資源簡介

2.3.1胚胎工程的理論基礎(chǔ)
學習目標：1.說出精子和卵子的準備階段過程并比較二者的異同。
2．簡述受精過程及防止多精入卵屏障的形成機制。
3．概述早期胚胎的發(fā)育過程以及各階段的特點。
學科素養(yǎng)：1.科學思維：通過學習，自主構(gòu)建“精卵發(fā)生→受精→胚胎發(fā)育”的動態(tài)機制模型。
2．生命觀念：聯(lián)系自我，感受生命發(fā)生的珍貴，樹立珍愛生命的意識。
知識點一　受精
自主梳理
1．胚胎工程
(1)概念：對________、________或____________進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。
(2)主要技術(shù)：________、________和________。
(3)實質(zhì)：是在體外條件下，對動物________和________________條件進行的模擬操作。
2．受精
(1)概念：________與________結(jié)合形成合子(即受精卵)的過程。
(2)場所：在自然條件下，哺乳動物的受精場所是________。
3．受精的過程
受精前的準備階段
①準備階段1——精子獲能
場所：雌性動物的________。
②準備階段2——卵子的準備
動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初級卵母細胞，有的可能是次級卵母細胞，都要在輸卵管內(nèi)發(fā)育到________期，才能受精。
答案：
1．(1)生殖細胞　受精卵　早期胚胎細胞　(2)體外受精　胚胎移植　胚胎分割　(3)自然受精　早期胚胎發(fā)育
2．(1)精子　卵子　(2)輸卵管
3．(1)①生殖道　②MⅡ
[互動探究]
1．(生命觀念)剛剛采集到的哺乳動物的精子和卵子能立刻受精嗎？為什么？
提示：不能。精子要獲能后才具有受精能力，卵子必須進一步成熟，到MⅡ中期才能受精。
2．(科學思維)防止多精入卵的屏障有哪些？其意義是什么？
提示：兩道屏障防止多精入卵：透明帶反應(yīng)和卵細胞膜反應(yīng)。其意義是保證子代細胞中染色體數(shù)目正常。
3．(科學思維)受精完成的標志是什么？
提示：受精完成的標志是雌、雄原核的融合。
歸納提升
1．受精的過程
過程 主要變化
精子穿越 卵細胞膜 外結(jié)構(gòu) 在精子觸及卵細胞膜的瞬間，卵細胞膜外的透明帶發(fā)生透明帶反應(yīng)，這是防止多精入卵的第一道屏障
精子入卵 卵細胞膜會立即發(fā)生一種生理反應(yīng)，拒絕其他精子再進入卵內(nèi)，這種生理反應(yīng)稱為卵細胞膜反應(yīng)。這是防止多精入卵的第二道屏障
形成原核 精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂，隨后形成新的核膜，最后形成雄原核；精子入卵后被激活的卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，排出第二極體后，形成雌原核
融合 雄、雌原核充分發(fā)育后，相向移動，彼此靠近，核膜消失，兩組核染色體合為一組，形成一個含有兩個染色體組的合子(受精卵)
2.關(guān)于受精作用的3點提醒
(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必須獲能后才具備受精能力。
(2)精子獲能是指精子獲得受精“能力”，而不是獲得能量。
(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原來的核，它們是在原來細胞核的基礎(chǔ)上形成的新核，原核膜已破裂。
3．哺乳動物精子和卵子發(fā)生的不同點
(1)形成精子的減數(shù)分裂是連續(xù)的，場所唯一(MⅠ和MⅡ的場所都是睪丸)；而形成卵子的減數(shù)分裂是不連續(xù)的，場所不唯一。(MⅠ場所在卵巢，MⅡ場所在輸卵管中)
(2)精子和卵子發(fā)生的時間不同：精子的發(fā)生是從初情期一直到生殖機能衰退；多數(shù)哺乳動物卵子的形成和在卵巢內(nèi)的貯備是胎兒出生前完成的，MⅠ是在雌性動物排卵前后完成的，MⅡ是在受精過程中完成的。
(3)精子的形成過程需要變形；卵細胞的形成過程不需要變形。
針對訓(xùn)練
1．下列有關(guān)哺乳動物精子和卵細胞的發(fā)生以及受精的敘述，正確的是(　　)
A．剛排出的精子和卵子相遇即可受精
B．排卵就是排出成熟卵細胞的過程
C．形成卵細胞的分裂過程均在卵巢內(nèi)完成
D．卵子受精的標志是觀察到兩個極體或者雌、雄原核
答案：D　
解析：剛排出的精子不能立刻與卵子受精，必須在雌性動物的生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才能獲得受精能力，A錯誤；動物排卵時排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初級卵母細胞，有的可能是次級卵母細胞，并非成熟卵細胞，B錯誤；形成卵子的減數(shù)分裂Ⅱ過程是在輸卵管中進行的，并非卵巢，C錯誤；在實際胚胎工程操作中，常以觀察到兩個極體或者雌、雄原核作為受精的標志，D正確。
2．下列受精的過程，正確的順序為( )
①第一次卵裂開始　②卵細胞膜反應(yīng)　③精子釋放多種酶　④透明帶反應(yīng)　⑤雌、雄原核的形成　⑥雌、雄原核融合
A．③④①②⑤⑥ B．③②④⑤⑥①
C．④③②⑥⑤① D．③④②⑤⑥①
答案：D　
解析：在受精作用過程中，精子釋放出多種酶③；然后精子穿越放射冠和透明帶，此時透明帶發(fā)生④透明帶反應(yīng)，這是防止多精入卵的第一道屏障；接著精子進入卵細胞膜，此時會發(fā)生②卵細胞膜反應(yīng)；精子的細胞核和卵細胞的細胞核分別形成雄原核和雌原核，即⑤雌、雄原核的形成；最后核膜消失，發(fā)生⑥雌、雄原核融合，標志著受精作用的完成；受精作用完成后，受精卵進入卵裂期，即①第一次卵裂開始。因此，受精過程正確的順序為③④②⑤⑥①，故選D。
3．下列有關(guān)受精卵和受精作用的敘述中，錯誤的是(　　)
A．受精卵是具有全能性的細胞
B．受精卵中的DNA一半來自卵細胞
C．受精過程中精子和卵細胞的結(jié)合是隨機的
D．受精卵中的染色體一半來自精子
答案：B　
解析：受精卵是具有全能性的細胞，且受精卵的全能性最高，A正確；受精卵的細胞核DNA一半來自卵細胞，而細胞質(zhì)DNA幾乎都來自卵細胞，B錯誤；受精過程中精子和卵細胞的結(jié)合是隨機的，C正確；受精卵中的染色體一半來自精子，一半來自卵細胞，D正確。
知識點二　胚胎早期發(fā)育
自主梳理
1．卵裂期特點
(1)細胞分裂方式為________。
(2)細胞的數(shù)量不斷________。
(3)胚胎的總體積________。
2．早期胚胎發(fā)育的幾個階段及特點
(1)桑葚胚：卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似________。
(2)囊胚：細胞開始出現(xiàn)________。________將來發(fā)育成胎兒的各種組織，________________將來發(fā)育成________和________。出現(xiàn)囊胚腔。囊胚進一步擴大，透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程稱為________。
(3)原腸胚：形成________________→各種組織、器官。
答案：
1．(1)有絲分裂　(2)增加　(3)并不增加
2．(1)桑葚　(2)分化　內(nèi)細胞團　滋養(yǎng)層細胞　胎膜　胎盤　孵化　(3)外胚層、內(nèi)胚層和中胚層
[互動探究]
1．如圖表示哺乳動物發(fā)育過程的幾個階段，請?zhí)骄浚?br/>(1)(生命觀念)圖中的4和7兩個空腔是同一個結(jié)構(gòu)嗎？
(2)(科學思維)細胞分化開始出現(xiàn)于哪個時期？符號1的部分細胞將來形成什么結(jié)構(gòu)？
(1)提示：不是，4為囊胚腔，7為原腸腔。
(2)提示：囊胚。1為滋養(yǎng)層細胞，將來發(fā)育成胎膜和胎盤。
2．(科學思維)卵裂時期細胞或物質(zhì)變化規(guī)律。
項目 變化
細胞數(shù)量
每個細胞體積
DNA總量
每個細胞內(nèi)的DNA總量
項目 變化
有機物總量
物質(zhì)種類
所含能量
答案：增加　減小　增加　不變　減小　增加　減小
3．(生命觀念)思考胚胎發(fā)育的階段及每個階段的特點。
提示：
階段 主要特點
桑葚胚 子細胞形成致密的細胞團
囊胚 開始出現(xiàn)細胞分化，出現(xiàn)內(nèi)細胞團和滋養(yǎng)層，出現(xiàn)囊胚腔，透明帶破裂(孵化)
原腸胚 進一步發(fā)育，具有三個胚層
歸納提升
1．動物胚胎早期發(fā)育的基本過程
(1)受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進行有絲分裂，開始發(fā)育。
(2)卵裂：細胞有絲分裂，細胞數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體積并不增加。
(3)桑葚胚：卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚。
(4)囊胚
①細胞開始出現(xiàn)分化(內(nèi)細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層將來發(fā)育為胎膜和胎盤)。
②出現(xiàn)囊胚腔。
③透明帶破裂，胚胎從中伸展出來(即孵化)。
(5)原腸胚：有了三胚層的分化，分化為內(nèi)胚層、中胚層和外胚層三個胚層。
2．早期胚胎發(fā)育時各階段的特點
(1)桑葚胚之前的胚胎細胞只進行細胞分裂，不需要從外界獲取營養(yǎng)物質(zhì)；囊胚細胞開始出現(xiàn)分化，透明帶破裂，開始從外界吸收營養(yǎng)物質(zhì)，并且中間出現(xiàn)囊胚腔；原腸胚時期出現(xiàn)胚層分化，并且出現(xiàn)原腸腔。
(2)受精卵是新生命的第一個細胞，其全能性最高。一般來說，細胞的全能性隨發(fā)育的深化而降低。
[易錯提醒]
(1)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。
(2)受精卵遺傳物質(zhì)的來源：核遺傳物質(zhì)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(zhì)的遺傳物質(zhì)幾乎全部來自卵細胞。
[針對訓(xùn)練]
1．下圖是牛囊胚示意圖，下列有關(guān)該圖的敘述錯誤的是(　　)
A．透明帶是初級卵母細胞在減數(shù)第一次分裂時形成的
B．囊胚腔是一個充滿液體的腔
C．囊胚形成過程中細胞表面積與體積比變小、有機物增多
D．滋養(yǎng)層將來發(fā)育成胎膜和胎盤
答案：C　
解析：在囊胚的形成過程中，細胞數(shù)目增多，每個細胞體積變小，細胞表面積與體積比變大，細胞分裂需要消耗能量，有機物減少。
2．哺乳動物受精卵在卵裂期發(fā)生的變化是(　　)
A．細胞的總面積與總體積的比值逐漸增大
B．細胞的數(shù)目增多，有機物含量大增
C．每個細胞的DNA含量不斷增加，全能性增高
D．逐漸出現(xiàn)了原腸腔，并有了胚層的分化
答案：A　
解析：在卵裂期細胞的總面積與總體積的比值逐漸增大，A正確；卵裂期細胞的數(shù)目增多，有機物含量由于消耗而減少，B錯誤；卵裂期每個細胞的DNA含量不變，C錯誤；原腸胚階段出現(xiàn)了原腸腔，并有了胚層的分化，D錯誤。
[要語必背]
1．胚胎工程的許多技術(shù)，實際上是在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作。
2．受精包括受精前的準備階段和受精階段，自然條件下，哺乳動物的受精在輸卵管內(nèi)完成。
3．判斷卵子是否受精的標志是在卵細胞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．囊胚進一步擴大，會導(dǎo)致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫作孵化。
鞏固練習
1．動物受精作用的實質(zhì)是(　　)
A．精子和卵細胞的相互識別
B．精子的頭部進入到卵細胞內(nèi)
C．一個卵細胞只能與一個精子結(jié)合
D．卵細胞的細胞核與精子的細胞核相互融合
答案：D　
解析：受精作用是精子和卵細胞相互識別、融合成為受精卵的過程，其實質(zhì)是卵細胞的細胞核與精子的細胞核相互融合，故D正確。
2．下列過程發(fā)生在精子入卵后的是(　　)
①精子繼續(xù)完成減數(shù)分裂Ⅱ　②透明帶發(fā)生生理反應(yīng)　③卵細胞膜發(fā)生生理反應(yīng)　④卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，形成雌原核
A．③④ B．①③④
C．②③ D．①④
答案：A
3．分析下面圖解，判斷以下哪一項不是精子、卵細胞發(fā)生的區(qū)別( )
A．成熟生殖細胞中染色體的數(shù)目
B．MⅠ和MⅡ的時間連續(xù)性
C．成熟生殖細胞是否經(jīng)過變形
D．初級精母細胞、初級卵母細胞的形成時間
答案：A　
解析：成熟的精子和卵細胞都是經(jīng)過減數(shù)分裂形成的，都含有相當于親本體細胞一半的染色體數(shù)目，A正確；精子的產(chǎn)生過程中，MⅠ和MⅡ是連續(xù)的，而卵細胞產(chǎn)生過程中，MⅠ和MⅡ是不連續(xù)的，B錯誤；精細胞形成后變形為蝌蚪狀，卵細胞不需要變形，C錯誤；初級精母細胞是雄性動物初情期開始后，才由精原細胞分裂形成的，而初級卵母細胞是在胎兒期性別分化后形成的，D錯誤。
4．下列有關(guān)哺乳動物胚胎發(fā)育和胚胎工程的敘述，錯誤的是(　　)
A．卵裂期的胚胎中因為細胞數(shù)目不斷增加，所以胚胎總體積逐漸變大
B．移植用的胚胎一般發(fā)育到桑葚胚期或囊胚期
C．桑葚胚的細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能
D．胚胎的內(nèi)細胞團細胞分裂、分化成各種組織和器官，滋養(yǎng)層細胞發(fā)育成胎膜和胎盤
答案：A　
解析：卵裂期的胚胎中細胞數(shù)目不斷增加，但胚胎的總體積不變或略有減小，A錯誤；移植用的胚胎一般取發(fā)育到桑葚胚或囊胚時期的，原腸胚已分化不適于胚胎移植，B正確；桑葚胚的細胞未分化，具有發(fā)育成完整胚胎的能力，C正確；胚胎的內(nèi)細胞團細胞分裂、分化成各種組織和器官，滋養(yǎng)層細胞發(fā)育成胎膜和胎盤，D正確。
5．如圖所示為早期胚胎發(fā)育某一時期的示意圖。下列敘述正確的是(　　)
A．③為內(nèi)細胞團，將來發(fā)育成胎膜和胎盤
B．進行胚胎移植時，必須選用該圖所示時期的胚胎
C．囊胚進一步擴大將會導(dǎo)致①破裂，這一過程叫卵裂
D．此時期的胚胎既可以進行胚胎分割，也可以進行性別鑒定
答案：D　
解析：圖中③為內(nèi)細胞團，將來發(fā)育成胎兒的各種組織，A錯誤；圖示為囊胚期，進行胚胎移植時，應(yīng)該選擇圖示時期的胚胎或之前的桑葚胚進行，B錯誤；①為透明帶，囊胚的擴大會導(dǎo)致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化，C錯誤；圖示為囊胚期，此時期的胚胎既可以對內(nèi)細胞團進行胚胎分割，也可以用滋養(yǎng)層進行性別鑒定，D正確。
6．下圖表示哺乳動物胚胎發(fā)育過程的幾個階段，請據(jù)圖回答問題：
(1)寫出各個階段的名稱：
A________；B________；C________。
(2)寫出圖中各標號的名稱：
[2]____________；[4]____________；[5]____________；[7]________________；[8]________。
(3)A時期的細胞具有發(fā)育成____________的潛能，屬于________，B時期開始出現(xiàn)________，C時期開始出現(xiàn)胚層分化。
(4)[2]將來發(fā)育成________。
(5)動物胚胎是由合子經(jīng)有絲分裂形成的，僅由一個精子和卵子結(jié)合成合子的生理基礎(chǔ)是________、__________。
答案：(1)桑葚胚　囊胚　原腸胚
(2)內(nèi)細胞團　囊胚腔　外胚層　原腸腔　內(nèi)胚層
(3)完整胚胎　全能細胞　細胞分化
(4)胎兒的各種組織
(5)透明帶反應(yīng)　卵細胞膜反應(yīng)
解析：題圖表示哺乳動物胚胎發(fā)育過程的幾個階段，圖中A為桑葚胚；B為囊胚，其中1為滋養(yǎng)層，2為內(nèi)細胞團，3為透明帶，4為囊胚腔；C為原腸胚，其中5為外胚層，6為滋養(yǎng)層，7為原腸腔，8為內(nèi)胚層。A桑葚胚時期的細胞具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細胞；B囊胚期開始出現(xiàn)細胞分化，形成內(nèi)細胞團和滋養(yǎng)層細胞。2內(nèi)細胞團細胞將來發(fā)育成胎兒的各種組織。動物胚胎是由合子經(jīng)有絲分裂形成的，僅由一個精子和卵子結(jié)合成合子的生理基礎(chǔ)是透明帶反應(yīng)和卵細胞膜反應(yīng)。

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