2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第三章 胚胎工程 第1節(jié) 動物胚胎發(fā)育的基本過程學案 中圖版選修3

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1、 第三章　胚胎工程 第一節(jié)　動物胚胎發(fā)育的基本過程 1．簡述動物胚胎發(fā)育的基本過程。(重點) 2．簡述胚胎工程的理論基礎(chǔ)。(難點) 受 精 1．含義 精子與卵細胞結(jié)合形成受精卵的過程。 2．場所 哺乳動物及人的受精部位一般發(fā)生在輸卵管上段。 3．過程 ―→―→ 4.意義 對于維持每種生物前后代體細胞中染色體數(shù)目的恒定，以及生物的遺傳都具有重要意義。 5．實質(zhì) 受精的實質(zhì)是精子的精核和卵細胞的卵核融合的過程。 探討：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(jié)合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？ 提示：不是。可以

2、從兩方面說明這一問題：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(nèi)，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(jié)構(gòu)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。 探討：精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結(jié)構(gòu)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

3、粒體都是精子結(jié)構(gòu)中的重要部分。其中，細胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復制的場所，參與精、卵結(jié)合，也是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(zhì)產(chǎn)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，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機”。 探討：精子和卵子的發(fā)生有哪些主要不同？ 提示：由一個精原細胞經(jīng)減數(shù)分裂最后可產(chǎn)生四個精子，一個卵原細胞只能生成一個卵子；精子的形狀為蝌蚪狀，卵子為球形。多數(shù)哺乳動物卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備是在胎兒出生前完成的。 1．受精前的準備 (1)精子的獲能 成熟的精子必須在雌性動物的生殖道

4、中經(jīng)歷一段時間才能獲得受精能力，此過程叫獲能。 (2)卵細胞的準備 卵細胞要在輸卵管中進一步成熟，發(fā)育到減數(shù)第二次分裂中期時，才具備受精能力。 2．受精過程 受精是精子與卵細胞結(jié)合并形成受精卵的過程。受精時，精子的頭部進入卵細胞的細胞質(zhì)，并迅速膨大，出現(xiàn)核仁、核膜，精子和卵細胞的細胞核相互融合，形成一個細胞體。 1．用顯微鏡檢查蛙的器官，其中有一些細胞正在分裂，有的進行有絲分裂，有的進行減數(shù)分裂。這一器官最可能是(　　) A．肝臟　　　 B．睪丸　　　 C．脾臟　　　 D．腎臟 【解析】　高等動物細胞的減數(shù)分裂發(fā)生在性腺內(nèi)。 【答案】　B 2．閱讀短文，回答(1)～(

5、4)題。 高等動物的后代都是通過兩性生殖細胞的兩兩結(jié)合發(fā)育而成的。但是，隨著科學的發(fā)展，人們用人工的方法在魚類和兩棲類中獲得了單性后代。例如，我國著名的實驗胚胎學家朱冼教授，用玻璃細絲刺激蟾蜍產(chǎn)生的卵子①，經(jīng)過多年實驗，前后獲得了23只無父親的小蟾蜍②，其中一只小蟾蜍在次年順利地產(chǎn)出了3 000多枚卵子③，受精后發(fā)育良好，并獲得了新一代的小蟾蜍800多只④，這就是世界上第一批沒有外祖父的蟾蜍。用這種方法獲得的后代，也叫做雌核發(fā)育。 (1)卵產(chǎn)生的方式是____________。 (2)小蟾蜍②的性狀和誰相似？________。原因是______________________ ____

6、___________________________________________________________。 (3)卵子③的遺傳物質(zhì)和卵子①的遺傳物質(zhì)是否一樣？____________。原因是_________________________________________________________________。 (4)新一代小蟾蜍的遺傳物質(zhì)和②中小蟾蜍的遺傳物質(zhì)是否完全一樣？______________。原因是_______________________________________________ ______________________________

7、_________________________________。 ④中小蟾蜍的性別是_____________________________________________。 【答案】　(1)減數(shù)分裂　(2)母體　小蟾蜍的遺傳物質(zhì)完全來自母體　(3)基本一樣　產(chǎn)生卵子③的蟾蜍是由卵子①經(jīng)無性生殖發(fā)育來的　(4)不完全一樣　這些小蟾蜍是由卵子③受精發(fā)育而來的，遺傳物質(zhì)由卵子③和外源精子共同提供，因而發(fā)生了重組　雌性或雄性 胚 胎 的 發(fā) 育 過 程 1．卵裂 (1)含義 受精卵形成后而進行有序的有絲分裂的過程。 (2)特點卵裂球越來越小卵裂速度總體積基本不變 (

8、3)過程 卵裂到一定程度則形成囊胚。其中間的腔稱為囊胚腔；囊胚中將來發(fā)育成幼體的結(jié)構(gòu)是內(nèi)細胞團；將來發(fā)育成絨毛膜、胎盤等胚外組織的是外部細胞。 2．原腸作用與器官形成 (1)原腸作用 ①囊胚形成后，一部分細胞遷入形成內(nèi)胚層和中胚層，留在外面的成為外胚層，結(jié)果形成了具有三個胚層的原腸胚，其中形成最晚的胚層是中胚層。 ②各胚層將按各自的發(fā)育途徑分裂和分化為相應(yīng)的細胞和組織。 (2)器官形成 ①三個胚層建立之后就孕育著各種器官原基的形成過程，其中最先形成的是腦和脊髓原基——神經(jīng)管。 ②神經(jīng)組織等由外胚層發(fā)育而來，骨骼肌、血液等由中胚層發(fā)育而來，小腸上皮等由內(nèi)胚層發(fā)育而來。

9、資料分析 各種動物受精卵發(fā)育及進入子宮的時間 動物 種類 受精卵發(fā)育/h 進入子宮時發(fā)育 天數(shù)和發(fā)育階段 2細胞 4細胞 8細胞 16細胞 桑椹胚 天/ 發(fā)育階段 小鼠 24～38 38～50 50～60 60～70 68～80 3 桑椹胚 山羊 24～28 48～60 72 72～96 96～120 4 10～16細胞 綿羊 36～38 42 48 67～72 96 3～4 16細胞 豬 21～51 51～66 66～72 90～110 110～114 2～2.5 4～6細胞 馬 24 30～6

10、 50～60 72 98～106 6 囊胚 牛 27～42 44～65 49～90 96～120 120～144 4～5 8～16細胞 探討：胚胎發(fā)育經(jīng)歷了哪些階段？ 提示：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原腸胚 探討：表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高？ 提示：比較而言，馬的胚胎進入子宮的發(fā)育程度最高，其次為小鼠。 探討：將體外培養(yǎng)的馬胚胎移植到母馬子宮時，應(yīng)選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？ 提示：馬應(yīng)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

11、胚階段的胚胎進行移植。 探討：為什么說關(guān)于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)？ 提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解哺乳動物在自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。 1．胚胎發(fā)育過程圖解 說明：胚胎細胞數(shù)目達到32個左右時的卵裂球叫做桑椹胚。 2．早期胚胎發(fā)育 發(fā)育階段 場所 階段特點 受精卵 輸卵管 個體發(fā)育的起點，其全能性最高 卵裂期 輸卵管 細胞進行有絲分裂，細胞數(shù)目不斷增多，胚胎總體積不增加或略有縮小，每個細胞的體積不斷縮小，核內(nèi)遺傳物質(zhì)并未減少 桑椹胚 輸卵管 細胞數(shù)目達到32個左右，本階段以前的細胞均未分化，細胞全

12、能性最高，是胚胎分割的最佳時期 囊胚 輸卵管 細胞開始出現(xiàn)分化，內(nèi)部出現(xiàn)了囊胚腔，內(nèi)細胞團將來發(fā)育成幼體，透明帶內(nèi)壁形成外部細胞，囊胚期后期透明帶破裂，胚胎孵化 原腸胚 子宮 (胎生生物) 個體發(fā)育中分化能力最強的階段，分化形成三個胚層，外部細胞發(fā)育成絨毛膜和胎盤，出現(xiàn)原腸腔 1．在下圖所示的過程中，哪一事件在2～9階段沒有發(fā)生(　　) A．細胞體積減小　　　 B．細胞內(nèi)有機物總量增加 C．細胞有絲分裂 D．細胞分化 【解析】　題圖中2～9階段表示的是胚胎發(fā)育過程，胚胎發(fā)育過程是細胞有絲分裂和細胞分化的結(jié)果。受精卵發(fā)育到囊胚過程中，隨著細胞數(shù)目的增多，細胞體積

13、減小。該過程中有機物總量會有所減少。 【答案】　B 2．材料一　動物干細胞是指那些未分化，但又具有分化潛能的細胞。根據(jù)分化潛能的差異，干細胞可分為三種類型：能夠分化產(chǎn)生生命活動所需要的各種類型細胞的干細胞稱為全能干細胞，它本身可以形成一個生命體；不能單獨發(fā)育為完整個體，但能分化為多種類型細胞干細胞稱為多能干細胞；能分化產(chǎn)生與特定器官和特定生理功能相關(guān)的細胞稱為專能干細胞。人胚胎干細胞是人類胚胎發(fā)育早期未分化的細胞。 材料二　美國的一個大學實驗室將人胚胎干細胞在體外培養(yǎng)一段時間后用于治療因病毒感染脊髓而癱瘓的老鼠，使之在一定程度上恢復了行走能力；西班牙的研究人員將胰島素基因?qū)胄∈笠认僦校?/p>

14、結(jié)果小鼠的糖尿病癥狀消失了。 (1)人類的胚胎發(fā)育中，細胞分化開始于________。 (2)根據(jù)上述分類的方法，原腸胚時期中胚層細胞屬于________干細胞，骨髓中造血干細胞屬于________干細胞，卵裂期的細胞屬于________干細胞。 (3)全能干細胞能分化產(chǎn)生生命活動所需的各種類型細胞，從分子水平上看，這是________________的結(jié)果。 (4)美國的研究人員用干細胞治療癱瘓老鼠獲得成功，這說明那些干細胞已經(jīng)分化成________細胞。 【解析】　根據(jù)胚胎形態(tài)的變化可將早期的胚胎分為桑椹胚、囊胚、原腸胚幾個階段，桑椹胚前的每一個細胞都具有全能性，囊胚時期雖然出現(xiàn)

15、了細胞分化，但內(nèi)細胞團的細胞仍具有全能性，到了原腸胚時，內(nèi)細胞團的細胞進一步分化成內(nèi)胚層、中胚層、外胚層，細胞的全能性受到限制。 【答案】　(1)囊胚期　(2)多能　專能　全能　(3)基因選擇性表達　(4)脊髓 1．下列有關(guān)受精作用的敘述，錯誤的是(　　) A．受精卵中全部的遺傳物質(zhì)，一半來自父方，一半來自母方 B．受精時，精子和卵細胞的染色體會合在一起 C．受精卵中的染色體，一半來自父方，一半來自母方 D．受精卵中的染色體數(shù)與本物種體細胞的染色體數(shù)相同 【解析】　受精作用是精子和卵細胞結(jié)合成受精卵的過程，在此過程中精子只是頭部進入卵細胞，尾部留在外面，精子的頭部進入卵細胞內(nèi)

16、以后，精子的細胞核與卵細胞的核融合在一起，形成受精卵的細胞核，所以受精卵中的染色體一半來自父方(精子)，一半來自母方(卵細胞)，使受精卵中的染色體數(shù)恢復到體細胞的數(shù)目；因為遺傳物質(zhì)并不是全部存在于染色體上(即細胞核中)，在細胞質(zhì)內(nèi)的線粒體中也有少量的遺傳物質(zhì)，而受精卵中的細胞質(zhì)幾乎全部來自卵細胞，所以受精卵中的全部遺傳物質(zhì)就不是一半來自父方，一半來自母方，而是母方比父方多提供細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)。 【答案】　A 2．關(guān)于哺乳動物早期胚胎發(fā)育的敘述正確的是(　　) A．合子形成后立即進入子宮內(nèi)進行有絲分裂 B．卵裂時隨著細胞數(shù)目的增加胚胎總體積也隨之增大 C．桑椹胚階段的每個細胞都屬于全

17、能細胞 D．內(nèi)細胞團將來發(fā)育成胎盤和胎膜 【解析】　合子形成后在輸卵管中就開始了有絲分裂，在卵裂時細胞數(shù)目不斷增加，胚胎總體積不增加或略有縮小，每個細胞的體積不斷縮小，內(nèi)細胞團表層的細胞形成外胚層，下方的細胞形成內(nèi)胚層。 【答案】　C 3．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： 【導學號：99310049】 (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]_

18、_________。 (3)A時期的細胞具有發(fā)育上的________性，B時期開始出現(xiàn)________，C時期開始出現(xiàn)________。 (4)[2]將來發(fā)育成____________________。 【解析】　(1)圖中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原腸胚。(2)圖B中是1是外部細胞，2是內(nèi)細胞團，3是透明帶，4是囊胚腔，圖C中5是外胚層，6是外部細胞，7是原腸腔，8是內(nèi)胚層。(3)桑椹胚細胞具有全能性；囊胚開始出現(xiàn)細胞分化，分化為外部細胞和內(nèi)細胞團細胞；原腸胚已有胚層分化，分化為外胚層、內(nèi)胚層和中胚層。(4)內(nèi)細胞團細胞將發(fā)育為胎兒的各種組織，外部細胞將發(fā)育為絨毛膜和胎盤。 【答案】

19、　(1)桑椹胚　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)全能　細胞分化　胚層分化 (4)胎兒的各種組織 4．“試管嬰兒”技術(shù)是通過將不孕夫婦的精子和卵細胞取出在試管中完成受精，并在試管中培養(yǎng)使其發(fā)育到一定時期，再將胚胎移入女性子宮內(nèi)發(fā)育成胎兒。它不僅使一部分不能生育的男女重新獲得了生育的機會，也為人類的優(yōu)生開辟了新的途徑。據(jù)此回答： (1)“試管嬰兒”技術(shù)在生物學上所依據(jù)的原理是(　　) A．有性生殖　　　　　　 B．組織培養(yǎng) C．克隆技術(shù) D．基因工程 (2)文中“一定時期”是胚胎發(fā)育的________期。 (3)“試管嬰兒”的形成用到下列哪

20、些技術(shù)________(填序號)。 ①體外培養(yǎng)?、谌斯な诰、叟咛ヒ浦病、芎艘浦? (4)要得到“同卵雙胞胎”，采用的技術(shù)是____________________________。 雙胞胎的性別是否相同________。 【解析】　(1)試管嬰兒技術(shù)實際是體外授精，即經(jīng)過精卵結(jié)合，所以是有性生殖。 (2)此時期的特點是含有一個腔，即囊胚腔，所以稱為囊胚期，聚集在胚胎一端，個體較大的細胞稱為內(nèi)細胞團。 (4)要提高胚胎利用率進行胚胎分割，如將一個受精卵的早期胚胎一分為二，再移植到母體子宮發(fā)育，可形成兩個嬰兒，即同卵雙胞胎，性別完全相同。 【答案】　(1)A　(2)囊胚　(3)①②③　(4)胚胎分割移植　相同 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.受精是精子與卵細胞結(jié)合形成受精卵的過程。 2.卵裂是受精卵開始進行有序的有絲分裂的過程。 3.當哺乳動物卵裂中的胚胎進入子宮時，胚胎已經(jīng)發(fā)育成具有內(nèi)部細胞(內(nèi)細胞團)、外部細胞和囊胚腔構(gòu)成的囊胚。其中內(nèi)細胞團的細胞將發(fā)育成幼體，故內(nèi)細胞團的細胞具有全能性。 4.表皮、神經(jīng)組織由外胚層發(fā)育而成，骨骼肌、軟骨、疏松結(jié)締組織由中胚層發(fā)育而成，小腸上皮由內(nèi)胚層發(fā)育而成。 9