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2015-2016学年高二生物苏教版选修3课件 3.1 受精和胚胎发育.ppt


第三章

胚胎工程

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第一节 受精和胚胎发育

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第一节 受精和胚胎发育

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J 基础知识 Z 重点难点
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情境导入 乌龟为什么长壳?有研究认为,爬行动 物、鸟类和哺乳动物具有共同的祖先。 日本理化研究所发展生物学研究中心 的研究人员选择了龟的一种——巴西 龟与鸟类以及老鼠为对比研究对象。研究人员发现,直到胚 胎发育中期,这 3 种动物的发育模式都基本相同。到了胚胎 发育后期,巴西龟的肋骨组织并未像鸟类和哺乳动物那样在 胸内部生长,从而形成笼状的肋骨结构,而是与发育中的背 部皮层相融合,从而生长出骨骼质地的龟甲。

课程目标 1.简述哺乳 动物精子、卵子 的发生过程。 2.简述哺乳动物 的受精过程。 3.简述哺乳动物 胚胎发育的过 程。

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第一节 受精和胚胎发育
一 二

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一、哺乳动物生殖细胞的发生和体内受精
1.精子的发生 (1)场所:睾丸的曲细精管。 (2)时期:动物性成熟后。 (3)过程。 1 个初级精母细胞 2 个次级精母细胞 4 个精细胞 4 个精子。 (4)营养供应:曲细精管的支持细胞。 (5)储存:精子形成后进入曲细精管的管腔中。 2.卵子的发生 (1)场所:卵巢。 (2)过程。

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一 二

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(3)结果:一个初级卵母细胞最终产生 1 个卵子和 3 个极体。 (4)时期。 ①卵子发生的第一个阶段是胎儿期,部分卵原细胞发育为初级卵母细 胞,被卵泡细胞所包围,形成卵泡。 ②初情期后继续发育,完成受精作用后,才能形成真正意义上的卵子。 3.体内受精 (1)准备阶段:哺乳动物的精子离开睾丸后,必须经过成熟和获能过程才 能完成受精。 (2)受精的两个步骤:第一步,精子细胞膜内的遗传物质等进入卵细胞; 第二步,精子进入卵细胞后随即触发一系列的反应,最终形成一个单细胞受 精卵。 (3)受精过程的完成:观察到卵细胞膜和透明带之间有两个极体。

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自主思考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,这能说是一种浪费吗?怎样理解这一现象? 提示:不是浪费。可以从两个方面说明这一问题。其一,在自然繁殖的 条件下,为了使母畜排出的 1 个或几个卵子完成受精,公畜一次射出数以亿 计的精子到发情母畜的生殖道内,可以说是动物为繁殖后代、 延续物种的一 种生理保障机制。其二,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,而与卵子完成受精的只有一个。这 是一种优胜劣汰现象,保证了参与受精作用的精子是相对优秀的。

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二、哺乳动物胚胎发育的基本过程
1.概念:指受精卵发育成幼体的过程,包括桑椹胚、囊胚、原肠胚、胚层 分化和胚体形成等主要阶段。 2.基本过程:人体的胚胎发育从受精卵开始到胎儿出生,其胚胎发育过 程可分为胚卵期、胚胎期和胎儿期 3 个阶段。 (1)胚卵期。 ①时间:受精至第 1 周末。 ②发育场所:输卵管和子宫。 ③过程:受精卵→桑椹胚→囊胚。 ④结果:囊胚着床,植入子宫内膜。

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(2)胚胎期。 ①时间:第 2 周至第 8 周。 ②发育场所:子宫。 ③过程:囊胚→胚盘→二胚层胚盘→原肠胚→胚体。 (3)胎儿期。 ①时间:第 9 周至出生。 ②发育场所:子宫。 ③过程:9~12 周,胎儿头部仍占优势,躯体长高,脑部继续增长,从外生殖 器可辨别性别;13~16 周,胎儿小脑变得突出,耳廓伸出,出现闭眼和吸吮的动 作;17~20 周,出现睫毛和眉毛,胎毛覆盖皮肤;21 周后胎儿进一步发育直至 出生。 从优生的角度出发,为了最大限度地避免具有遗传缺陷的胎儿出生,在 妊娠期间,可通过产前检测确保胎儿优生。

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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。

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探究点一

探究点二

精子和卵子发生过程的比较 ●问题导引●
精细胞变成精子的过程中,细胞中很多结构会消失,而细胞核和线粒体 都保留下来,对这一现象怎样理解?为什么精子中的线粒体集中在尾的基 部? 提示: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产生运动所需能量的主要场所。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,利于为精子 运动提供能量。

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探究点二

●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。

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 含单倍染色体的精子细胞。 两个次级精母细胞 四个
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探究点一

探究点二

第三阶段:精子细胞变形为精子,如下所示。

精 子 细 精子(包括 头、颈、尾)

胞 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。

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探究点二

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。 (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。
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探究点一

探究点二

3.精子和卵子发生过程的比较
精子发生 睾丸的曲 细精管(场 所唯一) 初情期开 始 ①减数第 一次分裂 和减数第 二次分裂 是连续的, 需变形 ②细胞质 均等分配 卵子发生 卵巢(减数第一次分裂)、输卵管(减数第二次分 裂) 性别分化后开始,卵泡(含初级卵母细胞)的形成 和在卵巢内的储备,是在出生前(胎儿时期)完成 的,减数第二次分裂是在精子和卵子的结合过 程(即受精过程)中完成的

场所

时间 区 别 过程 特点

①减数第一次分裂和减数第二次分裂是不连续 的,不需变形 ②细胞质不均等分配(第一极体除外)

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探究点二

结果 (一个 形成 1 个卵子 形成 4 个精子 初级性 和 3 个极体 母细胞) 精子发生 卵子发生 ①原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂; 相同 ②生殖细胞的成熟要经过减数分裂; 点 ③成熟过程均经一次染色体复制和两次细胞分裂,子细胞中染色体数 目减半

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探究点二

【例题 1】下列不是精子、卵子发生的区别的是( A.初级精母、卵母细胞的形成时间 B.MⅠ和 MⅡ的时间连续性 C.成熟生殖细胞是否经过变形 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,由精原细胞分裂成的,而 初级卵母细胞是在胎儿期形成的;精子的发生在 MⅠ和 MⅡ是连续进行的,卵 子的发生是通过 MⅠ形成次级卵母细胞,在精子与卵子的结合过程中才完成 MⅡ;精细胞形成后变形为蝌蚪状,卵子不需变形;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。因此,D 项不是 两者的区别。 答案:D
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探究点二

体内受精和哺乳动物胚胎发育的基本过程 ●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。动物交配后,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:受精卵→2 细胞→4 细胞→8 细胞→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

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●名师精讲● 1.体内受精 (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。 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:
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过程 获能后的 精子穿越 放射冠 穿越透 明带 进入卵 细胞膜 形成原核 配子结合

主要变化 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 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 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 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 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)

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探究点二

(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。

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探究点二

2.哺乳动物的胚胎发育 (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。 (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。
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探究点一

探究点二

③囊胚期:具有囊胚腔、滋养层、内细胞团(如图)。

囊胚

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探究点一

探究点二

原肠胚

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。

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探究点一

探究点二

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。

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探究点一

探究点二

(3)人胚胎发育各时期的比较。
发育 阶段 胚卵 期 胚胎 期 胚儿 期 经历时间 受精~第 1 周 末(6~8 天) 第 2 周~第 8 周(56 天左 右) 第 9 周至出 生 (210 天左右) 特点 受精卵从输卵管向子宫腔移动,并多次分裂(卵裂期),形 成实心细胞团(桑椹胚),继续分裂,中间出现空腔,腔内充 满液体(囊胚),并植入子宫内膜(着床) 囊胚出现二胚层分化,内细胞团发育成胚层,第 3 周末三 胚层形成(原肠胚形成),3 个胚层逐渐分化成各个器官的 原基,胚初具人形 胎儿逐渐长大,各器官、系统继续发育,多数器官逐渐出 现不同程度的功能活动

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探究点一

探究点二

【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.内细胞团表层的细胞形成外胚层 胎从其中伸展出来,这一过程称为孵化。 答案:C

)

解析:囊胚期出现了囊胚腔,囊胚进一步扩大,会导致透明带的断裂,胚

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探究点二

判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。 1.排卵是指卵泡从卵巢中排出。( ) 提示:× 排卵是指卵子从卵泡中排出。 2.卵子的形成过程开始于雌性个体发育阶段的胎儿期。( 提示:√ 3.精子和卵子的发生都是从初情期开始的。( ) )

提示:× 精子的发生从初情期开始,而卵子的形成开始于胎儿时期。 4.精子的获能就是精子的变形。( ) 提示:× 精子的获能是精子必须在雌性动物的生殖道中发生相应的 生理变化后,才能获得受精能力的生理现象。

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5.卵子形成过程中,MⅠ和 MⅡ是不连续的。( ) 提示:√ 6.判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个 极体。( ) 提示:√ 7.卵子只有彻底结束减数第二次分裂才能与精子受精。( ) 提示:× 卵子达到减数第二次分裂的中期时,就具备了与精子受精的 能力。 8.受精的实质是精子进入卵细胞。( )

提示:× 受精的实质是雌、雄原核结合。

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9.在早期胚胎发育过程中,卵裂期胚胎体积是不断增加的。( 甚至还略有缩小。 10.在胚胎发育过程中,细胞的数量、形态和基因型不断变化。( 细胞的数量和形态不断变化,而基因型保持相对稳定。

)

提示:× 卵裂期属于早期胚胎发育的一个阶段,胚胎体积不仅不增加, )

提示:× 在胚胎发育过程中,细胞进行有丝分裂并持续进行细胞分化,

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1.以下说法不正确的是( ) A.雄性动物从初情期开始产生精子 B.1 个精原细胞可形成 4 个精子 C.1 个卵原细胞可形成 4 个卵子 D.精细胞经过变形形成精子 解析:1 个精原细胞经减数分裂形成 4 个精子,而 1 个卵原细胞经减数分裂 可形成 3 个极体和 1 个卵子。 答案:C

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2.哺乳动物体内受精时,精子通过释放 及透明带,形成通道入卵( ) A.获能酶 B.蛋白酶 C.顶体酶 D.溶菌酶 答案:C

,以溶解卵子外围的放射冠

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3.下列属于精子、卵子发生上的区别的是( A.细胞的分裂方式 B.细胞遗传物质的变化 C.成熟细胞的染色体数量 D.产生时期 性别分化以后开始的。 答案:D

)

解析:精子的产生是从初情期开始的,而卵子的卵原细胞产生是从胎儿期的

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4.下列不属于受精必需条件的是( A.精子获能 B.卵子处于减数第二次分裂中期 C.精子和卵子来自同一物种 D.精子和卵子在输卵管相遇 属于受精的必需条件。 答案:D

)

解析:精子和卵子在体外也可以实现受精,所以精子和卵子在输卵管相遇不

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5.研究表明,大多数动物如蛙的受精卵在卵裂期随着卵裂的进行,胚胎的体 积并不增大,但胚胎细胞核的总质量与细胞质的总质量比值(核/质)却发生 变化。下列符合卵裂期核质质量比值变化趋势的示意图是( )

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解析:受精后不久,受精卵便开始进行细胞分裂。一个受精卵分裂成为两个 细胞,两个细胞分裂成四个细胞,四个细胞再分裂成八个细胞,等等。这些早 期的细胞分裂叫作卵裂。随着卵裂的进行,胚胎的体积并不增大,但细胞数 量增多,每个细胞体积变小。随着分裂次数的增加,细胞核的总质量不断增 加,因而导致核质质量比值增大。 答案:A

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