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专题3胚胎工程3.1体内受精和早期胚胎发育情境导入课程目标自然情况下,受精卵是哺乳动物个体发育的起点,是精子和卵子受精的产物。那么精子和卵子是如何形成的?精子和卵子是如何受精的?受精卵是如何发育成新个体的?1.简述哺乳动物精子和卵子的发生。2.说出哺乳动物的受精过程。3.简述哺乳动物胚胎发育的过程及主要特点。4.列表比较精子的发生和卵子的发生。5.列表比较早期胚胎发育的几个阶段。一二一、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:从初情期开始,直到生殖机能衰退。(3)过程。第一阶段,精原细胞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,1个初级精母细胞通过减数分裂产生4个精子细胞;第三阶段,精子细胞通过变形形成精子。三一二2.卵子的发生(1)场所:卵巢和输卵管。(2)时间:动物的胚胎在性别分化后。(从胎儿时期开始,完成卵泡的形成和在卵巢内的储备)三一二(3)过程。①动物的胚胎在性别分化以后,雌性胎儿卵巢内的卵原细胞,就通过有丝分裂的方式不断增加其数量,并进一步演变为初级卵母细胞,这时,它被卵泡细胞包围,形成卵泡。②初级卵母细胞需经过减数分裂才能变为成熟的卵子。减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的,其结果是产生一个次级卵母细胞和一个第一极体,进入输卵管,准备与精子受精。③减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的,次级卵母细胞经分裂产生一个成熟的卵子和第二极体。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,这是判断卵子是否受精的重要标志。三一二二、受精1.场所:雌性的输卵管内。2.过程(1)准备阶段1:精子获能。(2)准备阶段2:卵子的准备。卵子达到减数第二次分裂中期时,才具备与精子受精的能力。三一二(3)受精阶段。①获能后的精子与卵子相遇时,首先发生顶体反应,释放出顶体酶,溶解卵丘细胞之间的物质,形成精子穿越放射冠的通路;②穿过放射冠的精子与透明带接触,顶体酶溶解透明带,精子穿越透明带与卵细胞膜接触。精子触及卵细胞膜发生透明带反应,是防止多个精子进入透明带,引起多精入卵受精的第一道屏障;③精子与卵细胞膜接触,精子外膜与卵细胞膜相互融合,精子入卵。精子入卵后发生卵细胞膜反应,是防止多精入卵受精的第二道屏障;④精子入卵后发生一系列变化,产生雄原核;精子入卵后被激活的卵子完成减数第二次分裂,排出第二极体后,形成雌原核。⑤雄原核与雌原核彼此接触,两组核染色体合为一组,形成受精卵,受精作用完成。三一二温故知新受精对细胞内染色体的数目有何影响?提示:受精使细胞内染色体的数目由减半状态恢复为正常状态。三一二三三、胚胎发育1.卵裂期:在透明带内进行。特点:进行有丝分裂;细胞数量不断增加,但胚胎总体积不增加,或略有缩小。2.桑椹胚:胚胎细胞数目达到32个左右,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:内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘;胚胎进一步发育出现囊胚腔,然后出现了囊胚从透明带中伸展出来的孵化过程。4.原肠胚:内细胞团细胞形成外胚层和内胚层,内胚层包围着原肠腔。一二三轻松判断在卵裂期,有机物的总质量是增加还是减少?为什么?提示:减少。因为卵裂期的胚胎消耗的营养仅仅是先前贮存在卵细胞质中的成分,不仅没有从外界环境吸收补充,反而还有一部分通过细胞呼吸被消耗。探究一探究二易错点排查精子和卵子的发生●问题导引●牛、马、羊等哺乳动物的生殖方式为有性生殖,生殖的第一步是产生有性生殖细胞即精子和卵子。思考:(1)产生精子和卵子的器官和细胞分裂方式分别是什么?(2)精子和卵子的形成过程分别开始于动物的哪一年龄段?提示:(1)产生精子和卵子的器官分别是睾丸和卵巢。产生精子和卵子的细胞分裂方式是减数分裂。(2)精子的形成过程开始于雄性动物的初情期,卵子的形成过程开始于雌性动物发育的胎儿时期。探究一探究二易错点排查●名师精讲●1.精子的发生(1)场所:哺乳动物雄性个体睾丸的曲细精管。(2)时期:从初情期(相当于人的青春期)开始,直到生殖机能衰退。(3)过程:家畜精子发生的过程大体可以分为三个阶段,如下图所示。探究一探究二易错点排查第一阶段:初级精母细胞的形成。位于曲细精管管壁的精原细胞先分裂为两个细胞,然后进行数次有丝分裂,产生大量的精原细胞,其中部分精原细胞经过染色体复制和其他物质的合成,进一步形成初级精母细胞。第二阶段:精子细胞的形成。初级精母细胞连续进行两次分裂(即减数分裂,包括MⅠ和MⅡ):一个初级精母细胞两个次级精母细胞四个含单倍染色体的精子细胞。探究一探究二易错点排查第三阶段:精子细胞变形为精子,如下所示。精子细胞精子(包括头、颈、尾)对于多数家畜来说,精子在睾丸内形成的时间为两个月左右。探究一探究二易错点排查2.卵子的发生(1)场所:卵巢和输卵管。(2)时期:胎儿期和初情期后。哺乳动物在出生前(即胎儿时期)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。第一阶段——初级卵母细胞形成阶段雌性胎儿卵巢内的卵原细胞可以通过有丝分裂的方式不断增加其数量,并进一步演变为初级卵母细胞,它被卵泡细胞包围,形成卵泡。第二阶段——初级卵母细胞分裂形成卵子阶段初级卵母细胞需经过减数分裂才能变为成熟的卵子。减数第一次分裂在雌性动物排卵前后完成,结果是产生一个次级卵母细胞和一个第一极体,进入输卵管,准备与精子受精。减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的,次级卵母细胞经分裂产生一个成熟的卵子和第二极体。探究一探究二易错点排查(4)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,这是判断卵子是否受精的重要标志。探究一探究二易错点排查3.精子和卵子发生过程的比较项目精子的发生卵子的发生区别场所睾丸的曲细精管(场所唯一)卵巢(MⅠ)、输卵管(MⅡ)(场所不唯一)时间初情期后性别分化后开始,卵泡(内含初级卵母细胞)的形成和在卵巢内的储备,是在出生前(即胎儿时期)完成的;MⅡ是在精子和卵子结合过程中完成的区别过程特点①MⅠ和MⅡ是连续的,需变形②细胞质均等分配①MⅠ和MⅡ是不连续的,不需要变形②细胞质不均等分配结果每个精原细胞形成4个精子细胞每个卵原细胞形成1个卵细胞探究一探究二易错点排查项目精子的发生卵子的发生相同点①原始生殖细胞的增殖为有丝分裂②生殖细胞的成熟为减数分裂③成熟过程均经过一次复制和两次分裂,子细胞中染色体数目减半特别提醒哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备,是在出生前(即胎儿时期)完成的,而精子的形成是在动物的初情期后才在曲细精管内发生的,这是精子和卵子在发生上的重要区别。探究一探究二易错点排查【例题1】下列不属于精子和卵子发生的区别的是()A.初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间B.MⅠ和MⅡ的时间连续性C.成熟生殖细胞是否发生变形D.成熟生殖细胞中染色体的数量解析:初级精母细胞是雄性动物初情期开始后,才由精原细胞分裂形成的,而初级卵母细胞的发生是在胎儿期完成的;精子的产生在MⅠ和MⅡ连续进行,卵子通过MⅠ形成次级卵母细胞,在精子与卵子结合的过程中完成MⅡ;精子细胞形成后需要经过变形,卵子不需要变形;成熟的精子和卵子都是经过减数分裂形成的,都含有相当于亲本体细胞染色体数目一半的染色体。答案:D探究一探究二易错点排查受精过程和早期胚胎发育的过程●问题导引●春回大地,草长莺飞,丝绦拂堤,处处洋溢着和暖的气息,奏响着和谐的旋律,演绎着动人的画面!随着春日气温的回升和日照时间的延长,可爱的小动物们忙起了“谈情说爱”,为它们家族的繁衍尽心尽职。思考:(1)动物交配后,精子与卵细胞在生殖系统的什么部位相遇受精?(2)受精过程中的精子无异于千军万马向卵细胞发起冲锋,但卵细胞最终只与一个精子结合。卵细胞能够阻止多精入卵的机制是什么?(3)简述受精的大致过程。(4)受精形成的受精卵是胚胎和新个体发育的起点,简述早期胚胎发育的几个阶段。提示:(1)输卵管。(2)透明带反应和卵细胞膜反应。(3)精子穿越放射冠和透明带→精子进入卵细胞膜→雌、雄原核形成→雌、雄原核结合。(4)受精卵→2细胞→4细胞→8细胞→桑椹胚→囊胚→原肠胚。探究一探究二易错点排查●名师精讲●1.受精(1)过程。①准备阶段:本阶段又分为准备阶段1(精子获能)、准备阶段2(卵子的准备)两个阶段。a.准备阶段1: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内发生相应的生理变化后,才能获得受精能力。b.准备阶段2:卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程。动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是初级卵母细胞,如马、犬等,有的可能是次级卵母细胞,如猪、羊等。但它们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。探究一探究二易错点排查②受精阶段。哺乳动物的受精过程主要包括:精子穿越放射冠和透明带,进入卵细胞膜,雌、雄原核形成和融合。具体过程如下:探究一探究二易错点排查过程主要变化获能后的精子穿越放射冠精子获能后,与卵子相遇时发生顶体反应,使顶体内的酶释放出来,精子所释放的顶体酶可直接溶解卵丘细胞之间的物质,形成精子穿越放射冠的通路穿越透明带精子与透明带接触,顶体酶将透明带溶出一条孔道,精子借助自身运动穿越透明带进入卵细胞膜精子与卵细胞膜接触,立即被卵细胞膜表面的微绒毛抱合,精子外膜和卵细胞膜相互融合,精子入卵形成原核精子入卵后,尾部脱离,原有的核膜破裂,形成新的核膜,最后形成雄原核;精子入卵后,被激活的卵子完成减数第二次分裂,排出第二极体后,形成雌原核配子结合雌、雄原核充分发育后,相向移动,彼此接触,二者体积缩小、合并,形成含二倍染色体的合子(即受精卵)探究一探究二易错点排查(2)受精过程涉及的基本概念。①顶体反应:精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道,是精子和卵子结合必不可少的条件。②透明带反应:精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应,称为透明带反应,是防止多精入卵受精的第一道屏障。③卵细胞膜反应:精子入卵后,卵细胞膜立即发生一种生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,称为卵细胞膜反应。这是防止多精入卵受精的第二道屏障。探究一探究二易错点排查2.早期胚胎发育(1)最初发育场所及分裂方式。①最初发育场所:输卵管。②分裂方式:有丝分裂。探究一探究二易错点排查(2)胚胎发育过程。胚胎发育①卵裂期:受精卵不断进行有丝分裂(即卵裂),细胞数量不断增加,但胚胎总体积并不增加,或略有缩小。②桑椹胚及其以前的每一个细胞都有发育成完整胚胎的潜能,属于全能细胞。探究一探究二易错点排查③囊胚期:具有囊胚腔、滋养层、内细胞团(如图)。囊胚Ⅰ.囊胚腔:是指囊胚中的空腔,是由于卵裂球的细胞继续分裂,细胞间出现的间隙所形成的。Ⅱ.滋养层:a.存在部位:沿透明带内壁扩展排列的、个体较小的细胞。b.发育方向:将来发育为胎膜和胎盘。探究一探究二易错点排查Ⅲ.内细胞团:a.存在部位:聚集在胚胎一端,个体较大的细胞。b.特点:是胚胎干细胞,未分化,具有发育全能性,能分化出成体动物的所有器官和组织。原肠胚c.发育方向:不断增殖分化,将来发育成胎儿的各种组织。探究一探究二易错点排查④原肠胚时期的细胞进一步发育,内细胞团表层细胞形成外胚层,进一步发育成神经系统、感觉器官、表皮及其附属结构;下方的细胞形成内胚层,进一步发育成肝、胰等腺体,以及呼吸道、消化道上皮;滋养层发育为胎儿的胎膜和胎盘。特别提醒①胚胎发育开始于受精卵,结束于胎儿出生,其场所是输卵管和子宫。②未分化或分化细胞所占比例比较小的胚胎才可以成为胚胎工程的操作对象(例如桑椹胚、囊胚等),原肠胚由于定向分化的细胞所占比例比较大,不再是胚胎工程的操作对象。探究一探究二易错点排查【例题2】下列有关胚胎发育的叙述,错误的是()A.受精过程的结束即胚胎发育的开始B.胚胎发育的初期是在输卵管中进行的C.桑椹胚期的胚胎从透明带中伸展出来,称孵化D.内细胞团表层的