学年高中生物 专题三 胚胎工程 第9课时 体内受精和早期胚胎发育 新人教版选修3.docx

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学年高中生物专题三胚胎工程第9课时体内受精和早期胚胎发育新人教版选修3

专题三胚胎工程

第9课时　体内受精和早期胚胎发育

[目标导读]　1.阅读教材P61～63，结合图3－1、3－2、3－3、3－4、3－5，掌握精子和卵子的发生过程。

2.阅读教材P63～66，结合图3－6、3－7，掌握受精过程。

3.结合教材P66图3－8，掌握胚胎发育过程及其主要特点。

[重难点击]　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。

1．减数分裂是进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。

其特点是染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次；结果是成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。

2．哺乳动物精子的形成场所是睾丸。

3．卵细胞的发生场所

卵细胞是在人和哺乳动物腹腔内的卵巢中形成的，在其内部有许多发育程度不同的卵泡，卵细胞就位于卵泡的中央。

4．受精作用：

卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。

5．基因工程的原理是什么？

把目的基因导入动物细胞来生产药物，导入的方法和受体细胞各是什么？

答案　基因重组。

显微注射法；受精卵。

[课堂导入]　在“细胞工程”专题中我们学过怎样利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛，该技术中的“胚胎移植”属于“胚胎工程”，胚胎工程的许多技术，实际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。

因此，了解哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律，就显得十分重要。

这节课我们共同学习体内受精和早期胚胎发育。

探究点一　精子和卵子的发生

1．精子的发生及变形

哺乳动物精子的发生是在睾丸（图1）内完成的。

阅读教材P61～62，结合下面的材料，探讨精子的发生规律。

（1）由图可总结各种家畜精子发生的过程，大体可以分为三个阶段：

（2）由图2、图3总结精子的变形过程

精子细胞

精子包括头、颈、尾

（3）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．结合下述图解归纳卵子的发生过程

（1）场所：

在雌性动物的卵巢和输卵管内完成。

（2）时间：

初级卵母细胞的形成在胎儿期；减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的；减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。

（3）过程分析

①胎儿期性别分化以后（卵巢中）

初级卵母细胞

②排卵期前后（一般在卵巢中）

排卵：

卵母细胞从卵巢中释放出来进入输卵管内称为排卵。

初级卵母细胞

1个第一极体和1个次级卵母细胞。

③精子和卵子结合过程（输卵管中）

次级卵母细胞

1个第二极体和1个成熟的卵子。

（4）精子和卵子在发生上的重要区别：

哺乳动物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。

（5）精子、卵子发生的其他区别

①精子和卵子发生的场所分别是睾丸的曲细精管和卵巢（MⅠ）、输卵管（MⅡ）。

②精子发生过程中MⅠ和MⅡ是连续的，需要变形，细胞质均等分配；卵子的发生过程中MⅠ和MⅡ是不连续的，不需要变形，细胞质不均等分配。

小贴士　1每个哺乳动物卵巢中含有大量的卵泡，但只有数量较少的卵泡能发育成熟并排卵，参与受精的卵子数更少。

2卵子体积大，含丰富的营养物质，能为早期胚胎发育提供充足营养。

3排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是指卵泡从卵巢中排出。

归纳提炼

1．精子和卵子发生的比较

项目

精子发生

卵子发生

区别

场所

（场所唯一）

睾丸曲细精管

（场所不唯一）

卵巢（MⅠ）、输卵管（MⅡ）

时间

初情期后

性别分化后开始，卵泡（含次级卵母细胞和第一极体）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中（即受精过程中）完成的

过程特点

MⅠ和MⅡ是连续的，需要变形；细胞质均等分配

MⅠ和MⅡ是不连续的，不需要变形；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

原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂，生殖细胞的成熟为减数分裂；成熟过程均经一次复制和两次分裂；子细胞中染色体数目减半

2.动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。

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。

活学活用

1．下图是哺乳动物精细胞经过变形形成精子的示意图，请分析回答下列问题。

（1）精细胞是由____________经__________分裂产生的。

（2）图甲表示精细胞，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　精细胞是由精原细胞经减数分裂形成的。

精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，这一过程发生了细胞分化，是基因选择性表达的结果。

探究点二　受精作用的过程

受精是精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。

它包括受精前的准备阶段和受精阶段。

阅读教材P63～66，观察下图回答相关问题。

哺乳动物受精过程示意图

1．在自然条件下，受精是在雌性的输卵管内完成的。

2．准备阶段

（1）精子获能：

精子必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。

（2）卵子的准备：

卵子在输卵管内进一步成熟，达到MⅡ中期时才具备与精子受精的能力。

3．受精阶段——四步曲

第一步：

精子穿越放射冠和透明带。

顶体反应是顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。

透明带反应是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，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。

第二步：

精子进入卵细胞膜。

卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。

第三步：

原核形成。

精子入卵后，雄原核形成和雌原核形成。

第四步：

配子结合。

雌、雄原核融合形成合子（受精卵）。

4．受精的标志：

在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。

5．为什么精子排出后必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力？

答案　精液中含有一种能抑制精子获能的物质，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。

归纳提炼

1．成熟的精子获能后才具备受精能力，精卵细胞的结合是在输卵管内进行的；卵子的MⅡ分裂的完成场所也是输卵管。

2．透明带反应、卵细胞膜反应分别是防止多精入卵的第一道屏障、第二道屏障。

其中，透明带反应发生在精子触及卵细胞膜时，卵细胞膜反应发生在精子入卵后。

3．受精的标志是在卵细胞膜和透明带间隙可以观察到两个极体，受精完成的标志是雌、雄原核融合成合子。

活学活用

2．在受精过程中，下列说法正确的是（　　）

①精子必须发生顶体反应，释放顶体酶　②顶体酶可使精子穿过放射冠、透明带、卵细胞膜　③卵细胞恢复并很快完成了第一次成熟分裂　④精子和卵细胞的细胞核分别形成雄原核和雌原核　⑤透明带反应防止了多精子入卵受精的发生

A．①②⑤B．①④⑤C．②③④D．②④⑤

问题导析　

（1）受精过程包括：

精子穿越放射冠和透明带、进入卵细胞膜、原核形成和配子结合。

（2）防止多精入卵受精的两道屏障：

透明带反应、卵细胞膜反应。

答案　B

解析　在受精过程中，精子与卵子相遇时，精子顶体释放顶体酶，溶解卵丘细胞间的物质，形成精子穿越放射冠的通道，之后与卵细胞膜接触，随即产生阻止后来精子进入透明带的反应；当精子接触卵细胞膜后，卵细胞膜立即发生拒绝其他精子再进入卵内的生理反应；在受精过程中，卵子已经完成了MⅠ分裂，且处于MⅡ分裂中期，只有完成受精作用后，才继续完成MⅡ分裂，受精后精子和卵子核膜都破裂，之后形成的雄原核、雌原核再融合在一起，即形成合子。

探究点三　胚胎发育的过程

合子形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育，阅读教材P66～67，填充下图胚胎发育过程并回答相关问题。

1．卵裂期

（1）场所：

最初在输卵管，后移入子宫。

（2）特点分析：

卵裂速度快，细胞未生长即进入下次分裂。

DNA、细胞的数量不断增加，每个细胞体积越来越小，但胚胎的总体积并不增加或略有缩小，有机物的种类增加而含量降低。

2．桑椹胚

卵裂形成32个细胞左右的胚，每一个细胞都属于全能细胞。

3．囊胚

（1）组成：

内细胞团（内部细胞）、滋养层细胞（外部细胞）、囊胚腔。

（2）特点：

细胞已分化，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。

4．原肠胚

（1）三胚层

（2）两个腔：

扩大的原肠腔，缩小的囊胚腔。

小贴士　1个体发育的起点是受精卵的分裂，终点是性成熟的个体。

2发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞；原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿于整个个体生命进程中。

3受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。

细胞全能性随发育的深化而降低。

归纳提炼

胚胎发育过程

活学活用

3．如图表示哺乳动物发育过程的几个阶段，请据图回答问题：

（1）写出各个阶段的名称：

A：

____________，B：

____________，C：

____________。

（2）写出图中各标号的名称：

[2]__________，[4]__________，[5]____________，[7]__________，[8]____________。

（3）A时期的细胞具有发育上的__________性，B时期开始出现________，C时期开始出现____________。

（4）[2]将来发育成__________________。

（5）动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，合子只由一个精子和卵子结合，防止多精入卵受精的两道屏障分别是____________________、____________________。

答案　

（1）桑椹胚　囊胚　原肠胚　

（2）内细胞团　囊胚腔　外胚层　原肠腔　内胚层　（3）全能　细胞分化　胚层分化　（4）胎儿的各种组织　（5）透明带反应　卵细胞膜反应

解析　

（1）图中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原肠胚。

（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；图C中[5]是外胚层，[6]是滋养层，[7]是原肠腔，[8]是内胚层。

（3）桑椹胚细胞具有全能性；囊胚开始出现细胞分化，已分化为滋养层细胞和内细胞团；原肠胚已有胚层分化，分化为外胚层、内胚层，在内、外胚层之间将形成中胚层。

（4）内细胞团将发育为胎儿的各种组织，滋养层将发育为胎儿的胎膜和胎盘。

（5）受精时的透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。

1．下列过程，哪些发生在精子入卵后（　　）

①精子继续完成减数第二次分裂，形成雄原核　②精子发生顶体反应　③发生卵细胞膜反应　④卵子完成减数第二次分裂，形成雌原核

A．③④B．①③④C．②③D．①④

答案　A

2．下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势（横坐标为发育时间），其中正确的是（　　）

A．①②B．①③C．②④D．③④

答案　A

解析　受精卵发育至囊胚的过程中，主要是通过卵裂实现的，卵裂是受精卵连续的有丝分裂，每一次分裂都发生染色体的复制，从分子水平看，它包括DNA的复制和有关蛋白质的合成，所以随细胞数目的指数增加（2、4、8、16……）DNA分子的总量也随着指数增长，在坐标图上表现为“J”型增长曲线，所以图①是正确的。

在卵裂过程中，随细胞数目的增加，每个细胞的体积在逐步变小，所以图②是正确的。

整个卵裂期的囊胚总体积与受精卵大小相似，且在囊胚中还出现了囊胚腔，因此所有细胞体积之和应该略有减少，所以图③是错误的。

蛙是卵生动物，胚的发育所需的营养物质来自受精卵中的卵黄，在卵裂过程中，细胞不断分裂要消耗大量的能量，是通过细胞氧化分解有机物提供的，此过程中胚胎不能从外界摄取有机物，有机物的总量应该是减少的，所以图④是错误的。

3．如图为哺乳动物卵巢、卵泡和卵子关系示意图，请据图回答下列问题。

（1）卵子的发生是在雌性动物的________中完成的，哺乳动物卵子的发生从_______________

_________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________________，卵细胞形成的减数第二次分裂过程是在________时完成的。

答案　

（1）卵巢　胚胎性别分化以后　

（2）初级卵母细胞

卵泡细胞　排卵　黄体　（3）减数第一次分裂

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，即进行减数第一次分裂，开始了卵子的发生，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泡细胞中，构成卵泡结构。

排卵时，卵泡破裂，卵母细胞附带一些卵丘细胞排出，剩余的卵泡残余结构发育成黄体，卵子若未受精，黄体自行消失。

（3）MⅠ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MⅡ分裂发生在受精时，第二极体的产生是受精进行的直观标志。

基础过关

知识点一　精子和卵子的发生

1．关于次级精母细胞的描述，错误的是（　　）

A．由初级精母细胞经减数第一次分裂而来

B．分裂后形成两个精细胞

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

2．卵子完成减数第二次分裂是在（　　）

A．生长卵泡期B．成熟卵泡期

C．排卵时D．受精时

答案　D

解析　不同的动物排卵时期不同，如马等大型哺乳动物排卵是在减数第一次分裂时，绵羊、猪等在减数第二次分裂时完成排卵，排出的卵进入输卵管，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。

3．以下对精子形成过程的说法，不正确的是（　　）

A．精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分

B．高尔基体发育为头部的顶体

C．线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘

D．细胞内的其他物质浓缩为球体，叫做原生质滴。

原生质滴中存在中心体

答案　D

解析　在精子细胞演变为精子的过程中，细胞发生一系列的变化，其中，中心体演变为精子的尾，细胞内的其他物质浓缩为原生质滴。

知识点二　受精作用

4．受精完成的标志是（　　）

A．卵黄膜和透明带间出现两个极体

B．精卵相遇，发生顶体反应

C．精子接触透明带

D．雌、雄原核融合

答案　D

解析　受精的标志是在透明带和卵黄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，二者是不同的。

5．下列细胞，哪一个代表已经完成受精的卵子（　　）

答案　C

解析　C项卵子的卵细胞膜与透明带之间有两个极体，说明卵子已经受精并完成了减数第二次分裂。

6．受精过程的顺序为（　　）

①第一次卵裂开始　②释放第二极体　③顶体反应

④穿越透明带　⑤雌、雄原核的形成　⑥核膜消失，雌、雄原核融合

A．①②③④⑤⑥B．③②④⑥⑤①

C．④⑤②①③⑥D．③④②⑤⑥①

答案　D

解析　受精过程的顺序为：

顶体反应→释放第二极体→雌、雄原核形成→雌、雄原核融合→第一次卵裂开始。

知识点三　早期胚胎发育

7．下列说法正确的是（　　）

A．卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化

B．原肠胚细胞属于全能细胞

C．囊胚腔先于原肠腔出现

D．桑椹胚开始进行孵化

答案　C

解析　胚胎发育中既有细胞分裂，也有细胞分化，其顺序为：

卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

8．在下图所示的过程中，哪一事件在2～9阶段没有发生（　　）

A．细胞体积减小

B．细胞内有机物总量增加

C．细胞有丝分裂

D．细胞分化

答案　B

解析　题图中2～9阶段表示的是胚胎发育过程，胚胎发育过程是细胞有丝分裂和细胞分化的结果。

受精卵发育到囊胚过程中，随着细胞数目的增多，细胞体积减小。

该过程中有机物总量会有所减少。

能力提升

9．分析下面图解，以下哪一项不是精子、卵细胞发生的区别（　　）

A．初级精母细胞、初级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

答案　D

解析　初级精母细胞是雄性动物初情期开始后，才由精原细胞分裂形成的，而初级卵母细胞是在胎儿期性别分化后形成的。

精子的产生过程中，MⅠ和MⅡ是连续的，而卵细胞产生通过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。

精子细胞形成后变形为蝌蚪状，卵细胞不需要变形。

成熟的精子和卵细胞经过减数分裂形成，都含有相当于亲本体细胞一半的染色体数目。

10．关于桑椹胚和囊胚的比较，以下说法不正确的是（　　）

A．桑椹胚的各细胞结构功能基本相同

B．囊胚期细胞出现了细胞分化，但遗传物质未发生改变

C．囊胚期细胞分化是由遗传物质突变引起的

D．囊胚期内细胞团和滋养层细胞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　C

解析　细胞分化并非遗传物质的改变，而是基因的选择性表达的结果，即转录水平上的调控。

11．精子和卵子在发生上的重要区别是（　　）

A．受精前精子有获能反应，而卵子没有

B．卵子的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的，而精子是在初情期之后

C．卵子形成的时间很长，而精子只需要两个月左右

D．卵原细胞的增殖过程是通过有丝分裂，而精原细胞的增殖过程则是通过减数分裂

答案　B

解析　哺乳动物卵泡的形成和在卵巢中的储备是在胎儿时期完成的，而精子的形成是在初情期之后，这是精子和卵子在发生上的重要区别。

12．哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程，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子

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　A、B两个选项是题干明确表述的事实，故A、B正确；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ细胞分裂后期的染色体数目依次是2N、2N、4N，数目不同，C选项错误；动物体细胞的全能性受限，因而培育转基因动物时应选择受精卵（Ⅳ细胞为受精卵）作为受体细胞。

13．下图表示哺乳动物精子和卵子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__________时期完成的，Ⅱ过程是在__________过程中完成的。

（4）④过程在________内完成，条件是精子必须经过________处理，卵子必须达到__________________期。

答案　

（1）有丝分裂　减数分裂　变形作用　受精作用

（2）从初情期直到生理机能衰退　出生前（胎儿期）

（3）排卵前后　受精作用　（4）输卵管　获能　减数第二次分裂中

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。

受精前必须做的准备是精子获能和卵子发育到MⅡ中期。

14．下图表示精卵相遇的示意图。

仔细读图，回答下列问题：

（1）写出各部分名称：

①______________；②______________；③__________；④______________；⑤______________。

（2）精子与卵子相遇，__________内的某些酶类释放出来，可直接溶解__________之间的物质，形成精子穿越____________的通道。

当精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来精子进入透明带的生理反应，称做______________。

（3）精子入卵后，形成一个新的核即__________。

与此同时，被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出____________后形成______________。

（4）当________________________________________________________________________，

受精过程至此结束。

答案　

（1）①透明带　②放射冠（卵丘细胞）　③减数第二次分裂后期的卵子细胞核　④第一极体　⑤卵细胞膜　

（2）顶体　卵丘细胞　放射冠　透明带反应

（3）雄原核　第二极体　雌原核　（4）雌、雄原核充分发育，彼此融合形成合子

解析　当精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来精子进入透明带的生理反应，是透明带反应而不是卵细胞膜反应；受精过程完成的标志是雌、雄原核融合为合子。

个性拓展

15．分析图示，回答下列问题。

（1）蛙卵受精后经过2～3h，就开始进行卵裂，卵裂时细胞分裂方式为__________，细胞的数量__________，但胚胎总体积____________________。

（2）重组细胞A发育成蝌蚪时要经历哪几个阶段？

________________________________________________________________________。

（3）重组细胞A发育为成蛙的过程中是否需要进行胚胎移植？

该过程运用的主要技术手段是什么？

________________________________________________________________________。

（4）通过图中实验，你可得出什么结论？

________________________________________________________________________。

答案　

（1）有丝分裂　增加　不增加或略有缩小

（2）卵裂期、桑椹胚期、囊胚期、原肠胚期、组织器官形成期

（3）不需要。

体细胞核移植技术

（4）肠上皮细胞含有和受精卵一样的全套遗传基因；卵子的细胞质为肠上皮细胞的核基因表达提供了合适的生理环境

解析　

（1）细胞分裂方式常见的有三种，即无丝分裂、有丝分裂、减数分裂。

卵裂的实质是受精卵进行的有丝分裂过程，随着分裂次数的增加，细胞数目增加，但每个细胞质量、体积都在减小，总体积不变或略有减小。

（2）重组细胞A发育成蝌蚪与哺乳动物一样要经历卵裂期、桑椹胚期、囊胚期、原肠胚期、组织器官形成期等。

（3）重组细胞A发育到成蛙的过程中，都是在水