1、第四节 胚胎工程及其应用（第2课时）u 教学目标1掌握体外受精技术的概念。2结合哺乳动物体内受精的知识，分析、理解体外受精技术的主要步骤。3简述体外受精技术的应用价值。u 教学重难点【教学重点】分析体外受精技术的主要步骤。【教学难点】分析体外受精技术的主要步骤。u 教学过程【新课引入】教师阐述情境：某女性患有输卵管阻塞，该夫妇借助试管婴儿技术生出孩子；在英国，曾通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲”婴儿。那什么是试管婴儿呢？试管婴儿是在试管中长大的吗？提示：试管婴儿是通过人工操作使卵子和精子在体外条件下受精，并通过培养发育为早期胚胎，经移植产生的后代。试管婴儿并非一直在试管中长大，只有
2、胚胎发育的早期阶段在试管中生长，胚胎长至一定阶段就要移植到母体子宫中发育。【过渡】体外受精的原理是什么呢？精子、卵子需要做哪些准备呢？【新知讲解】一、体外受精技术的概念1体外受精的基本原理人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，促使卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用等。2体外受精技术的概念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。提问：试管动物技术与体外受精技术的关系是什么？提示：试管动物技术的前期工作就是体外受精，体外受精后培养发育为早期胚胎，再经移植产生个体的技术。3重要应用体外受精技术现已日趋成熟，成为一项重要而常规的动物繁殖技术。4主要步骤采集精子、采
3、集卵母细胞和体外受精等。二、精子和卵子的采集（一）采集精子【学生活动】阅读教材76页中间两段的内容，思考下列问题：1采集动物精子的方法是什么？（假阴道法）2上述方法的原理是什么？（通过模仿发情的雌性动物在交配时阴道的压力、温度和润滑度等条件，创造了适合采精的环境）3采集的精子有哪些去向？（立即使用或冷冻保存）4采集的精子能直接用于受精作用吗？（不能，精液中含有精子获能的抑制因子，冷冻液中还含有防冻剂等成分，精液中含有一定量的死精子，一般需要分离并获取有活力的精子）【跨学科视角】用液氮贮藏家畜精液，精子能被很好地保存很长时间，需要时可供家畜人工受精使用。从物理学视角看，液氮的哪些特点对家畜精子的
4、保存有作用？（1）外观与性状：液氮是惰性液体，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低。（2）熔点：210。沸点：196。（3）由于液氮的惰性，可直接和生物组织接触，立即冷冻而不会破坏生物活性，用于精子和卵子的储存。（二）采集卵母细胞【学生活动】阅读7677页的内容，了解卵母细胞的三种采集方法，分别适用于什么动物？各自具有什么优缺点？1抽吸法（1）适用对象采集大型的动物如牛、猪的卵母细胞时，一般采用抽吸法。（2）过程技术人员操作时借助超声波探测仪和内窥镜等进行将注射器针头刺入卵泡中一并吸出卵泡液和卵母细胞再在显微镜下进行筛选。（3）优点可以有目的地选择卵泡，分离得到适当成熟程度的卵母细胞。活体采
5、卵对于充分发挥优良母畜的繁殖潜力具有一定意义。2机械破碎法（1）适用对象采集小型的动物如小鼠、兔的卵母细胞时，一般采用机械破碎法。（2）过程技术人员将刚宰杀的雌性动物体内摘出的卵巢置于培养皿中，用针头刺破卵巢和卵泡，再在显微镜下对卵母细胞进行筛选。（3）优点可以得到各种成熟程度的卵母细胞。（4）缺点在刺破卵巢和卵泡的过程中有可能刺伤卵母细胞。3超数排卵法（1）适用对象较小型的动物。（2）过程采用促性腺激素处理的方法，使其超数排卵。（3）优点获得的卵母细胞可直接与获能后的精子进行体外受精。（4）缺点超数排卵效果不够稳定，特别是个体之间差异很大。提问：采集到的卵母细胞能直接进行体外受精吗？提示：如
6、果采集到的卵母细胞尚未成熟，需通过体外培养使之成熟。【易错辨析】（1）超数排卵中使用促性腺激素而非性激素。（2）促性腺激素是肽类化合物，只能注射，不能饲喂。饲喂会因消化道的消化作用而失去原有的效果。【知识链接】人卵泡的发育人卵泡的形成和在卵巢中的储备是在胎儿期完成的。人的胚胎性别分化后，雌性胎儿卵巢内的卵原细胞经过有丝分裂增加其数量，其中部分卵原细胞发育为初级卵母细胞。由于它们被卵泡细胞所包围，一般称之为卵泡。新生儿（女性）出生时卵巢内约有15万50万个卵泡。青春期以后，卵泡逐渐减少，女性一般只有300400个卵泡能发育成熟，其余卵泡均发育到一定程度即自行退化。有些哺乳动物和人一样，卵泡的发育
7、也始于胚胎时期。一般认为，哺乳动物出生后卵巢内卵泡不可更新，但仍有科学家在不断研究卵巢中是否存在生殖干细胞。这可能对生殖医学以及干细胞研究等具有深远意义。三、体外受精【教师活动】由于精子获能的知识比较抽象，因此采用教师讲授法进行。1精子获能精子获能是指精子获得受精的“能力”而不是获得能量。（1）体内精子获能【神奇的进化错位】哺乳动物的交配往往发生于发情的开始或发情盛期，排卵则发生于发情结束前后，这既保证了精子能先于卵母细胞到达受精部位，也给精子留了充足的获能时间。精子获能后发生的变化：膜流动性的增加导致精子细胞质膜通透性改变；膜对Ca2+通透性提高引起Ca2+内流；胞内环磷酸腺苷（cAMP）浓
8、度的升高；表面电荷降低；胞内pH升高以及游动方式等一系列变化，其重要意义在于增强了精子的代谢能力和运动能力。（2）体外精子获能：家兔、猪等动物的精子放入人工配制的获能液中，经培养即可获能；牛、羊等动物的精子可放入一定浓度的肝素或相应的Ca2+载体溶液中，诱导精子获能。【过渡】获能后的精子刺激顶体反应的发生。2顶体反应【教师活动】教师通过问题串复习与顶体反应相关的知识，为后续学习做铺垫。提问1：顶体是由哪种细胞器变化而来？（高尔基体）提问2：顶体的部位？（精子的头部）提问3：细胞间进行信息交流一般依赖于细胞膜表面的什么物质？其化学本质是什么？（受体；糖蛋白）（1）透明带中的某种糖蛋白是精子的受体
9、，使精子与卵子进行特异性的结合。（2）精子头部前端与卵母细胞透明带接触后，顶体外膜与精子头部的细胞质膜融合，顶体破裂释放出的顶体酶溶解卵母细胞周围的放射冠和透明带，精子即可穿过透明带到达卵母细胞表面。（3）精子进入卵母细胞，雄原核与雌原核融合，最终形成受精卵。3体外受精的方法在人为控制的适宜条件下和专用的受精溶液中，获能的精子和培养成熟的卵母细胞放在一起培养一段时间，可以在体外完成受精过程。 【学生活动】依据教材图2-4-5，通过自己的理解绘制体外受精的过程。4体外受精技术的意义（1）用于研究哺乳动物生殖细胞的发生、受精和早期胎发育的机制等。（2）在家畜品种改良探索过程中，体外受精技术为胚胎生
10、产提供了经济而高效的方法，对充分利用优良种质资源、缩短家畜繁殖周期、加快品种改良速度等具有重要价值。【易错辨析】1体外受精技术的生殖方式为有性生殖。2在进行体外受精时，从卵巢中取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成减数第一次分裂，应在体外模拟的输卵管环境中进行培养，才能使其成熟。【课堂小结】1比较自然受精、人工授精和体外受精的异同点项目自然受精人工授精体外受精不同点过程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2体
11、外受精技术【课堂检测】1下列有关哺乳动物体外受精的叙述，正确的是（ D ）A给实验动物注射促性腺激素，使其产生更多的精子B采集大型的动物的卵母细胞一般采用机械破碎法C卵母细胞和精子采集后即可完成受精D卵母细胞与精子受精时才能完成减数第二次分裂2下列关于体外受精技术的叙述，错误的是（ D ）A哺乳动物的体外受精技术主要包括采集精子、采集卵母细胞和体外受精等步骤B卵母细胞的采集往往需要进行超数排卵处理充C体外受精要模拟体内受精所需要的环境条件D体外受精后获得的受精卵需要立即移人母体子宫进行妊娠，以保证成活率3我国首例“虎狮兽”在南京红山动物园诞生，利用了雄虎的精子和雌狮的卵子体外受精而产生，完成这一过程需要解决的问题是（ A ）A精子在体外用获能物质进行处理B用化学物质处理掉卵细胞膜便于精子进入C抽取精子、卵子的细胞核进行融合D精子入卵，进行人工处理防止多精入卵 9 / 9
