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成才之路 生物,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 选修3,胚胎工程,专题三,但赞加尼说，将人体细胞注入到早期的绵羊胚胎不会导致融合细胞的出现。从目前的观察来看，研究人员没有发现混种绵羊表现出除绵羊以外的其他动物的行为。学习了本专题，你就会知道更多的技术成果。 本专题包括科技探索之路“胚胎工程的建立”及“体内受精和早期胚胎发育”“体外受精和早期胚胎培养”“胚胎工程的应用及前景”三节。,“科技探索之路胚胎工程的建立”，简述了胚胎工程100多年来建立和发展的历史。胚胎工程是在研究胚胎移植的理论和技术的基础上建立起来的，科学家在此基础上又解决了哺乳动物体外受精的技术，继而推动了胚胎分割、性别鉴定、体细胞克隆、胚胎干细胞培养等现代胚胎工程技术的建立和发展。,本专题在总体内容安排上也体现了胚胎工程的发展脉络。首先对胚胎工程的理论基础哺乳动物的受精和早期胚胎发育的规律进行了较深入地讲述，在此基础上介绍了胚胎工程技术。目前，胚胎工程技术中应用较多的是体外受精和胚胎移植技术，因此，可以说它们是胚胎工程技术的基础；胚胎分割技术是继胚胎移植技术后迅速发展起来的技术，方法简单，效率更高；胚胎干细胞的培养不仅是胚胎工程的重要成就之一，它在基础生物学、畜牧学、医学上都有重要的应用价值，是当前研究的热门课题之一。教材基本是按照胚胎工程技术发展的时间顺序对其进行介绍的。,“体内受精和早期胚胎发育”部分是学习本专题的基础。由于义务教育生物课程标准和普通高中生物课程标准的必修部分都没有明确要求，这就使这部分内容显得尤为重要，应予以高度重视。 体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞的培养等胚胎工程技术，不仅广泛应用在畜牧业生产中，而且与医学、制药业等的发展以及人们的生活有着越来越密切的关系。因此，胚胎工程这部分内容必将成为今后高考的一大热点。 由于本专题与“基因工程”“细胞工程”“生物技术的安全性和伦理问题”等专题有着密切的联系，所以高考中也常常与这些专题联合起来考查。,本专题的内容常常与动物的个体发育联系起来考查，成为高考的一大热点，在学习中要结合材料的具体内容和自己的具体情况，充分利用各种课程资源，激发自己的学习兴趣，主动探究问题、自主学习。例如，关于胚胎工程的进展和最新科技成果常见于各种媒体的报道，我们对此要有一定了解，可以自己从报纸、杂志、广播、电视、互联网等媒体上搜集关于胚胎工程进展和最新成果的信息，作为课堂学习和讨论的素材，这样不仅使我们关注胚胎工程，也可以培养我们的搜集和处理信息的能力。,第一节体内受精和早期胚胎发育,专题三,1简述哺乳动物精子和卵子的发生及受精过程。(重、难点) 2简述哺乳动物的胚胎发育过程及其主要特点。(重、难点) 3了解胚胎工程建立及发展的意义。,一、胚胎工程的概念 胚胎工程是指对_所进行的显微操作和处理技术。如体外受精、_、_、_等技术。 二、精子的发生 1哺乳动物精子的发生是在_内完成的。雄性动物从_期开始，直到_衰退，睾丸的曲细精管内不断进行着生殖细胞的增殖，源源不断地产生精子。,动物早期胚胎或配子,胚胎移植,胚胎分割,胚胎干细胞培养,睾丸,初情,生殖机能,2精子发生的过程 第一阶段：精原细胞进行数次_，产生大量的_。其中部分细胞经过染色体复制和其他物质的合成，进一步形成_。 第二阶段：_连续进行两次分裂(即_)，第一次分裂产生两个_，第二次分裂共产生四个含_的精子细胞。,有丝分裂,精原细胞,初级精母细胞,初级精母细胞,减数分裂,次级精母细胞,单倍染色体,精子细胞,细胞核,高尔基体,中心体,线粒体,原生质滴,头、颈、尾,无关,卵巢,初级卵母细胞,卵泡细胞,排卵前后,一个次级卵母细胞,第一极体,精子和卵子结合过程中,一个成熟的卵子,第二极体,在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体,1,精子与卵子结合形成受精卵,合子,受精前的准备阶段,受精阶段,雌性的输卵管,雌性动物生殖道,初级卵母细胞,次级卵母细胞,输卵管,减数第二次分裂的中期,精子穿越放射冠和透明带，进入卵细胞膜，原核形成和配子结合,透明带反应,卵细胞膜反应,尾部脱离,核染色体,受精卵,细胞分裂为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不变或略有缩小,全能细胞,内细胞团,滋养层细胞,胎膜和胎盘,囊胚腔,外胚层、内胚层、中胚层,思维激活 1受精的标志和受精完成的标志相同吗？为什么？ 2同卵双生和异卵双生有什么区别？ 答案 1不相同。受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体，而受精完成的标志为雌、雄原核的融合。 2同卵双生是指一个受精卵在第一次分裂后彼此分开，进行各自的分裂、分化形成完全相同的两个个体。异卵双生是指一次同时排出两个卵子，且同时受精形成两个受精卵，且这两个受精卵都发育成新的个体。,一、精子和卵子的发生 1精子的发生 (1)场所：睾丸的曲细精管。 (2)时间：从初情期到生殖机能衰退阶段。 (3)过程：精子的发生过程大体可以分为三个阶段。 第一阶段：睾丸里有许多弯弯曲曲的曲细精管，曲细精管中有大量的精原细胞。位于曲细精管管壁的精原细胞进行数次有丝分裂，产生大量的精原细胞，其中部分精原细胞进一步形成初级精母细胞。,第二阶段：初级精母细胞连续进行两次分裂(即减数分裂，包括M和M)：第一次分裂产生两个次级精母细胞，每个次级精母细胞再次分裂产生两个精子细胞。 第三阶段：精子细胞变形成为精子。,知识贴士：精子细胞变形中的主要变化：细胞核精子头的主要部分；高尔基体头部的顶体；中心体精子的尾；线粒体线粒体鞘；细胞内其他物质原生质滴。 精子外形似蝌蚪，分头、颈和尾三部分。不同动物的精子形态相似，但细胞略有不同，与动物体型大小无关。,2卵子的发生 (1)场所：卵巢。 (2)时间：哺乳动物在出生前(胎儿时期)完成卵泡的形成和在卵巢内的储备，到性成熟时经减数分裂形成卵子。 (3)过程：卵子的发生过程大体可以分为两个阶段。 第一阶段：初级卵母细胞的形成阶段；第二阶段：初级卵母细胞分裂形成卵子阶段。,知识贴士：两次分裂的时间：减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的；减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。卵泡形成时间：胎儿时期。 卵子受精的标志：当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精。 卵子的数量：对于雌性哺乳动物来说，一生产生的卵子数量在胚胎期就基本固定了，如人一生大约可以排卵400个。,A精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分 B高尔基体发育为头部的顶体 C线粒体聚集在尾的基部形成粒体鞘 D细胞内的其他物质浓缩为球体，叫做原生质滴，原生质滴中存在中心体 解析在精子细胞演变为精子的过程中，细胞发生一系列的变化。其中，中心体演变为精子的尾，并没有随原生质滴脱落消失。 答案D,答案D,解析初级精母细胞是雄性动物初情期开始后由精原细胞分裂形成的，而初级卵母细胞是在胎儿期完成的；精子的产生在M分裂和M分裂连续进行，卵子产生通过M分裂形成次级卵母细胞，在精子与卵子的结合过程中完成M分裂；精子细胞变形后为蝌蚪状，卵子不需要变形；成熟的精子和卵子经过减数分裂形成，都含有相当于亲本体细胞一半的染色体数目。,二、受精 1概念：受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。它包括受精前的准备阶段和受精阶段。 2场所：在自然条件下，受精是在雌性的输卵管内完成的。,3受精过程 (1)受精前的准备阶段 精子获能：进入雌性动物生殖道的精子虽然运行的时间不长，但必须经过这一时段才能与排出的卵子受精。也就是说，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。 卵子的准备：卵子一般在排出后23h才能被精子穿入。动物排出的卵子成熟程度不同，都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。,(2)受精阶段 顶体反应：获能后的精子，在雌性动物生殖道与卵子相遇时，出现精子顶体膨大，精子质膜(外膜)和顶体外膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成精子顶体外膜出现孔洞，使顶体内储存的与受精有关的酶释放出来，参与精子和卵子的受精过程，这种生理现象叫做顶体反应。,防止多精子入卵受精的两道屏障。 屏障一：透明带反应。当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵细胞膜的瞬间，卵子发出指令(信号)，产生阻止后续的精子进入透明带的生理反应。屏障二：卵细胞膜反应。当第一个精子进入卵细胞膜后，会立即引起卵细胞膜的紧缩、增厚，产生阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精的生理反应，也叫做多精子入卵阻滞。 精子入卵后发生的变化：尾部脱离，原有的核膜破裂，形成新的核膜，最后形成一个比原来精子核还大的雄原核。,卵子在精子入卵后发生的变化 变化一：卵细胞膜反应，拒绝其他精子再进入卵内；变化二：卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体，形成雌原核。 雄原核和雌原核彼此接触，并融合为合子，即受精卵。 知识贴士：对于受精的标志和受精完成的标志应该区分开，受精的标志是第二极体的形成，受精完成的标志是雌雄原核融合成合子。 雌雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。,A获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠 B透明带反应是防止多精子入卵的第一道屏障 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 解析受精时精子依次穿越放射冠和透明带；阻止多精子入卵的屏障依次是透明带反应和卵细胞膜反应；卵子完成减数第二次分裂是在雄原核形成时进行的。 答案A,A成熟精子遇到卵子便可发生受精作用 B排出成熟卵子细胞的过程即为排卵 C卵子形成时的分裂过程均在卵巢内完成 D卵子成熟过程中的减数第二次分裂是在精子和卵子的结合过程中完成的 答案D,解析成熟精子必须经过精子获能才能与达到减数第二次分裂中期的卵子发生受精作用。排卵排出的并非是成熟的卵子，有的是初级卵母细胞、有的是次级卵母细胞。卵子成熟过程中的减数第二次分裂过程是在输卵管中完成的。,三、胚胎发育 1最初发育场所及分裂方式 最初场所：输卵管；分裂方式：有丝分裂。 2胚胎发育过程 哺乳动物的胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程，包括卵裂、桑椹胚、囊胚、原肠胚、胚层分化等主要阶段。 (1)卵裂 合子形成后即在输卵管内进行有丝分裂，这个过程叫做卵裂。其特点是：细胞分裂为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不增加，或略有缩小，每个细胞的体积变小。,(2)桑椹胚 当胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹，叫做桑椹胚。这一阶段前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。 (3)囊胚 桑椹胚继续分裂，中间出现一个空腔，腔内充满液体，称为囊胚。 知识贴士：囊胚中内细胞团的细胞将来发育成幼体，外部细胞即滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。 囊胚进入母体子宫内并植入子宫内膜中。,(4)原肠胚 囊胚进一步发育，内细胞团表面的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层。外胚层细胞在胚盘正中线处形成一条增殖区，该区的细胞增殖分裂，进入内、外胚层之间形成中胚层。这时的胚胎称为原肠胚，由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。此后各胚层将按各自的发育途径分裂和分化为不同的组织和器官。 (5)器官的形成 原肠胚的内、中、外三个胚层继续发育形成各种器官原基。,知识贴士：个体发育和胚胎发育的区别，个体发育起点是受精卵的分裂，终点是性成熟的个体。如图所示：,解析当胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹，叫做桑椹胚。实验证实，这一阶段的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。这些细胞都是由受精卵经有丝分裂产生的。良种母牛体内桑椹胚是由受精卵发育而成的，受精卵经有丝分裂形成的各细胞基因型相同，由它们克隆而成的小牛性别也相同，但不一定都是“母牛”或者说是雌性，这要看一开始此受精卵的情况。若受精卵为XY型，则全为雄性，若受精卵为XX型，则全为雌性。 答案C,A卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化 B原肠胚细胞属于全能细胞 C囊胚腔先于原肠腔出现 D桑椹胚开始进行孵化 答案C,1哺乳动物精子和卵子的发生的比较 (1)相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加性原细胞的数量；经过两次减数分裂(M和M)才能形成精子或卵子。 (2)不同之处：由一个精原细胞分裂最后可产生四个精子；一个卵原细胞最后只能生成一个卵子。精子的形状为蝌蚪状，卵子为球形。多数哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的。,2精子获能及防止多精入卵的两道防线的形成机制 (1)精液由精子和精清(精浆)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。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。,(2)防止多精入卵主要通过透明带反应和卵细胞膜反应两道屏障。在受精过程中，当精子穿越透明带触及卵细胞膜时，透明带会立即封闭，阻止后来的精子进入透明带，它可看作是防止多精入卵的第一道屏障；而精子入卵后，卵细胞膜会立即拒绝其他精子再进入卵内，这可看做是防止多精入卵的第二道屏障。,3家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合的原因 (1)在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的一个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，这可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制。 (2)在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量的精子在途中死亡，被分解或排出，造成精子大量损耗。最后到达受精部位(输卵管)的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。,4精子细胞变成精子的过程中，细胞核和线粒体保留下来的原因 细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。,5关于哺乳动物受精过程的理解 (1)关于受精前的准备阶段的理解，要知道成熟的生殖细胞并不代表具有受精的能力，成熟的精子必须获能后才具备受精能力；而排出的卵子本身就不是成熟生殖细胞。 (2)对于受精阶段的理解，要先弄清卵子的基本结构，才能掌握精子穿行的路线和发生的反应。对于受精的标志和受精完成的标志应该区分开，受精的标志是第二极体的形成，受精完成的标志是雌雄原核融合成合子。雌雄原核不能理解成卵子、精子原来的细胞核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。,(1)1928年，德国学者施佩曼做了一个实验：他用较细的婴儿头发将蝾螈受精卵结扎成两个半球状，其中的一个半球中含灰新月区(注：灰新月区是指蝾螈受精卵上的一个浅灰色的半月形区带，该区属于细胞质的一部分)和细胞核，另一个不含这个区带，结果前者发育成了胚胎，后者则不能。若后者含有细胞核，细胞也是能分化的，但只能发育成没有一定形状的团块。该实验说明了_。,(2)施佩曼的第二个实验也是将受精卵结扎，两个半球都含灰新月区，但一个半球含细胞核，另一个半球不含细胞核。结果有细胞核的半球能够进行正常的卵裂，没有细胞核的则不能卵裂。在16个或32个细胞的时期，他让一个细胞核通过结扎处进入无核的半球，结果这个半球也开始卵裂，并且发育成了正常的胚胎。该实验说明了_，结合你所学的知识分析其原因是_。,(3)施佩曼的第三个实验：将原肠胚的胚孔背唇(能发育成脊索，而脊索上方的外胚层细胞则分化成神经组织)切下来，移植到另一个正常的原肠胚的腹部。实验结果：移植物发育成第二条脊索，并且在移植物的上方出现了一条神经板，最后这个原肠胚发育成了一个双头怪物。实验表明：在移植物的作用下，移植物周围的胚层_。 (4)综合上述三个实验，可以推断_。,解析通过第一次实验说明灰新月区在胚胎正常发育过程中起着重要作用，第二个实验说明在胚胎发育过程中细胞核起主导作用。第三个实验说明，在移植物的作用下，移植物周围的胚层会改变原来的发育方向。三个实验验证了细胞的不同结构和胚胎细胞群之间的相互作用都对胚胎发育有一定的影响。,答案(1)灰新月区(细胞质)在胚胎正常发育过程中起着重要的作用 (2)在胚胎发育过程中细胞核起主导作用细胞内的绝大部分基因位于细胞核内的染色体上，通过转录产生mRNA进入细胞质，翻译成各种蛋白质，从而决定个体发育的方向 (3)改变了原来的发育方向，发育成了神经组织乃至整个头部 (4)细胞核在胚胎发育过程中起主导作用，但是细胞核的活动要受到细胞质的调节和制约，胚胎各细胞群之间的相互作用也会影响胚胎发育的过程。,
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