高三生物：3.1《体内受精和早期胚胎发育》教案(新人教版选修3)

专题3 胚胎工程
第1节体内受精和早期胚胎发育
[重难点]
重点：1.哺乳动物精子和卵子的发生
2.哺乳动物的受精过程
3.哺乳动物的胚胎发育
难点：1.哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用的概念和生理功能。

2.哺乳动物胚胎发育个阶段的主要特点。

[知识精讲]
教材梳理
知识点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：初级精母细胞的形成阶段。

第二阶段：初级精母细胞的分裂阶段。

第三阶段：精子细胞的变形阶段。

在学习精子的发生过程时应注意以下几点：
①精原细胞的形成：精原细胞是由体细胞经细胞分化形成初始的精原细胞，初始的精原细胞经数次有丝分裂形成能进行减数分裂的精原细胞。

②精原细胞和初级精母细胞的区别：精原细胞在进行减数分裂时，首先要进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，由精原细胞变成初级精母细胞。

精原细胞内每条染色体上有一个DNA分子，而初级精母细胞内每条染色体上有两个DNA分子。

③一个精原细胞经过一次复制和两次连续的分裂，形成四个含单倍染色体的精子细胞。

该过程的学习要结合必修2策中精子的形成过程理解。

④在精细胞的变形过程中，细胞发生较大的变化，如下：
⑤动物精子的大小与动物的体型大小无关。

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。

在学习卵子的发生过程时应注意以下几点：
①卵原细胞的形成：卵原细胞是由体细胞经细胞分化形成初始的卵原细胞，初始的卵原细胞经数次有丝分裂形成能进行减数分裂的卵原细胞。

②卵原细胞和初级卵母细胞的区别：同精原细胞和初级精母细胞一样，染色体复制前是卵原细胞，复制后是初级卵母细胞。

③减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成，初级卵母细胞分裂产生一个大的次级卵母细胞，和一个小的第一极体；减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的，次级卵母细胞分裂产生一个大的卵子和一个小的第二极体。

在此应结合必修2中减数分裂卵细胞的形成过程进行学习。

特别提示：受精作用发生的时间在两处并不矛盾。

受精作用是一个过程，减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的，只有在减数第二次分裂完成后，才能真正完成精子和卵子的核融合过程。

④是否受精的标志：是否受精的标志是在卵黄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。

同时说明了第一极体和次级卵母细胞的分裂不是同步的，当完成受精作用时第一极体还没有分裂。

⑤精子的发生和卵子的发生的比较：
两者相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂〔MI 和MII〕才能形成精子或卵子。

两者不同之处：由一个精原细胞分裂最后可产生多个精子；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。

特别提醒：精子和卵子在发生上的重要区别是哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的贮备是在胎儿出生前完成。

知识点二受精
1.概念：受精是精子与卵子结合形成合子的过程。

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.准备阶段：本阶段又分为准备阶段1〔精子获能阶段〕、准备阶段2〔卵子的准备〕两个阶段。

准备阶段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，精子获能后才能完成受精作用。

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。

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，有的是次级卵母细胞，有的是初级卵母细胞，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。

4.受精阶段：(1)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，这种生理现象叫顶体反应。

(2)防止多精子入卵受精的两道屏障：屏障①：透明带反应。

当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵黄膜的瞬间，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②：卵黄膜封闭作用。

当第一个精子进入卵黄膜后，会立即引起卵黄膜的紧缩、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。

(3)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。

(4)卵子入卵后发生的变化：变化一：卵黄膜封闭，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，排除第二极体，形成雌原核。

(5)雄原核和雌原核彼此接触，并融合为合子，即受精卵。

知识点三胚胎发育
1.概念：胚胎发育是指受精卵发育成为幼体。

2.早期胚胎发育的过程：
注意：〔1〕卵裂期的特点：细胞进行有丝分裂，细胞数目增加，染色体数目增加，但胚胎总体积不增加，或略有缩小。

〔2〕桑椹胚前的每一个细胞都有发育成完整胚胎的潜能，属于全能性细胞。

〔3〕囊胚时期细胞开始出现分化，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；出现囊胚腔。

〔4〕原肠腔时期的细胞进一步发育，内细胞团表层细胞形成外胚层，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，发育成肝、胰等腺体，以及呼吸道、消化道上皮。

滋养层发育成胎膜和胎盘。

教材拓展
拓展点一哺乳动物卵巢的结构和功能是怎样的？
卵巢位于雌性动物的腹腔，左、右各有一个，多为椭圆或圆球状。

其形状，大小和结构因种类、年龄和生理状态各异。

卵巢由实质部和被膜构成。

实质部又分为皮质部和髓质部。

皮质部靠近被膜，其中储存大量的原始卵泡和处于不同发育阶段的卵泡和卵泡的续产物，主要包括：黄体、白体和闭锁卵泡等。

卵巢的髓质部位于卵巢的中间部位，含有纤维结缔组织、血管和神经。

需要弄清楚这几个结构关系：卵巢中有卵泡，每个卵泡中有一个卵母细胞。

卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于第一次减数分裂的前期。

卵巢的主要功能有两个，其一是储备卵泡，排出卵子；其二是产生与生殖有关的激素，如雌激素和孕激素。

拓展点二什么是顶体反应？
获能以后的精子，在雌性动物生殖道与卵子相遇时，会出现精子顶体膨大，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。

[典题分类精析]
一、精子和卵子的发生
例1.以下关于生精细胞的论述中，哪一项为哪一项错误的
A．精原干细胞不断分裂，一部分作为干细胞，一部分分化为初级精母细胞
B．精母细胞经历两次成熟分裂C．精子是由精子细胞经过减数分裂来的
D．精子细胞与精子的染色体数目是相同
分析：精原细胞是由专能干细胞——精原干细胞经过一系列发育阶段发展成的，在发展过程中一部分分化成精原细胞，另一部分仍保持干细胞。

精原细胞的变化可分三个阶段：第一阶段，精原细胞经数次有丝分裂，增殖更新分化为初级精母细胞。

第二阶段，初级精母细胞经过两次成熟分裂，中间度过短暂的次级精母细胞阶段而变成精子细胞，此过程中染色体数目减少一半故称为减数分裂。

第三阶段，精子细胞不再分裂，经过一个变形过程由圆形的精子细胞发育成蝌蚪状的精子。

这个过程称为精子形成。

值得指出的是，不同动物的精子发生三个阶段中，第二个阶段较为相似，而第一阶段的精原细胞更新方式有物种差异，第三阶段的变形过程更是各相迥同。

假设从个体发生史来看，上述精子发生是指成人男性睾丸中的精子发生过程，实际上已属于个体发育的最后的阶段。

精子细胞和精子都是减数分裂后的细胞，染色体数目都是体细胞的一半，所以相同。

精子是由精子细胞经过变形而来的。

答案：C
点评：精原细胞的来源不明确导致该题易选A项。

例2.排卵时，从卵巢排出的是
A．成熟的卵细胞 B. 成熟的卵细胞、透明带和放射冠细胞
C.成熟的卵细胞、透明带和放射冠细胞和卵泡液
D.以上都不是
分析：成熟卵泡破裂并排出卵细胞的过程叫做排卵。

在排卵之前，移向卵巢表面的成熟卵泡高度增大并突出于卵巢表面，卵泡壁及卵巢壁均变得特别薄，卵泡液内的蛋白溶解酶、淀粉酶、胶原酶和透明质酸酶活性增加，使卵泡壁溶解崩溃而引起排卵。

排卵后卵巢内的残存卵泡细胞及卵泡膜内层细胞在黄体生成素的作用下转变成黄体。

排卵不仅仅排除卵细胞，同时还有透明带、卵黄膜等，此时，卵原细胞仅进行了减数分裂的第一次分裂，形成次级卵母细胞和第一极体，还没有形成成熟的卵细胞。

上述ABC三个选项中都有成熟的卵细胞，所以，都不正确。

答案：D
点评：排卵时卵原细胞仅进行了第一次分裂，次级卵母细胞的第二次分裂是在受精过程中完成的。

二、受精
例3.精子获能后，不发生的变化是
A．完成第二次成熟分裂 B．可以释放顶体酶 C．能穿越放射冠 D．能穿越透明带
分析：精子在睾丸的曲细精管内生成以后，从形态上来看，已形成蝌蚪状精子，但经实验证明，睾丸内的精子并不具备受精能力。

睾丸精子还需在附睾内经历精子成熟过程，以及在雌性生殖道内或体外经历获能过程。

精子获能后和卵子相遇，进行受精作用，在受精过程中会发生顶体反应，释放顶体酶，
穿越放射冠，穿越透明带等现象。

完成减数第二次分裂是在精子入卵后进行的。

答案：A
点评：正确审题是解答此题的关键。

此题是讲精子获能后即受精过程的变化。

例4.关于受精过程的表达错误的选项是
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入卵的第一道屏障
C．精子与卵黄膜相互融合，精子入卵
D．雄原核形成的同时，卵子完成第二次减数分裂
分析：精子受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透明带、进入卵黄膜、原核形成和配子结合等过程。

获能的精子相遇卵细胞后，发生顶体反应，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠，接触透明带并发生透明带反应，这是第一道屏障，随后入卵与卵黄膜接触，卵黄膜封闭这是第二道屏障。

在精子形成雄原核时，卵子完成减数第二次分裂。

放出第二极体，形成雌原核，雌雄原核结合，完成受精作用。

答案：A
点评：要做好此题必须记住受精作用的过程。

三、胚胎发育
例5.在动物的胚胎发育过程中，早期原肠胚的细胞从一个部位移植到另一个部位时，被移植的细胞能适应新的部位并参与那里的器官形成。

但如果在原肠胚的末期，有未来发育为蝾螈下肢的部分移植到蝾螈胚胎不长下肢的部分，将发育为一条额外的腿，这说明
A.原肠胚末期出现了组织和器官的形成
B.细胞是全能的
C.原肠胚末期出现了细胞分化
D.原肠胚已出现了三个胚层
分析：从某种程度上说，细胞应是全能的，但遗传信息的表达却是有条件的。

原肠胚的早期就出现了三个胚层，但细胞并未分化，原肠胚末期组织和器官并未形成，只是出现了细胞分化，这样在移植这种细胞后，它们将继续分化，发育成为特定的组织和器官。

答案：C
点评：囊胚时细胞开始出现分化现象。

[针对性练习]
1.初级卵母细胞的减数第一次分裂完成于
A．排卵前后，在卵巢内 B.受精前，在卵巢内
C. 排卵前后，在输卵管
D.受精时，在输卵管内
2.次级卵母细胞的第二次成熟分裂完成于
A．排卵前，在卵巢内B.受精前，在输卵管内
C. 排卵后，在腹腔内
D.受精时，在输卵管内
3.内细胞团〔ICM〕出现于
A．原肠胚期 B．卵裂时 C．囊胚期 D．桑椹胚期
4.进行减数第二次分裂〔成熟分裂〕后形成的细胞是
A．精子 B．初级精母细胞C．次级精母细胞 D．精子细胞
5.关于人的次级精母细胞的描述，哪一项为哪一项错误的
A．由初级精母细胞经第一次成熟分裂而来B．一次分裂后形成两个精子细胞
C．染色体数目为23或46 D．细胞体积最大
6.细胞内没有同源染色体的是
A．肌细胞 B．精原细胞 C．初级精母细胞 D．次级精母细胞
7.透明带破裂发生于
A．原肠胚期 B．卵裂时 C．囊胚期 D．桑椹胚期
8.受精卵的细胞分裂称
A．卵裂 B．无丝分裂 C．减数第一次分裂 D．减数第二次分裂
9.透明带反应发生在
A．排卵时 B．精子与放射冠接触时 C．顶体释放酸性水解酶后 D．精子进入卵子后10.关于受精，何项错误
A．受精发生在输卵管 B．受精前精子和卵子已完成第二次成熟分裂C．精子细胞膜与卵子细胞膜融合 D．精子进入卵子后，发生透明带反应
11.哺乳动物胚胎发育是指
A．受精卵发育成囊胚 B．囊胚发育成原肠胚
C．幼体发育为成体 D．受精卵发育成幼体
12.以下关于动物胚胎发育过程的表达中，错误的选项是
A．胚胎发育的起点是受精卵 B. 早期胚胎发育过程中出现细胞的分裂与分化
C. 受精卵通过卵裂发育成囊胚 D．原肠胚具备内、外两个胚层
13.精子入卵后，发生的变化是
A．精子完成第二次减数分裂，形成雄原核 B．精子发生顶体反应
C．激发透明带反应 D．卵子完成第二次减数分裂，形成雌原核
14.早期胚胎的发育，不包括
A.桑椹期
B.囊胚期
C.原肠期
D.卵裂期
15.防止多精受精的第二道屏障是
A．透明带反应 B．卵黄膜封闭C．滋养层封闭D．顶体反应
16.将来能发育为胎儿的胎膜和胎盘的结构是
A．原肠胚 B．桑椹胚 C.滋养层 D．内细胞群
17.雄性个体能产生精子的阶段是
A.初生到成年
B.初情期开始到个体衰老
C.从初情期开始,直到生殖机能衰退
D.从胚胎开始直到生殖器官的成熟
18.哺乳动物受精过程中，精子释放的酶是
A．溶菌酶 B．蛋白酶 C．顶体酶 D．获能酶
19.精子变形时，线粒体集中在尾基部的原因解释是
A．释放顶体酶发生透明带反应 B．产生能量促进精子运动
C．有利于质基因进入受精卵 D．受细胞核的挤压形成
20.以下能正确表示高等动物胚胎发育顺序的是
A．受精卵→囊胚→卵裂→原肠胚→组织器官的分化
B．卵→卵裂→原肠胚→组织器官分化
C．受精卵→囊胚→原肠胚→幼体
D．受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化
21．以下图表示海星胚胎发育过程中的两个阶段。

请据图回答以下问题：
(1)甲图为海星胚胎发育过程中的期，乙图为海星胚胎发育过程中的期。

(2)随着胚胎发育的进行，甲图中1处的细胞最可能成为乙图中[]胚层的一部分，甲图中2处的细胞最可能成为乙图中[]胚层的一部分。

(3)如果乙图中三个胚层继续发育，除了要进行相应的细胞分裂以外，还必须经过，形成组织、器官，最后才能发育成一个完整的幼体。

(4)假设海星的体细胞的染色体数为2N，那么乙图中4处细胞的染色体数为。

(5)在发育过程中，乙图所示胚胎的早期细胞从一个部位移到另一部位时，被移植的细胞能参与该部位将来的器官形成。

但如果在晚期，将未来发育成后肢的部分移植到胚体的另一部位，发现此细胞仍发育成后肢，使动物畸形。

这说明。

A.乙图所示胚胎的细胞具有全能性
B.乙图所示胚胎的晚期出现了组织器官
C.乙图所示胚胎已形成了三个胚层
D.乙图所示胚胎的晚期细胞出现了分化
22．请回答以下〔1〕、〔2〕小题。

〔1〕放线菌素D是RNA合成抑制剂。

右图是根据海胆
受精卵在有放线菌素D和无放线菌素D存在情况下培
养时，对14C标记的缬氨酸参与蛋白质合成的实验结果
绘制的曲线图。

请据图回答有关问题：
①直接参与将14C—缬氨酸掺入新合成蛋白质的细胞器
是，该过程在生物学上称为，
所依赖的模板是分子，
合成该分子所需要的原料是。

②从受精开始到10小时之内，蛋白质合成所依赖的模板分子的来源是。

〔从以下图四个选项中选择，用字母代表〕
A．未受精卵原有 B．受精卵新合成的 C．精子提供的D．无法确定
③受精10小时以后，海胆细胞内新合成蛋白质所依赖的模板主要是
〔答案从上小题四个选项中选择，用字母代表〕，作出此判断的依据是。

〔2〕鸡的输卵管细胞合成卵清蛋白，成红细胞合成β珠蛋白，胰岛细胞合成胰岛素，这些细胞都是在个体发育过程中逐渐产生的，因此早期人们推测细胞的这种分化是由于在发育过程中遗传物质的选择性丢失所致。

分子生物学技术发展起来后，科学工作者用编码上述三种蛋白的基因分别作探针，对三种细胞中提
注：“+〞阳性结果〔表示杂交过程中有杂合双链〕“－〞阴性结果〔表示杂交过程中有游离的单链〕
①上述实验结果说明：早期人们认为细胞的分化是由于在发育过程中遗传物质的选择性丢失所致，据此实验，你认为这种推测〔填“成立〞或“不成立〞〕，理由是。

而细胞发育的不同阶段合成不同的蛋白质是的结果。

同一生物不同类型的细胞具有不同的形态结构，各自执行特定的生理功能，其直接原因主要是由分子决定的，可以说这类分子是一切生命活动的表达者。

②卵清蛋白中富含人体所需的多种必需氨基酸。

为开辟的食物来源，除了从日常禽蛋类食物中获取，还有望通过生物工程中的和利用大肠杆菌或酵母菌生产大量的卵清蛋白。

[课后答案点拨]
思考与探究〔P68〕
1.以精子的运行途径为线索，设计一幅简图，来说明哺乳动物的受精过程。

答案：哺乳动物的受精过程主要包括精子穿越放射冠、透明带、进入卵黄膜、原核形成和配子融合等步骤〔详见教材中的受精过程〕。

2.哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？
答案：相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂〔M I 和M II〕才能形成精子或卵子。

不同之处：由一个精原细胞分裂最后可产生多个精子；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。

多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是在胎儿出生前完成。

3.当你了解到精子需要获能，受精过程中有防止多精入卵的现象时，你是否提出过这样的问题：精子在雌性生殖道内是如何获能的？防止多精入卵的两道防线的形成机制究竟是什么？
答案：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。

防止多精入卵主要通过透明带反应和卵黄膜封闭作用两道屏障。

在受精过程中，当精子穿越透明带触及卵黄膜时，透明带会立即封闭，阻止后来的精子进入透明带，可看作是防止多精受精的第一道屏障。

而精子入卵后，卵黄膜会立即拒绝其他精子再进入卵内，可看作是防止多精受精的第二道屏障。

其生理、生化机制，请参阅有关专著。

讨论题〔P62〕
1.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？
答案：不是。

可以从两方面说明这一问题：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，公畜一次射出几亿到几十亿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，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，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。

2.精子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？
答案：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。

而线粒体那么是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。

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膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂〞或“发动机〞。

讨论题〔P63〕
1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
答案：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。

2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
答案：是指卵子从卵泡中排出。

3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？
答案：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。

排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。

资料分析〔P67〕。