第3節(jié)胚胎工程第2章細胞工程一胚胎工程的理論基礎生物學習目標①通過對受精過程的探究，能夠運用結構和功能相適應的觀點分析受精過程中透明帶反應、卵細胞膜反應等生理變化的具體機制，及其防止多精入卵的意義。（生命觀念）②通過觀察胚胎早期發(fā)育的過程，能夠辨析胚胎發(fā)育的不同階段并描述其變化特征。（生命觀念、科學思維）③通過本節(jié)課的學習，能夠結合畜牧業(yè)或醫(yī)學中的實際案例，分析胚胎工程的應用價值，并討論該技術對社會發(fā)展的影響。（科學思維、社會責任）學習重難點重點：1.受精過程中精子和卵子的相互作用及生理變化。2.胚胎早期發(fā)育的關鍵階段（桑葚胚期、囊胚期和原腸胚期）的結構特點及其生物學意義。難點：受精過程中透明帶反應和卵細胞膜反應的發(fā)生機制及其作用。導入新課問題思考牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產(chǎn)一頭犢牛，一生約生育四五次。引進一頭成年奶牛往往需要數(shù)萬元，能不能讓引進的良種奶?？焖?、大量繁殖呢？提示:動物體細胞核移植。優(yōu)點：能保留良種奶牛的優(yōu)良遺傳特性；不足：核移植過程非常繁瑣；產(chǎn)生的克隆動物遺傳多樣性降低；還有可能出現(xiàn)免疫力低，早衰等問題。我們能否利用現(xiàn)代生物技術（如胚胎移植、體外受精等）來提高良種奶牛的繁殖率？這些技術的原理是什么？導入新課胚胎工程是指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞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。胚胎工程技術包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。實質(zhì)：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。理論基礎：哺乳動物受精和早期胚胎發(fā)育的規(guī)律受精過程中精子和卵子的準備及生理變化新課講授探究一新課講授[探究一]

受精過程中精子和卵子的準備及生理變化活動1：閱讀教材P56-57“受精前的準備階段”相關內(nèi)容，結合示意圖，回答下列問題：1.根據(jù)精子和卵細胞的結構示意圖，分析二者在受精時如何體現(xiàn)結構與功能的適應性。2.受精階段前為什么精子和卵細胞存在準備階段？頭頸線粒體鞘尾透明帶卵細胞膜核第一極體新課講授[探究一]

受精過程中精子和卵子的準備及生理變化活動1：閱讀教材P56～57“受精前的準備階段”相關內(nèi)容，回答下列問題：1.根據(jù)精子和卵細胞的結構示意圖，分析二者在受精時如何體現(xiàn)結構與功能的適應性。2.受精階段前為什么精子和卵細胞存在準備階段？哺乳動物的精子由頭部、頸部、尾部組成，其細長的尾部保證了其在女性生殖道內(nèi)的快速游動，而卵子則以其龐大的體積儲存著豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，為早期胚胎發(fā)育提供必需的支持。剛剛排出的精子不能立即與卵子受精，必須在雌性動物的生殖道內(nèi)發(fā)生相應的生理變化，才能獲得受精能力；哺乳動物體內(nèi)受精時，動物排出的卵子成熟程度不同，都要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。新課講授[探究一]受精過程中精子和卵子的準備及生理變化活動2：觀看受精相關視頻，閱讀教材P57“受精階段”內(nèi)容，回答下列問題。新課講授[探究一]受精過程中精子和卵子的準備及生理變化活動2：觀看受精相關視頻，閱讀教材P57“受精階段”內(nèi)容，并結合課內(nèi)閱讀資料回答下列問題。1.受精過程中卵子的哪些結構發(fā)生生理反應可以防止多精入卵？這有什么意義？透明帶是圍繞在卵子周圍的一層透明的膜狀保護層，上面含有特異性的精子受體，精子頂體上則含有結合蛋白，結合蛋白與精子受體的相互作用，使精子頭部附著在透明帶上，與透明帶牢固結合。釋放的頂體酶隨后將透明帶溶出一條孔道，精子借助自身運動穿越透明帶，并接觸卵細胞膜。此時，卵細胞被激活，使減數(shù)分裂得以完成。卵細胞膜下的皮質(zhì)顆粒經(jīng)胞吐作用釋放其內(nèi)容物到卵周隙(卵細胞與透明帶之間的間隙)，這些物質(zhì)可以改變透明帶的結構，使精子受體失活和透明帶硬化，從而引起透明帶封閉以阻止后來的精子進入透明帶，該生理反應稱作透明帶反應，它是防止多精入卵的第一道屏障。受精過程模式圖受精過程模式圖只有穿過透明帶的精子才能與卵細胞膜接觸。由于卵細胞膜表面有大量的微絨毛，當精子與卵細胞膜接觸時，會立即被微絨毛抱合，隨后精子外膜與卵細胞膜相互融合，精子入卵。精卵融合也會引起卵細胞膜下的皮質(zhì)顆粒與細胞膜融合，發(fā)生胞吐作用，釋放內(nèi)容物分布到卵細胞表面，并擴散至卵周隙。這些物質(zhì)中含有許多種酶，釋放到卵細胞膜外后，能使卵細胞膜硬化形成受精膜，從而引起卵細胞封閉，拒絕其他精子進入卵內(nèi)，該生理反應稱作卵細胞膜反應，這是防止多精入卵的第二道屏障。新課講授[探究一]受精過程中精子和卵子的準備及生理變化活動2：觀看受精相關視頻，閱讀教材P57“受精階段”內(nèi)容，回答下列問題。1.受精過程中卵子的哪些結構發(fā)生生理反應可以防止多精入卵？這有什么意義？2.怎么判斷卵子是否受精？為什么？受精完成的標志是什么？在精子觸及卵細胞膜的瞬間，透明帶會迅速發(fā)生生理反應，阻止后來的精子進入透明帶——透明帶反應；精子入卵后，卵細胞膜會立即發(fā)生生理反應，拒絕其他精子再進入卵內(nèi)——卵細胞膜反應。意義：防止多個精子進入卵子，導致胚胎染色體數(shù)目變異，從而引起發(fā)育異常等現(xiàn)象。多數(shù)哺乳動物的第一極體不進行減數(shù)分裂Ⅱ，因而不會形成兩個第二極體。因此在實際胚胎工程操作中，以觀察到兩個極體或雌、雄原核作為受精的標志。受精完成的標志是雌、雄原核融合，形成合子。新課講授[探究一]受精過程中精子和卵子的準備及生理變化3.精母細胞在變成精子的過程中，很多結構會消失，而細胞核與線粒體都保留了下來，請嘗試用你所了解的哺乳動物受精的相關知識來解釋這一現(xiàn)象。

【易錯辨析】(1)精子獲能是指精子獲得

，而不是獲得能量。

（2）受精卵遺傳物質(zhì)的來源是

來自父方，

來自母方。細胞核和線粒體都是精子的重要結構。其中，細胞核是遺傳物質(zhì)儲存的場所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過程。線粒體是精子進行有氧呼吸的主要場所，為精子的生存和運動提供能量。受精能力少部分大部分新課講授[探究一]受精過程中精子和卵子的準備及生理變化【跟蹤訓練】下列有關受精的說法錯誤的是(

)A．可直接利用雌性動物的生殖道使精子獲能B．精子入卵后有核膜破裂和再生的現(xiàn)象C．精子能釋放多種酶以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D．受精的實質(zhì)是精子的頭部進入卵子D胚胎早期發(fā)育的過程及特點新課講授探究二新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點活動1：【小組合作】觀看胚胎發(fā)育的視頻，結合“現(xiàn)象觀察→模型構建→規(guī)律提煉”路徑，分組繪制胚胎從桑葚胚至囊胚的模式圖，并嘗試表述其特征。步驟1.觀看視頻，分析胚胎發(fā)育過程中細胞形態(tài)的變化。步驟2.模型構建：繪制胚胎發(fā)育的模式圖，標注關鍵結構，并嘗試表述其特征。新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點步驟3.閱讀教材P58，結合視頻，總結桑葚胚、囊胚、原腸胚的主要特點，并填寫表格。

發(fā)育過程特點受精卵受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進行①

，開始發(fā)育。

桑葚胚卵裂產(chǎn)生的子細胞形成的致密細胞團，形似桑葚。囊胚②細胞開始出現(xiàn)分化：

將來發(fā)育成胎兒的各種組織，

將來發(fā)育為胎膜和胎盤，出現(xiàn)

腔。③透明帶破裂，胚胎從中伸展出來，稱為

。原腸胚④分化為內(nèi)胚層、

和外胚層三個胚層，它們會逐漸分化成

。有絲分裂內(nèi)細胞團滋養(yǎng)層細胞囊胚中胚層各種組織、器官等孵化當卵裂產(chǎn)生的子細胞逐漸形成致密的細胞團，形似桑葚時，這時的胚胎稱為桑葚胚。新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點桑葚胚特點：每個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細胞。新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點透明帶（聚集在胚胎一端的細胞）（沿透明帶內(nèi)壁擴展和排列的細胞）具有全能性內(nèi)細胞團滋養(yǎng)層囊胚腔發(fā)育成胎盤和胎膜發(fā)育成囊胚孵化：囊胚進一步擴大，透明帶破裂破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程叫作孵化。特點：細胞開始分化胎兒的各種組織新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點表面的細胞層向內(nèi)遷移的細胞內(nèi)外兩個胚層之間逐漸分化形成各種組織、器官等中胚層：外胚層：內(nèi)胚層：原腸胚原腸胚囊胚腔外胚層內(nèi)胚層中胚層原腸腔表皮及其附屬結構神經(jīng)系統(tǒng)和感官循環(huán)系統(tǒng)脊索真皮消化道上皮呼吸道上皮腺體肌肉內(nèi)臟細胞外膜泌尿系統(tǒng)生殖系統(tǒng)各種組織器官系統(tǒng)個體新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點【進一步探究】1.受精卵的早期分裂稱為卵裂。根據(jù)卵裂期的特點，完成卵裂期細胞或物質(zhì)的變化規(guī)律表格內(nèi)容項目變化項目變化細胞數(shù)目

每個細胞內(nèi)的DNA總量

每個細胞體積

有機物總量

DNA總量

物質(zhì)種類

新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點項目變化項目變化細胞數(shù)目增多每個細胞內(nèi)的DNA總量不變每個細胞體積減小有機物總量減少DNA總量增多物質(zhì)種類增多【進一步探究】1.受精卵的早期分裂稱為卵裂。根據(jù)卵裂期的特點，完成卵裂期細胞或物質(zhì)的變化規(guī)律表格內(nèi)容新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點【進一步探究】2.結合受精過程中精子和卵細胞的特點，分析早期胚胎發(fā)育過程中營養(yǎng)物質(zhì)的來源是什么？3.胚胎發(fā)育過程中，開始出現(xiàn)細胞分化的階段和細胞分化最顯著的階段分別是哪個時期？細胞分化的原因是什么？早期胚胎發(fā)育消耗卵細胞提供的營養(yǎng)物質(zhì)，囊胚期細胞開始分化，分化出滋養(yǎng)層細胞，著床后，滋養(yǎng)層細胞分化形成胎盤結構，從母體吸收營養(yǎng)物質(zhì)。胚胎發(fā)育過程中，開始出現(xiàn)細胞分化的階段是囊胚期，細胞分化最顯著的階段是原腸胚期。細胞分化的原因是細胞內(nèi)基因的選擇性表達。新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點活動2：不同動物受精卵的發(fā)育及其進入子宮的時間是有明顯差異的。請結合教材P59“思考?討論”，完成討論題。1.比較而言，馬的胚胎進入子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。2.小鼠應選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植。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(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植。3.胚胎工程的許多技術都是在了解了哺乳動物在自然條件下受精和胚胎早期發(fā)育規(guī)律的基礎上實現(xiàn)的。人們正是在認識了這些自然規(guī)律的基礎上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟，精子能在體外完成獲能，獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子能在試管內(nèi)完成受精，獲得的受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等。新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點【總結】（1）胚胎早期發(fā)育的場所是

。

（2）

胚及以前階段的每一個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能。囊胚階段細胞開始出現(xiàn)分化，囊胚階段

的細胞具有發(fā)育的全能性。（3）對多數(shù)動物而言，適宜進行胚胎移植的階段是

。輸卵管和子宮桑葚內(nèi)細胞團桑葚胚或囊胚新課講授[探究二]胚胎早期發(fā)育的過程及特點【拓展應用】牛的生育率雖然很低，但是一頭母牛一生排出的卵細胞約200個左右，卵巢中卵母細胞數(shù)量是它的1000倍（20萬）；公牛平均每次射精5ml，精子數(shù)約50億。母牛其實是有很強的生殖潛能的，只是沒有激發(fā)出來。請結合本節(jié)課的內(nèi)容，初步設計一個方案實現(xiàn)良種牛快速繁殖。在方案實施過程中，從胚胎工程的理論基礎和實質(zhì)角度分析，你認為應該注意哪幾個方面的問題？方案舉例（合理即可）：體外受精→受精卵→早期胚胎→胚胎移植（胚胎分割）→代孕個體注意的問題：體外受精時，精子要進行獲能處理，卵子要培養(yǎng)到減數(shù)分裂Ⅱ，

要注意胚胎移植（或胚胎分割）時所處的階段等。【練習1】當堂訓練下圖表示精子入卵后，發(fā)生(或引起)一系列變化形成受精卵的過程，下列敘述錯誤的是(

)

A.圖中X指的是卵細胞膜反應，Y指的是卵子的減數(shù)第二次分裂B.經(jīng)圖中Y過程只形成了雌原核C.精子入卵主要指精子的頭部外膜與卵細胞膜融合D.精子入卵后，尾部脫離，并在溶酶體的作用下自溶B【練習2】當堂訓練高等哺乳動物受精后不久，受精卵開始進行細胞分裂。經(jīng)桑葚胚、囊胚、原腸胚和組織器官的分化，最后發(fā)育成一個完整的幼體，完成胚胎發(fā)育的全過程。下圖為該過程中的某一時期的示意圖。下列有關敘述錯誤的是(

)A.圖中①②③依次為透明帶、滋養(yǎng)層、內(nèi)細胞團B.高等哺乳動物胚胎發(fā)育中的細胞分化開始于圖示時期，終止于生命結束C.胚胎從①中伸展出來的過程叫作孵化D.圖示胚胎發(fā)育時期為原腸胚期D【練習3】當堂訓練下圖為哺乳動物早期胚胎發(fā)育的過程，下列有關敘述正確的是(

)

A.過程a和b不改變胚胎中有機物的含量B.Ⅰ、Ⅱ時期的胚胎中都含有全能細胞C.胚胎移植必須使用處于Ⅱ或Ⅲ時期的胚胎D.在圖示過程