资源简介

2.3胚胎工程
【教学目标】
课程标准与本节相对应的要求是：简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。结合教材内容，确定本节教学目标：
1、简述受精前精子和卵子的准备以及受精的过程
2、简述胚胎早期发育的过程及其主要特点
【教学重难点】
教学重点
（1）受精的基本过程。
（2）胚胎早期发育的基本过程。
（3）胚胎工程的主要技术及其原理。
（4）胚胎工程在生产实践中的应用。
教学难点
（1）受精过程中精子和卵子的生理变化。
（2）胚胎工程中胚胎移植的生理学基础和基本操作步骤。
【新课导入】
从社会中来
我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的良种奶牛快速、大量繁殖呢 遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢
提示：可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
【新课讲解】
受精
受精是精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
受精前的准备
精子获能：刚排出的精子必需在雌性动物的生殖道发生相应生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为“精子获能”。
精子获能的方法：利用雌性动物的生殖道或将精子培养到获能液（Ca2+载体、肝素等）中使其获能。
注：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。
精子获能现象的发现：
1951年，张明觉发现“精子获能”的生理现象。同年，澳大利亚学者奥斯汀博士也在实验中发现相同现象。国际生理学界把他们俩的研究成果命名为“张—奥原理”。这一现象的发现解开了精卵受精之谜，为哺乳类卵子体外受精的成功，奠定了理论基础。
1959年，他首次成功地把兔子的精子和卵子在体外结合，再放回到兔子子宫里，体外受精的卵子发育正常，文章发表在1959年的《自然》杂志上。正是他的研究，促成了第一个试管婴儿的诞生，因此，张明觉博士也被誉为“试管婴儿的先驱”。
卵子准备：动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。但他们都要在输卵管内进一步发育成熟，到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。
受精过程
1．精子穿过卵细胞膜外的结构（释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构。）→2．精子接触卵细胞膜（精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。）→3．精子入卵形成雄原核；同时卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后，形成雌原核（精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。）→4．雌雄原核靠近→5．核膜消失，第一次卵裂即将开始（雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。）
受精的标志：观察到两个极体或者雌、雄原核
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。
受精完成的标志：雌雄原核形成合子
视频演示：受精过程
胚胎早期发育
（1）场所：输卵管
（2）分裂方式：有丝分裂（受精卵的早期分裂称为卵裂）
（3）胚胎早期发育阶段：
①桑葚胚
受精卵在透明带内经过卵裂形成的32细胞团，形似桑葚，称为桑葚胚。这些细胞未分化，每个细胞具有全能性，是全能性细胞。
特点：细胞数目增加，胚胎总体积不增加或略有减小，每个细胞体积减少，每个细胞DNA含量不变，胚胎总DNA含量增加，有机物总量减少，有机物种类增加。
②囊胚
细胞开始分化，形成滋养层、内细胞团和囊胚腔，透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程称为孵化。
滋养层将来发育成胎盘和胎膜
内细胞团将发育成胎儿的各种组织。因此，内细胞团细胞具有发育的全能性
③原肠胚
细胞继续分裂分化，分为外胚层、中胚层、内胚层三层，并进一步发育为不同的组织、器官、系统。
思考讨论：
不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间有明显的差异
（1）马，处于囊胚阶段
（2）桑葚胚，为提高成功率，发育至囊胚再移植
（3）胚胎工程是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
体外受精
1.概念：是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。
2.基本原理：人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使初级卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用，并有计划地保存胚胎等。
3.卵母细胞的采集和培养
①实验动物以及家畜猪、羊等：用促性腺激素处理,使其排出更多的卵子,然后,从输卵管中冲取卵子,直接与获能的精子在体外受精。
②大家畜或大型动物：从刚被屠宰的母畜的卵巢中采集卵母细胞或借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取,然后在体外进行人工培养成熟后（MⅡ中期）,才能与获能精子受精。
4.精子的采集和获能
①收集精子的方法：主要有假阴道法、手握法和电刺激法等。
②精子体外获能的方法：主要有培养法(啮齿动物、家兔、猪等)和化学诱导法(牛、羊等家畜的精子常采用化学法,即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中,用化学药物诱导精子获能)。
5.受精（小滴内）：
体外受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
6.比较自然受精、人工授精和体外受精
项目 自然受精 人工授精 体外受精
不同点 过程不同 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精 人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程
场所不同 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 (1)精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程；(2)都是有性生殖
胚胎移植
概念：是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
1．胚胎移植的实质
早期胚胎在相同生理环境条件下的空间位置转移，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此能保持其原来的遗传特性。
2．胚胎的来源
(1)雌性动物体内的早期胚胎。
(2)通过体外受精和早期胚胎的培养得到。
(3)通过哺乳动物体细胞核移植及培养得到。
3．胚胎移植的供体和受体
(1)供体的职能：产生具有优良遗传特性的胚胎。
(2)受体须具备的条件
①健康的体质和正常的繁殖能力。
②同种的、生理状态相同的其他雌性动物，没有生殖隔离，生殖环境相同。
4．胚胎移植的条件
(1)胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。这里的“同种”是指“同物种”。
(2)进行胚胎移植的供、受体生理状态要相同。
①应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们的生理条件达到同步或一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。
②移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体子宫内的位置相同或相似。
5．胚胎移植的基本程序(以牛为例，如图所示)
胚胎分割
1．概念：采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
2．所需主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。
3．操作对象及要求：选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，将它移入盛有操作液的培养皿中，在显微镜下用分割针或分割刀分割。在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。
4．胚胎分割的意义
(1)促进优良动物品种的繁殖，产生遗传性状相同的后代用于遗传学研究。
(2)对胚胎进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义。
5．注意事项
(1)对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团，若分割不均，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
(2)分割的份数越多，每一份的细胞数会越少，不但难以做到均等分割，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此，分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会越低。
【板书设计】
2.3胚胎工程
1.受精
2.胚胎早期发育
3.体外受精
4.胚胎移植

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