Типы онтогенеза. Оплодотворение

Конспект урока: Онтогенез. Типы онтогенеза. Оплодотворение. 9-10 класс.

Демонстрации: плакатов, иллюстрирующих способы вегетативного размножения плодовых деревьев и овощных культур; микропрепаратов яйцеклеток. Таблиц, иллюстрирующих процесс метаморфоза у членистоногих, позвоночных; таблиц, отражающих сходство зародышей позвоночных животных.

Основные понятия. Многообразие форм и распространенность бесполого размножения. Биологическое значение бесполого размножения. Половое размножение и его биологическое значение; мейоз и его биологическое значение. Оплодотворение.

Умения: Объяснять процесс мейоза и другие этапы образования половых клеток, используя схемы и рисунки из учебника. Характеризовать сущность бесполого и полового размножения. Межпредметные связи: Неорганическая химия. Охрана природы от воздействия отходов химических производств. Физика. Электромагнитное поле. Ионизирующее излучение, понятие о дозе излучения и биологической защите.

Ход работы: Деление клеток – рост клеток – дифференцировка клеток – это основа онтогенеза.

III. Изучение нового материала.

Сегодня на уроке мы продолжаем изучение темы «Размножение и развитие организмов». Целью нашего сегодняшнего урока является изучение процессов онтогенеза, периоды онтогенеза (подробно эмбриогенез), этапы онтогенеза и процессы, протекающие на этих этапах, познакомиться с явлением эмбриональной индукции и влиянием внешней среды на развитие зародыша (эмбриона). План урока на доске:

1. Онтогенез. Этапы онтогенеза.

2. Эмбриогенез. Стадии эмбриогенеза.

- дробление
- бластула
- гаструла
- нейрула
- гистогенез и органогенез

3.Влияние частей развивающегося зародыша.

4. Влияние внешней среды на развитие зародыша.

Онтогенез.

.Онтогенез (греч.ontos – сущее, genesis - происхождение) – процесс, присущий любому живому организму, независимо от сложности его организации.

(Онтогенез – это процесс индивидуального развития особи от момента её выделения в самостоятельный организм  и до конца жизни).

Онтогенез одноклеточных организмов заключается в том, что возникшие после деления дочерние особи растут, и в них происходит замена органелл материнского организма. В ходе онтогенеза у одноклеточных организмов (так же как и у многоклеточных) в ответ на изменения условий среды синтезируются определённые белки, меняется чувствительность к различным факторам внешней среды. В онтогенезе многоклеточных организмов выделяют два периода развития – эмбриональный (греч.embrion - зародыш) и постэмбриональный. Эмбриональный период начинается с момента образования зиготы и до рождения или выхода из яйцевых оболочек. Он заключается в размножении клеток, их дифференцировке и формировании тканей и органов. Постэмбриональный период начинается с момента рождения или выхода из яйцевых оболочек и до смерти. Он заключается в развитии организма, взрослении, старости и смерти. Различные периоды онтогенеза по-разному выражены у разных многоклеточных. Например, у грибов, водорослей и лишайников зародыш отсутствует. Относительная продолжительность различных периодов онтогенеза также отличается. Так, у млекопитающих наиболее продолжительным является  постэмбриональный. У многих насекомых, наоборот, постэмбриональный короче, чем эмбриональный. (Подёнки). Рассмотрим подробнее этапы эмбриогенеза на примере эмбрионального развития ланцетника. (Схема на доске и в тетрадях).

 Дробление  Бластула Гаструла Нейрула Гистогенез Органогенез

Этапы эмбриогенеза.

Работа с интерактивной доской - этапы эмбриогенеза.

- Дробление.

Первый этап эмбриогенеза называется дроблением, потому что образовавшиеся клетки не увеличиваются в размерах. Эти клетки называются бластомерами (греч. blastos – росток, meros – часть ) и сильно отличаются от клеток взрослого организма. Вдавление цитоплазмы, образующееся при делении клетки на две, получило название борозд дробления. Первая борозда дробления проходит в вертикальной плоскости, и зигота делится на две одинаковые клетки − стадия двух бластомеров. Бластомеры не расходятся, а делятся второй бороздой дробления так же в вертикальной плоскости, образуя четыре бластомера, затем третьей бороздой дробления в горизонтальной плоскости все четыре бластомера делятся с образованием восьми бластомеров. В дальнейшем, т. е. начиная с четвертого деления, борозды дробления чередуются: вслед за горизонтальным дроблением всегда идет вертикальное и т. д., образуется многоклеточный зародыш.

Митотические деления следуют быстро одно за другим. Интерфазы очень короткие, в основном состоят из синтетического периода, где происходит редупликация ДНК,  постсинтетический период (G2)очень короткий, а пресинтетический (G1) отсутствует совсем. По мере увеличения числа клеток деление их становится неодновременным. Бластомеры все дальше и дальше отходят от центра зародыша, образуя полость. В конце дробления зародыш принимает форму пузырька со стенкой, образованной одним слоем клеток, тесно прилегающих друг к другу. Внутренняя полость зародыша, по началу (соприкасавшаяся) сообщавшаяся с внешней средой через щели между бластомерами, в результате их полного смыкания становится полностью изолированной.

Эта полость получила название первичной полости тела − бластоцель. Завершается дробление образованием одного многоклеточного зародыша − бластулы.

 - Бластула.

У разных организмов возникающие при дроблении бластомеры располагаются по-разному (это зависит от характера распределения питательных веществ в цитоплазме яйцеклетки). У ланцетника, лягушки, бластула представляет собой полый пузырек, оболочка которого образована одним слоем бластомеров. Внутри полость - бластоцель. У птиц, например, бластоцель практически отсутствует, и бластомеры плотно прилегают друг к другу, образуя плотный шар клеток. В этом случае говорят о моруле (лат.morum – тутовая ягода).

У всех животных по размерам бластула не отличается от зиготы, то есть клетки одинаковые по размерам.
- Почему клетки маленькие по размерам?

(Не происходит роста).

Так как митотическое деление зиготы и бластомеров не сопровождается ростом образовавшихся дочерних клеток до объема материнской, после каждого деления размеры бластулы уменьшались. То есть если диаметр зиготы 0,1 мм (млекопитающие), то и диаметр бластулы 0,1 мм. Когда число клеток бластулы достигает нескольких сотен тысяч (у разных видов по-разному), начинается следующая стадия − гаструляция (греч. gaster −желудок).

- Гаструла.

Во время гаструляции, продолжающие быстро размножаться клетки становятся очень подвижными и начинают быстро перемещаться относительно друг друга. Гаструляция происходит либо путём впячивания стенки бластулы внутрь (ланцетник) (демонстрация на детском мячике), либо путём перемещения клеток бластулы, либо путём иммиграции клеток в бластоцель. В результате гаструляции зародыш становится двухслойным, у него возникают чётко выраженные пласты клеток, называемые зародышевыми листками. Наружный  зародышевый листок – эктодерма (греч. ectos – снаружи, derma- кожа), внутренний – энтодерма (entos- внутри). У всех животных, кроме губок и кишечнополостных, вслед за гаструляцией или параллельно ей образуется третий зародышевый листок мезодерма (греч. mesos - средний), который образуется из клеток, лежащих на границе между эктодермой и энтодермой. В ходе гаструляции,  как и во время дробления, рост клеток не происходит и зародыш на этапе гаструлы по размерам схож с зиготой. Следующим периодом эмбриогенеза является гистогенез и органогенез.

  - Гистогенез и органогенез.

У позвоночных животных он начинается с образования зачатка нервной системы. Эта стадия носит название нейрула (новолат. neurula,  уменьшит. от греч. neuron - нерв ). У нейрулы на будущей спинной стороне зародыша обособляется часть клеток эктодермы в виде пластинки. Эктодерма спинной стороны прогибается  по средней линии, края пластинки сближаются и образуется сначала желобок, затем края желобка смыкаются и образуется нервная трубка. Она оказывается погружённой под клетки эктодермы. В последующем из нервной трубки будут формироваться органы нервной системы. Спинная часть энтодермы, располагающаяся непосредственно под нервной трубкой, обособляется  от остальной энтодермы и сворачивается в плотный тяж – хорду. Из остальной части энтодермы образуется мезодерма и эпителий кишечника. Таким образом, образуется осевой комплекс клеток, называемый так потому,  что его клетки оказывают влияние на развитие других частей зародыша. Дальнейшая дифференцировка (различия) клеток приводит к образованию тканей и органов из зародышевых листков. Каким же образом, из зиготы образуются клетки, специализированные на выполнение  различных функций?  Первые этапы дифференцировки определяются цитоплазмой зиготы. Ведь вещества, при образовании яйцеклетки, располагаются в цитоплазме неравномерно. И при дроблении дочерние клетки получают более или менее различные участки цитоплазмы материнской клетки. И бластомеры, имея одинаковый набор хромосом, оказываются неравноценными по составу цитоплазмы. Эти различия и определяют начальные этапы клеточной дифференцировки (различия).

Из эктодермы формируется нервная система, покровы тела (эпидермис), кожные железы, органы чувств, эмаль зубов. Из энтодермы − эпителий средней кишки, печень, поджелудочная железа, плавательный пузырь, легкие, жабры. Из мезодермы − мышцы, соединительная ткань, кости внутреннего скелета, кровь, лимфа, половые железы, органы выделения. (Демонстрация рисованной таблицы).
Таким образом, у разных видов животных одни и те же зародышевые клетки дают начало одним тем же органам. О чем это свидетельствует? (О родстве и единстве происхождения).
Изучение вопросов, связанных с индивидуальным развитием организма, занимается наука эмбриология, основателем которой по праву считается академик  Российской академии наук Карл Бэр. Наблюдая за развитием зародыша курицы и зародыша млекопитающих, он обратил внимание на то, что эмбрионы всех групп позвоночных на ранних стадиях внешне очень похожи. Это позволило ему в 1828 году сформулировать закон зародышевого сходства: «В пределах типа эмбрионы на ранних стадиях сходны». Современными представлениями о зародышевых листках наука обязана А. О. Ковальскому, обнаружившему экто - энто - и мезодерму у всех групп хордовых.

Влияние частей развивающегося зародыша. Дифференцировка клеток. Эмбриональная индукция.

Каким же образом клети разных тканей у организмов оказываются разными по строению и функциям, т. е. дифференцируются? Ведь они все образуются из зиготы, путем деления и имеют одинаковый набор хромосом. Специальные свойства тканей определяются белками. Специфичность работы клеток зачатков органов возникает не сразу, а лишь на стадии гаструлы и нейрулы. Это было доказано немецким ученым Гансом Шпеманом.

Влияние внешней среды на развитие зародыша.

На развивающийся зародыш оказывает влияние окружающая среда. Например: зародыш моллюсков получает из внешней среды воду, кислород, неорганические вещества. Эмбриональное развитие млекопитающих находится в полной зависимости от материнского организма, т. к. от него получает все необходимое для жизни. Тем не менее, зародыш тоже подвержен влиянию внешней среды − через материнский организм.

Закрепление:

Тест.

1. В онтогенезе постэмбриональный период – это:

1) весь период развития организма

2) период дифференцировки

3) период от выхода из яйца или рождения до смерти

4) период роста и дифференцировки клеток

2. Процесс, приводящий к образованию бластулы:

1) гаструляция; 2) дробление; 3) органогенез; 4) дифференцировка

3. Средний зародышевый листок, расположенный между наружным и внутренним:

1) эктодерма; 2) энтодерма; 3) мезодерма; 4) бластодерма

Выберите три верных ответа:

4. Особенности, характерные для дробления

1. накапливается клеточный материал для дальнейшего развития

2. образующиеся клетки с каждым делением уменьшаются в размерах

3. процесс завершается образованием многоклеточного зародыша-бластулы

4. зародыш на этой стадии состоит из зародышевых листков

5. процесс завершается образованием гаструлы

6. клетки зародыша не делятся и не растут

Тема урока: Оплодотворение.

Про­цесс сли­я­ния гамет по­лу­чил на­зва­ние опло­до­тво­ре­ния. В ре­зуль­та­те опло­до­тво­ре­ния ядра яй­це­клет­ки и спер­ма­то­зо­и­да сли­ва­ют­ся об­ра­зуя зи­го­ту – первую клет­ку но­во­го ор­га­низ­ма.

По месту про­хож­де­ния опло­до­тво­ре­ния раз­ли­ча­ют два его типа:

Внеш­нее опло­до­тво­ре­ние про­ис­хо­дит вне ор­га­низ­ма самки, обыч­но в вод­ной среде. Оно ха­рак­тер­но для рыб, зем­но­вод­ных, боль­шин­ства­ мол­люс­ков, неко­то­рых чер­вей (Рис. 1).

Рис. 1. Пред­ста­ви­те­ли внеш­не­го опло­до­тво­ре­ния.

Прак­ти­че­ски всем на­зем­ным и неко­то­рым вод­ным видам живым ор­га­низ­мам свой­ствен­но внут­рен­нее опло­до­тво­ре­ние, при ко­то­ром «встре­ча» спер­ма­то­зо­и­да и яй­це­клет­ки про­ис­хо­дит в по­ло­вых путях самки.

У мле­ко­пи­та­ю­щих (Рис. 2) опло­до­тво­ре­ние про­ис­хо­дит в яй­це­во­дах самки.

Рис. 2. Пред­ста­ви­те­ли внут­рен­не­го опло­до­тво­ре­ния

Дви­га­ю­ща­я­ся по на­прав­ле­нию к матке яй­це­клет­ка встре­ча­ет­ся там со спер­ма­то­зо­и­да­ми, при­чем их кон­так­ту спо­соб­ству­ют осо­бые хи­ми­че­ские ве­ще­ства, вы­де­ля­е­мые яй­це­клет­кой. Эти ве­ще­ства ак­ти­ви­ру­ют спер­ма­то­зо­и­ды и поз­во­ля­ют им «опо­знать» яй­це­клет­ку. При кон­так­те с яй­це­клет­кой ак­ро­со­ма спер­ма­то­зо­и­да раз­ру­ша­ет­ся, при этом на­хо­див­ший­ся в ней фер­мент ги­а­лу­ро­ни­да­за на­чи­на­ет рас­тво­рять обо­лоч­ку яй­це­клет­ки (Рис. 3.).

Рис. 3. Опло­до­тво­ре­ние мле­ко­пи­та­ю­щих

Од­на­ко ко­ли­че­ства ги­а­лу­ро­ни­да­зы, вы­де­ля­е­мо­го одним спер­ма­то­зо­и­дом, для этого недо­ста­точ­но; необ­хо­ди­мо, чтобы фер­мент вы­де­лил­ся из тысяч спер­ма­то­зо­и­дов. Толь­ко в этом слу­чае один из них смо­жет про­ник­нуть в яй­це­клет­ку. Как толь­ко про­ник­но­ве­ние про­изо­шло, во­круг яй­це­клет­ки фор­ми­ру­ет­ся осо­бая проч­ная обо­лоч­ка, пре­пят­ству­ю­щая по­па­да­нию в нее дру­гих спер­ма­то­зо­и­дов. Про­ник­но­ве­ние спер­ма­то­зо­и­да слу­жит сти­му­лом для за­вер­ше­ния вто­ро­го де­ле­ния мей­о­за, и ооцит вто­ро­го по­ряд­ка пре­вра­ща­ет­ся в зре­лое яйцо, при этом об­ра­зу­ет­ся по­ляр­ное тель­це, ко­то­рое быст­ро де­ге­не­ри­ру­ет, а хвост спер­ма­то­зо­и­да рас­са­сы­ва­ет­ся в ци­то­плаз­ме яйца (Рис. 4).

Рис. 4. За­вер­ше­ние вто­ро­го де­ле­ния мей­о­за

Ядро спер­ма­то­зо­и­да в ци­то­плаз­ме яй­це­клет­ки уве­ли­чи­ва­ет­ся при­мер­но до раз­ме­ра ядра яй­це­клет­ки. Ядра дви­га­ют­ся нав­стре­чу друг другу и сли­ва­ют­ся (Рис. 5).

Рис. 5. Сли­я­ние ядер спер­ма­то­зо­и­да и яй­це­клет­ки.

Таким об­ра­зом, в об­ра­зо­вав­шей­ся клет­ке – зи­го­те – вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся ди­пло­ид­ный набор хро­мо­сом и на­чи­на­ет­ся ее дроб­ле­ние.

 Двойное оплодотворение

Осо­бый вид опло­до­тво­ре­ния, ко­то­рый ха­рак­те­ри­зу­ет наи­бо­лее мно­го­чис­лен­ную и про­цве­та­ю­щую груп­пу рас­те­ний – по­кры­то­се­мен­ные. Он по­лу­чил на­зва­ние двой­но­го опло­до­тво­ре­ния.

В пыль­ни­ках ты­чи­нок из ма­те­рин­ских кле­ток в ре­зуль­та­те мей­о­за об­ра­зу­ют­ся га­п­ло­ид­ные мик­ро­спо­ры. Каж­дая мик­ро­спо­ра де­лит­ся, об­ра­зуя две также га­п­ло­ид­ные клет­ки – ве­ге­та­тив­ную и ге­не­ра­тив­ную, ко­то­рые фор­ми­ру­ют пыль­це­вое зерно. Пыль­це­вое зерно по­кры­то двумя обо­лоч­ка­ми (Рис. 6).

Рис. 6. Пыль­це­вое зерно

Пыль­це­вое зерно пред­став­ля­ет собой муж­ской га­ме­то­фит. В за­вя­зи из ма­те­рин­ской клет­ки в ре­зуль­та­те мей­о­за об­ра­зу­ет­ся че­ты­ре га­п­ло­ид­ные ме­га­спо­ры, три из них от­ми­ра­ют, а одна про­дол­жа­ет де­лить­ся, фор­ми­руя за­ро­ды­ше­вый мешок с несколь­ки­ми га­п­ло­ид­ны­ми клет­ка­ми, одна из ко­то­рых яв­ля­ет­ся яй­це­клет­кой (Рис. 7).

Рис. 7. Опло­до­тво­ре­ние рас­те­ний

Две га­п­ло­ид­ные клет­ки сли­ва­ют­ся, об­ра­зуя цен­траль­ную ди­пло­ид­ную клет­ку, за­ро­ды­ше­вый мешок яв­ля­ет­ся жен­ским га­ме­то­фи­том.  При по­па­да­нии пыль­це­во­го зерна на рыль­це пе­сти­ка ве­ге­та­тив­ная клет­ка про­рас­та­ет, об­ра­зуя пыль­це­вую труб­ку, ко­то­рая в своем росте стре­мит­ся к за­вя­зи. Ге­не­ра­тив­ная клет­ка пе­ре­ме­ща­ет­ся в пыль­це­вую труб­ку, де­лит­ся, об­ра­зуя два непо­движ­ных спер­мия. После того как пыль­це­вая труб­ка про­рас­та­ет в се­мя­за­ча­ток, один из спер­ми­ев опло­до­тво­ря­ет яй­це­клет­ку и об­ра­зу­ет­ся ди­пло­ид­ная зи­го­та. Дру­гой спер­мий сли­ва­ет­ся с цен­траль­ной клет­кой за­ро­ды­ше­во­го мешка. Таким об­ра­зом, у по­кры­то­се­мен­ных рас­те­ний при опло­до­тво­ре­нии про­ис­хо­дит два сли­я­ния, то есть двой­ное опло­до­тво­ре­ние (Рис. 8).

Рис. 8. Двой­ное опло­до­тво­ре­ние

В ре­зуль­та­те пер­во­го сли­я­ния воз­ни­ка­ет зи­го­та, из ко­то­рой раз­ви­ва­ет­ся ди­пло­ид­ный за­ро­дыш се­ме­ни, а в ре­зуль­та­те вто­ро­го сли­я­ния – три­п­ло­ид­ная цен­траль­ная клет­ка. Из три­п­ло­ид­ной цен­траль­ной клет­ки затем фор­ми­ру­ет­ся эн­до­сперм (за­па­са­ю­щая пи­та­тель­ная ткань), за счет ко­то­ро­го пи­та­ет­ся раз­ви­ва­ю­щий­ся за­ро­дыш но­во­го рас­те­ния.

Примерные задания:  Какая форма размножения позволяет приспособиться к изменяющимся условиям среды?

а. Бесполое размножение.
б. Половое размножение.
в. И бесполое, и половое размножение в равной степени.
г. Форма размножения не имеет никакого значения.

2. Укажите неверное суждение.

а. Партеногенез – особая форма бесполого размножения.
б. Партеногенез – особая форма полового размножения.
в. Партеногенетическое развитие известно у тлей, пчел, дафний.
г. Партеногенетическое развитие известно у одуванчиков.

3. Укажите неверное суждение.

а. Гермафродиты – организмы, у которых могут образовываться и мужские, и женские гаметы.
б. Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом, зигота – диплоидный.
в. Б.Л. Астауров разработал способы направленного получения 100% особей одного пола.
г. Бактерии делятся путем митоза.

4. Укажите верное суждение.

а. Бесполое размножение увеличивает наследственную изменчивость организмов.
б. Гаметы и зигота имеют гаплоидный набор хромосом.
в. В половом размножении всегда принимают участие две особи.
г. Половое размножение увеличивает наследственную изменчивость потомков.

5. Размножение – это процесс:
а) увеличения числа клеток; 
б) воспроизведения себе подобных;
в) развития организмов в процессе эволюции;
г) изменения особи с момента рождения до ее смерти.

6. Оплодотворение – это процесс, в результате которого:
а) происходит слияние мужской и женских гамет;
б) не образуется зигота;
в) образуется гаплоидная клетка:
г) развиваются гаметы.

7. Бесполое размножение широко распространено в природе, так как оно способствует:
а) быстрому росту численности вида;
б) возникновению изменений у особей вида;
в) появлению внешней изменчивости;
г) приспособлению организмов к неблагоприятным условиям.

8. Обмен наследственной информацией происходит при:
а) почковании;
б) половом размножении;
в) митозе – непрямом делении клеток;
г) вегетативном размножении.

9. Количество хромосом в соматических клетках человека после митоза равно:

а) 23;
б) 92;
в) 46; 
г) 44.

10. Какова генетическая формула зиготы:

а). 1n4c.
б)  2n2c.
в). 2n4c.
г). 4n4c

Запишите номера вопросов, против них – правильные ответы.

1. Когда начинается сперматогенез у человека?
2. Когда начинается оогенез у человека?
3. Какой набор хромосом в гаметах?
4. Где располагаются митохондрии в сперматозоидах? Где располагаются центриоли?
5. У каких организмов внешнее оплодотворение?

Для каждого типа клеток (женских половых и мужских половых) выберите соответствующие характеристики:
1 – яйцеклетки;
2 – сперматозоиды;
3 – развиваются в яичниках;
4 – развиваются в семенниках;
5 – имеют шарообразную или овальную форму, неподвижны;
6 – богаты запасными веществами;
7 – имеют небольшие размеры, подвижны;
8 – утратили большую часть цитоплазмы;
9 – доставляют генетическую информацию;
10 – несут в себе наследственную информацию, готовы к оплодотворению.

Последовательность процессов в клетке от момента ее возникновения до следующего деления или гибели называется …

Процесс образования яйцеклеток называется …

Яйцеклетка формируется в …, а сперматозоиды в …

Развитие половых клеток подразделяется на четыре периода: …, …, … и ….

Конъюгация хромосом происходит на стадии … мейоза.

При созревании яйцеклетки на каждую полноценную клетку образуется три … ….

Для рыб характерен … способ оплодотворения.

В сперматозоиде человека содержится … хромосомы.

Для каждого типа клеток (зигота, гамета) выберите соответствующие характеристики:
1 – имеет гаплоидный набор хромосом;
2 – образуется в результате мейоза;
3 – содержит наследственный материал двух особей;
4 – имеет диплоидный набор хромосом;
5 – половая клетка;
6 – количество хромосом и молекул ДНК описывается формулой nc;
7 – образуется в результате оплодотворения;
8 – содержит наследственный материал от одной особи;
9 – количество хромосом и молекул ДНК описывается формулой 2n2с;
10 – оплодотворенная яйцеклетка.

Разнесите характеристики митоза и мейоза в две группы:

митоз мейоз

а) требует двух последовательных делений клетки;
б) дочерние клетки содержат такое же количество хромосом, как и материнская;
в) дочерние клетки содержат в 2 раза меньше хромосом, чем материнская клетка;
г) происходит в соматических клетках; обеспечивает рост организма или бесполое размножение;
д) обеспечивает образование половых клеток;
е) в течение этого процесса гомологичные хромосомы обмениваются участками (кроссинговер);
ж) обеспечивает половое размножение организмов.

10