1、专题3 胚 胎 工 程 3.1 体内受精和早期胚胎发育 一、胚胎工程的解读 1.操作对象:动物_或配子。2.处理技术:如体外受精、_、_、胚胎干细胞培养等技术。二、精子、卵子的发生 1.精子的发生:(1)场所:_内。(2)时期:从_开始,直到_衰退。(3)过程:必备知识自主学习 早期胚胎 胚胎移植 胚胎分割 睾丸的曲细精管 初情期 生殖机能(4)精子细胞变形过程(连线):2.卵子的发生:(1)场所:雌性动物的_内。(2)时期:在动物胚胎_以后。(3)过程:说明:减数分裂两次分裂完成的时间:第一次:在_完成;第二次:在_的过程中完成。卵巢 性别分化 雌性动物排卵前后 精子和卵子结合 三、受精 1
2、.含义:受精是_与_结合形成_(即受精卵)的过程。2.场所:在雌性动物的_内完成。3.过程:(1)受精前的准备阶段。精子获能:刚排出的精子,正常情况下必须在_发生相应的 生理变化后,才能获得受精能力。卵子的准备:发育到_,才具备与精子受精的能力。精子 卵子 合子 输卵管 雌性动物的生殖道内 减中期(2)防止多精入卵的屏障。透明带反应(第一道屏障):精子触及_的瞬间,会产生阻止后来的精子进入透明带的生 理反应。卵细胞膜反应(第二道屏障):精子_后,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。(3)原核形成及融合。雄原核形成:精子入卵后,尾部脱离,原有的核膜破裂,随后形成新的_,最后
3、形成_。雌原核形成:被激活的卵子完成_,排出_后,形成_。(4)融合:两核充分发育后,相向移动,彼此接触,体积缩小、合并,形成一个含_的合子(即受精卵)。卵细胞膜 入卵 核膜 雄原核 减数第二次分裂 第二极体 雌原核 二倍染色体 四、早期胚胎发育过程 1.场所:_。2.细胞分裂方式:_。3.过程:输卵管、子宫 有丝分裂【易错辨析】1.成熟的精子并不具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。()2.精子在初情期后开始形成,两次分裂连续进行;卵子在胚胎性别分化以后形成,两次分裂不连续进行。()3.次级卵母细胞的减数第二次分裂完成于排卵前后,场所是卵巢内。()【分析】减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后
4、完成的;减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。减数第二次分裂的场所是输卵管内。4.受精完成的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体。()【分析】受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体,受精完成的标志是雌雄原核的融合。5.透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。()6.卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量增多,细胞体积增大。()【分析】卵裂阶段胚胎的总体积不变或略有减小,但细胞数量增多,所以每个细胞体积减小;伴随细胞分裂,细胞数量增多,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,因为一直有呼吸消耗但不从外界吸收。7.胚胎发育过程中
5、细胞开始分化的阶段是原肠胚期。()【分析】胚胎发育过程中,细胞从囊胚期开始发生分化,原肠胚期分化程度最大。8.卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加。()【分析】卵裂期细胞持续有丝分裂,胚胎中细胞数目不断增加,细胞呼吸消耗有机物,细胞中有机物总量在不断减少。关键能力合作学习 一、精子和卵子的发生 1.精子和卵子发生的四个不同点:项目精子发生卵子发生场所雄性动物睾丸的曲细精管内雌性动物的卵巢内(M)和输卵管内(M)时期初情期开始,直到生殖机能衰退胚胎时期性别分化以后和初情期以后 M:雌性动物排卵前后 M:精卵结合过程中过程 特点M和M是连续的;两次分裂细胞质都是均等分配;需要变形M和M是不连
6、续的;只有M中的第一极体分裂为第二极体时细胞质均等分配,其余细胞质都是不均等分配;不需要变形结果形成4个精子形成1个卵子和3个极体2.精子和卵子发生的三个相同点:(1)原始生殖细胞的增殖为有丝分裂。(2)生殖细胞的形成过程为减数分裂。(3)形成过程均经一次染色体复制和两次分裂,子细胞中染色体数目减半。【选修对接必修】对接必修2:有丝分裂和减数分裂(1)真核生物通过有丝分裂进行体细胞增殖,有丝分裂过程中,染色体复制_次,细胞均等分裂_次。分裂的结果是子代细胞中的染色体数目与亲代细胞的染色 体数目_。(2)真核生物通过减数分裂产生配子,染色体只复制_次,而细胞分裂_次。减 数分裂的结果是成熟生殖细
7、胞中的染色体数目比原始生殖细胞的_。一 一 相同 一 两 减少一半 【典题通关】如图表示高等动物卵子的发生过程,请据图回答下列有关问题:(1)图中A是 ,B是 ,E是 ,阶段D发生的场所是 。(2)精子开始形成的时期是 ,精子形成过程不同于卵子形成过程的最主要特征是 ,该过程保留的主要结构是 和 。(3)当观察到两个极体时,表明 。(4)能发生染色体的着丝点分裂的阶段是 (填序号)。【解题关键】(1)明确减数分裂各过程染色体形态和数目的变化。(2)掌握雌雄配子产生的异同点及精子的变形特点,了解受精完成的场所和标志。【解析】(1)图中为卵原细胞增殖(有丝分裂)的过程;为减数分裂,只有在受精时,次
8、级卵母细胞才能最终完成减数第二次分裂,因此E是精子,A是第二极体,B是合子;阶段D为初情期后,发生在输卵管。(2)精子开始形成的时期是初情期,精原细胞经过减数分裂产生精子细胞,精子细胞需要经过变形过程才能形成精子(卵子形成不需要变形),精子细胞中很多结构会消失,而细胞核和线粒体则会保留下来。(3)当观察到两个极体时,表明卵子已经完成了受精。(4)染色体的着丝点分裂可发生在有丝分裂后期和减数第二次分裂后期,即图中的。答案:(1)第一极体 合子 精子 输卵管(2)初情期 需要变形 细胞核 线粒体(3)卵子已经完成了受精(4)【误区警示】(1)卵子产生的M和M是连续的过程,卵原细胞的形成和在卵巢中的
9、储备是在胎儿时期完成的;减数第一次分裂在排卵前后完成,排出一个次级卵母细胞和一个第一极体,次级卵母细胞的减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的。(2)次级卵母细胞分裂产生一个成熟卵子和一个第二极体。受精时在卵细胞膜和透明带的间隙可观察到两个极体。【跟踪小练】1.下列关于哺乳动物精子和卵子的发生的叙述,正确的是()A.1个精原细胞经过减数分裂可直接产生4个精子 B.精子的头部主要含细胞核,中心体发育为它的顶体 C.卵泡的形成和在卵巢内的储备,是在胎儿时期完成的 D.卵子的成熟部位和受精部位不同【解析】选C。精子的产生包括三个阶段,减数分裂是指初级精母细胞形成精细胞的阶段。精细胞变形形成精子
10、时,高尔基体发育成头部的顶体,中心体则演变为精子的尾。卵子的成熟部位和受精部位都是输卵管。2.请回答有关精子发生的相关问题:(1)哺乳动物精子的发生,是在 中的 内完成的。雄性动物从 开始,直至 衰退,都不断进行着生殖细胞的增殖,源源不断地产生精子。(2)各种家畜精子发生的过程大体可以分为三个阶段:第一阶段:精原细胞进行数次 分裂,产生大量精原细胞,其中部分精原细胞经过 和其他物质的合成,进一步形成初级精母细胞。第二阶段:初级精母细胞经过M形成 ,再经过M最终产生4个精细胞。第三阶段:精子经过变形,其中的细胞核变为精子 的主要部分,高尔基体变为头部的 ,演变为精子的尾,线粒体聚集在尾的基部形成
11、 ;细胞内的其他物质浓缩为球状,叫做 。(3)哺乳动物成熟的精子外形分为 、颈和 三部分。不同动物精子的形态相似,大小略有不同,与动物的体型大小 (填“有关”或“无关”)。【解析】(1)哺乳动物精子的发生,是在睾丸中的曲细精管内完成的。雄性动物从初情期开始,直至生殖机能衰退,都不断进行着生殖细胞的增殖,源源不断地产生精子。(2)各种家畜精子发生的过程大体可以分为三个阶段:第一阶段:精原细胞进行数次有丝分裂,产生大量精原细胞,其中部分精原细胞经过染色体复制和其他物质的合成,进一步形成初级精母细胞。第二阶段:初级精母细胞经过M形成2个次级精母细胞,再经过M最终产生4个精细胞。第三阶段:精子经过变形
12、,其中的细胞核变为精子头部的主要部分,高尔基体变为头部的顶体,中心体演变为精子的尾,线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘;细胞内的其他物质浓缩为球状,叫做原生质滴。(3)哺乳动物成熟的精子外形分为头、颈和尾三部分。不同动物精子的形态相似,大小略有不同,与动物的体型大小无关。答案:(1)睾丸 曲细精管 初情期 生殖机能(2)有丝 染色体复制 2个次级精母细胞 头部 顶体 中心体 线粒体鞘 原生质滴(3)头 尾 无关 二、受精 1.受精的场所:输卵管。2.受精前的两个准备:(1)精子获能:当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。(2)卵子的准
13、备:排出的卵子在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期,才具有与精子受精的能力。3.受精阶段四步曲:第一步:精子穿越放射冠和透明带 顶体反应:使精子穿越放射冠进入透明带 透明带反应:防止多精子入卵的第一道屏障 第二步:精子进入卵细胞 卵细胞膜反应:防止多精入卵的第二道屏障 第三步:原核形成 雄原核形成和雌原核形成 第四步:合子形成 雌、雄原核融合形成合子(受精卵)4.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。易错提醒:受精过程认识的三个误区(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)受精标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体,
14、而受精完成的标志为雌、雄原核的融合。(3)雌、雄原核不能理解成卵子、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。【选修对接必修】对接必修2:受精过程时父本和母本对受精卵遗传物质的贡献是否相同?在进行受精作用时,通常是精子的头部进入卵细胞,尾部留在外面。受精卵中的染色体数目恢复到体细胞中的数目,其中有一半的染色体来自精子(父方),另一半来自卵细胞(母方),父本和母本对受精卵细胞核中遗传物质的贡献相同,各占一半,但细胞质中的线粒体来自卵细胞。整体来看,进行受精作用时,母本对受精卵遗传物质的贡献大于父本。【典题通关】如图表示精卵相遇时的卵子示意图。回答下列问题:(1)写出各部分名
15、称:;。(2)当精子穿越 ,进入透明带,即发生 反应,这是防止多精入卵受精的第 道屏障。(3)精子入卵细胞膜后,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 反应,这是防止多精入卵受精的第二道屏障。(4)精子入卵后,形成一个新的核即 。与此同时,被激活的卵子完成减数第二次分裂,排出 后形成 。【解题关键】解答本题的关键是:(1)图示信息:题图表示精卵相遇时的卵子示意图。(2)关键信息:明确受精过程中防止多精入卵受精的屏障有透明带反应、卵细胞膜反应。【解析】(1)据图分析可知:图中为放射冠,为透明带,为第一极体。(2)当精子穿越放射冠,进入透明带,即发生透明带反应,这
16、是防止多精入卵受精的第一道屏障。(3)精子入卵后,卵细胞膜会立即发生一种生理反应,即卵细胞膜反应,这是防止多精入卵受精的第二道屏障。(4)精子入卵后,形成一个新的核即雄原核。与此同时,被激活的卵子完成减数第二次分裂,排出第二极体后形成雌原核。答案:(1)放射冠 透明带 第一极体 (2)放射冠 透明带 一(3)卵细胞膜 (4)雄原核 第二极体 雌原核【方法规律】区分“顶体反应”“透明带反应”“卵细胞膜反应”的方法(1)从发生时间看:顶体反应发生在精子与卵子相遇时。透明带反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间。卵细胞膜反应发生在精子入卵后。(2)从生理作用看:顶体反应是顶体内释放的酶直接溶解卵丘细胞间的
17、物质,使精子穿越放射冠。透明带反应是防止多个精子穿越透明带,是防止多精入卵受精的第一道屏障。卵细胞膜反应也是防止其他精子入卵,是防止多精入卵受精的第二道屏障。【跟踪小练】1.哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程,只有在促性腺激素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图(N表示染色体组)。据图分析,下列叙述错误的是()A.减数第一次分裂完成于排卵前后 B.细胞只有在精子的作用下才能形成成熟卵子 C.、和细胞分裂后期染色体数目相同 D.培育转基因动物应选择细胞作为受体细胞 【解题关键】由题干信息判断出题图中各个序号所代表的细胞名称,然后分析各时期的特点。【解析】
18、选C。初级卵母细胞的减数第一次分裂于排卵前后在卵巢内完成,次级卵母细胞要在精子的刺激下才能完成减数第二次分裂形成成熟的卵子,故A、B两项正确;细胞的分裂后期为减数第一次分裂后期,细胞的分裂后期为减数第二次分裂后期,二者的染色体数均为2N,细胞的分裂后期为有丝分裂后期,染色体数为4N,C项错误。卵裂期细胞分化程度低,可以作为培育转基因动物的受体细胞,故D项正确。2.根据哺乳动物受精过程示意图,回答下面的问题:(1)写出图中字母表示的结构名称a.、b.、c.。(2)写出图中数字表示的过程:、。(3)在精卵相遇之前,精子在雌性动物生殖道发生相应的生理变化,具有了受精能力,这个过程叫做 。卵子一般排出
19、后都要在 中进一步成熟,当达到 时,才具备与精子受精的能力。【解题关键】本题考查哺乳动物受精的过程,应结合图示和哺乳动物受精知识分析回答,注意以下两点:(1)明确图中卵子各部分结构(如放射冠、透明带、卵细胞膜、第一极体)。(2)明确精子入卵过程和以后的变化(如第二极体的形成、雄原核与雌原核的形成和雌、雄原核的融合等)。【解析】(1)据图可知a是放射冠,b是雄原核,c是雌原核。(2)据图可判断是精子穿越放射冠,是精子穿过透明带,是精子进入卵细胞膜,是雌、雄原核融合。(3)精卵相遇之前,精子在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化,具备了受精能力,这个过程叫做精子获能。卵子在排出后一般都要在输卵管中进
20、一步成熟,达到减数第二次分裂中期时,才具备与精子受精的能力。答案:(1)放射冠 雄原核 雌原核(2)精子穿越放射冠 精子穿过透明带 精子进入卵细胞膜 雌、雄原核融合(3)精子获能 输卵管 减数第二次分裂中期 三、早期胚胎发育 1.发育场所:输卵管、子宫。2.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,或略有缩小桑椹胚细胞数目约为32个,每个细胞都具有全能性囊胚细胞开始出现分化(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);出现囊胚腔;透明带破裂,胚胎从中伸展出来(即孵化)原肠胚
21、分化为内胚层、中胚层和外胚层三个胚层;出现原肠腔发育过程 部分图示 易错提醒:细胞全能性与早期胚胎发育各阶段的关系(1)桑椹胚期以前的细胞具有全能性,即每一个细胞都有发育成完整胚胎的潜能。(2)囊胚开始出现细胞分化,其中内细胞团细胞具有全能性,而滋养层细胞不具有全能性。(3)原肠胚中出现胚层分化,细胞不再具有全能性。【选修对接必修】对接必修1:多细胞生物早期胚胎发育与细胞生命历程的联系。(1)多细胞生物从受精卵开始,要经过细胞的增殖和分化逐渐发育为成体。(2)有丝分裂将亲代细胞的染色体经过复制(实质为DNA的复制)之后,精确地平均分配到两个子细胞中。在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性
22、。(3)在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程,叫做细胞分化。细胞分化的实质是基因的选择性表达。细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高各种生理功能的效率。【典题通关】如图表示哺乳动物精子和卵子相遇以及动物胚胎发育过程的两个阶段,请据图回答问题:(1)精细胞变形为精子的过程中,细胞中的很多结构会消失,而细胞核和线粒体都保留下来,为什么?。(2)精子与卵子相遇,内的某些酶类释放出来,可直接溶解 之间的物质,形成精子穿越 的通道。,标志着受精作用完成。(3)A时期的细胞具有发育上的 性,B时期开始出现 ,B时期的1将来发育成 ,2将来
23、发育成 。【解析】(1)精细胞变形阶段只保留细胞核、线粒体,是因为细胞核是精子遗传物质储存的场所,也是精卵结合后的后代遗传特性和代谢活动的控制中心;而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解有机物产生能量的场所。(2)受精过程中,精子与卵子相遇,首先发生顶体反应,即顶体内的酶会释放出来,溶解卵丘细胞之间的物质,形成精子穿越放射冠的通路。雌雄原核充分发育后,彼此接触,形成一个含有二倍染色体的合子,即受精卵,受精作用至此结束。(3)A桑椹胚时期细胞具有发育的全能性,B囊胚期细胞开始出现细胞分化。B囊胚期的1滋养层会发育成胎膜胎盘,2内细胞团会发育成胎儿的各种组织。答案:(1)细胞核是精子遗传物质储存的场所,
24、也是精卵结合后的后代遗传特性和代谢活动的控制中心;而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解有机物产生能量的场所 (2)顶体 卵丘细胞 放射冠 雌、雄原核彼此融合(核融合)(3)全能 细胞分化 胎盘和胎膜 胎儿的各种组织 【误区警示】(1)精子与卵细胞结合,首先发生顶体反应,释放顶体酶,水解卵丘细胞之间的物质,形成精子穿越放射冠的通道,并溶解透明带(或溶解放射冠和透明带)。(2)防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(3)卵裂期在透明带内进行。【跟踪小练】(2020长沙高二检测)胚胎工程的许多技术,实际是在体外条件下,对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。请根据动物受精和早期胚胎发
25、育过程回答下列问题:(1)在哺乳动物体内卵子的发生过程中,减数第一次分裂完成的时间是在雌性个体 ,当次级卵母细胞发育到 (时期)时才具备与精子受精的能力,受精的场所是 ,判断卵子是否受精的重要标志是 。(2)受精过程中防止多精入卵的两道屏障是 和 。(3)胚胎发育过程首先是卵裂,所得每个子细胞的体积比受精卵 ,胚胎发育到 期会导致透明带破裂,胚胎从中伸展出来,这一过程叫做孵化。【解析】哺乳动物的卵细胞形成过程中的减数第一次分裂发生在雌性动物排卵前后,次级卵母细胞发育到减数第二次分裂中期才具备受精能力。受精的场所是输卵管。判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。受精过
26、程中防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。答案:(1)排卵前后 M中期 输卵管 在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体(2)透明带反应 卵细胞膜反应(顺序可颠倒)(3)小 囊胚 【补偿训练】胚胎干细胞培养的基本过程如图所示,下列叙述正确的是()A.过程的培养液与动物细胞培养的培养液成分不同之处是不含有动物血清 B.过程采用酶处理的方式使内细胞团细胞分散开 C.过程培养基中需加入经紫外线照射后的成纤维细胞,以促进胚胎干细胞分化 D.早期胚胎继续发育会在外层形成滋养层细胞,最终这部分细胞发育为成体的一部分【解析】选B。胰蛋白酶具有水解蛋白质的作用,胚胎细胞间含有大量的蛋白质,用胰蛋白酶处理内细胞团细胞可以使其分散,故B项正确。过程的实质为细胞培养,需要向培养基中加入动物血清,故A项错误。过程培养基中需加入经紫外线照射后的成纤维细胞,以抑制细胞分化,保持只分裂的状态,故C项错误。滋养层细胞发育成胎膜和胎盘,为胚胎发育提供营养物质,故D项错误。
