反应，D错误。
［举一反三］
1.（生命观念）受精过程中，防止多精入卵的机制有哪些？
提示　透明带反应和卵细胞膜反应。
2.（科学思维）受精时，精子与卵子是否都已发育成熟？
提示　不是。受精时，精子已发育成熟；但具备受精能力的是处于MⅡ期的次级卵母细胞，在受精作用过程中，卵子才完成减数分裂。
1.关于哺乳动物减数分裂及受精作用的说法正确的是 （　　 ）
A.经减数分裂形成成熟的精子和卵子后，才能完成受精作用形成受精卵
B.次级卵母细胞只有与精子结合以后，才能完成减数分裂Ⅱ
C.精子在睾丸内成熟和获能后，才能与卵子结合
D.精子获能的本质就是使已经成熟的精子获得与卵子结合所需的足够的能量
B
解析
卵子形成过程中的减数分裂Ⅱ发生在受精作用过程中，A错误；次级卵母细胞只有与精子结合以后，才能完成减数分裂Ⅱ，B正确；精子在雌性动物的生殖道内获能后，才能与卵子结合，C错误；精子获能的本质就是使已经成熟的精子获得与卵子结合的能力，而不是获得能量，D错误。
2.受精过程的顺序为 （　　）
①第一次卵裂开始　②精子穿越卵细胞膜
③精子穿越透明带　④雌、雄原核的形成
⑤雌、雄原核的融合
A.①②③④⑤　　　　 B.③②④⑤①
C.④⑤②①③ D.③⑤②④①
B
解析
受精的过程：③精子穿越透明带→②精子穿越卵细胞膜→④雌、雄原核的形成→⑤雌、雄原核的融合→①第一次卵裂开始。
任务驱动二　胚胎早期发育
下图为胚胎早期发育图解，请据图思考：
1.个体发育的起点是什么？
提示　受精卵
2.a之前的分裂在哪个部位进行？
提示　a之前的分裂称为卵裂，在透明带中进行。
3.细胞出现分化的时期是哪个阶段？最初分化为哪些结构？
提示　胚胎发育过程中在囊胚时期出现细胞分化。最初分化为内细胞团和滋养层两部分。
1.发育场所：输卵管、子宫。
2.发育过程
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 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 卵裂产生的子细胞形成致密的细胞团，形似桑葚
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，滋养层细胞将来发育为胎膜和胎盘的一部分；
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
3.发育过程图示
［特别提醒］
（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；囊胚期细胞开始出现分化，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。
胚胎在透明带中进行早期发育的时期称为卵裂期。其特点是 （　　）
A.细胞进行有丝分裂，所有细胞均具有全能性
B.每个细胞体积不变，细胞的数量增加
C.胚胎有机物总量增加，细胞DNA总量不断减少
D.所有细胞的相对表面积减小，核物质（质量）与质物质比值增大
A
解析
卵裂期细胞进行有丝分裂，所有细胞均具有全能性，A正确；每个细胞体积有所减小，胚胎的总体积不变或略有缩小，B错误；胚胎有机物由于呼吸消耗而总量减少，细胞DNA总量由于复制而增加，C错误；卵裂期细胞体积减小，细胞的相对表面积增大，D错误。
［举一反三］
1.（生命观念）何谓卵裂？此时期细胞有何特点？
提示　受精卵的早期分裂称为卵裂。此时细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。
2.（科学思维）胚胎发育所需的营养物质来自哪里？
提示　早期胚胎发育所需的营养物质来自卵子，后期通过胎盘从母体吸收营养物质。
1.下图为早期胚胎发育过程中某一时期的示意图。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
D
解析
该时期为囊胚期，其中①为透明带，②为滋养层，将来发育成胎盘和胎膜，③为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，A正确、D错误；高等哺乳动物胚胎发育中的细胞分化开始于囊胚期，终止于生命结束，B正确；孵化发生在囊胚后期，早期胚胎从①透明带中伸展出来的现象称为孵化，C正确。
2.关于桑葚胚和囊胚的比较，下列说法错误的是 （　　 ）
A.桑葚胚的各细胞结构功能基本相同
B.囊胚期细胞出现了分化，但遗传物质未发生改变
C.囊胚期细胞分化是由遗传物质突变引起的
D.囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异不是由DNA复制上的差异引起的，而是由转录上的差异引起的
C
解析
桑葚胚时期细胞还没有发生分化，所以该时期的各细胞结构功能基本相同，A正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，而分化过程中遗传物质未发生改变，B正确、C错误；囊胚期，细胞分化形成内细胞团和滋养层细胞，两种细胞的差异不是由复制水平上的差异，而是由转录水平上的差异引起的，D正确。
知识网络构建 关键知识积累
1.精子只有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，这一过程称为精子获能。
2.防止多精入卵的两道屏障：（1）透明带反应；（2）卵细胞膜反应。
3.卵裂时细胞数目不断增加，但胚胎总体积并不增加；囊胚时期发生细胞分化。
1.下列有关高等动物受精作用的叙述，不正确的是 （　　 ）
A.在卵黄膜和透明带之间观察到两个极体时说明卵子已完成受精
B.精子与卵子结合过程中，卵子完成减数第二次分裂
C.精子细胞膜与卵子细胞膜的融合依靠细胞膜的结构特点
D.获能精子的细胞膜与卵细胞膜融合时，卵细胞膜立即发生封闭反应
D
解析
精子的细胞膜与卵细胞膜融合时，卵细胞膜外的透明带迅速发生凝固反应，故D错误。
2.一个复杂的人体可由一个受精卵发育而来，下列有关叙述错误的是 （　　）
A.精子和卵细胞的识别与其表面的糖蛋白有关
B.题述过程体现受精卵具有全能性
C.雌雄原核融合成新核的过程体现了核膜具有流动性
D.从受精卵到个体涉及细胞分裂和分化
C
解析
糖蛋白有识别的功能，精子与卵细胞的识别与其表面的糖蛋白有关，A正确；细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，因此题述过程体现了受精卵具有全能性，B正确；雌雄原核融合成新核的过程中，核膜会消失，不能体现核膜具有流动性，C错误；从受精卵到个体涉及细胞分裂和分化，细胞分裂能增加细胞的数量，细胞分化能增加细胞的种类，D正确。
3.科学家通过将大熊猫的细胞核植入去核的兔子卵细胞中，克隆出一批大熊猫胚胎。下列有关克隆大熊猫胚胎的叙述，正确的是 （　　）
A.克隆出的早期胚胎，其各细胞的细胞核具有相同的遗传信息
B.兔子卵细胞的细胞质不能激发大熊猫细胞的细胞核表现出全能性
C.在形成早期胚胎的过程中，依次经历了卵裂、囊胚、桑葚胚、原肠胚等阶段
D.在重组卵发育成早期胚胎的过程中，细胞进行减数分裂
A
解析
克隆出的早期胚胎中，各细胞都是由同一个细胞有丝分裂形成的，因此各细胞核具有相同的遗传信息，A正确；兔子卵细胞质的作用是提供营养物质、激发大熊猫细胞核的全能性等，B错误；早期胚胎的形成，依次经历卵裂、桑葚胚、囊胚、原肠胚等阶段，C错误；在形成早期胚胎的过程中，细胞进行有丝分裂，D错误。
4.卵母细胞成熟包括“细胞核成熟”和“细胞质成熟”。研究人员利用基因敲除技术敲除小鼠的Btg 4基因，发现敲除Btg 4的卵母细胞虽能正常受精，但形成的早期胚胎却全部停滞在1到2细胞阶段，胚胎停止发育的原因是卵母细胞中的mRNA不能被及时降解。下列说法错误的是 （　　）
A.卵细胞形成过程中减数分裂是不连续的，MⅡ期卵母细胞具备受精能力
B.早期胚胎发育到2细胞阶段是在透明带内进行的，胚胎的总体积不变
C.卵母细胞中mRNA的及时降解是启动早期胚胎基因组表达的前提条件
D.Btg 4基因与卵母细胞中mRNA的降解有关，可促使卵母细胞的细胞核成熟
D
解析
卵细胞形成过程中减数分裂是不连续的，MⅡ期卵母细胞具备受精能力，通常将次级卵母细胞培养到MⅡ中期，A正确；胚胎发育的早期有一段时间是在透明带中进行的，这一时期称为卵裂期，2细胞阶段属于卵裂期，卵裂期胚胎的总体积不变，B正确；题意显示“胚胎停止发育的原因是卵母细胞中的mRNA不能被及时降解”，显然，卵母细胞中mRNA的及时降解是启动早期胚胎基因组表达的前提条件，C正确；Btg 4基因敲除后卵母细胞能正常成熟和受精，说明该基因与细胞核成熟无关，而形成的早期胚胎却全部阻滞在1到2细胞阶段，推测可能是Btg 4基因能促使细胞质成熟，D错误。
5.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：　　　　　。
（2）B时期细胞开始　　　　。
（3）［2］将来发育成　　　　　　　　　　　　　　。
（4）动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，合子只由一个精子和一个卵子结合形成，防止多精入卵的两道屏障分别是　　　　　　　　　、
　　　　　　　　。
答案　（1）桑葚胚　囊胚　（2）分化　（3）胎儿的各种组织　（4）透明带反应　卵细胞膜反应
解析
（1）根据胚胎发育各时期的特点可知，图中A是桑葚胚，B是囊胚。
（2）囊胚时期开始出现细胞分化，分化为滋养层细胞和内细胞团细胞。
（3）［2］内细胞团细胞将发育为胎儿的各种组织，［1］滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘。
（4）受精时的透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。

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