生物人教版選修3學案3-1體內受精和早期胚胎發(fā)育

專題3胚胎工程3.1體內受精和早期胚胎發(fā)育知識點一精子和卵子的發(fā)生1．胚胎工程的概念胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如體外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等技術。2．精子的發(fā)生(1)場所：哺乳動物雄性個體睪丸的曲細精管內。(2)時期：初情期(相當于人的青春期)→生殖機能衰退。(3)過程：(4)精子細胞變形形成精子精子細胞eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(細胞核→成為精子頭的主要部分,高爾基體→發(fā)育為精子頭部的頂體,中心體→演變?yōu)榫拥奈?線粒體→聚集在尾的基部形成線粒體鞘,細胞內的其他物質→濃縮為原生質滴，,最后脫落))eq\a\vs4\al(精子,包括頭、,頸、尾)3．卵子的發(fā)生(1)場所：雌性動物的卵巢。(2)時期：胎兒時期(性別分化以后)和初情期以后。(3)過程：注意：①排卵是指卵子從卵泡中排出，而不是卵泡從卵巢中排出。②剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成了減數(shù)第一次分裂，需要在輸卵管內進一步成熟。③排出的卵子是在輸卵管內與精子完成受精的。比較精子和卵子的發(fā)生【典題精練1】以下對精子形成過程的說法，不正確的是()A．精子細胞中的細胞核變?yōu)榫宇^的主要部分B．高爾基體發(fā)育為頭部的頂體C．線粒體聚集在尾的基部形成線粒體鞘D．細胞內的其他物質濃縮為球體，叫做原生質滴，原生質滴中存在中心體【解析】在精子細胞演變?yōu)榫拥倪^程中，細胞發(fā)生一系列的變化。其中，中心體演變?yōu)榫拥奈?，并沒有隨原生質滴脫落消失?！敬鸢浮緿解題歸納(1)細胞核是精子遺傳物質儲存和復制的場所，也是參與精、卵結合的重要物質和后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。(2)線粒體是精子進行有氧呼吸分解營養(yǎng)物質產生能量的場所。精子中的線粒體在精子形成過程中，集中于尾的基部形成線粒體鞘，此處是精子維持其生存和運動的“動力車間”?！镜漕}精練2】下列有關哺乳動物精子和卵子的發(fā)生以及受精作用的敘述，正確的是()A．采集到的精子和卵子相遇即可發(fā)生受精作用B．排卵就是排出成熟卵子的過程C．卵子形成時的分裂過程均在卵巢內完成D．卵子受精的標志是在卵細胞膜和透明帶之間觀察到兩個極體【解析】采集到的精子必須經獲能處理后才能受精，從卵巢中取出的卵子則需要培養(yǎng)成熟后才可與獲能的精子發(fā)生受精作用，A錯誤。排卵排出的是初級卵母細胞或次級卵母細胞，而不是成熟的卵子，B錯誤。哺乳動物卵子形成時的分裂過程：未排卵之前是在卵巢中進行的，排卵之后是在輸卵管中進行的，C錯誤。【答案】D知識點二受精的概念與過程1．概念：受精是精子與卵子結合形成合子的過程。2．場所：在雌性動物的輸卵管內完成。3．受精過程：1．受精前的兩個準備：(1)精子獲能：精液由精子和精清(精漿)兩部分組成。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質，因此，在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當交配后精液進入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產生一種物質解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。(2)卵子的準備：在輸卵管中發(fā)育到減數(shù)第二次分裂的中期，才具有與精子受精的能力。2．受精階段——四步曲：第一步：精子穿越放射冠和透明帶。頂體反應使頂體內的酶釋放出來并溶解卵丘細胞之間的物質，透明帶反應是防止多精子入卵受精的第一道屏障。第二步：精子進入卵細胞膜。卵細胞膜反應是防止多精入卵受精的第二道屏障。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)。3．受精的意義：維持每種生物前后代體細胞染色體數(shù)目的恒定，對于生物的遺傳和變異十分重要?！镜漕}精練3】下列關于受精過程的敘述，錯誤的是()A．獲能后的精子與卵子相遇后，釋放頂體酶穿過透明帶進入放射冠B．透明帶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(shù)第二次分裂【解析】受精過程主要包括：精子穿越放射冠和透明帶、進入卵細胞膜、原核形成、配子結合等過程。獲能的精子遇到卵細胞后，發(fā)生頂體反應，釋放頂體酶穿過放射冠進入透明帶，接觸卵細胞膜并發(fā)生透明帶反應，這是防止多精入卵的第一道屏障；隨后入卵，發(fā)生卵細胞膜反應，這是防止多精入卵的第二道屏障。在精子形成雄原核時，卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體，形成雌原核，雌、雄原核結合，完成受精作用?！敬鸢浮緼解題歸納受精與受精完成的標志受精的標志：在透明帶和卵細胞膜之間觀察到兩個極體。受精完成的標志：雌雄原核結合成二倍染色體的合子?！镜漕}精練4】請完成下列有關問題：(1)下圖為成熟精子的結構示意圖，4是由________演變而成。判斷卵子是否受精的重要標志是________。(2)在體外受精時，精子首先要進行________處理，卵細胞則要培養(yǎng)到________期才能與精子結合。(3)受精階段會產生兩次生理反應，阻止其他精子入卵，它們分別是________、________?！窘馕觥勘绢}考查精子的結構和受精作用的知識。(1)精子是由精細胞變形而來，圖中4是精子的尾部，是由精細胞的中心體演變而來的。在卵細胞膜和透明帶的間隙觀察到兩個極體時，說明卵子已受精，這是判斷卵子是否受精的重要標志。(2)體外受精時，精子必須進行獲能處理，卵細胞必須培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期才能完成受精作用。(3)受精作用過程中存在兩道防止多精入卵的生理反應，它們分別是透明帶反應和卵細胞膜反應?！敬鸢浮?1)中心體在卵細胞膜和透明帶的間隙觀察到兩個極體(2)獲能減數(shù)第二次分裂中(3)透明帶反應卵細胞膜反應知識點三胚胎發(fā)育1．胚胎發(fā)育(1)過程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(滋養(yǎng)層細胞→胎膜和胎盤,內細胞團→原腸胚))(2)圖示：2．胚胎發(fā)育過程中各時期的特點(1)卵裂期：受精卵不斷進行有絲分裂即卵裂，細胞數(shù)目不斷增加，但胚胎總體積并不增加，或略有縮小，核內遺傳物質并未減少。(2)桑椹胚期：胚胎細胞數(shù)目為32個左右；胚胎形成致密的細胞團，形似桑椹；該階段前的細胞均未分化，都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，屬于全能細胞。(3)囊胚期：細胞開始分化，個體較大的內細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織，個體較小的滋養(yǎng)層細胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤；胚胎內出現(xiàn)囊胚腔；胚胎進一步擴大，導致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，即孵化。如下圖(1)。(4)原腸胚期：內細胞團表層的細胞形成外胚層，下方的細胞形成內胚層。這時的胚胎稱為原腸胚，由內胚層包圍的囊腔叫原腸腔。如上圖(2)。1．胚胎發(fā)育的起點是受精卵，受精卵形成后即在輸卵管內進行有絲分裂，此時胚胎開始發(fā)育，直至發(fā)育成為成熟的胎兒。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(fā)育的深化而降低。3．桑椹胚階段以前的細胞均未分化，細胞全能性最高，是胚胎分割的最佳時期。4．個體發(fā)育過程中，從囊胚階段開始出現(xiàn)細胞分化，但此階段細胞的全能性仍很高，可用于胚胎分割。5．原腸胚階段是個體發(fā)育過程中分化程度最高的階段，細胞已分化形成外、中、內三個胚層，但應注意細胞分化貫穿于生物整個個體發(fā)育過程中。【典題精練5】下列關于高等哺乳動物受精與胚胎發(fā)育的敘述，正確的是()A．絕大多數(shù)精卵細胞的識別具有物種特異性B．卵裂球細胞的體積隨分裂次數(shù)的增加而不斷增大C．囊胚的滋養(yǎng)層細胞具有發(fā)育全能性D．原腸胚發(fā)育分化形成內外兩個胚層【解析】同種動物精子、卵細胞表面存在的信號分子和特異性受體蛋白，決定了只有同種動物精卵才能結合；卵裂球隨著有絲分裂的進行，其每個細胞的體積在逐漸變小；囊胚期的細胞開始出現(xiàn)分化，囊胚中的內細胞團的細胞具有發(fā)育的全能性；原腸胚具有原腸腔和三個胚層(外胚層、中胚層和內胚層)。故選A?！敬鸢浮緼【典題精練6】如圖表示高等動物的個體發(fā)育過程，下列說法正確的是()A．圖中①過程表示胚胎發(fā)育B．由受精卵形成囊胚的過程中進行卵裂，每個細胞的體積不斷增大C．桑椹胚進一步發(fā)育，細胞開始出現(xiàn)分化D．原腸胚階段的細胞都是全能細胞【解析】胚胎發(fā)育是指從受精卵發(fā)育為成熟的胎兒的過程，A錯誤。由受精卵形成囊胚的過程中進行了卵裂，每個細胞的體積不斷減小，B錯誤。桑椹胚進一步發(fā)育，細胞開始出現(xiàn)分化，逐漸形成囊胚；囊胚孵化后，再進一步發(fā)育，形成原腸胚，即原腸胚階段已出現(xiàn)了明顯的細胞分化，C正確、D錯誤?！敬鸢浮緾一、選擇題1．下列有關哺乳動物精子和卵子發(fā)生及受精作用的敘述，錯誤的是(A)A．不同種動物精子的形態(tài)相似，但大小不同，體型越大的動物精子越大B．在自然條件下，精子的獲能發(fā)生在雌性動物生殖道內C．卵子發(fā)育至減數(shù)第二次分裂的中期時，才具備受精能力D．哺乳動物卵泡的形成和在卵巢內的儲備是在出生前完成的解析：不同種動物精子的形態(tài)相似，大小略有不同，與動物的體型大小無關，A錯誤；在自然條件下，精子的獲能發(fā)生在雌性生殖道內，B正確；卵子在輸卵管內發(fā)育到減數(shù)第二次分裂的中期時才具備受精的能力，C正確；哺乳動物卵泡的形成和在卵巢內的儲備是在胎兒出生前(即胎兒時期)完成的，這是精子和卵子在發(fā)生上的重要區(qū)別，D正確。2．下列有關哺乳動物精子、卵子的發(fā)生及受精作用的敘述，正確的是(B)A．頂體反應是防止多精入卵的第一道屏障B．卵子形成的過程需在卵巢和輸卵管內完成C．排卵是指卵泡從卵巢中排出的過程D．卵子發(fā)生時，MⅠ和MⅡ過程是不連續(xù)的，但細胞質均等分配解析：透明帶反應是防止多精入卵的第一道屏障，A錯誤；卵子形成的過程需在卵巢和輸卵管內完成，B正確；排卵是指卵子從卵泡中排出的過程，C錯誤；卵子發(fā)生時，MⅠ和MⅡ過程是不連續(xù)的，細胞質不均等分配，D錯誤。3．如圖所示為某哺乳動物卵子形成及早期胚胎發(fā)育的過程(N表示染色體組數(shù))。下列有關敘述中錯誤的是(C)A．Ⅳ細胞的形成經過受精作用B．等位基因的分離發(fā)生在Ⅱ細胞的分裂后期C．非等位基因的自由組合發(fā)生在Ⅲ細胞的分裂后期D．Ⅲ細胞的分裂后期是著絲點分裂，染色單體分開形成染色體解析：Ⅳ細胞為受精卵，其形成需經過受精作用，A正確；等位基因的分離發(fā)生在Ⅱ細胞(初級卵母細胞)的分裂后期，B正確；非等位基因的自由組合發(fā)生在Ⅱ細胞(初級卵母細胞)的分裂后期，C錯誤；Ⅲ細胞(次級卵母細胞)的分裂后期是著絲點分裂，染色單體分開形成染色體，D正確。4．下列關于哺乳動物受精和胚胎發(fā)育的敘述，正確的是(B)A．雌性動物排卵后，遇到精子即可完成受精B．胚胎發(fā)育至囊胚期時已開始了細胞分化，這是基因進行選擇性表達的結果C．動物卵細胞的形成過程始于初情期后D．動物的個體發(fā)育過程是受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原腸胚→成熟的胎兒解析：雌性動物排出的卵子并非成熟的卵子，只有在繼續(xù)成熟至減數(shù)第二次分裂的中期時，才具備與精子受精的能力。胚胎在桑椹胚后繼續(xù)發(fā)育至囊胚時開始分化。動物卵子的發(fā)生始于胎兒期(性別分化后)。動物的個體發(fā)育過程包括胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育，受精卵→成熟的胎兒的過程是胚胎發(fā)育過程。5．如圖為哺乳動物受精作用及胚胎發(fā)育示意圖，a、b代表兩個不同的發(fā)育階段，下列敘述不正確的是(A)A．①過程發(fā)生了同源染色體的分離和自由組合B．②過程細胞通過有絲分裂的方式增殖，單個細胞體積減小C．a中含有全能細胞D．④過程不同細胞基因表達存在差異解析：①過程是受精作用，該過程中不會發(fā)生同源染色體的分離和自由組合，A錯誤。②過程細胞通過有絲分裂增殖，細胞增多，胚胎總體積不增加或略有減小，因此單個細胞體積逐漸減小，B正確。a表示囊胚，其中的內細胞團為全能細胞，C正確。④過程發(fā)生細胞分化，該過程中細胞基因進行選擇性表達，D正確。二、非選擇題6．如圖是家畜卵子發(fā)生和成熟示意圖，請據(jù)圖回答下列問題：(1)精子和卵子在發(fā)生上的重要區(qū)別是卵泡的形成和在卵巢內的儲備是在出生前完成的，而精子的形成則在初情期。(2)卵子的發(fā)生是在雌性動物的卵巢內完成的。初級卵母細胞需經過減數(shù)分裂才能變?yōu)槌墒斓穆炎?。減數(shù)第一次分裂是在雌性動物排卵前后完成的，減數(shù)第二次分裂是在精子和卵子結合過程中完成的。(3)判斷卵子是否受精的重要標志是在卵細胞膜和透明帶的間隙觀察到兩個極體。解析：此題考查哺乳動物卵子的發(fā)生和成熟過程，重點涉及減數(shù)分裂的過程及發(fā)生部位。(1)精子和卵子發(fā)生的重要區(qū)別是發(fā)生時期不同，卵泡的形成和在卵巢內的儲備是在出生前完成的，而精子的形成則在初情期。(2)卵子發(fā)生的場所是卵巢，該過程中初級卵母細胞需經過減數(shù)分裂才能變?yōu)槌墒斓穆炎?。減數(shù)第一次分裂是在雌性動物排卵前后完成的，減數(shù)第二次分裂是在精卵結合過程中完成的。(3)判斷卵子是否受精的重要標志是觀察卵細胞膜和透明帶的間隙是否存在兩個極體，如果存在說明已受精。7．如圖是某科研小組設計的用“精子介導基因轉移法”培育轉基因山羊(2n)的流程圖。據(jù)圖回答下列問題：(1)“精子介導基因轉移法”是利用精子易于與外源基因結合的特點，通過圖中的①過程，將精子作為外源基因的載體，由獲能的精子，經過②過程，將外源基因送入卵母細胞。(2)進行②過程的卵母細胞應處于減數(shù)第二次分裂中期，此時細胞中含1個染色體組。受精過程中防止多精入卵的兩道屏障是透明帶反應和卵細胞膜反應。(3)胚胎工程是指對動物的早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術。④過程涉及的胚胎工程技術是胚胎移植。解析：(1)在受精之前，首先需要讓精子獲能，然后經過受精作用將外源基因送入卵母細胞。(2)進行受精作用的卵母細胞應處于減數(shù)第二次分裂中期，此時細胞經過減數(shù)第一次分裂，同源染色體已經分離，因此細胞中含1個染色體組。受精過程中防止多精入卵的兩道屏障是透明帶反應和卵細胞膜反應。(3)胚胎工程是指對動物的早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術。④過程涉及的胚胎工程技術是胚胎移植。[討論]P621．家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？[提示]不是?？梢詮膬煞矫嬲f明這一問題：其一，在自然繁殖的條件下，為了使母畜排出的1個或幾個卵子完成受精，公畜一次射出幾億到幾十億的精子到發(fā)情母畜的生殖道內，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運行到受精部位，在通過母畜生殖道的過程中，復雜的組織結構和生理環(huán)境將對精子進行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達受精部位(輸卵管)的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。2．精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結構會消失，而細胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？[提示]細胞核和線粒體都是精子結構中的重要部分。其中，細胞核是精子遺傳物質儲存和復制的場所，也是參與精、卵結合和后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是精子進行有氧呼吸分解營養(yǎng)物質產生運動能量的場所。精子的線粒體在精子形成過程中，集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機”。[討論]P631．一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？[答案]正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。2．排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？[答案]是指卵子從卵泡中排出。3．剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？[答案]剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成減數(shù)第一次分裂，需要在輸卵管內進一步成熟，直到減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子結合完成受精過程。排出的卵子是在輸卵管內與精子受精的。[旁欄思考題]P64進行體外受精時，將卵母細胞取出后，是否應當將它置于與輸卵管中相似的環(huán)境，讓它進一步成熟？[答案]是的。從卵巢上取出的卵母細胞還沒有成熟，尚未完成減數(shù)第二次分裂。應在體外人工模擬輸卵管環(huán)境進行培養(yǎng)，才能使其成熟，即達到受精前的成熟階段。[討論]P671．表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高？[答案]比較而言，馬的胚胎進入子宮時發(fā)育程度最高，其次為小鼠。2．將體外培養(yǎng)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？[答案]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(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．為什么說關于動物的體內受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎？請結合本節(jié)內容舉例說明。[答案]胚胎工程的許多技術都是在了解哺乳動物自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎上實現(xiàn)的。本節(jié)涉及的哺乳動物體內受精和胚胎發(fā)育都是在自然條件下的特點和規(guī)律，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；獲能精子和成熟卵母細胞能在試管內完成受精；體外受精