資源簡介

2.3胚胎工程
【教學目標】
課程標準與本節相對應的要求是：簡述胚胎形成經過了受精及早期發育等過程。結合教材內容，確定本節教學目標：
1、簡述受精前精子和卵子的準備以及受精的過程
2、簡述胚胎早期發育的過程及其主要特點
【教學重難點】
教學重點
（1）受精的基本過程。
（2）胚胎早期發育的基本過程。
（3）胚胎工程的主要技術及其原理。
（4）胚胎工程在生產實踐中的應用。
教學難點
（1）受精過程中精子和卵子的生理變化。
（2）胚胎工程中胚胎移植的生理學基礎和基本操作步驟。
【新課導入】
從社會中來
我國對奶類的總需求量很大，但與奶業發達的國家相比，我國奶牛的單產水平還存在一定差距。奶牛品種是影響產奶量的主要因素之一，而引進一頭成年奶牛往往需要數萬元，高昂的價格使得靠大量引進優良品種來提高產量不太可行。能不能讓引進的良種奶牛快速、大量繁殖呢 遺憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產一頭犢牛，一生約生育四五次。如何解決這個難題呢
提示：可以通過體外受精、胚胎分割等技術獲得多個良種奶牛的胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。
【新課講解】
受精
受精是精子與卵子結合形成合子（即受精卵）的過程，包括受精前的準備階段和受精階段。在自然條件下，哺乳動物的受精在輸卵管內完成。
受精前的準備
精子獲能：剛排出的精子必需在雌性動物的生殖道發生相應生理變化后，才能獲得受精能力，這一現象稱為“精子獲能”。
精子獲能的方法：利用雌性動物的生殖道或將精子培養到獲能液（Ca2+載體、肝素等）中使其獲能。
注：不同種動物精子的形態相似，大小略有不同，與動物的體型大小無關。
精子獲能現象的發現：
1951年，張明覺發現“精子獲能”的生理現象。同年，澳大利亞學者奧斯汀博士也在實驗中發現相同現象。國際生理學界把他們倆的研究成果命名為“張—奧原理”。這一現象的發現解開了精卵受精之謎，為哺乳類卵子體外受精的成功，奠定了理論基礎。
1959年，他首次成功地把兔子的精子和卵子在體外結合，再放回到兔子子宮里，體外受精的卵子發育正常，文章發表在1959年的《自然》雜志上。正是他的研究，促成了第一個試管嬰兒的誕生，因此，張明覺博士也被譽為“試管嬰兒的先驅”。
卵子準備：動物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初級卵母細胞，如馬、犬等；有的可能是次級卵母細胞，如豬、羊等。但他們都要在輸卵管內進一步發育成熟，到MⅡ期時，才具備與精子受精的能力。
受精過程
1．精子穿過卵細胞膜外的結構（釋放出多種酶，以溶解卵細胞膜外的一些結構。）→2．精子接觸卵細胞膜（精子觸及卵細胞膜的瞬間，透明帶會迅速發生生理反應，阻止后來的精子進入透明帶。精子入卵后，卵細胞膜會立即發生生理反應，拒絕其他精子再進入卵內。）→3．精子入卵形成雄原核；同時卵子完成減數分裂Ⅱ，釋放第二極體后，形成雌原核（精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜，最后形成一個比原來精子的核還大的核，叫做雄原核。）→4．雌雄原核靠近→5．核膜消失，第一次卵裂即將開始（雌雄原核充分發育后，相向移動，彼此靠近，核膜消失。這個含有兩個染色體組的合子就是受精卵。受精過程結束后，受精卵的發育也就開始了。）
受精的標志：觀察到兩個極體或者雌、雄原核
多數哺乳動物的第一極體不進行減數分裂Ⅱ，因而不會形成兩個第二極體。
受精完成的標志：雌雄原核形成合子
視頻演示：受精過程
胚胎早期發育
（1）場所：輸卵管
（2）分裂方式：有絲分裂（受精卵的早期分裂稱為卵裂）
（3）胚胎早期發育階段：
①桑葚胚
受精卵在透明帶內經過卵裂形成的32細胞團，形似桑葚，稱為桑葚胚。這些細胞未分化，每個細胞具有全能性，是全能性細胞。
特點：細胞數目增加，胚胎總體積不增加或略有減小，每個細胞體積減少，每個細胞DNA含量不變，胚胎總DNA含量增加，有機物總量減少，有機物種類增加。
②囊胚
細胞開始分化，形成滋養層、內細胞團和囊胚腔，透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來，這一過程稱為孵化。
滋養層將來發育成胎盤和胎膜
內細胞團將發育成胎兒的各種組織。因此，內細胞團細胞具有發育的全能性
③原腸胚
細胞繼續分裂分化，分為外胚層、中胚層、內胚層三層，并進一步發育為不同的組織、器官、系統。
思考討論：
不同動物受精卵發育及其進入子宮的時間有明顯的差異
（1）馬，處于囊胚階段
（2）桑葚胚，為提高成功率，發育至囊胚再移植
（3）胚胎工程是在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發育條件進行的模擬操作。
體外受精
1.概念：是指哺乳動物的精子和卵子在體外人工控制的環境中完成受精過程的技術。
2.基本原理：人工模擬體內環境，包括營養、溫度、pH等，使初級卵母細胞成熟，同時使精子獲能，最終完成受精作用，并有計劃地保存胚胎等。
3.卵母細胞的采集和培養
①實驗動物以及家畜豬、羊等：用促性腺激素處理,使其排出更多的卵子,然后,從輸卵管中沖取卵子,直接與獲能的精子在體外受精。
②大家畜或大型動物：從剛被屠宰的母畜的卵巢中采集卵母細胞或借助超聲波探測儀、內窺鏡或腹腔鏡等直接從活體動物的卵巢中吸取,然后在體外進行人工培養成熟后（MⅡ中期）,才能與獲能精子受精。
4.精子的采集和獲能
①收集精子的方法：主要有假陰道法、手握法和電刺激法等。
②精子體外獲能的方法：主要有培養法(嚙齒動物、家兔、豬等)和化學誘導法(牛、羊等家畜的精子常采用化學法,即將精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液中,用化學藥物誘導精子獲能)。
5.受精（小滴內）：
體外受精：獲能的精子和培養成熟的卵細胞在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程。
6.比較自然受精、人工授精和體外受精
項目 自然受精 人工授精 體外受精
不同點 過程不同 雌雄動物交配完成 用人工的方法將公畜的精液注入母畜生殖道內，完成受精 人工獲取精子、卵子，在體外培養液中完成受精過程
場所不同 雌性動物輸卵管中 雌性動物輸卵管中 體外培養液中
相同點 (1)精子獲能、卵子成熟后方能完成受精過程；(2)都是有性生殖
胚胎移植
概念：是指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的雌性動物體內，使之繼續發育為新個體的技術。
1．胚胎移植的實質
早期胚胎在相同生理環境條件下的空間位置轉移，而胚胎本身的遺傳物質并不發生改變，因此能保持其原來的遺傳特性。
2．胚胎的來源
(1)雌性動物體內的早期胚胎。
(2)通過體外受精和早期胚胎的培養得到。
(3)通過哺乳動物體細胞核移植及培養得到。
3．胚胎移植的供體和受體
(1)供體的職能：產生具有優良遺傳特性的胚胎。
(2)受體須具備的條件
①健康的體質和正常的繁殖能力。
②同種的、生理狀態相同的其他雌性動物，沒有生殖隔離，生殖環境相同。
4．胚胎移植的條件
(1)胚胎移植一般應在同種的雌性供體和受體之間進行。這里的“同種”是指“同物種”。
(2)進行胚胎移植的供、受體生理狀態要相同。
①應對供體和受體母畜進行同期發情處理，使它們的生理條件達到同步或一致，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件，這是胚胎移植成功與否的關鍵。
②移入受體子宮胚胎的位置應該與其在供體子宮內的位置相同或相似。
5．胚胎移植的基本程序(以牛為例，如圖所示)
胚胎分割
1．概念：采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。
2．所需主要儀器設備：體視顯微鏡和顯微操作儀。
3．操作對象及要求：選擇發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚，將它移入盛有操作液的培養皿中，在顯微鏡下用分割針或分割刀分割。在分割囊胚階段的胚胎時，要注意將內細胞團均等分割。
4．胚胎分割的意義
(1)促進優良動物品種的繁殖，產生遺傳性狀相同的后代用于遺傳學研究。
(2)對胚胎進行性別鑒定、遺傳病篩查等，對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代有重要意義。
5．注意事項
(1)對囊胚階段胚胎進行分割時一定要均分內細胞團，若分割不均，會出現含內細胞團多的部分正常發育的能力強，少的部分發育受阻或發育不良，甚至不能發育等問題。
(2)分割的份數越多，每一份的細胞數會越少，不但難以做到均等分割，而且作為囊胚期的胚胎內細胞團的細胞所受的影響會越大。因此，分割的份數越多，技術難度會越大，移植后的恢復和發育的難度會越大，移植成功率自然會越低。
【板書設計】
2.3胚胎工程
1.受精
2.胚胎早期發育
3.體外受精
4.胚胎移植

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