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第3节 胚胎工程
第1课时 胚胎工程的理论基础
一、受精和受精阶段
1．胚胎工程的概念
(1)操作对象：动物生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。
(2)技术基础：如体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。
(3)特点：经过多种显微操作和处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。
(4)理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。
(5)实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
2．受精
(1)概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
(2)场所：哺乳动物的输卵管内。
(3)过程
准备阶段
↓
受精阶段
知识延伸 精子获能的机理
精液包括两部分：精子和精清(精浆)，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。只有精液进入雌性动物的生殖道内时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能使精子获得受精的能力。
(1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管( )
(2)精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用( )
(3)受精的标志是观察到两个极体的形成；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子( )
(4)动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到MⅡ期才具备受精能力( )
答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)×
易错提醒 受精过程认识的三个误区
(1)成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。
(2)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。
(3)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。
受精过程中“反应”的比较
(1)从发生时间看
①透明带的反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间。
②卵细胞膜的反应发生在精子入卵后。
(2)从生理作用看
①透明带的反应是阻止后来的精子进入透明带。
②卵细胞膜的反应是拒绝其他精子再进入卵内。
二、胚胎早期发育
1．胚胎早期发育的过程
2．各阶段的特点
(1)卵裂：细胞分裂方式为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，在透明带内进行。
(2)桑葚胚：每个细胞都是全能细胞。
(3)囊胚：细胞逐渐分化，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，随着胚胎的进一步发育，出现囊胚腔。
(4)孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来。
(5)原肠胚：原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层，一部分细胞在内、外两个胚层之间形成中胚层，这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。
(1)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂( )
(2)囊胚的滋养层细胞具有全能性( )
(3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期( )
(4)囊胚内的内细胞团将来发育成胎盘和胎膜( )
(5)胚胎发育的场所是输卵管( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
1．下图为个体发育过程图解，请分析回答：
胚胎发育过程中，细胞分化从哪个阶段开始？细胞分化程度最高的是哪个阶段？
提示 囊胚阶段开始出现细胞分化；原肠胚阶段是细胞分化程度最高的阶段。
2．请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成下表：
项目
变化
细胞数目
增多
每个细胞体积
减小
DNA总量
增多
每个细胞内的DNA总量
不变
有机物总量
减少
物质种类
增多
易错提醒 早期胚胎发育认识的三个误区
(1)误认为子宫是唯一的发育场所。受精卵形成后即在输卵管内开始进行有丝分裂，输卵管为受精卵发育的最初场所。
(2)误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。卵裂时期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。
(3)误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减小，但有机物种类增加。
1．胚胎工程的许多技术，实际上是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
2．受精包括受精前的准备阶段和受精阶段，自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
3．判断卵子是否受精的标志是在卵细胞与透明带的间隙能观察到两个极体，受精作用完成的标志是雌雄原核融合形成合子。
4．囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化。
1．下列有关哺乳动物受精的说法正确的是( )
A．在自然情况下，受精是在雌性的子宫内完成的
B．卵子在完成减数分裂Ⅱ后，才具备与精子受精的能力
C．受精的实质是雌、雄原核的结合
D．穿过卵细胞膜的精子就能与透明带接触
答案 C
解析 在自然情况下，受精是在雌性的输卵管内完成的，A错误；动物排出的卵子需要在输卵管内进一步成熟，达到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力，B错误；卵细胞膜位于透明带的里面，只有穿过透明带的精子才能与卵细胞膜接触，D错误。
2．下列过程发生在精子入卵后的是( )
①精子继续完成减数分裂Ⅱ ②透明带发生生理反应 ③卵细胞膜发生生理反应 ④卵子完成减数分裂Ⅱ，形成雌原核
A．③④ B．①③④
C．②③ D．①④
答案 A
3．下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述，正确的是( )
A．绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性
B．卵裂球细胞的体积随分裂次数的增加而不断增大
C．囊胚的滋养层细胞具有全能性
D．原肠胚发育分化形成内外两个胚层
答案 A
解析 胚胎发育的早期，卵裂球的总体积并不增加，因此细胞的体积会随着分裂次数的增加而不断减小；囊胚的滋养层细胞不具有全能性，只能发育成胎盘和胎膜；原肠胚发育分化形成内、中、外三个胚层。
4．哺乳动物受精卵在卵裂过程中发生的变化是( )
A．细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大
B．细胞的数目增多，有机物含量增加
C．每个细胞的DNA含量不断增加，全能性提高
D．逐渐出现了原肠胚，并有了胚层的分化
答案 A
解析 胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这种受精卵的早期分裂称为卵裂，细胞分裂方式为有丝分裂，其特点是细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，由此可以推知，随着分裂次数增加，每个细胞的体积在逐渐减小，所以细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大，A正确；由于此时的细胞还没有与母体建立联系，不能从母体获取营养物质，所以在细胞分裂时，全部依靠自身储存的有机物，因此随着卵裂的不断进行，有机物被不断消耗，总量在不断减少，B错误；由于此时细胞进行的是有丝分裂，所以每个细胞的DNA含量不会不断增加，此时的细胞都属于全能细胞，C错误；卵裂过程不包括原肠胚，D错误。
5．下列关于哺乳动物胚胎早期发育的叙述，正确的是( )
A．受精卵形成后立即进入子宫内进行有丝分裂
B．受精卵早期分裂时，随着细胞数目的增加，胚胎总体积也随之增大
C．桑葚胚阶段前的每个细胞都属于全能细胞
D．内细胞团将来发育成胎盘和胎膜
答案 C
解析 受精卵形成后在输卵管内进行早期有丝分裂，然后进入子宫着床；受精卵早期分裂时，细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加；桑葚胚阶段前的细胞未进行细胞分化，属于全能细胞；囊胚时期，滋养层细胞将来发育成胎盘和胎膜。
6．如图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段，请据图回答下列问题：
(1)图中A、B阶段中，表示囊胚的是________。
(2)写出图中各标号的名称：[2]________，[4]________。
(3)A时期的细胞具有________性，B时期开始出现________。
(4)[2]将来发育成______________________________。
(5)动物胚胎是由受精卵经有丝分裂形成的，受精卵只能由一个精子和卵子结合的生理基础是________________________________________________________________________。
答案 (1)B (2)内细胞团 囊胚腔 (3)全能 细胞分化 (4)胎儿的各种组织 (5)受精时透明带和卵细胞膜发生的生理反应，阻止后来的精子进入透明带或卵细胞
解析 (1)图中A是桑葚胚，B是囊胚。(2)图B中[1]是滋养层，[2]是内细胞团，[3]是透明带，[4]是囊胚腔。(3)桑葚胚细胞具有全能性；囊胚期开始出现细胞分化，已分化为滋养层细胞和内细胞团。(4)内细胞团将来发育为胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育为胎膜和胎盘。(5)受精时透明带和卵细胞膜发生的生理反应可防止多精入卵。
A组 基础对点练
题组一 受精和受精阶段
1．下列关于高等动物受精作用的叙述，错误的是( )
A．常以观察到两个极体作为卵子受精的重要标志
B．精子和卵子结合的过程中，卵子完成减数分裂Ⅱ
C．精子细胞膜与卵子细胞膜的融合依靠了细胞膜的结构特点
D．精子获能后与刚排出的卵子在子宫内受精
答案 D
2．下列关于哺乳动物体内受精的叙述，正确的是( )
A．卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成
B．受精一般是在输卵管内完成的，而胚胎的发育一直是在母体子宫内进行的
C．精子和卵子受精时，两者均已完成了减数分裂
D．精子接触卵细胞膜时，透明带会发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带
答案 D
解析 体内受精是在输卵管内进行的，早期胚胎有一段时间的发育是在输卵管内进行的，但主要是在母体子宫内进行发育的；在精子和卵子受精——精子入卵后，被激活的卵子才完成减数分裂Ⅱ。
题组二 胚胎早期发育
3．如图为哺乳动物受精作用及胚胎发育示意图，a、b代表两个不同的发育阶段，下列叙述不正确的是( )
A．①过程发生了同源染色体的分离和自由组合
B．②过程细胞通过有丝分裂的方式增殖，单个细胞体积减小
C．a中含有全能细胞
D．④过程不同细胞基因表达存在差异
答案 A
解析 ①过程是受精作用，该过程中不会发生同源染色体的分离和自由组合，A错误；②过程细胞通过有丝分裂增殖，细胞数量增多，但胚胎总体积不增加，因此单个细胞体积逐渐减小，B正确；a表示囊胚，其中的内细胞团为全能细胞，C正确；④过程发生细胞分化，该过程中细胞基因进行选择性表达，D正确。
4．下列关于桑葚胚和囊胚的说法不正确的是( )
A．组成桑葚胚的各个细胞的形态、结构和功能基本相同
B．囊胚中个体较大的细胞聚集在胚胎一端，称为内细胞团
C．细胞分化开始于囊胚期
D．囊胚中的滋养层细胞将来发育成胎儿的各种组织
答案 D
解析 组成桑葚胚的各个细胞的形态、结构、功能基本相同，随着桑葚胚的进一步发育，聚集在胚胎一端，个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，而沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞，称为滋养层细胞，它们将来发育成胎膜和胎盘。
5．实验证明，下列胚胎发育到哪一阶段时，每一个细胞都属于全能干细胞( )
A．桑葚胚以前 B．囊胚以后
C．原肠胚以前 D．孵化或出生前的胚胎
答案 A
解析 桑葚胚以前的细胞还没有分化，每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能。
6．(2019·黑龙江哈尔滨三中高二下段考)下列有关胚胎早期发育的说法，不正确的是( )
A．胚胎从透明带内伸展出来的过程称为孵化
B．受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加
C．胚胎发育到囊胚期时出现囊胚腔
D．原肠胚时期，胚胎进一步发育产生三个胚层
答案 B
解析 胚胎从透明带内伸展出来的过程称为孵化，A正确；受精卵早期分裂时，胚胎中细胞数目增多，但是有机物总量在不断减少，B错误；囊胚腔出现于囊胚期，C正确；原肠胚时期，胚胎进一步发育产生三个胚层，包括外胚层、中胚层和内胚层，D正确。
7．下列有关胚胎早期发育的叙述，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．桑葚胚期的胚胎从透明带中伸展出来，叫作孵化
D．原肠胚表面的细胞层为外胚层
答案 C
解析 囊胚期出现了囊胚腔，囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程称为孵化。
8．下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵细胞( )
答案 C
解析 卵细胞受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙可观察到两个极体，故C项正确。
9．如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是( )
A．图中①过程表示胚胎发育
B．由受精卵形成囊胚的过程中进行卵裂，每个细胞的体积不断增大
C．原肠胚的三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等
D．原肠胚阶段的细胞都是全能细胞
答案 C
解析 胚胎发育是指从受精卵发育为成熟的胎儿的过程，A错误；由受精卵形成囊胚的过程中进行了卵裂，每个细胞的体积不断减小，B错误；原肠胚阶段已出现了明显的细胞分化，D错误。
10．回答下列有关人体发育的几个问题：
(1)受精卵的有丝分裂，称为________，所产生的子细胞构成的实心胚称________，实心胚进入子宫腔后，内部出现含有液体的囊腔叫________，此时的胚胎称________。
(2)囊胚表面是单层扁平细胞，称__________________，将来发育成____________________；在胚胎的一端有一团细胞，称________，将来发育成__________________。
(3)成熟的生殖细胞包括________和________，均为仅有________条染色体的细胞，其中________条是性染色体。
答案 (1)卵裂 桑葚胚 囊胚腔 囊胚 (2)滋养层细胞 胎儿的胎膜和胎盘 内细胞团 胎儿的各种组织 (3)精子 卵子 23 1
解析 桑葚胚为实心的胚体，细胞具有全能性。囊胚内部出现囊胚腔，沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的一层细胞为滋养层细胞，将来发育成胎儿的胎膜和胎盘。聚集在胚胎一端、个体较大的细胞为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。精子和卵子内染色体数目减半，仅为23条，其中有1条为性染色体。
B组 综合强化练
11．下图表示精子入卵后，发生(或引起的)一系列变化形成受精卵的过程，下列叙述错误的是( )
A．图中X指卵细胞膜发生的生理反应，Y指卵子的减数分裂Ⅱ
B．经图中Y过程只形成了雌原核
C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D．精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶
答案 B
解析 精子入卵后，被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后形成雌原核，B错误。
12．(2019·南通质检)关于桑葚胚和囊胚的比较，以下说法错误的是( )
A．桑葚胚阶段的细胞一般都具有全能性
B．囊胚期细胞分化是由于遗传物质突变引起的
C．囊胚期的细胞出现了分化，但遗传物质未发生改变
D．囊胚期内细胞团和滋养层细胞的差异不是复制水平上的差异，而是转录水平上的差异引起的
答案 B
解析 桑葚胚的各细胞结构、功能基本相同，是全能细胞；囊胚期细胞分化是基因选择性表达的结果；囊胚期的细胞进行有丝分裂，遗传物质一般不变；内细胞团和滋养层细胞内遗传物质相同，形态和功能不同，这与转录有关。
13．下列关于蛙胚胎发育过程的叙述，正确的是( )
A．通过细胞分裂不断增加细胞数量，并在一定时期发生细胞分化
B．胚胎发育过程中细胞不断分裂，但不发生凋亡
C．随着细胞分裂次数的增加，蛙胚的有机物总量不断增加
D．发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐增加
答案 A
解析 在蛙的胚胎发育过程中，通过细胞分裂增加细胞数量，在囊胚期细胞开始分化，A项正确；胚胎发育过程中，既有细胞的分裂和分化，也有细胞的衰老和凋亡，B项错误；在蛙胚胎发育的过程中，由于细胞呼吸的消耗，有机物的总量不断减少，C项错误；蛙胚发育过程中需要从环境中获得氧气，但利用的营养物质是受精卵自身含有的，D项错误。
14．中科院动物所和福州大熊猫研究中心合作，通过将大熊猫的细胞核植入去核后的兔子卵母细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫早期胚胎，这表明我国的大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列。下列有关克隆大熊猫胚胎的叙述，错误的是( )
A．在形成早期胚胎的过程中，依次经历了桑葚胚、囊胚、原肠胚等几个阶段
B．兔子卵母细胞质的作用是激发大熊猫细胞核的全能性
C．克隆出的早期胚胎中，各细胞间具有相同的遗传信息
D．在形成早期胚胎的过程中，尚未出现细胞的分化
答案 D
解析 在胚胎发育过程中，囊胚期时就已出现了细胞分化。
15．如图表示胚胎早期发育过程中的某一时期，下列有关叙述正确的是(不定项)( )
A．图中②将发育成胎膜和胎盘
B．图中③可发育成胎儿的各种组织
C．高等哺乳动物细胞分化开始于桑葚胚期，终止于生命结束
D．胚胎从①中伸展出来的过程发生于囊胚期
答案 ABD
解析 图示为胚胎早期发育过程中的囊胚阶段，其中②所示的滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘，A正确；③所示的内细胞团细胞将来发育成胎儿的各种组织，B正确；高等哺乳动物细胞分化开始于囊胚期，终止于生命结束，C错误；胚胎从①所示的透明带中伸展出来的过程发生于囊胚期，D正确。
16．下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中，几项指标的变化趋势，其中正确的是(不定项)( )
答案 AD
解析 随受精卵的发育，DNA不断复制，呈指数增加，故A正确；蛙受精卵细胞在卵裂时，随着有丝分裂的进行，细胞数量增加，所以细胞核的总质量不断增加，但是胚胎的总体积并不增加或略有缩小，所以核质比将不断上升，故B、C错误；在该发育过程中，有机物总量不断减少，故D正确。
17．如图为哺乳动物的生殖和个体发育过程，请据图回答下列问题：
(1)哺乳动物精子和卵细胞在________中完成受精作用。
(2)哺乳动物个体发育的起点是________，其胚胎发育的整个过程在________________中完成。
(3)图示Ⅰ过程为__________，Ⅱ过程为__________。
(4)图中“？”处应为________，内细胞团出现于________时期。
(5)过程①需经过多次细胞分裂才能完成，请在下图中绘出该过程中每个细胞的体积、核DNA含量与时间的关系。
答案 (1)输卵管 (2)受精卵 输卵管和子宫 (3)胚胎发育 胚后发育 (4)原肠胚 囊胚
(5)如图所示
解析 (1)哺乳动物的受精作用及胚胎早期细胞分裂在输卵管中进行。(2)受精卵是个体发育的起点，整个胚胎发育过程在输卵管和子宫内完成。(3)图示Ⅰ、Ⅱ过程分别表示胚胎发育及胚后发育。(4)图中“？”处应为原肠胚，内细胞团应出现于囊胚期，卵裂期每个细胞的体积将逐渐减小，每个细胞的核DNA含量不变。
18．胚胎工程应用前景广阔，请回答下列问题：
(1)胚胎工程是指对__________________________进行多种显微操作和处理，如体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。经过处理后获得的胚胎，需要移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物_________________进行的模拟操作。
(2)防止多个精子与卵子受精的生理机制包括______________________________________。
(3)受精卵形成后即在输卵管内进行________分裂，开始发育。胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，称为________，其显著特点是胚胎的总体积______________________。
答案 (1)生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 自然受精和早期胚胎发育条件 (2)透明带的反应和卵细胞膜的反应 (3)有丝 卵裂 不增加
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