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第2节 胚胎工程 教案
二 胚胎工程技术及其应用
一、教学目标
1.概述胚胎工程技术的主要内容及原理。
2.简述胚胎工程在生产实践中的应用。
3.认同在胚胎工程技术的发展和应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。
二、教学重难点
【教学重点】
1.胚胎工程的主要技术及其原理。
2.胚胎工程在生产实践中的应用。
【教学难点】胚胎工程中胚胎移植的生理学基础和基本操作步骤。
三、教学过程
【导入新课】
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。能不能让引进的优良奶牛快速、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？
国产奶牛：年均产奶量3000公斤左右
国际良种奶牛：年均产奶量10000公斤左右
我国蒙古黄牛：均重300 Kg
澳大利亚海福特肉用牛：2岁体重可达800 Kg
引进一头良种成年奶牛需要3万－5万元
牛的生育率低，一头牛一胎只一个，一生只能生育四五次。
牛的生育率虽然很低，但是牛的卵母细胞却相当的多，其卵巢中卵母细胞数目要比一生中排卵数多1000倍左右。
提出问题：如何实现良种牛的快速大量繁殖？
学生思考并回答：动物细胞核移植（克隆牛）、试管牛、胚胎分割等。
试管动物技术：是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育成早期胚胎后，再经胚胎移植产生后代的技术。
提问：试管牛是克隆牛吗？
进而引出本节课题——胚胎工程技术及应用
【新课讲授】
（一）体外受精
教师：组织学生自主学习，简述体外受精的概念及基本过程。
学生：自主学习，归纳、总结，进行展示。
探究一 体外受精
【情境探究】如图是哺乳动物体外受精示意图，请据图思考回答相关问题：
展示哺乳动物体外受精过程示意图：
（1）在进行体外受精操作之前，还要对获得的卵母细胞和精子进行怎样的处理？
（2）精子获能和体外受精过程模拟的是雌性动物的哪些部位的环境？
（3）精子的获能处理的方法是什么？
（4）怎样获得更多的卵子？
（5）用促性腺激素处理时，只能注射不能饲喂的原因是什么？
（6）精子获能前进行离心处理的目的是什么？
答案提示：
（1）提示：需将卵母细胞培养至减数分裂Ⅱ中期，对精子进行获能处理。
（2）提示：精子获能模拟的场所是雌性生殖道，体外受精模拟的场所是输卵管。
（3）提示：将精子放入人工配制的获能液中使其获能。
（4）提示：利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。
（5）提示：促性腺激素是肽类化合物，饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的效用。
（6）提示：除去精浆有利于精子获能。
归纳总结：
1.过程：哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。
（1）卵母细胞的采集和培养
①超数排卵技术：促性腺激素可作用于卵巢，促进雌激素的分泌，进而促进卵子的排出，从输卵管中冲取的卵子，已发育至减数第二次分裂中期，可直接与获能的精子进行受精作用。
②从卵巢中采卵：卵巢中的卵母细胞为初级卵母细胞，需在体外培养至减数第二次分裂中期，才能进行体外受精。
（2）精子的获取
精子在进行体外受精前需要精子获能处理
（3）受精：获能液或专用的受精溶液
（4）早期胚胎培养：以检查受精状况和受精卵的发育能力
2.意义：体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
（二）胚胎移植
教师：组织学生自主学习，简述胚胎移植的概念及基本过程。
学生：自主学习，归纳、总结，进行展示。
1.概念：是指将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的体内，继续发育为新个体的技术。
2.过程
展示牛胚胎移植示意图：
探究二：胚胎移植
请思考回答有关胚胎移植相关问题：
（1）超数排卵处理中为什么使用的是促性腺激素而不是性激素？
（2）某同学认为通过体外受精获得的受精卵可以直接移入受体动物体内。这种做法是否正确？如果不正确，应该如何操作？
（3）将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理？
（4）胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性与供体还是受体保持一致？为什么？
（5）胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。你认为这样的概括正确吗？为什么？
答案提示：
（1）性激素是由性腺产生并释放的，长期使用外源性激素会导致性腺萎缩。促性腺激素由垂体产生并释放，作用于性腺，可以促进排卵，并且不会使性腺萎缩。
（2）提示：不正确，应该先培养到桑椹胚或囊胚期然后再进行移植。
（3）不能。胚胎移植成功需要的条件：①在同一物种的雌性供体和受体之间进行。②进行胚胎移植的供、受体生理状态要相同，所以在移植前要对供、受体进行同期发情处理。
（4）胚胎移植后，经受体孕育的后代的遗传特性与供体保持一致。因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系，其遗传物质在孕育过程中不会发生任何变化。
（5）正确。因为胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境条件的一致性密切相关。只有供体、受体生理环境条件高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。所以，我们可以把胚胎移植简单概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
归纳总结胚胎移植的过程：
供体、受体的选择和处理→发情配种或人工授精→胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎的移植及移植后的检查。
（1）对供、受体的选择和处理
①对供、受体进行的相同处理：______同期发情处理______
②只对供体进行的操作：______超数排卵处理____________
（2）配种或人工授精：应选择____________同种的优良公牛______
（3）胚胎的收集、检查、培养或保存
①胚胎收集的基础：哺乳动物早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态__________________；
②该阶段检查的目的：____________检查胚胎的质量__________________；
③胚胎保存的方法：____________-196℃液氮中保存__________________
（4）胚胎的移植：一般选择移植____________桑葚胚或囊胚阶段的胚胎____________
（5）移植后的检查：第二次检查的目的： ___对受体进行妊娠检查（检查受体是否妊娠）。
注意说明：
①该过程中两次使用激素：第一次对受、供体进行同期发情处理； 第二次用于供体的超数排卵。
②该过程中的两次检查：第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
③胚胎移植成功与否要有两个条件：胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。
3.意义：
①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
②供体的主要职能变为产生具有优良遗传特性的胚胎，繁重而漫长的妊娠和育仔任务由受体取代，这就大大缩短了供体本身的繁殖周期。
③在对供体施行超数排卵处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代，这使供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。
④牛、羊的胚胎移植在部分地区已进入生产应用阶段，这些成果大大促进了我国畜牧业的发展。
⑤胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
4.试管动物和克隆动物的比较
教师：组织学生以小组为单位，完成表格，并进行展示，然后进行组组互评。
试管动物 克隆动物
生殖方式 有性生殖 无性生殖
技术手段 体外受精、动物细胞培养、胚胎移植 核移植技术、动物细胞培养、胚胎移植
遗传物质 来自两个亲本 主要来自核供体
遗传规律 遵循 不遵循
（三）胚胎分割
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性，能不能将一个胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率？
了解胚胎分割技术的发展
1978年，科学家将小鼠的桑椹胚一分为二，获得了成功。
1979年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。
20世纪80年代后，人们建立了系统的胚胎分割法，并相继得到1/4和1/8分割胚胎后代。
我国的胚胎工程专家也进行了分割胚胎移植的实验研究，成功地对小鼠、家兔、绵羊、山羊和牛等动物进行了分割胚胎移植，并将二分胚胎分割技术应用到牛和羊的胚胎移植中。
教师：组织学生自主学习，简述胚胎分割的概念及相关知识。
学生：自主学习，归纳、总结，进行展示。
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.特点：后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。
3.繁殖方式：无性繁殖（克隆）。
4.理论基础：早期胚胎干细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。
5.所需要的主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。分割用具：分割针或分割刀。
6.选择分割的胚胎：发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。
注意：分割囊胚时，要将内细胞团均等分割，否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。
7.分割后胚胎去向：可以直接移植给受体或经体外培养后，再移植给受体。
8.具体操作
展示牛胚胎性别鉴定和分割示意图：
探究三：胚胎分割
（1）胚胎分割的对象是什么？选择此时期的胚胎进行分割的原因是什么？
（2）分割囊胚期的胚胎时为什么强调将内细胞团均等分割？而鉴定胚胎的性别做DNA分析时却是取样的滋养层？
（3）从后代核遗传物质上分析，胚胎分割动物和克隆动物生殖方式相同吗？
答案提示：
（1）桑葚胚或囊胚阶段的胚胎。桑葚胚阶段尚未出现细胞分化，具有全能性；囊胚阶段的内细胞团具有全能性。
（2）因为囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层发育成胎盘、胎膜。囊胚的内细胞团要均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。取滋养层细胞做DNA分析鉴定性别，不会影响胎儿的发育。
（3）相同。两者都属于无性繁殖。
9.胚胎分割的优点和局限性
（1）胚胎分割的优点：
①可以促进优良动物品种的繁殖，产生遗传性状相同的后代，提高胚胎的利用率。
②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；
③在胚胎移植前，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。
（2）胚胎移植的局限性
实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。
四、板书设计
2.3.2 胚胎工程及其应用

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