高中生物第2章胚胎工程第1节胚胎工程的理论基础第1课时生殖细胞的形成同步备课教学案北师大版选修3 12页

第 1 课时 生殖细胞的形成 [目标导读] 1.结合教材 P24～26 图文，简述精子的形态结构、发生过程和激素调节。2.分析 教材 P27～28 内容，理解卵细胞的形态结构、发生过程和激素调节。 [重难点击] 1.精子和卵细胞的形态、结构。2.精子和卵细胞的形成过程。 黑脚雪貂目前已成为世界上濒危的哺乳动物之一。成年黑脚雪貂平均身长 0.5 米，体重 1 千克，毛色浅黄。美国史密森国家动物园科学家利用两只死亡多年的雄性雪貂的冷冻精液， 通过人工授精，成功培育出了两只雪貂宝宝，所用精液采集于 1997 年和 1998 年并被冷冻保 存长达 10 年之久。雪貂宝宝的培育成功，为这种世界上濒临灭绝的哺乳动物的保护提供了 有效方法。动物的精子是怎样形成的？雪貂宝宝经过了怎样的发育过程呢？请进入本节的学 习。 一、精子的发生 1．精子的形态结构(如图) (1)头部：由顶体和变形的细胞核构成。 ①顶体内含有多种与受精有关的水解酶。 ②细胞核中染色体高度浓缩，含有雄性动物的全部遗传信息，细胞质很少。 (2)中段：线粒体鞘中含有很多线粒体，可提供精子运动所需的能量。 (3)尾部：很长，是精子代谢和运动的器官。 小贴士 不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关。 2．精子的发生过程(哺乳动物为例) (1)场所 精子是在睾丸中发生和成熟的。 (2)过程 ①增殖期：精原细胞通过有丝分裂增殖，一部分贮藏于曲细精管中继续增殖，另一部分进入 生长期。 ②生长期：精原细胞长大成为初级精母细胞。 ③成熟期：初级精母细胞进行连续两次分裂。减数分裂Ⅰ后形成 2 个次级精母细胞，减数分 裂Ⅱ后形成 4 个精子细胞。 ④精子形成期：精子细胞经过一系列的变化，形成成熟的精子。 小贴士 精子成熟后，从曲细精管进入附睾中进一步发育，并贮藏在附睾中。附睾中的精子 一般没有受精能力，只有当精子头部的糖蛋白被分解后精子才能具备受精能力。 3．精子发生的激素调节 睾丸各曲细精管之间的间质细胞有分泌雄性激素的功能，最重要的雄性激素是睾丸酮。雄性 激素的作用主要是刺激雄性生殖器官和精子的发育与成熟，激发并维持第二性征。 结合下面哺乳动物精子成熟的图解，请分析： 1．过程①是哪种细胞分裂方式，生成的子细胞染色体数目是否发生了变化？ 答案 有丝分裂。生成的子细胞染色体数目没有发生变化。 2．过程②是哪种细胞分裂方式，生成的子细胞染色体数目是否发生了变化？ 答案 减数分裂。 生成的子细胞染色体数目减半。 3．过程①②③发生的场所是哪里？ 答案 睾丸内的曲细精管。 4．过程③之后的成熟精子贮藏在哪里？要发生怎样的变化才能获得受精能力？ 答案 精子成熟后，从曲线精管进入附睾中进一步发育，并贮藏在附睾中。附睾中的精子一 般没有受精能力，只有当精子头部的糖蛋白被分解后精子才能具备受精能力。 1．下列关于精子的描述，错误的是( ) A．由精子细胞变形形成 B．精子一旦形成，便有了受精能力 C．精子头侧面观呈梨形 D．精子是处于最后发育阶段的生殖细胞 答案 B 解析 附睾中的精子一般没有受精能力，只有当精子头部的糖蛋白被分解后精子才能具备受 精能力。 二、卵细胞的发生 1．卵细胞的形态结构 (1)是哺乳动物体内最大的细胞，不能运动。 (2)细胞膜外周由内向外依次是透明带、放射冠。 (3)细胞质多，核糖体十分丰富，同时还含有大量的营养物质。 2．卵细胞发生的过程(以哺乳动物为例) (1)场所：卵巢中的卵泡。根据发育阶段不同可分为原始卵泡、生长卵泡和成熟卵泡。 (2)发生过程 ①增殖期：胚胎期完成性分化后，雌性胎儿的原始生殖细胞分化为卵原细胞，再通过有丝分 裂发育为初级卵母细胞，进一步发育后被卵泡细胞包围形成原始卵泡。 ②生长期：性成熟(初情期)以后，原始卵泡中的初级卵母细胞体积不断增大。 ③成熟期：初级卵母细胞，经减数分裂Ⅰ形成一个次级卵母细胞和一个很小的第一极体；次 级卵母细胞继续进行减数分裂Ⅱ，并停止在分裂中期阶段，并从卵巢排出，进入输卵管。受 精后继续完成减数分裂Ⅱ并释放出第二极体，否则退化消失。 3．卵细胞发生的激素调节 脑垂体产生卵泡刺激素(FSH)和黄体生成素(LH)。FSH 可促进卵母细胞的生长和发育，并和 LH 一起使卵泡细胞释放更多的雌激素促进卵泡生长。LH 增高会引起排卵。 结合下面哺乳动物卵细胞的发生及成熟的图解，请分析： 1．过程①发生在个体发育的哪个时期？ 答案 发生在胚胎期性分化之后，出生之前已经完成。 2．卵泡是如何形成的？一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？ 答案 初级卵母细胞被卵泡细胞包围，形成卵泡。正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟 的卵子。 3．经过过程②后，一个初级卵母细胞能产生几个卵细胞？ 答案 1 个。 4．雌性动物的排卵是指什么？排出的是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？ 答案 排卵是指卵子从卵泡中排出。刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数分裂Ⅰ，需要 在输卵管内进一步成熟，直到减数分裂Ⅱ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。 2．以下说法正确的是( ) A．哺乳动物卵泡的形成是在初情期 B．排卵是指排出成熟的卵泡 C．排卵实质上是排出初级卵母细胞或次级卵母细胞 D．排卵实质上是排出次级卵母细胞 答案 D 3．下列不是精子发生、卵子发生的区别的是( ) A．初级精母细胞与初级卵母细胞的形成时间 B．减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ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目 答案 D 解析 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染色体数目一半的染 色体。 项目 精子的发生 卵子的发生 区 别 场所 睾丸的曲细精管 卵巢(减数分裂Ⅰ)，输卵管(减数分裂 Ⅱ) 时间 初情期后 卵子的发生在个体性别分化后开始，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，减数分裂Ⅱ是 在受精过程中完成的 过程 特点 ①精子发生过程中减数分裂Ⅰ和 减数分裂Ⅱ是连续的；②需要变 形；③细胞质是平均分配的 ①卵细胞发生过程中减数分裂Ⅰ和减数 分裂Ⅱ是不连续的；②不需要变形；③ 细胞质不均等分配 结果 形成 4 个精子细胞 形成 1 个卵细胞和 3 个极体 相同点 ①原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂；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 1．下列关于精子的说法，不正确的是( ) A．精子的发生从初情期开始 B．它与卵细胞的受精发生在子宫内 C．精子细胞变形为精子时保留的细胞器主要是线粒体 D．精子细胞变形为精子时细胞内的一些物质最后脱落 答案 B 解析 精子的发生从初情期开始；精子细胞变形为精子时，线粒体聚集在尾的基部形成线粒 体鞘而保留下来，细胞内的其他物质浓缩为原生质滴，最后脱落；受精作用发生在输卵管内 而不是子宫内。 2．关于次级精母细胞的描述，错误的是( ) A．由初级精母细胞经第一次减数分裂而来 B．分裂后形成两个精子细胞 C．存在时间很短 D．不同动物精子的形态和大小都一致 答案 D 3．下列与卵细胞有关的说法中正确的是( ) A．成熟精子遇到卵细胞便可以发生受精作用 B．排出成熟卵细胞的过程即为排卵 C．卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成 D．次级卵母细胞减数分裂Ⅱ的完成发生于受精时 答案 D 4．一个卵泡中能形成成熟的卵子的个数是( ) A．1 B．2 C．4 D．8 答案 A 5．如图是哺乳动物精子细胞经过变形形成精子的示意图，请分析回答下列问题： (1)精子细胞是由____________经________分裂产生的。 (2)图甲表示精子细胞，图乙表示经变形后的精子，请将图乙中的字母对应地填写在图甲数 字之后。 ①______，②______，③______，④______，⑤______。 (3)精子细胞与精子在形态、结构和功能上都发生了变化，因此可以把这一过程看成是 ____________，原因是基因的____________。 答案 (1)精原细胞 减数 (2)c b a e d (3)细胞分化 选择性表达 解析 精子细胞是由精原细胞经减数分裂形成的。精子细胞经过变形形成精子时的变化：图 甲中②细胞核变为图乙中的精子头部的主要部分 b，图甲中③高尔基体发育为图乙中的头部 的顶体 a，图甲中④中心体演变为图乙中的精子的尾 e，图甲中⑤线粒体形成图乙中的线粒 体鞘 d，图甲中①其他物质浓缩成图乙中的原生质滴 c。精细胞与精子在形态、结构和功能 上都发生了变化，可把这一过程看成是细胞分化，是基因选择性表达的结果。 课时作业 [基础过关] 1．下列关于精子形成过程的说法，错误的是( ) A．哺乳动物的精子发生在睾丸内 B．曲细精管中有精原细胞经数次有丝分裂形成的精子细胞 C．精子细胞中的染色体数是初级精母细胞的一半 D．哺乳动物的精子外形分头、中段和尾三大部分 答案 B 解析 精原细胞经有丝分裂形成初级精母细胞，再经过减数分裂形成精子细胞。 2．雄性个体能产生精子的阶段是( ) A．从初生到成年 B．从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 答案 C 3．精子变形时，线粒体集中在尾基部的原因是( ) A．原细胞质部分形成原生质滴脱落 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 答案 B 4．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，在输卵管内 D．受精时，在输卵管内 答案 A 5．排卵时，细胞处于什么时期( ) A．卵原细胞 B．初级卵母细胞 C．成熟卵细胞 D．初级卵母细胞或次级卵母细胞 答案 D 6．哺乳动物的精子和卵细胞在发生上的重要区别是( ) A．分裂方式不同 B．发生时间不同 C．发生场所不同 D．发生过程不同 答案 B 解析 精子发生于雄性动物性成熟以后。而卵细胞的初级卵泡发生于雌性动物的胚胎发育阶 段，在出生后暂停发育，直至性成熟以后才继续发育，形成次级卵母细胞，如果不受精，它 就会退化。如果完成受精作用，次级卵母细胞就会完成减数分裂，形成一个大的卵细胞和一 个小的第二极体。 [能力提升] 7．下列关于成熟精子的叙述，正确的是( ) A．不同种动物精子的形态不同 B．不同种动物精子的大小差别很大 C．动物的体型大小与精子的大小无关 D．体型较大的动物的精子较大 答案 C 8．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．对于多数家畜来说，精子在睾丸内形成时间为两个月左右 D．体型大的动物产生的精子多且大 答案 D 解析 精子的产生是在睾丸内完成的，从初情期到生殖机能衰退，源源不断地产生大量的精 子。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，1 个初级精母 细胞进行减数分裂，产生 4 个精子细胞。不同动物的精子形态相似，大小略有不同，与动物 的体型大小无关。 9．下列有关卵巢的叙述正确的是( ) A．所有细胞都进行减数分裂 B．所有细胞都可以看到染色体 C．有的细胞进行有丝分裂 D．所有细胞的遗传物质都相同 答案 C 10．次级卵母细胞的减数第二次分裂完成于( ) 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 答案 D 解析 雌性动物在胎儿时期卵巢内的卵原细胞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，被卵泡细胞包围形成卵泡，初级卵母细胞经过减数分裂变为成熟的 卵细胞。减数第一次分裂是在排卵前后完成的，结果产生了一个次级卵母细胞和第一极体。 减数第二次分裂是在精子和卵细胞结合过程中完成的。 11．据科学家研究证实，由精子细胞变形为精子的过程中，细胞核变为精子的头部，部分细 胞质变为精子的颈部和尾部，大部分细胞质及多数细胞器被丢弃，但全部的线粒体被保留下 来，并集中在颈部。 对这一现象的最好解释是： (1)细胞核内含有____________，以便传给下一代。 (2)丢弃大部分细胞质和细胞器，可使精子的体积________，运动________。 (3)精子快速运动主要依靠________的摆动，其运动的动力主要来自于________。 (4)保留全部的线粒体的意义在于：线粒体是____________的主要场所，通过线粒体的生理 活动能形成精子运动所需的________。 答案 (1)遗传物质 (2)减小 加快 (3)尾 线粒体(4)有氧呼吸 能量 12．如图为哺乳动物卵巢、卵泡和卵细胞关系示意图，请据图回答下列问题： (1) 卵 细 胞 的 发 生 是 在 雌 性 动 物 的 ________ 中 完 成 的 ， 哺 乳 动 物 卵 细 胞 的 发 生 从 ____________________开始。 (2)写出各个标号的名称： ①________________；②________；③______________；④________。 (3)从①到③发生了________________，细胞内染色体数目发生什么变化？_________。 (4)③其实并不是成熟的卵细胞，而且也不是一个细胞，它包括________________和 ________________，卵细胞发生减数分裂Ⅱ过程是在________时完成的。 答案 (1)卵巢 胚胎性别分化以后 (2)初级卵母细胞 卵泡 排出的卵细胞 黄体 (3)减数分裂Ⅰ 染色体数目减半 (4)次级卵母细胞 第一极体 受精 解析 (1)女性胚胎一旦形成卵巢，即进行减数分裂Ⅰ，开始卵细胞的发生，生成的初级卵 母细胞包埋在卵泡内，这些卵泡在出生之前就已大量地在卵巢内储备好了。 (2)初级卵母细胞包埋在大量的卵细胞中，构成卵泡结构。排卵时，卵泡破裂，卵母细胞附 带一些卵细胞排出，剩余的卵泡残余结构发育成黄体，卵细胞若未受精，黄体自行消失。 (3)减数分裂Ⅰ完成发生在排卵前后，形成次级卵母细胞和第一极体，染色体数目减半。 (4)次级卵母细胞的减数分裂Ⅱ发生在受精时，第二极体的产生是受精进行的直观标志。 13．如图表示哺乳动物精子和卵细胞发生和成熟的示意图。请据图回答下列问题： (1)请写出①②③④表示的过程： ①____________；②____________；③____________； ④____________。 (2) 雄 性 动 物 精 子 产 生 的 时 期 是 __________________ 。 雌 性 动 物 卵 泡 的 形 成 是 在 ____________________完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别。 (3)初级卵母细胞进行Ⅰ过程是在雌性动物__________内完成的，Ⅱ过程是在________中完 成的。 答案 (1)有丝分裂 减数分裂 变形 受精作用 (2)初情期 性分化后到出生前(胎儿期) (3)卵巢 输卵管 解析 图中①是有丝分裂，②是减数分裂，③是精子的变形，④是受精作用。 [真题体验] 14．(2013·天津，2)哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵细胞的过程，只有在促性腺激 素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图(N 表示 染色体组)。据图分析，下列叙述错误的是( ) A．次级卵母细胞形成的过程需要激素调节 B．细胞Ⅲ只有在精子的作用下才能形成成熟卵细胞 C．Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ细胞分裂后期染色体数目相同 D．培育转基因动物应选择细胞Ⅳ作为受体细胞 答案 C 解析 据图可知，初级卵母细胞形成次级卵母细胞的过程需要促性腺激素的调节；细胞Ⅲ为 次级卵母细胞，减数第二次分裂是在输卵管中伴随着受精作用完成的；Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分别为初 级卵母细胞、次级卵母细胞和受精卵，它们在细胞分裂后期的染色体数目依次为：2N、2N、 4N，染色体数目不同；动物细胞的受精卵全能性高，因此培育转基因动物常用受精卵作为受 体细胞。