1、第四节胚胎工程及其应用第1课时哺乳动物胚胎发育的基本过程和体外受精课标内容要求核心素养对接1.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。生命观念：掌握精子和卵细胞的产生、受精作用及早期胚胎发育的过程。科学思维：以文字和图示的形式表示哺乳动物胚胎发育及体外受精的过程。社会责任：认同胚胎工程技术在社会生活中发挥的巨大作用，并阐述胚胎工程技术的应用。一、哺乳动物胚胎发育的基本过程1精子的发生(1)场所：睾丸的曲细精管。(2)过程：曲细精管内壁上的精原细胞形成初级精母细胞，经过减数分裂形成4个精细胞，再经过分化(变形)过程形成精子。支持细胞为精子的
2、发生提供营养，精子形成后进入曲细精管的管腔中。(3)精细胞的分化过程2卵细胞的发生(1)场所：雌性动物的卵巢中开始的。(2)发生阶段卵细胞发育在出生后会停止一段时间，到性成熟期再继续发育。减数第一次分裂是在排卵前完成的。排卵后，精子进入次级卵母细胞继续减数第二次分裂。(3)受精作用受精过程精子穿入次级卵母细胞透明带及细胞质膜发生一系列变化，阻止其他精子入卵雌、雄原核受精卵受精开始的标志：精子进入次级卵母细胞。受精完成的标志：卵细胞质膜和透明带之间出现两个极体、雌雄原核融合。3胚胎发育(1)概念：指受精卵发育成幼体的过程，包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要发育阶段。(2)过程(3)优生措施：孕妇在妊
3、娠期间要进行产前检查和产前诊断。二、体外受精技术1概念：哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。2基本原理：人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，促使卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用等。3主要步骤4体外受精技术的应用(1)研究哺乳动物生殖细胞的发生、受精和早期胚胎发育机制等。(2)为胚胎生产提供了廉价而高效的方法，对充分利用优良种质资源、缩短家畜繁殖周期、加快品种改良速度等具有重要价值。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1刚排出的精子即能与卵子受精。()提示：精子必须在生殖道中获能后才能与卵子受精。2精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是子宫。()提示
4、：精子和卵子相遇形成受精卵的部位是输卵管。3当卵细胞质膜和透明带之间出现两个极体、雌雄原核融合时，表示受精作用已经完成。()答案4囊胚期细胞还没有分化。()提示：囊胚期细胞已分化形成内细胞团和滋养层细胞。5试管动物培育的首要技术环节就是体外受精。体外受精是提高动物繁殖能力的有效措施。()答案6从动物卵巢中获得的卵母细胞需要进行成熟培养到卵细胞阶段，才能进行体外受精。()提示：从动物卵巢中获得的卵母细胞需要进行成熟培养到M期，才能进行体外受精。受精的准备及过程1准备阶段(1)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。(2)卵子的准备卵
5、子要在输卵管内进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。2受精过程3防止多精入卵的两道屏障(1)透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，称作透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。(2)卵细胞膜反应：精子入卵后，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，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。合作探究：(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，
6、受精完成的标志是雌雄原核融合成合子。1下列关于受精过程的叙述，错误的是()A获能后的精子与卵子相遇后，释放多种酶溶解卵细胞膜外的结构B卵细胞膜反应是防止多精入卵的第一道屏障C精子与卵细胞膜相互融合，精子入卵D雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂B精子受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透明带、进入卵细胞膜、原核形成和融合等过程。获能的精子与卵细胞相遇后，发生顶体反应，释放顶体酶穿过放射冠进入透明带，接触透明带并发生透明带反应，这是第一道屏障，随后入卵与卵细胞膜接触，发生卵细胞膜反应，这是第二道屏障。在精子形成雄原核时，卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体，形成雌原核，雌、雄原核结合，完成受精
7、作用。2根据哺乳动物受精过程示意图，回答下面的问题：哺乳动物受精过程示意图(1)图中字母表示的结构名称分别是：a_、b_。(2)图中数字表示的过程分别是_、_、_。(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，这个过程叫作_。卵子一般在排出后都要在_中进一步成熟，当达到_时，才具备与精子受精的能力。(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卵子结合的生理基础是_。解析(1)据图可知a是雄原核，b是雌原核。(2)据图可判断是精子穿过透明带，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
8、能力，这个过程叫作精子获能。卵子在排出后一般都要在输卵管中进一步成熟，达到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。(4)受精时的透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的两道屏障。答案(1)雄原核雌原核(2)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M期(4)透明带反应和卵细胞膜反应早期胚胎发育1早期胚胎发育的过程(1)胚胎发育的起点是受精卵，受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，此时胚胎开始发育，即胚胎发育的最初场所是输卵管，以后逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。(2)桑椹胚阶段细胞均未分化，细胞具有全能性，是胚胎分割的最佳时期。(3)囊胚
9、阶段开始出现细胞分化，但内细胞团细胞仍具有全能性，可用于胚胎分割。(4)原肠胚阶段细胞进一步分化，已分化形成外、中、内三个胚层。(5)早期胚胎发育的营养物质来自卵黄，后期通过胎盘从母体吸收营养物质。2卵裂期细胞或物质的变化规律项目变化项目变化细胞数目增多每个细胞内的DNA总量不变每个细胞体积减小有机物总量减少DNA总量增多物质种类增多合作探究：(1)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。(2)胚胎发
10、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。1关于桑椹胚和囊胚的比较，以下说法不正确的是()A细胞分化开始于桑椹胚B桑椹胚的各细胞结构、功能基本相同C囊胚期细胞出现了细胞分化，但遗传物质未发生改变D囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异是转录水平上的差异引起的A桑椹胚阶段前的每一个细胞都
11、具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞，桑椹胚进一步发育(即囊胚阶段)，细胞开始分化，所以细胞分化开始于囊胚期，A错误；由于桑椹胚时细胞都属于全能细胞，所以各细胞结构、功能基本相同，B正确；虽然囊胚期细胞出现了细胞分化，存在基因的选择性表达，但遗传物质未发生改变，都与受精卵一样，C正确；囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异是基因的选择性表达造成的，差异的根本原因是RNA种类的不同，这属于转录水平上的差异，D正确。2下图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是()A受精卵卵裂形成囊胚的过程中，每个细胞体积不断增大B受精卵发育为桑椹胚的过程是在透明带内完成的C在胚胎发育过程中，幼体所需要的原料全部
12、来自卵黄D原肠胚是进行胚胎移植的最好时期B受精卵形成囊胚的过程中，主要发生了卵裂，卵裂过程中，每个细胞的体积不断缩小，细胞的总体积基本不变或略有缩小，A错误；受精卵发育为桑椹胚的过程是在透明带内完成的，B正确；早期胚胎发育中所需原料来自卵黄，幼体所需原料主要来自母体，C错误；原肠胚时期细胞分化程度高，移植成功率很低，最好在此前进行移植，不同动物胚胎移植时间不同，如牛、羊一般在桑椹胚或囊胚阶段移植，小鼠、家兔等要在更早阶段进行，D错误。体外受精1卵母细胞的采集和培养方法(1)超数排卵技术：促性腺激素可作用于卵巢，促进雌激素的分泌，进而促进卵子的排出，从输卵管中冲取的卵子，已发育至减数第二次分裂中
13、期，可直接与获能的精子进行受精作用。(2)从卵巢中采卵：卵巢中的卵母细胞为初级卵母细胞，需在体外培养至减数第二次分裂中期，才能进行体外受精。2哺乳动物体外受精过程图解3体外受精的原理：人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等)，使卵母细胞成熟、精子获能，最终完成受精和胚胎保存。4比较自然受精、人工授精和体外受精项目自然受精人工授精体外受精不同点过程不同雌雄动物交配完成用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程场所不同雌性动物输卵管中雌性动物输卵管中体外培养液中相同点(1)精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程；(2)都是有性生殖合作探究：(1
14、)精子获能处理前为什么要离心处理？提示：精液由精子和精清两部分组成。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。精子获能处理前进行离心处理，目的是除去精清以利于精子获能。(2)试管动物与克隆动物有什么不同？提示：生殖方式不同：试管动物属于有性生殖，克隆动物属于无性生殖。培育的技术手段不同：试管动物需采用体外受精、胚胎移植等技术，克隆动物需采用核移植、胚胎移植技术。是否遵循遗传定律：试管动物遵循遗传定律，克隆动物不遵循遗传定律。1关于试管动物技术概念的叙述，正确的是()A通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经过移植产生后代
15、的技术B通过人工操作使卵子和精子在体内成熟，在体外受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经过移植产生后代的技术C通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并将受精卵移植产生后代的技术D通过人工操作使卵子和精子在体内成熟，在体外受精，并将受精卵移植产生后代的技术A试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。2良种试管牛的繁殖过程：用激素促进甲牛多排卵，然后把卵子在体外与人工采集的乙牛的精子进行受精，在特定培养基中培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理的丙牛的子宫内，孕育成试管牛。下列相关叙述错误的是()A精卵结合前精子需进
16、行获能培养B“促进甲牛多排卵”的激素是孕激素C甲牛、乙牛对试管牛核遗传物质的贡献相同D该技术可应用于加快优良种畜的繁殖B精子需要进行培养使其获能才具备受精能力，A项正确；促进动物多排卵的激素是促性腺激素，B项错误；试管牛的核遗传物质一半来自甲牛的卵子，一半来自乙牛的精子，C项正确；该技术可充分发挥母畜的优良特性，可用于加快优良种畜的繁殖，D项正确。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵1.哺乳动物睾丸的曲细精管是产生精子的部位，卵细胞的发生是在雌性动物的卵巢中开始的。2.当卵细胞质膜和透明带之间出现两个极体、雌雄原核融合时，表示受精作用已经完成。3.胚胎发育是指受精卵发育成幼体的
17、过程，包括桑椹胚、囊胚、原肠胚等主要阶段。4.体外受精技术是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。5.体外受精技术包括采集精子、采集卵母细胞和体外受精等主要步骤。6.可在人工配制的获能液或一定浓度的肝素或相应的Ca2载体溶液中，诱导精子获能。精子获能的重要意义在于增强了精子的代谢能力和运动能力。1下列受精的过程，正确的顺序为()第一次卵裂开始卵细胞膜反应顶体反应透明带反应雌雄原核的形成雌雄原核融合ABCDD在受精作用过程中，精子头部的顶体首先释放顶体酶，发生顶体反应；然后精子穿越放射冠和透明带，此时透明带发生透明带反应，这是防止多精入卵的第一道屏障；接着精子进入卵细胞
18、膜，此时会发生卵细胞膜反应；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，即雌、雄原核的形成；最后核膜消失，发生雌雄原核融合，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，即第一次卵裂开始。因此，受精过程正确的顺序为，故选D。2下列能正确表示高等动物早期胚胎发育顺序的是()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受精卵卵裂期桑椹胚原肠胚幼体D受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚组织器官的分化D高等动物早期胚胎发育依次经过受精卵卵裂期桑椹胚囊胚原肠胚组织器官的分化。3在牛的胚胎发育过程中，将来能发育成胎儿各种组织的是()A透明带 B囊胚的内细胞团C囊胚的
19、滋养层D原肠胚的内胚层B在胚胎发育过程中，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成胎膜和胎盘。4爱德华兹以他在体外受精技术领域做出的开创性贡献而获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。关于体外受精技术的叙述正确的是()A获取的精子经获能后才能进行体外受精B采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能形成受精卵C精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母体子宫D精子与卵子相遇后，精子会释放多种水解酶，防止多精入卵A卵子必须处于M期才能进行受精；直接从卵巢中采集的卵母细胞要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精；成熟的卵子与收集来的精子相遇形成受精卵，需培养到一定阶段才可移植；主要通过透明带反应和卵细胞膜反应两道屏障防止多精入卵。5胚胎工程应用前景广阔，请回答：(1)胚胎工程是指对_进行人为操作和处理以获得目标个体的技术，该技术包括_、_和_等。(2)防止多个精子和卵子受精的生理机制包括_。(3)受精卵在_内形成后，即开始发育。胚胎发育早期的一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为_，其显著特点是胚胎的总体积_，发育到_时期，透明带破裂，这一过程叫_，之后经_时期后分化形成组织器官。答案(1)动物的胚胎体外受精胚胎移植胚胎分割(2)透明带反应和卵细胞膜反应(3)输卵管卵裂不增加囊胚孵化原肠胚