人教版高中生物选修3示范教案专题三胚胎工程
文档属性
| 名称 | 人教版高中生物选修3示范教案专题三胚胎工程 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 139.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2019-07-14 09:34:15 | ||
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文档简介
3.1 体内受精和早期胚胎发育
一、教学目标
1.简述哺乳动物的精子和卵子的发生及受精过程。
2.简述哺乳动物的胚胎发育过程及其主要特点。
3.认同胚胎工程建立及发展的意义。
二、教学重点和难点
1.教学重点
（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。
2.教学难点
（1）哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用的概念和生理功能。
（2）哺乳动物胚胎发育各阶段的主要特点。
三、教学策略
本节是本专题的起始课，课文的导入方式对激发学生的学习热情具有重要作用。本节可用题图或其他有关的背景材料导入，通过背景材料引出胚胎工程的概念。关于《科技探索之路──胚胎工程的建立》，建议用学生快速阅读和教师讲述有机结合的教学方式（快速阅读可使学生集中注意力，提高学生自学的能力，有助于理解课文）。教师首先指导学生在规定时间读完一遍教材，然后，将每段的第一句和最后一句重新快速阅读一遍，再从读过的段落和句子中试着分析和理解下面的问题：
（1）胚胎工程的建立可大致分为几个阶段？在每一个阶段中，胚胎工程技术有什么重大突破？这些重大突破对推动生产力的发展有什么作用？
（2）为什么说胚胎移植技术的成功和应用带动和加速了体外受精技术的研究？
（3）美籍华人科学家张明觉在动物生殖生理学上有什么重大发现？这个发现对促进胚胎工程实现产业化有何意义？
（4）通过胚胎工程的建立过程，你如何认识科学、技术、社会三者之间的关系？
为了帮助学生更好地分析和理解问题，教师可组织学生分小组讨论交流。最后，由小组推选一人，或由教师随机地选择学生来讲解这些问题。当发言的学生讲完后，其他学生可以补充。教师的讲述着重于对学生的讨论发言进行总结和评价。要明确指出，研究胚胎工程的百年发展史，能增加我们对胚胎工程研究过程的了解，从中领悟科学的发展就是不断“发现问题—提出问题—设计实验—进行实验—得出结论”的探究过程。同时，也使我们看到，胚胎工程的研究每取得一项突破，都会给畜牧业、医学的发展带来一次飞跃；而畜牧业、医学的每一次飞跃发展，又都会给胚胎工程带来新的课题，促进胚胎工程的发展。科学、技术与社会就是在这种相互影响中得到发展的，但是，应该知道，科学基础理论的研究在推动技术进步中具有核心作用。
为了使学生对胚胎工程的技术有一个全面的了解，建议教师简单介绍一下体细胞克隆、转基因等技术与胚胎工程的内在联系，或者请学生自己查找资料去了解。关于胚胎工程技术在畜牧业生产、医学及保护濒危动物等实践中具有的重要作用，要以生动的实例进行表述，以引起学生的求知欲。
关于《体内受精》的教学过程，建议在学生已有的“减数分裂”和“受精作用”知识基础上，根据学生和学校的具体情况采用不同的教学方法。
方法一：教师运用多媒体、图解等进行讲述。讲述过程中要注重调动学生的主动性，引导“学生自己得出概念，而不是将概念灌输给学生”。例如，让学生自己比较出精子与卵子在发生上的重要区别，总结出哺乳动物的受精过程。
方法二：运用合作探究学习的方法。通过合作探究学习，让学生自己亲身体会并组织所学的知识。教师在运用合作探究学习方法时要注意以下几点：
（1）尽量使每一个学生都有任务，以使他们都能投入到教学活动中去；
（2）运用这种方法进行教学时，教师要敢于打破传统讲述法详尽讲解内容的习惯，要精心、大胆地取舍教材内容，只须让学生充分透彻地掌握基本概念和核心内容；
（3）学习的全过程必须在教师组织和指导下进行，使学生集中注意力， 这样才能取得预期效果；
（4）在对学生进行评价时要坚持评价的结果是能激发和鼓励他们的学习。尽量帮助学生在评价过程中发现自己、肯定自己，让他们感受成功的喜悦。
教师应在上课前几天，将需要探究的内容分成课题，每个课题下还有子课题（可参考前面“教学内容的结构”中的“体内受精和早期胚胎发育”制定子课题）；然后，把课题和子课题随机分发给已指定好的各小组组长，由每个小组长分配给小组成员，要求学生回家阅读教材后，查阅资料，认真准备（教师要建议学生运用多种方式，如图解、 挂图、 多媒体等方式表述课题内容， 并给予协助）。
上课时，教师先请学生将教材中新出现的知识结构提出来，进行解释；然后分小组按下列程序活动：每个学生汇报子课题准备的情况，并提出疑点→小组讨论、解疑→综合课题内容→选出代表→代表上讲台介绍，先介绍课题内容，然后简述资料收集的方法和小组讨论情况→小组成员补充→其他小组同学提问→答疑或争论→小组内部和各小组之间进行评价→教师总结。
关于《胚胎发育》的教学过程，建议教师按教材最后的内容“课外活动：观察蛙受精卵的分裂”，组织课外小组的学生进行观察，并写下观察记录。有条件的学校最好将蛙受精卵的分裂过程拍摄下来。上课时，卵裂期的特点请课外小组的学生讲述，并展示拍摄的照片或录像；胚胎发育的其他时期由教师讲述，讲述时最好运用课件、挂图、模型、多媒体等，以增强直观性。
四、答案和提示
（一）思考与探究
1.以精子的运行途径为线索，设计一幅简图，来说明哺乳动物的受精过程。
提示：哺乳动物的受精过程主要包括精子穿越放射冠、透明带、进入卵黄膜、原核形成和配子融合等步骤（详见教材中的受精过程）。
2.哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？
答：相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂（M I和M II）才能形成精子或卵子。
不同之处：由一个精原细胞分裂最后可产生多个精子；一个卵原细胞最后只能生成一个卵子。精子的形状为蝌蚪状；卵子为球形。多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是在胎儿出生前完成。
3.当你了解到精子需要获能，受精过程中有防止多精入卵的现象时，你是否提出过这样的问题：精子在雌性生殖道内是如何获能的？防止多精入卵的两道防线的形成机制究竟是什么？
答：精液由精子和精清（精浆）两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。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。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。
防止多精入卵主要通过透明带反应和卵黄膜封闭作用两道屏障。在受精过程中，当精子穿越透明带触及卵黄膜时，透明带会立即封闭，阻止后来的精子进入透明带，可看作是防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黄膜会立即拒绝其他精子再进入卵内，可看作是防止多精受精的第二道屏障。其生理、生化机制，请参阅有关专著。
（二）正文中讨论题
【精子的发生】
1.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？
提示：不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的1个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。
2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？
提示：细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。
【卵子的发生】
1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
答：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
答：是指卵子从卵泡中排出。
3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？
答：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。
【资料分析】
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
答：比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。
2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
答：马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8~16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？请结合本节内容举例说明。
提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。
（三）旁栏思考题
进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？
答：是的。从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成第一次减数分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。
五、知识拓展
1.“精子获能” 现象是如何发现的？ 有什么意义？
美籍华人生殖生物学家张明觉在做兔的体外受精试验时，发现只有从母兔生殖道内取出的精子才能在体外与卵子受精，而取自附睾的精子不能在体外完成受精， 说明精子在受精前需先在母兔生殖道内发生相应的生理变化， 称为精子获能现象。
这一现象使人们很快弄清了精子获能的机理，并找到了精子在体外获能的物质，实现了体外受精。
2.哺乳动物卵巢的结构和功能是怎样的？
卵巢位于雌性动物的腹腔，左、右各有一个，多为椭圆或圆球状。其形状，大小和结构因种类、年龄和生理状态各异。卵巢由实质部和被膜构成。实质部又分为皮质部和髓质部。皮质部靠近被膜，其中储存大量的原始卵泡和处于不同发育阶段的卵泡和卵泡的续产物，主要包括：黄体、白体和闭锁卵泡等。卵巢的髓质部位于卵巢的中间部位，含有纤维结缔组织、血管和神经。需要弄清楚这几个结构关系：卵巢中有卵泡，每个卵泡中有一个卵母细胞。卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于第一次减数分裂的前期。
卵巢的主要功能有两个，其一是储备卵泡，排出卵子；其二是产生与生殖有关的激素，如雌激素和孕激素。
3.什么是顶体反应？
获能以后的精子，在雌性动物生殖道与卵子相遇时，会出现精子顶体膨大，精子质膜（外膜）和顶体外膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成精子顶体外膜出现孔洞，使顶体内储存的与受精有关的酶释放出来，参与精子和卵子的受精过程。这种生理现象叫做顶体反应。
4.哺乳动物桑椹胚和囊胚的主要特点是什么？
桑椹胚的细胞数在32个左右，细胞排列致密，形似桑椹，由具有发育全能性的细胞构成。
囊胚则出现细胞分化，聚集于一端个体较大的细胞为内细胞团（ICM），将发育为胎儿本身；沿透明带内壁扩展和排列的个体小的细胞为滋养层细胞，将发育为胎膜和胎盘，为胎儿发育提供营养。
5.什么是透明带反应？
在精子和卵子受精过程中，当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵黄膜时，卵子发出指令（信号），阻止后续的精子进入透明带的一种生理反应，叫透明带反应。它是受精过程中，防止多精入卵继而造成多精子受精的第一道屏障。
6.什么是卵黄膜封闭作用？
当第一个精子进入卵黄膜后，会立即引起卵黄膜的紧缩、增厚，阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精，也叫做多精子入卵阻滞，是防止多精子受精的第二道屏障。多精子入卵的结果将形成多个雄原核与一个雌原核融合完成受精，产生多倍体受精卵，属异常受精现象，意味着受精的失败，不能继续发育和产生后代。
3.2 体外受精和早期胚胎培养
一、教学目标
1.简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。
2.简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。
3.认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。
二、教学难点与重点
1.教学重点
（1）体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。
（2）哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。
2.教学难点
（1）卵母细胞的采集和培养。
（2）精子的采集和获能。
三、教学策略
教学过程一定要根据学生的具体情况、教材的内容、教学的条件综合考虑进行。本节教材是在哺乳动物体内受精和胚胎发育的理论基础上，着重简述哺乳动物体外受精和胚胎早期培养的技术方法。本节内容简单，学生通过阅读基本能明白。另外，由于所讲内容技术性较强，与学生的生活相距较远，不易引起学习兴趣，所以教师可采用探究式的学习方法，以“试管牛”为例，创设出一种新的学习情景，在教师的带领下，让学生以胚胎工程学家的身份出现，亲历其境地去思考和探究“体外受精和早期胚胎培养”的过程，领悟其探究的方法，以达到激发兴趣、培养能力、获取知识的目的。对具体的教学方法建议如下。
教师课前搜集有关“试管牛”技术及其发展的资料，并制作“利用屠宰厂牛卵巢收集卵母细胞，并工厂化生产试管胚胎”的计算机辅助教学软件（或投影片）。同时，教师布置学生搜集有关“试管牛”的资料。
在课堂活动中，教师首先提出问题：“你听说过试管牛、试管羊吗？你知道什么是试管动物技术吗？”从而引出试管动物技术的概念及体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义，提出本节主题。
接着，请学生回忆第一节课的内容，并思考讨论以下各题：
（1）哺乳动物体内胚胎的形成需要经过哪些过程？（精子和卵子的发生—受精—胚胎的发育）
（2）哺乳动物体外胚胎的发育需要完成哪些环节？（获得精子和卵子—体外受精—体外胚胎培养）。在学生讨论出结果的基础上，教师告诉学生，胚胎工程专家就是根据这几个环节来研究哺乳动物体外受精和胚胎早期培养方法的。今天请大家来扮演胚胎工程专家，共同模拟研究“试管牛”工厂化生产的技术流程。
首先，请学生阅读教材；然后教师与学生一起制定研究“试管牛”工厂化生产的技术流程，并拟出以下关于技术流程的研究题目：
（1）卵母细胞的采集和培养；
（2）精子的采集和获能；
（3）受精；
（4）胚胎的早期培养；
（5）画出“试管牛”工厂化生产的技术流程图解（图3-2）
教师让学生自由组合成课题小组，选定研究题目（全部课题都要被不同组选定）。教师指导学生研究的方法：查阅有关资料（可根据教材或利用自己搜集的有关“试管牛”的资料）→研讨、制定技术方法→写出研究报告。
各课题小组按选定的研究课题进行研讨，并写出研究报告。各课题小组的代表公布研究报告，教师与学生共同进行评价。
四、知识拓展
1.卵母细胞采集的方法和操作的要领是什么？
对实验动物小鼠、兔和小家畜猪、羊等卵母细胞采集时，可先用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后在适当的时间从输卵管冲取卵子，并使其直接与获能的精子在体外受精。
第二种方法是从刚屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。
还可以直接从活体动物的卵巢中采集卵母细胞，叫活体采卵。需借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜，直接从活的动物卵巢中吸取卵母细胞。
后两种方法适用于大家畜和大动物。采集的卵母细胞需在体外培养成熟后才能与获能的精子受精。2.如何选择用于体外培养的卵母细胞？
在选择卵母细胞时，无论用哪种方法采集到的卵母细胞，外围一般都应该有数层卵丘细胞所包围，形成一个叫卵丘复合体的结构（COC）。这种结构对于卵母细胞在体外条件下的成熟是十分重要的。在对家畜体外受精的操作中，一般把未成熟的卵母细胞分成A、B、C、D四级。对A级卵母细胞要求是有3层以上的卵丘细胞包围，卵母细胞的细胞质均匀；B级是少于3层卵丘细胞，但卵母细胞质要均匀；C级为没有卵丘细胞包围的卵母细胞，又称裸卵，培养效果很差；D级是退化或死亡的卵母细胞，应淘汰。A、B两类卵母细胞培养效果较好。
3.采集精子的方法有几种？各有什么具体要求？
主要分为假阴道法、手握法和电刺激法。假阴道法是用特制的假阴道，满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求。同时要配备有与供精动物相适应的台畜，训练动物爬跨台畜，借假阴道收集精液。
手握法是通过徒手或戴乳胶手套的手，直接把握雄性动物阴茎，施以适当压力和刺激即可引起射精，并可收集富含精子部分的精液。
电刺激法是采用特制的电极伸入动物的直肠直接刺激位于腰荐部的射精中枢引起射精，此方法只适用于野生或某些经济动物。
此外，对于啮齿类的实验动物可在处死后从附睾尾收集精液。
4.以牛为例，从屠宰场收集卵巢中的卵母细胞进行体外受精的应用效果如何？
目前，从屠宰场废弃的卵巢中，每个卵巢平均可采集10枚左右可用卵母细胞，经体外培养成熟和受精后约可获4枚可用的胚胎，经过移植给受体母牛，最终可得到1～2头犊牛。牛的体外受精胚胎的工厂化生产已在一些发达国家开展。
3.3 胚胎工程的应用及前景
一、教学目标
1.举例说出胚胎移植和胚胎分割。
2.认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。
3.关注胚胎工程的研究进展和应用价值。
二、教学难点与重点
1.教学重点
（1）胚胎移植的生理学基础、基本程序和应用。
（2）胚胎分割的应用意义。
（3）胚胎干细胞研究的意义。
2.教学难点
（1）胚胎移植的生理学基础。
（2）胚胎干细胞的概念和分离途径。
三、教学策略
关于“胚胎移植”的教学过程，建议教师选一篇有关的资料发给同学阅读，例如下面的一则报道。
中国首例体细胞克隆牛胚胎移植后代今晨降生
（中新网2003年10月8日电）据胶东在线报道，今天凌晨3时18分，中国首例体细胞克隆牛的胚胎移植后代克隆牛“蓓蓓”在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心实验场呱呱坠地。克隆牛“蓓蓓”是采用最新的玻璃化超快速冷冻技术和超数排卵技术繁殖的新型克隆牛。
今天凌晨，记者和科研人员一起，焦急地等待“蓓蓓”的降生。3时18分，在科研人员的努力下，克隆牛“蓓蓓”终于来到了这个世界。母亲黑白花奶牛“梨花”舐犊情深，忽然发起牛威，不许众人靠近，并用舌头舔干“蓓蓓”湿湿的黑色毛皮。“蓓蓓”开始睁开眼睛，怯生生地看着四周关心它的人们。凌晨4时左右，在母亲的帮助和周围人们的鼓励下，“蓓蓓”终于颤悠悠地站了起来，并在母亲的帮助下开始行走。科研人员费了好大的劲才遏制住了母亲的牛劲，开始对刚降生的“蓓蓓”进行科学测量。经测量，“蓓蓓”体长66 cm，身高78 cm，胸围81 cm，心律188次/min，体温39 ℃，体重33 kg，各项生理指标正常。
克隆牛“蓓蓓”是我国成功繁殖的首例和第二例胎儿皮肤上皮细胞克隆牛“康康”和“双双”的后代。2001年，我国研究人员对“康康”和“双双”进行了超数排卵处理，于2003年1月2日，从“双双”体内采集到13枚符合国际胚胎移植标准的可用胚胎（这是国际上首次对体细胞克隆牛进行超数排卵处理试验并获得可用胚胎）。研究人员将这些标准胚胎经过玻璃化超快速冷冻处理后，移植到中国黑白花奶牛“梨花”的子宫内，结果获得妊娠。
采用超数排卵技术和玻璃化超快速冷冻技术的“蓓蓓”的降生证明，体细胞克隆牛“康康”和“双双”与正常繁殖母牛一样对外来激素具有较好的应答能力；体细胞克隆牛经超数排卵获得的胚胎移植后，具有正常的发育成胎儿的能力；“蓓蓓”的降生，证明了我国体细胞克隆技术已达到世界前列。采用超数排卵技术会给畜牧业带来巨大的变革，会促使良种克隆牛快速繁育得到实现，这一切将大大地带动畜牧业产业化的发展。
名词解释
玻璃化超快速冷冻技术：它是最简洁、最快速的胚胎冷冻保存技术，冷冻过程不超过1 min，不需要昂贵的程控冷冻仪器，是促进胚胎移植产业化的关键技术之一。该项目采用玻璃化冷冻体细胞克隆牛胚胎移植产犊，在世界上尚属首例。
超数排卵：也简称“超排”，是指将供体母牛经激素处理，使其发情，并能排出数量较多的发育成熟的卵子，经合理的人工授精方法，可以获得数量较多的可移植胚胎。
在学生阅读后，教师指导学生分组讨论：什么是胚胎移植？教师在学生得出胚胎移植概念的基础上，引导学生完善概念。然后让学生通过阅读教材了解胚胎移植的现状，总结胚胎移植的意义。有关“胚胎移植的生理学基础”的四点内容，教师要重点讲述，并指导学生分析“为什么胚胎移植要在动物发情排卵后一段时间内进行”，以使学生了解胚胎移植的原则，为学生理解胚胎移植基本程序奠定基础。有关“胚胎移植的基本程序”内容，建议阅读教材后，让学生进行概述，这时教师要注意指导学生理解每一步技术操作的作用。
关于“胚胎分割”的教学过程，建议学生自学后，讨论以下问题：
（1）什么是胚胎分割？ 它在畜牧生产上有何意义？
（2）囊胚期的内细胞团有何功能？对囊胚阶段的胚胎进行分割时要注意什么？为什么？
（3）如何进行牛胚胎的分割？
总而言之，教师在教学过程中要注重用自读、设问、讨论等多种形式来引发学生的学习兴趣，防止教师一言堂。具体方法可参见后面的《教学案例》。
关于“胚胎干细胞”的教学过程，建议让学生阅读教材和通过报刊、杂志、互联网等媒体搜集资料，撰写一篇关于胚胎干细胞应用价值的综述，其中要对胚胎干细胞的来源、功能及特点进行说明。写好的综述要在班里交流，并由学生和教师给以评价。
在学习本节时，如果有条件,可组织学生到家畜良种场参观，或请胚胎工程的专家进行专题讲座，以开阔视野，加深认识。
四、答案和提示
（一）思考与探究
1.右图是同学们到某良种场进行参观后，看到的胚胎移植繁育良种奶牛的技术流程示意图。请看图思考并讨论以下各题。
（1）用文字完成下面的流程图。
答：① 对供、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理；③ 配种或人工授精；④ 收集胚胎；⑥ 胚胎移植；⑦ 对受体母畜进行是否妊娠的检查。
（2）应该怎样选择供体公、母牛和受体母牛？在②中，为什么要用促性腺激素处理供体母牛，在促性腺激素处理供体母牛前，为什么需要对供体和受体母牛进行同期发情处理？
答：供体公、母牛应该是具有人类所需的优良遗传性状的个体，而受体母牛必须具有正常的孕育、生殖后代的能力；需要用促性腺激素处理供体母牛是为了引起超数排卵，这样就可以获得较多的胚胎；在促性腺激素处理供体母牛前，对供体和受体母牛进行同期发情处理，才能使它们的生理条件达到同步或一致，使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件。
（3）在右侧的流程图中，哪一步需要进行冲卵？冲卵是把母畜的卵子冲出来吗？
答：第④步需要进行冲卵，冲卵是指将供体母畜体内的受精卵冲出来，而不是把卵子冲出来。
（4）用胚胎移植繁育良种种畜具有哪些实用意义？
提示：胚胎移植可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力。具体表现为：缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵处理和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代。
可在短期大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良工作。
经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交换，代替活畜的引种或进出口。
通过胚胎移植可以人为生产双胎或多胎。
可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。
（二）正文中讨论题
1.在胚胎移植操作中，怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？例如，供、受体的发情时间要一致吗？供体胚胎移入受体子宫的位置，应与在供体内的位置相同或相似吗？
答：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。因此，必须做到供、受体母畜的发情时间一致。同时还要做到移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似，移入胚胎一侧的受体子宫角对应的卵巢必须有黄体存在。
2.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？
答：胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境条件一致性密切相关。只有供、受体生理环境高度一致，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。这样的概括是正确的。
（三）旁栏思考题
对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？
提示：内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，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。
五、知识拓展
1.为什么哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的？
因为哺乳动物发情排卵后，不管雌性动物妊娠与否，都会产生黄体，并维持一段时间，称为黄体期。在这段时间里，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，这就为供体胚胎移入受体子宫内继续发育提供了相同的生理环境。
2.胚胎移植的发展概况怎样？
胚胎移植技术的发展分为实验生物学、家畜试验和畜牧生产三个阶段。
实验生物学阶段的标志是，1890年英国的希普（W. Heape）成功地进行了家兔的胚胎移植。该实验证实了早期胚胎在生理条件一致的受体母兔体内正常发育的可能性。其后在多种实验动物上的成功，为研究者提供了在家畜方面进行试验的经验，首先在羊、猪、牛和马等主要家畜上取得成功，使胚胎移植进入了具有生产意义的畜牧生产领域。
20世纪60年代以来，对胚胎移植技术环节中的胚胎收集、保存和移植等研究取得了很大进展，为这项技术在畜牧生产中的实际应用奠定了基础。
20世纪70年代以后，胚胎移植进入了生产应用阶段。其中牛的胚胎移植技术发展最快，并逐步在奶牛的育种和生产中得到应用。一些国家陆续成立了牛胚胎生产和移植公司，国际国内的胚胎贸易和技术服务广泛开展。
近20年来，在牛的胚胎移植中，技术方法更为简捷、方便、实用。目前已达到一头供体牛平均每次收集到的胚胎经移植可产下2～4头犊牛。
20世纪60年代，我国获得家兔、绵羊、牛、马和山羊的胚胎移植成功。近10年来，牛、羊的胚胎移植在我国部分地区已进入生产应用阶段。
3.为什么说胚胎分割技术也是动物克隆的方法之一？
生物的无性繁殖方式统称为克隆。就胚胎分割技术本身而言，是将同一胚胎分割成几部分，借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代，是一种无性繁殖的方式，因此，也属于动物克隆的一种方法。
4.为什么胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低？
早期胚胎的体积很小，只有在显微镜下才能看到；再者，细胞数目是有限的。分割的份数越多，不但难以做到均等分割，每一份的细胞数会越少，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大。因此，分割的份数越多，技术的难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。
5.胚胎收集的方法有几种？如何操作？
对配种或授精后的供体母畜，经过一段时间就要进行胚胎的收集。其具体操作方法是用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，把位于子宫或输卵管的胚胎冲洗出来，也称冲卵。之后，再进行胚胎质量检查。冲胚胎的时间一般在配种或授精后3～8天进行，这时的胚胎已发育到4～8个细胞以上。
冲卵的方法分为手术法和非手术法两种，胚胎移植技术应用的早期多采用手术法冲卵，目前对于牛、马等大家畜多采用非手术法，而小家畜或实验动物仍然使用手术法。手术法冲卵需按外科手术的要求，在腹部适当部位切口，并迅速找到输卵管和子宫，引出体外。一般用注射器吸取冲卵液，自输卵管的腹腔开口或子宫角注入冲卵液，而从对应的另一端（子宫角或输卵管）插入一条塑料管引出含有胚胎的冲卵液，两侧子宫角要分别冲洗。冲卵确切的部位要根据家畜的种类、配种的时间、胚胎生长的速度和胚胎所在的位置来确定。冲卵液的用量应依据子宫角的容量而定。冲卵操作要力求迅速、准确，防止对生殖器官的损伤和粘连。
对牛、马等大家畜可采用非手术法冲卵，一般是在配种后的第7天用特制的冲卵管进行冲卵。先将冲卵管导入子宫角的适当位置，借助冲卵管外层的气球，固定冲卵管的位置并封闭冲卵部位，防止冲卵液流入生殖道。冲洗时，先将冲卵液注入子宫角封闭部位，经冲洗后再导出，反复进行。
6.胚胎干细胞（ES细胞）的来源和主要特点是什么？
ES细胞来源于早期胚胎，是从早期胚胎细胞中分离出来的。它具有胚胎细胞的特性，体积较小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物任何一种组织细胞。另一方面，在体外培养条件下，ES细胞可不断增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可以进行某些遗传改造。
7.ES细胞的主要用途是什么？
ES细胞可用于研究哺乳动物个体发生和发育的规律，也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。ES细胞通过诱导分化可产生新的组织细胞，用于治疗人类的组织损伤和某些顽症。还可通过ES细胞的体外诱导分化，定向培育人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和移植后免疫排斥的问题。
8.ES细胞的研究历史是怎样的？
ES细胞的研究是从1958年史蒂文斯（Stevens）发现小鼠畸胎瘤细胞（embryonic carcinoma cell，EC）开始的。EC细胞因具有可以分化为生殖细胞和其他细胞的特性而引起人们的注意。研究人员开始寻求从正常小鼠胚胎中分离培养类似EC细胞的可能性。1987年，伊文思（Evans）和考夫曼（Kaufman）历时8年，从延迟着床的小鼠胚胎中分离得到了ES细胞，当时用两人名字的第一个字母命名为EK细胞。从此以后，小鼠ES细胞的分离技术逐渐成熟，成为研究小鼠胚胎发育不可缺少的技术环节。1988年，德奇曼（Doetschman）等建立了仓鼠的ES细胞系。1994年，惠勒（Wheeler）和罗伯特（Robert）的研究小组分别用胚胎和原始生殖细胞（primadial germ cell，PGC）培养获得了猪的ES细胞。1998年，美国威斯康星大学汤姆森（Thomson）等人利用不同的方法分别从人的体外受精囊胚和PGC中分离得到了人的全能ES细胞。人的ES细胞的分离成功引起了生物和医学界的密切关注，为在体外培养人类所需的组织细胞，取代病人体内坏死组织细胞，治疗各种疑难病症提供了新的途径。
一、教学目标
1.简述哺乳动物的精子和卵子的发生及受精过程。
2.简述哺乳动物的胚胎发育过程及其主要特点。
3.认同胚胎工程建立及发展的意义。
二、教学重点和难点
1.教学重点
（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。
2.教学难点
（1）哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用的概念和生理功能。
（2）哺乳动物胚胎发育各阶段的主要特点。
三、教学策略
本节是本专题的起始课，课文的导入方式对激发学生的学习热情具有重要作用。本节可用题图或其他有关的背景材料导入，通过背景材料引出胚胎工程的概念。关于《科技探索之路──胚胎工程的建立》，建议用学生快速阅读和教师讲述有机结合的教学方式（快速阅读可使学生集中注意力，提高学生自学的能力，有助于理解课文）。教师首先指导学生在规定时间读完一遍教材，然后，将每段的第一句和最后一句重新快速阅读一遍，再从读过的段落和句子中试着分析和理解下面的问题：
（1）胚胎工程的建立可大致分为几个阶段？在每一个阶段中，胚胎工程技术有什么重大突破？这些重大突破对推动生产力的发展有什么作用？
（2）为什么说胚胎移植技术的成功和应用带动和加速了体外受精技术的研究？
（3）美籍华人科学家张明觉在动物生殖生理学上有什么重大发现？这个发现对促进胚胎工程实现产业化有何意义？
（4）通过胚胎工程的建立过程，你如何认识科学、技术、社会三者之间的关系？
为了帮助学生更好地分析和理解问题，教师可组织学生分小组讨论交流。最后，由小组推选一人，或由教师随机地选择学生来讲解这些问题。当发言的学生讲完后，其他学生可以补充。教师的讲述着重于对学生的讨论发言进行总结和评价。要明确指出，研究胚胎工程的百年发展史，能增加我们对胚胎工程研究过程的了解，从中领悟科学的发展就是不断“发现问题—提出问题—设计实验—进行实验—得出结论”的探究过程。同时，也使我们看到，胚胎工程的研究每取得一项突破，都会给畜牧业、医学的发展带来一次飞跃；而畜牧业、医学的每一次飞跃发展，又都会给胚胎工程带来新的课题，促进胚胎工程的发展。科学、技术与社会就是在这种相互影响中得到发展的，但是，应该知道，科学基础理论的研究在推动技术进步中具有核心作用。
为了使学生对胚胎工程的技术有一个全面的了解，建议教师简单介绍一下体细胞克隆、转基因等技术与胚胎工程的内在联系，或者请学生自己查找资料去了解。关于胚胎工程技术在畜牧业生产、医学及保护濒危动物等实践中具有的重要作用，要以生动的实例进行表述，以引起学生的求知欲。
关于《体内受精》的教学过程，建议在学生已有的“减数分裂”和“受精作用”知识基础上，根据学生和学校的具体情况采用不同的教学方法。
方法一：教师运用多媒体、图解等进行讲述。讲述过程中要注重调动学生的主动性，引导“学生自己得出概念，而不是将概念灌输给学生”。例如，让学生自己比较出精子与卵子在发生上的重要区别，总结出哺乳动物的受精过程。
方法二：运用合作探究学习的方法。通过合作探究学习，让学生自己亲身体会并组织所学的知识。教师在运用合作探究学习方法时要注意以下几点：
（1）尽量使每一个学生都有任务，以使他们都能投入到教学活动中去；
（2）运用这种方法进行教学时，教师要敢于打破传统讲述法详尽讲解内容的习惯，要精心、大胆地取舍教材内容，只须让学生充分透彻地掌握基本概念和核心内容；
（3）学习的全过程必须在教师组织和指导下进行，使学生集中注意力， 这样才能取得预期效果；
（4）在对学生进行评价时要坚持评价的结果是能激发和鼓励他们的学习。尽量帮助学生在评价过程中发现自己、肯定自己，让他们感受成功的喜悦。
教师应在上课前几天，将需要探究的内容分成课题，每个课题下还有子课题（可参考前面“教学内容的结构”中的“体内受精和早期胚胎发育”制定子课题）；然后，把课题和子课题随机分发给已指定好的各小组组长，由每个小组长分配给小组成员，要求学生回家阅读教材后，查阅资料，认真准备（教师要建议学生运用多种方式，如图解、 挂图、 多媒体等方式表述课题内容， 并给予协助）。
上课时，教师先请学生将教材中新出现的知识结构提出来，进行解释；然后分小组按下列程序活动：每个学生汇报子课题准备的情况，并提出疑点→小组讨论、解疑→综合课题内容→选出代表→代表上讲台介绍，先介绍课题内容，然后简述资料收集的方法和小组讨论情况→小组成员补充→其他小组同学提问→答疑或争论→小组内部和各小组之间进行评价→教师总结。
关于《胚胎发育》的教学过程，建议教师按教材最后的内容“课外活动：观察蛙受精卵的分裂”，组织课外小组的学生进行观察，并写下观察记录。有条件的学校最好将蛙受精卵的分裂过程拍摄下来。上课时，卵裂期的特点请课外小组的学生讲述，并展示拍摄的照片或录像；胚胎发育的其他时期由教师讲述，讲述时最好运用课件、挂图、模型、多媒体等，以增强直观性。
四、答案和提示
（一）思考与探究
1.以精子的运行途径为线索，设计一幅简图，来说明哺乳动物的受精过程。
提示：哺乳动物的受精过程主要包括精子穿越放射冠、透明带、进入卵黄膜、原核形成和配子融合等步骤（详见教材中的受精过程）。
2.哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？
答：相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂（M I和M II）才能形成精子或卵子。
不同之处：由一个精原细胞分裂最后可产生多个精子；一个卵原细胞最后只能生成一个卵子。精子的形状为蝌蚪状；卵子为球形。多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是在胎儿出生前完成。
3.当你了解到精子需要获能，受精过程中有防止多精入卵的现象时，你是否提出过这样的问题：精子在雌性生殖道内是如何获能的？防止多精入卵的两道防线的形成机制究竟是什么？
答：精液由精子和精清（精浆）两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。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。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是子宫和输卵管。
防止多精入卵主要通过透明带反应和卵黄膜封闭作用两道屏障。在受精过程中，当精子穿越透明带触及卵黄膜时，透明带会立即封闭，阻止后来的精子进入透明带，可看作是防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黄膜会立即拒绝其他精子再进入卵内，可看作是防止多精受精的第二道屏障。其生理、生化机制，请参阅有关专著。
（二）正文中讨论题
【精子的发生】
1.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？
提示：不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的1个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。
2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？
提示：细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。
【卵子的发生】
1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
答：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？
答：是指卵子从卵泡中排出。
3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？
答：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。
【资料分析】
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
答：比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。
2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
答：马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8~16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？请结合本节内容举例说明。
提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。
（三）旁栏思考题
进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？
答：是的。从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成第一次减数分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。
五、知识拓展
1.“精子获能” 现象是如何发现的？ 有什么意义？
美籍华人生殖生物学家张明觉在做兔的体外受精试验时，发现只有从母兔生殖道内取出的精子才能在体外与卵子受精，而取自附睾的精子不能在体外完成受精， 说明精子在受精前需先在母兔生殖道内发生相应的生理变化， 称为精子获能现象。
这一现象使人们很快弄清了精子获能的机理，并找到了精子在体外获能的物质，实现了体外受精。
2.哺乳动物卵巢的结构和功能是怎样的？
卵巢位于雌性动物的腹腔，左、右各有一个，多为椭圆或圆球状。其形状，大小和结构因种类、年龄和生理状态各异。卵巢由实质部和被膜构成。实质部又分为皮质部和髓质部。皮质部靠近被膜，其中储存大量的原始卵泡和处于不同发育阶段的卵泡和卵泡的续产物，主要包括：黄体、白体和闭锁卵泡等。卵巢的髓质部位于卵巢的中间部位，含有纤维结缔组织、血管和神经。需要弄清楚这几个结构关系：卵巢中有卵泡，每个卵泡中有一个卵母细胞。卵泡中的卵母细胞在排卵前都处于第一次减数分裂的前期。
卵巢的主要功能有两个，其一是储备卵泡，排出卵子；其二是产生与生殖有关的激素，如雌激素和孕激素。
3.什么是顶体反应？
获能以后的精子，在雌性动物生殖道与卵子相遇时，会出现精子顶体膨大，精子质膜（外膜）和顶体外膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成精子顶体外膜出现孔洞，使顶体内储存的与受精有关的酶释放出来，参与精子和卵子的受精过程。这种生理现象叫做顶体反应。
4.哺乳动物桑椹胚和囊胚的主要特点是什么？
桑椹胚的细胞数在32个左右，细胞排列致密，形似桑椹，由具有发育全能性的细胞构成。
囊胚则出现细胞分化，聚集于一端个体较大的细胞为内细胞团（ICM），将发育为胎儿本身；沿透明带内壁扩展和排列的个体小的细胞为滋养层细胞，将发育为胎膜和胎盘，为胎儿发育提供营养。
5.什么是透明带反应？
在精子和卵子受精过程中，当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵黄膜时，卵子发出指令（信号），阻止后续的精子进入透明带的一种生理反应，叫透明带反应。它是受精过程中，防止多精入卵继而造成多精子受精的第一道屏障。
6.什么是卵黄膜封闭作用？
当第一个精子进入卵黄膜后，会立即引起卵黄膜的紧缩、增厚，阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精，也叫做多精子入卵阻滞，是防止多精子受精的第二道屏障。多精子入卵的结果将形成多个雄原核与一个雌原核融合完成受精，产生多倍体受精卵，属异常受精现象，意味着受精的失败，不能继续发育和产生后代。
3.2 体外受精和早期胚胎培养
一、教学目标
1.简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。
2.简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。
3.认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。
二、教学难点与重点
1.教学重点
（1）体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。
（2）哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。
2.教学难点
（1）卵母细胞的采集和培养。
（2）精子的采集和获能。
三、教学策略
教学过程一定要根据学生的具体情况、教材的内容、教学的条件综合考虑进行。本节教材是在哺乳动物体内受精和胚胎发育的理论基础上，着重简述哺乳动物体外受精和胚胎早期培养的技术方法。本节内容简单，学生通过阅读基本能明白。另外，由于所讲内容技术性较强，与学生的生活相距较远，不易引起学习兴趣，所以教师可采用探究式的学习方法，以“试管牛”为例，创设出一种新的学习情景，在教师的带领下，让学生以胚胎工程学家的身份出现，亲历其境地去思考和探究“体外受精和早期胚胎培养”的过程，领悟其探究的方法，以达到激发兴趣、培养能力、获取知识的目的。对具体的教学方法建议如下。
教师课前搜集有关“试管牛”技术及其发展的资料，并制作“利用屠宰厂牛卵巢收集卵母细胞，并工厂化生产试管胚胎”的计算机辅助教学软件（或投影片）。同时，教师布置学生搜集有关“试管牛”的资料。
在课堂活动中，教师首先提出问题：“你听说过试管牛、试管羊吗？你知道什么是试管动物技术吗？”从而引出试管动物技术的概念及体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义，提出本节主题。
接着，请学生回忆第一节课的内容，并思考讨论以下各题：
（1）哺乳动物体内胚胎的形成需要经过哪些过程？（精子和卵子的发生—受精—胚胎的发育）
（2）哺乳动物体外胚胎的发育需要完成哪些环节？（获得精子和卵子—体外受精—体外胚胎培养）。在学生讨论出结果的基础上，教师告诉学生，胚胎工程专家就是根据这几个环节来研究哺乳动物体外受精和胚胎早期培养方法的。今天请大家来扮演胚胎工程专家，共同模拟研究“试管牛”工厂化生产的技术流程。
首先，请学生阅读教材；然后教师与学生一起制定研究“试管牛”工厂化生产的技术流程，并拟出以下关于技术流程的研究题目：
（1）卵母细胞的采集和培养；
（2）精子的采集和获能；
（3）受精；
（4）胚胎的早期培养；
（5）画出“试管牛”工厂化生产的技术流程图解（图3-2）
教师让学生自由组合成课题小组，选定研究题目（全部课题都要被不同组选定）。教师指导学生研究的方法：查阅有关资料（可根据教材或利用自己搜集的有关“试管牛”的资料）→研讨、制定技术方法→写出研究报告。
各课题小组按选定的研究课题进行研讨，并写出研究报告。各课题小组的代表公布研究报告，教师与学生共同进行评价。
四、知识拓展
1.卵母细胞采集的方法和操作的要领是什么？
对实验动物小鼠、兔和小家畜猪、羊等卵母细胞采集时，可先用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后在适当的时间从输卵管冲取卵子，并使其直接与获能的精子在体外受精。
第二种方法是从刚屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。
还可以直接从活体动物的卵巢中采集卵母细胞，叫活体采卵。需借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜，直接从活的动物卵巢中吸取卵母细胞。
后两种方法适用于大家畜和大动物。采集的卵母细胞需在体外培养成熟后才能与获能的精子受精。2.如何选择用于体外培养的卵母细胞？
在选择卵母细胞时，无论用哪种方法采集到的卵母细胞，外围一般都应该有数层卵丘细胞所包围，形成一个叫卵丘复合体的结构（COC）。这种结构对于卵母细胞在体外条件下的成熟是十分重要的。在对家畜体外受精的操作中，一般把未成熟的卵母细胞分成A、B、C、D四级。对A级卵母细胞要求是有3层以上的卵丘细胞包围，卵母细胞的细胞质均匀；B级是少于3层卵丘细胞，但卵母细胞质要均匀；C级为没有卵丘细胞包围的卵母细胞，又称裸卵，培养效果很差；D级是退化或死亡的卵母细胞，应淘汰。A、B两类卵母细胞培养效果较好。
3.采集精子的方法有几种？各有什么具体要求？
主要分为假阴道法、手握法和电刺激法。假阴道法是用特制的假阴道，满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求。同时要配备有与供精动物相适应的台畜，训练动物爬跨台畜，借假阴道收集精液。
手握法是通过徒手或戴乳胶手套的手，直接把握雄性动物阴茎，施以适当压力和刺激即可引起射精，并可收集富含精子部分的精液。
电刺激法是采用特制的电极伸入动物的直肠直接刺激位于腰荐部的射精中枢引起射精，此方法只适用于野生或某些经济动物。
此外，对于啮齿类的实验动物可在处死后从附睾尾收集精液。
4.以牛为例，从屠宰场收集卵巢中的卵母细胞进行体外受精的应用效果如何？
目前，从屠宰场废弃的卵巢中，每个卵巢平均可采集10枚左右可用卵母细胞，经体外培养成熟和受精后约可获4枚可用的胚胎，经过移植给受体母牛，最终可得到1～2头犊牛。牛的体外受精胚胎的工厂化生产已在一些发达国家开展。
3.3 胚胎工程的应用及前景
一、教学目标
1.举例说出胚胎移植和胚胎分割。
2.认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。
3.关注胚胎工程的研究进展和应用价值。
二、教学难点与重点
1.教学重点
（1）胚胎移植的生理学基础、基本程序和应用。
（2）胚胎分割的应用意义。
（3）胚胎干细胞研究的意义。
2.教学难点
（1）胚胎移植的生理学基础。
（2）胚胎干细胞的概念和分离途径。
三、教学策略
关于“胚胎移植”的教学过程，建议教师选一篇有关的资料发给同学阅读，例如下面的一则报道。
中国首例体细胞克隆牛胚胎移植后代今晨降生
（中新网2003年10月8日电）据胶东在线报道，今天凌晨3时18分，中国首例体细胞克隆牛的胚胎移植后代克隆牛“蓓蓓”在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心实验场呱呱坠地。克隆牛“蓓蓓”是采用最新的玻璃化超快速冷冻技术和超数排卵技术繁殖的新型克隆牛。
今天凌晨，记者和科研人员一起，焦急地等待“蓓蓓”的降生。3时18分，在科研人员的努力下，克隆牛“蓓蓓”终于来到了这个世界。母亲黑白花奶牛“梨花”舐犊情深，忽然发起牛威，不许众人靠近，并用舌头舔干“蓓蓓”湿湿的黑色毛皮。“蓓蓓”开始睁开眼睛，怯生生地看着四周关心它的人们。凌晨4时左右，在母亲的帮助和周围人们的鼓励下，“蓓蓓”终于颤悠悠地站了起来，并在母亲的帮助下开始行走。科研人员费了好大的劲才遏制住了母亲的牛劲，开始对刚降生的“蓓蓓”进行科学测量。经测量，“蓓蓓”体长66 cm，身高78 cm，胸围81 cm，心律188次/min，体温39 ℃，体重33 kg，各项生理指标正常。
克隆牛“蓓蓓”是我国成功繁殖的首例和第二例胎儿皮肤上皮细胞克隆牛“康康”和“双双”的后代。2001年，我国研究人员对“康康”和“双双”进行了超数排卵处理，于2003年1月2日，从“双双”体内采集到13枚符合国际胚胎移植标准的可用胚胎（这是国际上首次对体细胞克隆牛进行超数排卵处理试验并获得可用胚胎）。研究人员将这些标准胚胎经过玻璃化超快速冷冻处理后，移植到中国黑白花奶牛“梨花”的子宫内，结果获得妊娠。
采用超数排卵技术和玻璃化超快速冷冻技术的“蓓蓓”的降生证明，体细胞克隆牛“康康”和“双双”与正常繁殖母牛一样对外来激素具有较好的应答能力；体细胞克隆牛经超数排卵获得的胚胎移植后，具有正常的发育成胎儿的能力；“蓓蓓”的降生，证明了我国体细胞克隆技术已达到世界前列。采用超数排卵技术会给畜牧业带来巨大的变革，会促使良种克隆牛快速繁育得到实现，这一切将大大地带动畜牧业产业化的发展。
名词解释
玻璃化超快速冷冻技术：它是最简洁、最快速的胚胎冷冻保存技术，冷冻过程不超过1 min，不需要昂贵的程控冷冻仪器，是促进胚胎移植产业化的关键技术之一。该项目采用玻璃化冷冻体细胞克隆牛胚胎移植产犊，在世界上尚属首例。
超数排卵：也简称“超排”，是指将供体母牛经激素处理，使其发情，并能排出数量较多的发育成熟的卵子，经合理的人工授精方法，可以获得数量较多的可移植胚胎。
在学生阅读后，教师指导学生分组讨论：什么是胚胎移植？教师在学生得出胚胎移植概念的基础上，引导学生完善概念。然后让学生通过阅读教材了解胚胎移植的现状，总结胚胎移植的意义。有关“胚胎移植的生理学基础”的四点内容，教师要重点讲述，并指导学生分析“为什么胚胎移植要在动物发情排卵后一段时间内进行”，以使学生了解胚胎移植的原则，为学生理解胚胎移植基本程序奠定基础。有关“胚胎移植的基本程序”内容，建议阅读教材后，让学生进行概述，这时教师要注意指导学生理解每一步技术操作的作用。
关于“胚胎分割”的教学过程，建议学生自学后，讨论以下问题：
（1）什么是胚胎分割？ 它在畜牧生产上有何意义？
（2）囊胚期的内细胞团有何功能？对囊胚阶段的胚胎进行分割时要注意什么？为什么？
（3）如何进行牛胚胎的分割？
总而言之，教师在教学过程中要注重用自读、设问、讨论等多种形式来引发学生的学习兴趣，防止教师一言堂。具体方法可参见后面的《教学案例》。
关于“胚胎干细胞”的教学过程，建议让学生阅读教材和通过报刊、杂志、互联网等媒体搜集资料，撰写一篇关于胚胎干细胞应用价值的综述，其中要对胚胎干细胞的来源、功能及特点进行说明。写好的综述要在班里交流，并由学生和教师给以评价。
在学习本节时，如果有条件,可组织学生到家畜良种场参观，或请胚胎工程的专家进行专题讲座，以开阔视野，加深认识。
四、答案和提示
（一）思考与探究
1.右图是同学们到某良种场进行参观后，看到的胚胎移植繁育良种奶牛的技术流程示意图。请看图思考并讨论以下各题。
（1）用文字完成下面的流程图。
答：① 对供、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理；③ 配种或人工授精；④ 收集胚胎；⑥ 胚胎移植；⑦ 对受体母畜进行是否妊娠的检查。
（2）应该怎样选择供体公、母牛和受体母牛？在②中，为什么要用促性腺激素处理供体母牛，在促性腺激素处理供体母牛前，为什么需要对供体和受体母牛进行同期发情处理？
答：供体公、母牛应该是具有人类所需的优良遗传性状的个体，而受体母牛必须具有正常的孕育、生殖后代的能力；需要用促性腺激素处理供体母牛是为了引起超数排卵，这样就可以获得较多的胚胎；在促性腺激素处理供体母牛前，对供体和受体母牛进行同期发情处理，才能使它们的生理条件达到同步或一致，使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件。
（3）在右侧的流程图中，哪一步需要进行冲卵？冲卵是把母畜的卵子冲出来吗？
答：第④步需要进行冲卵，冲卵是指将供体母畜体内的受精卵冲出来，而不是把卵子冲出来。
（4）用胚胎移植繁育良种种畜具有哪些实用意义？
提示：胚胎移植可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力。具体表现为：缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵处理和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代。
可在短期大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良工作。
经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交换，代替活畜的引种或进出口。
通过胚胎移植可以人为生产双胎或多胎。
可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。
（二）正文中讨论题
1.在胚胎移植操作中，怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？例如，供、受体的发情时间要一致吗？供体胚胎移入受体子宫的位置，应与在供体内的位置相同或相似吗？
答：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。因此，必须做到供、受体母畜的发情时间一致。同时还要做到移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似，移入胚胎一侧的受体子宫角对应的卵巢必须有黄体存在。
2.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？
答：胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境条件一致性密切相关。只有供、受体生理环境高度一致，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。这样的概括是正确的。
（三）旁栏思考题
对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？
提示：内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，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。
五、知识拓展
1.为什么哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的？
因为哺乳动物发情排卵后，不管雌性动物妊娠与否，都会产生黄体，并维持一段时间，称为黄体期。在这段时间里，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，这就为供体胚胎移入受体子宫内继续发育提供了相同的生理环境。
2.胚胎移植的发展概况怎样？
胚胎移植技术的发展分为实验生物学、家畜试验和畜牧生产三个阶段。
实验生物学阶段的标志是，1890年英国的希普（W. Heape）成功地进行了家兔的胚胎移植。该实验证实了早期胚胎在生理条件一致的受体母兔体内正常发育的可能性。其后在多种实验动物上的成功，为研究者提供了在家畜方面进行试验的经验，首先在羊、猪、牛和马等主要家畜上取得成功，使胚胎移植进入了具有生产意义的畜牧生产领域。
20世纪60年代以来，对胚胎移植技术环节中的胚胎收集、保存和移植等研究取得了很大进展，为这项技术在畜牧生产中的实际应用奠定了基础。
20世纪70年代以后，胚胎移植进入了生产应用阶段。其中牛的胚胎移植技术发展最快，并逐步在奶牛的育种和生产中得到应用。一些国家陆续成立了牛胚胎生产和移植公司，国际国内的胚胎贸易和技术服务广泛开展。
近20年来，在牛的胚胎移植中，技术方法更为简捷、方便、实用。目前已达到一头供体牛平均每次收集到的胚胎经移植可产下2～4头犊牛。
20世纪60年代，我国获得家兔、绵羊、牛、马和山羊的胚胎移植成功。近10年来，牛、羊的胚胎移植在我国部分地区已进入生产应用阶段。
3.为什么说胚胎分割技术也是动物克隆的方法之一？
生物的无性繁殖方式统称为克隆。就胚胎分割技术本身而言，是将同一胚胎分割成几部分，借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代，是一种无性繁殖的方式，因此，也属于动物克隆的一种方法。
4.为什么胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低？
早期胚胎的体积很小，只有在显微镜下才能看到；再者，细胞数目是有限的。分割的份数越多，不但难以做到均等分割，每一份的细胞数会越少，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大。因此，分割的份数越多，技术的难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。
5.胚胎收集的方法有几种？如何操作？
对配种或授精后的供体母畜，经过一段时间就要进行胚胎的收集。其具体操作方法是用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，把位于子宫或输卵管的胚胎冲洗出来，也称冲卵。之后，再进行胚胎质量检查。冲胚胎的时间一般在配种或授精后3～8天进行，这时的胚胎已发育到4～8个细胞以上。
冲卵的方法分为手术法和非手术法两种，胚胎移植技术应用的早期多采用手术法冲卵，目前对于牛、马等大家畜多采用非手术法，而小家畜或实验动物仍然使用手术法。手术法冲卵需按外科手术的要求，在腹部适当部位切口，并迅速找到输卵管和子宫，引出体外。一般用注射器吸取冲卵液，自输卵管的腹腔开口或子宫角注入冲卵液，而从对应的另一端（子宫角或输卵管）插入一条塑料管引出含有胚胎的冲卵液，两侧子宫角要分别冲洗。冲卵确切的部位要根据家畜的种类、配种的时间、胚胎生长的速度和胚胎所在的位置来确定。冲卵液的用量应依据子宫角的容量而定。冲卵操作要力求迅速、准确，防止对生殖器官的损伤和粘连。
对牛、马等大家畜可采用非手术法冲卵，一般是在配种后的第7天用特制的冲卵管进行冲卵。先将冲卵管导入子宫角的适当位置，借助冲卵管外层的气球，固定冲卵管的位置并封闭冲卵部位，防止冲卵液流入生殖道。冲洗时，先将冲卵液注入子宫角封闭部位，经冲洗后再导出，反复进行。
6.胚胎干细胞（ES细胞）的来源和主要特点是什么？
ES细胞来源于早期胚胎，是从早期胚胎细胞中分离出来的。它具有胚胎细胞的特性，体积较小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物任何一种组织细胞。另一方面，在体外培养条件下，ES细胞可不断增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可以进行某些遗传改造。
7.ES细胞的主要用途是什么？
ES细胞可用于研究哺乳动物个体发生和发育的规律，也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。ES细胞通过诱导分化可产生新的组织细胞，用于治疗人类的组织损伤和某些顽症。还可通过ES细胞的体外诱导分化，定向培育人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和移植后免疫排斥的问题。
8.ES细胞的研究历史是怎样的？
ES细胞的研究是从1958年史蒂文斯（Stevens）发现小鼠畸胎瘤细胞（embryonic carcinoma cell，EC）开始的。EC细胞因具有可以分化为生殖细胞和其他细胞的特性而引起人们的注意。研究人员开始寻求从正常小鼠胚胎中分离培养类似EC细胞的可能性。1987年，伊文思（Evans）和考夫曼（Kaufman）历时8年，从延迟着床的小鼠胚胎中分离得到了ES细胞，当时用两人名字的第一个字母命名为EK细胞。从此以后，小鼠ES细胞的分离技术逐渐成熟，成为研究小鼠胚胎发育不可缺少的技术环节。1988年，德奇曼（Doetschman）等建立了仓鼠的ES细胞系。1994年，惠勒（Wheeler）和罗伯特（Robert）的研究小组分别用胚胎和原始生殖细胞（primadial germ cell，PGC）培养获得了猪的ES细胞。1998年，美国威斯康星大学汤姆森（Thomson）等人利用不同的方法分别从人的体外受精囊胚和PGC中分离得到了人的全能ES细胞。人的ES细胞的分离成功引起了生物和医学界的密切关注，为在体外培养人类所需的组织细胞，取代病人体内坏死组织细胞，治疗各种疑难病症提供了新的途径。