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細胞工程：
第3節　胚胎工程 第1課時 胚胎工程的理論基礎
學有目標——新課程標準必明 記在平時——核心語句必背
1.說明胚胎的形成經過了受精及早期發育等過程。 2．簡述受精和早期胚胎發育的基本過程。 1.受精的過程：精子穿越透明帶→進入卵細胞膜→雌、雄原核形成→雌、雄原核融合。 2．防止多精入卵的兩道屏障：透明帶反應和卵細胞膜反應。 3．判斷卵子是否受精的標志是在卵細胞膜與透明帶的間隙能觀察到兩個極體，受精作用完成的標志是雌雄原核融合形成合子。 4．胚胎早期發育的過程：受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原腸胚。
一、理清主干知識
一、胚胎工程的概念
1．操作對象：生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞。
2．技術手段：體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
3．實質：在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發育條件進行的模擬操作。
二、受精
1．概念：精子與卵子結合形成合子(即受精卵)的過程。
2．場所：哺乳動物的受精在輸卵管內完成。
3．過程
三、胚胎早期發育
二、診斷自學效果
1．判斷下列敘述的正誤
(1)成熟的精子并不具有受精能力，必須獲能后才具備受精能力(√)
(2)卵裂期胚胎的總體積隨分裂次數增加而不斷增大(×)
(3)在胚胎發育過程中，細胞的分化出現在桑葚胚期(×)
(4)內細胞團將來發育成胎膜和胎盤(×)
2．內細胞團出現的時期是(　　)
A．原腸胚期　B．卵裂期　C．桑葚胚期　D．囊胚期
解析：選D　囊胚期細胞分化形成內細胞團和滋養層。
3．(2020·富平縣期末)下列能正確表示高等動物胚胎發育順序的是(　　)
A．受精卵→卵裂→原腸胚→囊胚→組織器官的分化
B．受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原腸胚→幼體
C．受精卵→囊胚→原腸胚→桑葚胚→幼體
D．受精卵→桑葚胚→卵裂→原腸胚→組織器官的分化
解析：選B　高等動物胚胎發育為受精卵首先通過卵裂形成桑葚胚，桑葚胚細胞再增殖分化形成具有囊胚腔的囊胚，囊胚繼續分化形成具有三個胚層的原腸胚，然后出現組織器官的分化，最后形成幼體。
[在探究中學明]
受精是精子與卵子結合形成合子(即受精卵)的過程。它包括受精前的準備階段和受精階段。閱讀教材，觀察圖示并回答相關問題。
1．剛采集到的精子是否能與卵子立即結合完成受精作用？為什么？
提示：不能。剛采集到的精子還沒有受精能力，必須先對精子進行獲能處理，才能進一步受精。
2．剛排出的卵子具有受精能力嗎？為什么？
提示：不具有。卵子在受精前也要經歷類似精子獲能的過程，要在輸卵管內進一步成熟，到MⅡ期才具備與精子受精的能力。
3．防止多精入卵受精的生理反應有哪些？有什么意義？
提示：(1)兩道屏障，一是透明帶反應，二是卵細胞膜反應。(2)防止多精入卵，保證受精卵中遺傳物質與親代體細胞一致，從而保證遺傳的穩定性。
[在深化中提能]
1．受精階段——四步曲
2．受精過程中的“兩大反應”、“兩道屏障”
3．關于體內受精應注意的幾個問題
(1)精子獲能是指精子獲得受精能力，而不是獲得能量；排卵是指卵子從卵泡中排出，而不是卵泡從卵巢中排出。
(2)動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次級卵母細胞，如豬、羊等；有的可能是初級卵母細胞，如馬、犬等。但它們都要在輸卵管內進一步成熟，到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。
(3)受精的標志≠受精完成的標志：判斷受精的標志是在透明帶和卵細胞膜之間觀察到兩個極體；而受精完成的標志是雌、雄原核的融合。
(4)受精卵遺傳物質的來源：核遺傳物質來自精子的細胞核與卵細胞的細胞核(即精卵各提供1/2)，而細胞質的遺傳物質幾乎全部來自卵細胞。
　(2020·邢臺期末)下列有關受精過程的說法，正確的是(　　)
A．精子的細胞膜和卵細胞膜相互融合依賴于生物膜的流動性
B．精子在雌性動物的子宮中獲能后才能參與受精
C．精子在接觸卵細胞膜的瞬間發生卵細胞膜反應
D．精子入卵后，保留原有的核膜，細胞核體積增大稱為雄原核
[解析]　精子的細胞膜和卵細胞膜相互融合依賴于生物膜的流動性，A正確；精子在雌性動物的生殖道中獲能后才能參與受精，B錯誤；精子在接觸卵細胞膜的瞬間發生透明帶反應，C錯誤；精子入卵后，原有核膜破裂并形成一個新的核膜，細胞核體積增大稱為雄原核，D錯誤。
[答案]　A
兩看法區別透明帶反應、卵細胞膜反應
(1)從發生時間看：透明帶反應發生在精子觸及卵細胞膜的瞬間；卵細胞膜反應發生在精子入卵后。
(2)從生理作用看：透明帶反應可防止多個精子穿越透明帶，是防止多精入卵的第一道屏障；卵細胞膜反應是防止多精入卵的第二道屏障。
　　　
[在應用中落實]
1．下列關于高等哺乳動物受精過程的敘述，正確的是(　　)
A．獲能的精子穿越透明帶的同時釋放多種酶水解卵細胞膜
B．體內受精發生的場所是輸卵管
C．精子的核和卵細胞的核融合后立即發生卵細胞膜反應
D．精子入卵后立即與卵細胞核發生融合并馬上開始有絲分裂
解析：選B　獲能的精子首先釋放多種酶幫助精子穿越透明帶，但不能水解卵細胞膜，A錯誤；體內受精發生的場所是輸卵管，B正確；卵細胞膜反應發生在精子的核和卵細胞的核融合前，C錯誤；精子入卵后先形成雄原核，然后才能與雌原核融合，D錯誤。
2．根據哺乳動物受精過程示意圖，回答下列問題：
(1)圖中字母表示的結構名稱是a.________，b.________。
(2)圖中數字表示的過程是①______________________，②____________，③_____________。
(3)在精卵相遇之前，精子在雌性動物生殖道內發生相應的生理變化，具有了受精能力，這個過程叫________。卵子一般在排出后都要在________中進一步成熟，當達到________時，才具備與精子受精的能力。
(4)動物胚胎是由合子經有絲分裂形成的，合子只由一個精子和卵子結合的生理基礎是________________________________________________________________________
______________。
解析：(1)據圖可知，a是雄原核，b是雌原核。(2)據圖可判斷①是精子穿過透明帶，②是精子進入卵細胞膜，③是雌、雄原核融合。(3)精卵相遇之前，精子在雌性動物生殖道內發生相應的生理變化，具備了受精能力，這個過程叫精子獲能。卵子在排出后一般都要在輸卵管中進一步成熟，達到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。(4)受精時的透明帶反應和卵細胞膜反應是防止多精入卵受精的兩道屏障。
答案：(1)雄原核　雌原核　(2)精子穿過透明帶　精子進入卵細胞膜　雌、雄原核融合　(3)精子獲能　輸卵管
MⅡ期　(4)透明帶反應和卵細胞膜反應
[在探究中學明]
1．合子形成后即在輸卵管內進行有絲分裂，開始發育，如圖為哺乳動物發育過程的幾個階段，結合圖示回答相關問題：
(1)A、B、C分別處于什么階段？
提示：桑葚胚、囊胚、原腸胚。
(2)圖中的②和③兩個空腔是同一個結構嗎？
提示：不是，②和③分別是囊胚腔和原腸腔。
(3)細胞分化開始出現于哪個時期？①部分的細胞將來形成什么結構？
提示：細胞分化開始出現于B(囊胚)時期；①部分的細胞將來形成胎膜和胎盤。
(4)早期胚胎的發育過程中，卵裂時細胞的體積和所有的細胞體積之和有何變化？
提示：卵裂過程中，細胞只分裂而不生長，所以每個細胞的體積越來越小，但總體積并不增加或略有縮小。
2．分析教材第59頁[思考·討論]，回答下列問題。
(1)表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發育程度最高？
提示：比較而言，馬的胚胎進入子宮時發育程度最高，其次為小鼠。
(2)將體外培養的馬胚胎移植到母馬子宮時，應選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？
提示：馬應選擇囊胚階段的胚胎。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8～16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發育率和妊娠率，在實踐中通常用發育到囊胚階段的胚胎進行移植。
[在深化中提能]
1．個體發育的過程和順序
2．卵裂期細胞或物質的變化規律
項目 細胞 數目 每個細 胞體積 DNA 總量 每個細胞 DNA總量 有機物 總量 物質 種類 所含 能量
變化 增多 減小 增多 不變 減少 增多 減少
　(2020·泰安一中月考)如圖為哺乳動物早期胚胎發育的過程，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．Ⅰ時期為原腸胚，該時期的細胞具有發育的全能性
B．過程a和b比卵裂期胚胎中有機物的含量減少
C．胚胎移植選擇處于Ⅰ或Ⅱ時期的胚胎最易成功
D．細胞分化從Ⅱ時期開始貫穿于動物的整個生命歷程
[解析]　Ⅰ時期為桑葚胚，該時期的細胞具有發育的全能性，A錯誤；過程a表示卵裂形成桑葚胚，過程b表示由桑葚胚形成囊胚，這兩個過程細胞均需要消耗有機物釋放能量，故胚胎中有機物的含量均減少，B正確；胚胎移植選擇處于Ⅰ(桑葚胚)或Ⅱ(囊胚)時期的胚胎最易成功，C正確；細胞分化從Ⅱ(囊胚)時期開始貫穿于動物的整個生命歷程，D正確。
[答案]　A
個體發育和胚胎發育的六個結論
(1)個體發育的起點是受精卵，終點是性成熟的個體。
(2)受精卵是新生命的第一個細胞，其全能性最高。細胞全能性隨發育的進行而降低。
(3)桑葚胚階段以前的細胞均未分化，細胞全能性最高。
(4)個體發育過程中，從囊胚階段開始出現細胞分化，但此階段細胞的全能性仍很高。
(5)胚胎發育中的細胞分裂均為有絲分裂，產生的是體細胞；原腸胚階段是個體發育中分化程度最高的階段，但應注意細胞分化貫穿整個個體發育過程。
(6)早期胚胎發育的營養物質來自卵黃，后期通過胎盤從母體吸收營養物質。
　　　
[在應用中落實]
1．下列關于哺乳動物胚胎發育的說法，正確的是(　　)
A．卵裂期細胞進行了細胞分裂和分化
B．胚胎總體積隨分裂次數增加而不斷増大
C．沿透明帶內壁擴展和排列的個體較大的細胞稱為滋養層細胞
D．桑葚胚先于囊胚出現
解析：選D　卵裂期細胞進行了分裂，但沒有分化，A錯誤；卵裂期隨細胞分裂次數增加，胚胎總體積不變，甚至略微縮小，B錯誤；沿透明帶內壁擴展和排列的個體較小的細胞稱為滋養層細胞，C錯誤；桑葚胚先于囊胚出現，D正確。
2．如圖表示哺乳動物胚胎發育過程的幾個階段，請據圖回答問題：
(1)寫出圖中各標號的名稱：
②________，④________，⑦________。
(2)A時期的細胞具有發育上的________性，B時期開始出現________，C時期開始出現胚層分化。
(3)②將來發育成________________。
解析：(1)由分析可知，圖中②為內細胞團，④為囊胚腔，⑦為原腸腔。(2)桑葚胚(A)的細胞具有發育上的全能性；囊胚期(B)開始出現細胞分化，形成內細胞團和滋養層細胞。(3)②內細胞團細胞將來發育成胎兒的各種組織。
答案：(1)內細胞團　囊胚腔　原腸腔　(2)全能　細胞分化　(3)胎兒的各種組織
　　　　[課堂鞏固落實]
1．(2020·宿遷期末)下列關于哺乳動物受精過程的敘述，錯誤的是(　　)
A．獲能后的精子與卵子相遇后，釋放多種酶溶解卵細胞膜外的一些結構
B．卵細胞膜反應是防止多精入卵的第一道屏障
C．精子與卵細胞膜相互融合，精子入卵
D．雄原核形成的同時，卵子完成減數分裂Ⅱ
解析：選B　獲能的精子接觸到卵子時釋放多種酶溶解卵細胞膜外的一些結構，同時借助自身的運動接觸卵細胞膜；在精子接觸卵細胞膜的瞬間，卵細胞膜外的透明帶發生透明帶反應，透明帶反應是防止多精入卵的第一道屏障；精子與卵細胞膜相互融合，精子的頭部即進入卵細胞中；雄原核形成的同時，卵子完成減數分裂Ⅱ。
2．下列關于哺乳動物早期胚胎發育過程的敘述，錯誤的是(　　)
A．卵裂期細胞數目增多，胚胎的總體積增加
B．卵裂期是在透明帶內進行的，細胞分裂方式為有絲分裂
C．桑葚胚以前的細胞均未分化，都是全能干細胞
D．囊胚期細胞開始分化，其中的內細胞團將來發育成胎兒的各種組織
解析：選A　卵裂期細胞數目增多，胚胎的總體積不變甚至略微減小，A錯誤；卵裂期是在透明帶內進行的，細胞分裂方式為有絲分裂，B正確；桑葚胚以前的細胞均未分化，都是全能干細胞，C正確；囊胚期細胞開始分化，其中的內細胞團將來發育成胎兒的各種組織，D正確。
3.高等哺乳動物受精后不久，受精卵開始進行細胞分裂，經胚胎發育的全過程，最后發育成一個完整的幼體。如圖為該過程中的某一時期示意圖，下列有關敘述正確的是(　　)
A．該時期的每一個細胞都是全能細胞
B．胚胎從②中伸展出來的過程叫作孵化
C．④是內細胞團，將來發育為胎兒的胎膜和胎盤
D．該圖所示時期為囊胚期，下一時期的③縮小并出現原腸腔
解析：選D　圖示為囊胚，該時期的內細胞團細胞是全能細胞，但滋養層細胞不是全能細胞，A錯誤；胚胎從①透明帶中伸展出來的過程叫作孵化，B錯誤；④是內細胞團，將來發育為胎兒的各種組織，C錯誤；該圖所示時期為囊胚期，下一時期的③縮小并出現原腸腔，D正確。
4．胚胎工程技術是在體外的條件下，模擬自然狀態下的受精和胚胎發育過程，因此了解和掌握哺乳動物受精和胚胎發育規律，十分重要。回答下列問題：
(1)防止多精入卵的兩道屏障是____________________反應。
(2)胚胎發育的早期有一段時間是在透明帶內進行的，這一時期稱為________期。
(3)早期胚胎發育要經過若干發育階段。在________階段，內細胞團的細胞開始出現分化，其實質是________________。
解析：(1)防止多精入卵的兩道屏障是透明帶反應和卵細胞膜反應。(2)卵裂期在透明帶內進行。(3)囊胚階段細胞經分裂分化形成內細胞團和滋養層；在原腸胚階段，內細胞團的細胞開始出現分化，而細胞分化的實質是基因的選擇性表達。
答案：(1)透明帶反應和卵細胞膜　(2)卵裂　(3)原腸胚　基因的選擇性表達

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