1、人教版高中生物选修3现代生物科技专题三胚胎工程教学设计专题三 胚胎工程第一节 体内受精和早期胚胎发育教学目标1知识目标：（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。2态度观念方面：（1）初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。（2）通过向学生介绍动物精卵细胞的形成和受精作用，使学生明确对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入，形成终身学习的意识。3能力方面：（1） 学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。（2） 通过学习精卵形成和受精
2、过程，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力。教学重点、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。教学方法：以探究法、谈话法和讲授法相结合进行教学。教学课时：2课时教学过程：以提纲的方式引导学生学习“科技探索之路”并组织学生分组探讨，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。（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
3、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？通过学生交流，教师总结，引出课题（展示课题：第一节 体内受精和早期胚胎发育）。教学中，教师引导学生利用已有知识，指导学生根据提纲阅读资料。教学提纲：1高等生物的个体发育的起点是什么？（参考：受精卵）2一个受精卵是怎样发育成一个完整的生物个体？（参考：通过细胞分裂、细胞分化、组织器官的形成，最终成为
4、一个完整的生物个体。）3通常一只母羊只能生12只羊羔，远不能满足人们的生活需要。那么，有什么方法可以一般的繁殖方式，可使牛羊等动物快速繁殖呢？（参考：胚胎工程）从学生的交流、探讨中提出：什么是胚胎工程？动物的早期胚胎是怎样进行的？一精子和卵子的发生：在教师指导学生阅读资料的基础上回答如下问题：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
5、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
6、。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”。1精子的形成：（1） 场所：睾丸的曲细精管（示图）（2） 时期：从初性期到生殖机能衰退。（3） 过程：（引导学生阅读资料，得出结论）见下图教师引导学生阅读相关的资料，进行分组讨论，最后归纳总结：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
7、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。2卵子的发生：（1） 场所：卵巢（2） 过程：（3）时间：减数第一次分裂在雌性动物排卵前完成；减数第二次分裂是在精、卵结合过程中完成。引导学生回顾必修2有关受精作用的过程和阅读教材所给资料，讨论、分析归纳总结出受精的知识要点。二受精：1概念：指精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。2场所：输卵管3受精前的准备阶段：（1）精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道中发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。（2）卵子的准备：卵子在输卵管中发育到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。4受精阶段：（1
8、） 精子穿越放射冠和透明带；（2） 精子进入卵黄膜；（3） 雄、雌原核形成；（4） 雄、雌原核的融合，产生受精卵。5生理意义：（1）维持各种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定；（2）对于生物的遗传变异和生物进化是十分重要的。引导学生阅读教材中的资料分析、讨论，归纳总结出相关结论并引入课题。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816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
9、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。教师引导学生回顾青蛙个体发育的过程和放动画观察，引出新课题。三胚胎发育
10、：（见下图）小结：本节知识点的关键在于明确精卵的形成和受精过程的特点。课后记：本节的知识在学生已有的必修2精、卵形成的减数分裂过程、受精作用及青蛙的胚胎发育过程基础上进行学习，学生较易掌握，也很快理解相关的知识点。但对青蛙的受精卵的发育过程的观察，因条件限制未能进行实际观察，只能以动画形式播放了。第二节 体外受精和早期胚胎培养教学目标：1知识目标：（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。2态度观念目标：（1）初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。（2）通过向学生介绍试管动物的基本操作过程和早期
11、胚胎的培养，使学生明确对生命的意义，树立正确的世界观和人生观。3能力目标：（1）学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。（2）通过学习体外受精和早期胚胎培养及其基本操作方法，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力。教学重难点：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。教学方法：教师通过引导学生自学、讨论、分析和探究方法、谈话法等结合进行教学。教学课时：1课时教学过程：教师活动：提供相关材
12、料材料一：牛刚出生时，每侧卵巢大约含有15万个卵泡，每个卵泡内都有一个初级卵母细胞。出生后能够发育成熟排卵的卵泡只有200个左右，一生产下犊牛45头。可见哺乳动物一生中卵母细胞的有效利用率很低。材料二：我国目前每头奶牛年平均产奶量为3000kg左右，而国际上良种奶牛年平均产奶量可达10000kg，而每头良种成年奶牛需要3万5万元，如此高昂的价格使我们不能大量引进。根据上述材料，你有何办法既可提高牛卵母细胞的利用率，又可让引进的良种奶牛快速地大量繁殖呢？根据上述材料，让学生进行分析、探讨并引出教学课题。一试管动物技术：概念（略）教师引导学生回顾上节课内容：（1）哺乳动物体内胚胎的形成需要经过哪些
13、过程？（参考：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？（参考：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。引导学生阅读教材资料和图片，让学生自己制作“试管牛”的操作流程和拟出关于操作流程的研究项目：（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（见下图）具体教学板书：二体外受精：1概念：2原理：
14、人工模拟体内环境（包括营养、温度、PH等），使初级卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。3主要操作步骤：（1）卵母细胞的采集：方法一：对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后直接从输卵管中冲取卵子直接与获能的精子在体外受精。方法二：对大型动物一般采用从活体的卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能的精子在体外受精。（2）精子的采集和获能：采集方法：假阴道法、手握法和电刺激法等获能方法：培养法和诱导法（3）受精：获能精子和成熟卵子在共同培养一段时间后便可受精。三胚胎的早期培养：1培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。2培养液的成分：水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、
15、核苷酸以及动物血清等。3移植方式：（1） 冷冻保存；（2） 移植到受体动物子宫内培养。教学小结：让学生简述体外受精中精子、卵子的采集和精子的获能以及胚胎早期的培养方法。教学后记：通过上节知识的学习，学生对这节内容的掌握程度较好，能很快理解和应用相关知识解答一些知识性问题。如有机会，应带学生参观光明农场的奶牛场。第三节 胚胎的应用及前景教学目标：1知识目标：（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。2态度观念目标：（1）引导学生了解胚胎工程的发展前景和现实生产实践中的应用，激发学生养成勇于探索和不断创新的精神。（2）通过
16、向学生介绍胚胎工程的应用及前景，激起学生为社会建设而努力奋斗的决心，同时激励学生树立远大的理想。3能力目标：（1）学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、综合分析问题和实际应用的能力。（2）通过学习胚胎工程的基本操作方法，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力和创新能力。教学重难点：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。教学方法：探究法、谈话法、讲授法及引导学生阅读材料、分析、讨论相结
17、合教学课时：2课时教学过程：教师提供资料，让学生阅读、分析、讨论、归纳。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
18、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
19、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。附件：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
20、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：什么是胚胎工程技术？什么是胚胎移植？一胚胎工程技术：1概念：2类型：胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养、早期胚胎培养（即体外胚胎生产）等技术。二胚胎移植：1概念：将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内
21、，使之继续发育为新个体的技术。也就是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。2、胚胎移植的生理学基础（条件）：（1）供体和受体具有相同的生理环境；（2）早期胚胎处于游离状态,为胚胎的收集提供了可能； （3）受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥（4）供体胚胎与受体子宫建立正常的生理和组织联系,且移入受体的胚胎的遗传物质不会改变。学习探究：（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？供体胚胎移入受体子宫的位置，应与供体内的位置相同或相似吗？提示：同种哺乳动物在发情排卵后的生理环境是一致的。（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
22、认为这样的概括正确吗？提示：胚胎移植的成功率的高低与供体、受体的生理环境条件的一致性密切相关。只有供、受体生理环境高度一致，移入的胚胎才能被接受，才能继续发育。（3）胚胎移植的基本操作程序是怎样的呢？引导学生分组讨论、总结得出课题。3胚胎移植的基本程序：（见下图）（1）供体与受体的选择和处理（2）配种或人工受精（3）胚胎的收集、检查、培养或保存（4）胚胎胚胎移植及移植后检查4胚胎移植的意义（1）加速育种工作和品种改良（2）大量节省购买种畜的费用（3）一胎多产（4）保存品种资源和濒危物种（5）充分发挥优良个体的繁殖潜能学习探究材料：通过体外受精、早期胚胎的培养及胚胎移植技术，可以大幅度提高哺乳动
23、物的繁殖能力，但对胚胎的利用率还是相对较低，那么，有什么办法可以进一步提高胚胎的利用率呢？引导学生阅读材料和教材内容，引出课题。三胚胎分割：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理论基础：细胞的全能性3物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质4特点：每个后代具有相同的遗传特性。克隆5胚胎的选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚6基本操作程序：（1）将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿中，在显微操作下用分割针或分割刀片将胚胎分割，或采用胰蛋白酶处理等方式将卵裂中的细胞分散；（2）将分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚期再移
24、植给受体，着床发育产仔。思考与讨论：（1）有人说：胚胎分割的份数越多，产生的后代数量就越多。这种说法正确吗？为什么胚胎分割的份数越多，移植的成功率也越低？提示：早期胚胎体积小，细胞数目少，显微操作难度大；分割份数越多，每份细胞数目少而不均，囊胚期胚胎内细胞团的影响大。因此，分割份数越多，技术难度越大，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。（2）有什么办法可以克隆更多生物个体？由引导学生思考讨论上述问题，引出胚胎干细胞技术。四胚胎干细胞1概念：是指来自人或动物的早期胚胎，具有自我复制、自我更新、高度增殖和多向分化潜能的原始细胞。2特点：（1）形态：体积小，细胞核大，核仁明显。（2
25、）功能：具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。体外培养可增殖不分化。（3）在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。3理论基础：细胞的全能性4干细胞的类型：（见课件）5、主要用途：（1）治疗人类的某些顽症：如脑病（如帕金森症）、治疗脑瘤（癌）、血癌（白血病）等一些顽症。（2）培育出人造组织器官，用于器官移植：成功用干细胞分化出肝细胞、用鸡胚胎干细胞制作心肌片、对自身免疫疾病的治疗（如类风湿病、红斑狼疮等）（3）是研究体外细胞分化的理想材料。课堂小结：引导学生阅读P82“拓展视野”课后记：本节内容着重在于拓宽学生视野，激发求知欲。教学中学生能积极参与讨论，了解到胚胎工程在生产实际中应用及前景。课后也布置了相关的网页资料查找的范围。
