备课素材：胚胎工程问题释疑-高二下学期生物人教版选择性必修3.docx

胚胎工程问题释疑“胚胎工程”是高中生物学选择性必修三的重点，也是难点。普通高中生物学课程标准( 2017 年版 2020 年修订) 的内容要求中，概念“4.3对动物早期胚胎或配子进行显微操作和处理以获得目标个体”的构建，需要下位概念“4.3.1简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程”和“4.3.2简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术”的支撑，其中前者是后者的理论基础，后者是前者的应用和技术实践。学生学完这节内容，有很多疑惑。1.一个卵原细胞最终产生的极体数是几个 人教版教材认为通常是两个。解决本问题，首先要明确哺乳动物卵细胞发生的过程。卵原细胞在卵巢经多次有丝分裂增殖后，形成初级卵母细胞，开始进行减数分裂，但是它停滞在前期，只有在适当的时间受到卵巢内激素的刺激之后，初级卵母细胞恢复并完成减数第一次分裂，形成次级 卵母细胞和第一极体 。次级卵母细胞迅速进入减数第二次分裂，停滞在中期，等待受精。若受精，次级卵母细胞则继续完成减数第二次分裂，产生一个第二极体，这样一个初级卵母细胞经减数分裂产生一个单倍体的卵子和两个极体。但也有文献认为第一极体也会分裂(图1)：次级卵母细胞受精的同时，第一极体也在进行一次分裂，这意味着最终将产生三个第二极体。因此，可以这样理解：卵细胞受精后产生的第二极体数理论上是三个，实际上往往是两个。有些版本教材(如浙科版) 可能是考虑减数分裂的模式化过程，故呈现三个极体，有些版本( 如人教版) 考虑技术的实际操作，以两个极体为受精完成的观察指标。因此，各个版本教材表述虽然不同，但并无矛盾。2.卵裂有没有明确具体的时间界线一些教师和学生认为教材没有给出卵裂明确具体的时间界线。例如8细胞胚到桑葚胚的细胞分裂是不是卵裂？  桑葚胚到囊胚呢？囊胚到原肠胚呢？翟中和以非洲爪蟾早期胚胎为例阐释卵裂特点，当卵细胞受精以后，第一个细胞周期，即第一次卵裂， 持续时间约75min 。从第二个细胞周期到第12个细胞周期，即从第二次卵裂到第12 次卵裂，每个细胞周期仅持续30 min。从“第 12 次卵裂”的表述来看，卵裂至少持续到第12 次分裂，此时卵裂球已经达到上千个，进入囊胚期。胚胎发育到囊胚，就可以认为卵裂期已经结束了。但哺乳动物的卵裂有独特之处，其中之一是：早期卵裂不同步。不是所有的卵裂球都同时进行卵裂，因此哺乳动物胚胎的细胞数不是成倍增加，而通常是由奇数个细胞组成。哺乳动物由于早期胚胎被透明带包裹，卵裂球在分裂间期无生长过程，仅原受精卵的胞质被不断分到子细胞中，因而随着细胞数目增加，细胞体积逐渐变小，导致核质比例越来越大。没有查找到哺乳动物卵裂持续次数的明确数据，但已知人卵细胞直径约100m，而体细胞通常约为10 20 m，如卵细胞要达到体细胞的核质比时，按模型推算，需经历7 10 次卵裂才可达成 。从 组织学与胚胎学中“ 当( 人) 卵裂球达到 100 个左右时”的表述来看，这个推测是合理的。如果分裂产生的子细胞核质比例稳定在一定范围，意味着卵裂结束。之所以各版教材都没有明确卵裂的次数和界线，因为卵裂球分裂并不同步，所以这个数字和界限比较模糊 。可确定8 细胞阶段到桑葚胚的细胞分裂属于卵裂；从桑葚胚到早期囊胚也属于卵裂；囊胚透明带破裂起的细胞分裂应不再属于卵裂。3.胚胎干细胞是否为全能干细胞浙科版、沪科版教材认为胚胎干细胞是多能干细胞，而北师大版、苏教版则认为是全能干细胞，人教版虽没有下结论，按它对细胞全能性的定义，应指向全能干细胞。胚胎干细胞为囊胚时期内层细胞团的细胞。有学者认为胚胎干细胞是全能性干细胞，具有自我更新、高度增殖和多向分化出成体动物的所有组织和器官，发育形成完整个体的分化潜能。胚胎干细胞是一种经人工操作能够发育成一个新个体的全能性二倍体细胞。也有文献持不同的观点。有学者认为，内细胞团每个细胞都能发育成胚胎中所有类型的细胞，但不能成为滋养层细胞，由于它们可发育成身体中任何类型的细胞，所以，内细胞团有时也被看作为“ 多能母细胞”。还有学者认为，多潜能干细胞通常是指在一定条件下，能分化产生3 个胚层中的各种类型的细胞并形成器官的一类干细胞，如胚胎干细胞和生殖嵴干细胞。综上所述，胚胎干细胞是否具有全能性难以定论，有“全能性干细胞”“ 多能母细胞”“ 多潜能干细胞”之说，因为对全能性的定义略有差异，因此观点也有所不同。侧重技术工程的专家似乎倾向于胚胎干细胞具有全能性，侧重理论研究的专家似乎倾向胚胎干细胞具有多能性。但是相关表述的内容是一致的，对于高中教师而言不必纠结于该名词。4.经超数排卵处理获取的卵母细胞是否需要成熟培养人教版教材认为要进行成熟培养；浙科版、苏教版 认为超排后已是成熟卵母细胞，可以直接受精无需成熟培养；北师大版则举例说明有些动物可不经成熟培养，有些需要在体外培养成熟。不同版本的表述和处理差异很大。未成熟的卵母细胞体外受精不能完成胚胎发育，因为未成熟卵母细胞受精时非常容易发生多精受精，导致染色体倍数异常，胚胎不能发育。体外培养卵母细胞的目的是使之成为成熟卵母细胞。成熟卵母细胞指卵母细胞处于可受精并发育的状态，这个阶段即处于中期，当然还包括细胞质、透明带的状况。大多数哺乳动物排出的是次级卵母细胞，采用超数排卵技术，母体发情后12h，从输卵管中冲取成熟卵子可直接与获能精子受精，因此，超排后采集的卵细胞是不需要进一步培养成熟的。但不同种类动物排出的卵母细胞成熟程度不同，像马、狗、狐的卵母细胞要在排卵后才完成第一次成熟分裂，即它们排出的是初级卵母细胞，此后初级卵母细胞在输卵管中完成减数第二次分裂，停滞在分裂中期。这些动物超排后获得的是初级卵母细胞，需要成熟培养。马卵母细胞核成熟至M期对受精至关重要，但它必须与细胞质成熟同步进行，以保证正常胚胎发育。综合上述，哺乳动物成熟雌性排卵排出的卵母细胞可能处于不同阶段，大多数排出次级卵母细胞，少数排出初级卵母细胞。因此超排后获得的卵母细胞对大多数哺乳动物是成熟的，不需培养可直接受精，而对马、犬科等动物而言，经超数排卵处理后采集的卵母细胞仍需要进一步培养成熟。5.胚胎应处于什么发育时期进行移植关于胚胎移植的时期，各个版本基本认为是桑葚胚期或早期囊胚，但有的提到受精卵可移植，那这种情况常见吗？有的提到人的试管胚胎可在4 细胞阶段移植，那它是移植到输卵管还是子宫？研究表明，各种家畜由体外受精产生的胚胎，在1 2细胞期移植到本种个体输卵管内发育到囊胚期的比例都很高。由此可见受精卵是可以移植的，移植的部位是输卵管。但是直接移植受精卵有风险，因为不确定其发育是否良好，故实践中很少移植受精卵，而是尽可能稍晚一些，观察并选择发育状况良好的胚胎进行移植，以增加成功率。因此，受精卵需要在培养液或输卵管中发育到桑葚胚或囊胚阶段，移植到受体后才能获得较高的妊娠率。不仅是受精卵，卵裂期胚胎也可以移植。有科研资料表明：供体羊发情配种3 d 时，由输卵管采集2 8细胞的胚胎，移植到与供体羊发情同步差在±12h之内的受体羊的输卵管中。另有供体羊发情配种7 d 时，从子宫角中收集致密桑葚胚或囊胚，移植到与供体羊发情同步差在±12h之内的受体羊的子宫角中。妊娠结果显示，2 8细胞的胚胎移植妊娠与桑葚胚或囊胚移植妊娠率分别为 60.00和 55.72 ，差异不显著。对于人的体外受精胚胎移植，有教材认为“ 可在4细胞阶段移植”，在以往很长一段时间里，卵裂期胚胎移植是移植策略的主流选择。随着囊胚培养技术的不断成熟，人们能够将胚胎在体外延伸培养到囊胚阶段，现在对于胚胎移植已经出现了一种策略上的变化，许多生殖中心选择在囊胚阶段移植胚胎，而不是在卵裂阶段。在临床移植卵裂期胚胎或囊胚时，需在腹部B超引导下进行，用特定的移植外管，缓慢推注胚胎至宫腔。由此可见，人的试管胚胎既有卵裂期移植，也有桑葚胚或囊胚阶段移植，通常直接移植到子宫角。胚胎移植的时期选择，只要胚胎发育和子宫内膜发育的实现同步化即可，理论上受精卵至早期囊胚的任一阶段都是可以的，但考虑体外培养的成功率和风险，现胚胎移植时期以桑葚胚期或早期囊胚为主。学科网（北京）股份有限公司