教学设计专题3

专题3 胚胎工程

3．1体内受精和早期胚胎发育（第1课时）

一、教学目标：

知识与技能：

简述精子的发生过程。 简述卵子的发生过程。 哺乳动物的胚胎发育。 过程与方法：

关于受精作用，在已经学习“减数分裂”的基础上，运用多媒体、图解讲述 情感、态度、价值观：

认同胚胎工程的意义，体会运用合作探究学习的成果。

二、教学重点与难点

教学重点：

哺乳动物精子和卵子的发生。 哺乳动物的受精过程。 哺乳动物的胚胎发育。 教学难点：

哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜反应。

三 、教学过程

【导入新课】：克隆牛“蓓蓓”的问世，在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心实验室呱呱落地，“蓓蓓”为什么这么受关注？什么是胚胎移植？本章就讲述的内容。 1．胚胎工程的概念

(1) 操作对象：早期胚胎或配子。

(2)技术手段：体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。

(3)特点：经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。

(4)理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。 2．精子的发生 (1)场所：睾丸。

(2)时期：从初情期开始，到生殖机能衰退为止。 (3)过程：

(4)变形过程中细胞发生的变化[连线]：

【思考与讨论】

1．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？

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。

3.卵子的发生

(1) 场所：卵巢和输卵管内。

(2)时期：动物的胚胎在性别分化以后。 (3)过程：

【思考与讨论】

1．刚排出的卵子是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？

提示：(1)刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进

一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。(2)排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。

2．判断卵子是否受精的标志是什么？

提示：卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已完成了受精。

四：小结

1．精子和卵子发生的比较 项目 场所 时间 精子发生 睾丸的曲细精管 初情期后 卵子发生 卵巢(MⅠ)和输卵管(MⅡ) MⅠ：雌性动物排卵前后 MⅡ：精卵结合过程中完成 区别 过程 ①MⅠ、MⅡ连续； 特点 ②需要变形； ③细胞质均等分配 结果 相同点 形成4个精子 ①MⅠ、MⅡ不连续； ②不需要变形； ③细胞质不均等分配 形成1个卵细胞和3个极体 ①原始生殖细胞的增殖为有丝分裂；②生殖细胞的成熟过程为减数分裂；成熟过程均经一次复制和两次分裂，子细胞中染色体数目减半 五、课堂检测：

哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程，只有在促性腺激素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图(N表示染色体组)。

据图分析，下列叙述错误的是( ) A．次级卵母细胞形成的过程需要激素调节 B．细胞Ⅲ只有在精子的作用下才能形成成熟卵子 C．Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ细胞分裂后期染色体数目相同 D．培育转基因动物应选择细胞Ⅳ作为受体细胞

六、教学反思：

3．1体内受精和早期胚胎发育（第2课时）

一、教学目标：

知识与技能：

哺乳动物的胚胎发育。 过程与方法：

关于受精作用，在已经学习“减数分裂”的基础上，运用多媒体、图解讲述 情感、态度、价值观：

认同胚胎工程的意义，体会运用合作探究学习的成果。

二、教学重点与难点

教学重点：

哺乳动物的胚胎发育。 教学难点：

哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜反应。 哺乳动物胚胎发育的各阶段的主要特点。

三、教学过程：

【导入新课】复习精子的发生、卵细胞的发生。

（一）受精过程： 1．概念

受精是精子与卵子结合形成合子的过程。 2．场所

雌性动物的输卵管内完成。 3．过程

【思考与讨论】精子成熟后，是否就具有受精的能力？并说明原因。

提示：不是。精子需要在雌性生殖道内发生相应的生理变化：呼吸速率增强、膜代

谢加强、运动形式改变等，才能获得受精的能力。

准备??精子获能：在生殖道内获能

?

?卵子的准备：发育到MⅡ中期才有受精能力阶段?

4．受精过程中的重要生理反应

【观看视频】受精作用过程，思考下列问题： （1）．顶体反应有什么作用？

提示：形成精子穿越放射冠和透明带的通路。

（2）防止多精入卵受精的生理反应有哪些？有什么意义？

提示：(1)两道屏障，一是透明带反应，二是卵细胞膜反应。(2)防止多精入卵，保证

受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性

【师生总结】：受精过程的重要过程与反应：

(1)顶体反应：获能后的精子与卵子相遇时，精子释放出顶体酶，直接溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。

(2)透明带反应：精子经孔道穿越透明带，接触卵细胞膜，随即产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应。

(3)卵细胞膜反应：当精子与卵细胞膜接触时，立即被卵细胞膜表面的微绒毛抱合，随后，精子外膜和卵细胞膜相互融合，精子入卵。此时卵细胞膜立即发生卵细胞膜反应，阻止其他精子再进入卵内。

(4)雌、雄原核形成：

①雄原核形成：精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂，随后形成新的核膜，最后形成雄原核。

②雌原核形成：被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核。 (5)合子形成：两核充分发育后，相向移动，彼此接触，体积缩小 、合并，形成一个含二倍染色体的合子。

[特别提醒]

(1)成熟的生殖细胞并不代表具有受精的能力，成熟的精子必须获能后才具备受精能力，而排出的卵子本身就不是成熟的生殖细胞。

(2)雌、雄原核不能理解成卵细胞、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。

(3)将从卵巢中取出的卵母细胞用于体外受精时，应在体外人工模拟的输卵管环境中进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。

(4)判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体，而受精完成的标志是雌、雄原核融合成合子。

（二）、早期胚胎发育的过程及各阶段特点 受精卵

①细胞分裂方式：有丝分裂??

卵裂期?②细胞数量增多

??③胚胎总体积不增加或略有缩小

?①细胞数目为32个左右?

桑椹胚?

?②细胞都具有全能性?

①细胞开始出现分化??内细胞团：发育为胎儿各种组织??囊胚?②结构?滋养层细胞：发育为胎膜和胎盘???囊胚腔：内含液体?

①外胚层：由内细胞团表层的细胞形成??

原肠胚?②内胚层：由内细胞团下方的细胞形成

??③原肠腔：由内胚层包围的囊腔【思考与讨论】

1．根据卵裂的特点分析，卵裂期每个细胞体积、有机物总量、有机物种类如何变化？

提示：每个细胞体积减小，有机物总量减少，有机物种类增加。 2．结合教材P67“资料分析”思考：

(1)表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？

提示：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？

提示：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。

[巧学妙记] 早期胚胎发育过程歌诀

受精卵，先卵裂(卵裂期)； 桑椹胚，都全能(全能性)； 囊胚期，分化始(开始分化)； 原肠胚，现胚层(内外胚层)； 胚层现，肠腔原(原肠腔)。

四、小结：

1．受精阶段四步曲

第一步：精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解卵丘细胞之间的物质，透明带反应是防止多精子入卵受精的第一道屏障。

第二步：精子进入卵细胞膜。卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。 第三步：原核形成。雄原核形成和雌原核形成。 第四步：合子形成。雌、雄原核融合形成合子(受精卵)。 2．个体发育的过程和顺序

五、当堂检测：

1.根据哺乳动物受精过程示意图，回答下面的问题：

(1)图中字母表示的结构名称是a.________、b.________、c.________。

(2)图中数字表示的过程是①________、②________、③________、④________。 (3)在精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道发生相应的生理变化，具有了受精能力，这个过程叫做________。卵子一般在排出后都要在____________中进一步成熟，当达到________时，才具备与精子受精的能力。

(4)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，合子只由一个精子和卵子结合的生理基础是________________________________________________________________________。 2.下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，请据图回答问题：

(1)写出各个阶段的名称：

A．________，B.________，C.________。 (2)写出图中各标号的名称：

[2]________，[4]________，[5]________，[7]________，[8]________。

(3)A时期的细胞具有发育上的__________性，B时期开始出现__________，C时期开始出现__________。

(4)[2]将来发育成________________。

六、教学反思：

3.2体外受精和早期胚胎培养

一、教学目标：

知识与技能：

简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。 简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。 认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。 过程与方法：

搜集有关“试管牛”技术及其发展资料，讨论并制定“试管牛”工程化流程图。 情感、态度、价值观：

重视理论联系实际，达到所学知识的融汇贯通。

二、教学重点与难点

教学重点：

哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。 教学难点：

卵母细胞的采集和培养。 精子的采集和获能。

三、教学过程：

【新课导入】 （一）试管动物：

阅读课本，找出试管动物的概念。

(1)概念：试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。

(2)主要技术手段：体外受精、早期胚胎的培养和胚胎移植。 (3)应用：主要用于良种动物的快速大量繁殖。 （4）试管动物技术与克隆(核移植)技术的比较

主要技术手段 实例 试管动物 体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植 试管牛 克隆动物 核移植、胚胎移植 “多利”羊

过程 遗传特点 继承了双亲(提供精子和卵子的个体)的遗传性状 的亲本一致 全部性状几乎与提供细胞核[特别提醒] 试管动物与克隆动物的不同 ①起点不同：试管动物是受精卵，克隆动物是经核移植后的重组细胞。 ②遗传来源不同：试管动物来源于双亲，克隆动物主要来源于供核一方。 ③生殖方式不同：试管动物为有性生殖，克隆动物为无性生殖。

（二）．卵母细胞的采集和培养

阅读课本内容，分组讨论、完成下列表格： 采集方法 采集过程 用促性腺激素处理，使其输卵管冲取法 排出更多的卵子，然后从输卵管中冲取卵子 从已屠宰母畜的卵巢中采集 从刚屠宰雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞 借助超声波探测仪、内窥活体采卵 镜或腹腔镜等工具，直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞 （三）.精获能

【学生活动】．思考与讨论：由超数排卵处理采集的卵母细胞为什么可直接与获能的精子受精？从卵巢中采集的卵子为什么不能与获能精子直接受精？

提示：由超数排卵处理采集的卵母细胞已在体内发育成熟，不需培养可直接

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 大家畜或大型动物，如牛 培养 无需体外培养，可直接与获能的精子在体外受精 适用动物 实验动物，如小鼠、兔、猪等 与获能的精子受精；卵巢中卵子不成熟，需要培养到减数第二次分裂中期时才具有受精能力。

(1)精子的采集[连线]：

(2)精子的获能： 方法 培养法 化学诱导法 （四）.受精

(1)过程：

操作过程 将精子放入人工配制的获能液中使其获能 将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能 适用动物 啮齿动物、家兔及猪等动物 牛、羊等家畜

(2)场所：获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。

精子的采集和获能的区别 过程 精子的采集 人为地使动物精子从体内射出然后收集 精子获能 采集后的精子进行人工处理，使其获得受精能力 放入人工配制的获能溶液中培养或用化学药物诱导 方法 假阴道法、手握法和电刺激法等 [特别提醒] 精子获能是指精子获得与成熟卵母细胞进行受精的能力，而不是获得能量。（五）．培养液的成分

无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。 [巧学妙记] 巧记早期胚胎培养的培养液成分

①“两盐”：无机盐和有机盐；②“两素”：维生素和激素；③“两酸”：氨基酸和核苷酸；④水和血清。

2．培养的目的

(1)精子和卵细胞在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。

(2)当胚胎发育到适宜的阶段时，进行受体移植或冷冻保存。 3．胚胎移植的时间

(1)牛、羊一般在桑椹胚阶段或囊胚阶段进行移植。

(2)人的体外受精胚胎，即试管胚胎，可在8～16个细胞阶段移植。

四、本节小结：

1..精子的采集和获能的区别

过程 精子的采集 人为地使动物精子从体内射出然后收集 精子获能 采集后的精子进行人工处理，使其获得受精能力 放入人工配制的获能溶液中培养或用化学药物诱导 方法 假阴道法、手握法和电刺激法等 2．胚胎早期培养液(发育培养液)成分与动物细胞培养液成分的比较

项目 盐类 营养物质 调节物质 特有成分 3．试管牛工厂化生产的技术流程 动物胚胎培养液 无机盐、有机盐 氨基酸、核苷酸 维生素、激素 血清 动物细胞培养液 无机盐、微量元素 糖、氨基酸 促生长因子 血清、血浆

(1)结果：实现良种牛的快速、大量繁殖。

(2)所用技术：体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。

五．当堂检测

1．体外受精常采用的采卵方法有( )

①用促性腺激素处理后，从输卵管冲取卵子 ②化学诱导法 ③电刺激法 ④从活体动物卵巢中吸取卵母细胞

A．①② B．②③ C．①④

D．③④。

2．控制哺乳动物的性别对于畜牧生产有着十分重要的意义。目前，分离精子技术是有效的性别控制方法。例如，牛的含X染色体的精子的DNA含量比含Y染色体的精子的DNA含量高出4%左右，利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛(如下图所示)。

根据以上信息回答下列相关问题：

(1)图中过程①采集精子时，常采用________法，获得的精子经_______诱导后才能受精。 (2)图中过程③通常采用________技术。在这个过程中________的精子与卵子相遇时，首先发生________反应释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质。防止多精入卵的生理反应有___________________________________________________________________。

(3)在体外培养受精卵时，除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还需要提供______________气体以维持______________。

(4)为了确保得到所需性别的试管牛，往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定，请举出

一种对早期胚胎进行性别鉴定的方法：__________________________________________。

六．教学反思：

3.3胚胎工程的应用及前景

一、教学目标：

知识与技能：

简述胚胎移植和胚胎分割。 胚胎移植在胚胎工程中的地位和应用。

关注胚胎工程的研究进展和应用价值。 过程与方法：

搜集胚胎工程研究进展的资料。 情感、态度、价值观：

认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。 关注胚胎工程的研究进展和应用价值。

二、教学重点与难点

教学重点：

胚胎移植的生理学基础、基本程序和应用。 教学难点：

胚胎分割的方法、应用和价值。

三、教学过程：

【新课导入】

复习哺乳动物的“体外受精”和早期胚胎培养的有关内容。 【新课内容】 一、胚胎移植 1．概念

移植对象 移植条件 供体 受体 实质 2.意义 (1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

(2)大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量。 3．生理学基础及相应意义

生理学基础 意 义 雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎 同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内 在胚胎移植中提供胚胎的个体 在胚胎移植中接受胚胎的个体 生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程 同种动物的供、受体排卵后生殖器官的生理变化是相同的 早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境 为胚胎的收集提供了可能 为胚胎在受体内的存活提供了可能 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，为移植后代胚胎继续发育提供了营养但其遗传特性不受任何影响 4.基本程序和方法：

(1)程序：

等方面的保障

【思考与讨论】请同学们分组讨论，回答下列问题：

1．仔细观察教材P77牛胚胎移植流程图，思考以下问题：

(1)胚胎移植时为什么两次使用激素？

提示：第一次用激素对供、受体进行同期发情处理，第二次用激素用于供体

的超数排卵。

(2)冲卵是在胚胎移植过程中的哪一步？冲卵指的是冲出卵子吗？

提示：第④步需要进行冲卵。冲卵是指将供体母畜体内的早期胚胎冲出来，

而不是把卵子冲出来。

(3)胚胎移植过程中需要进行几次检查？检查内容分别是什么？

提示：两次检查。第一次在冲卵后，对胚胎进行质量检查；第二次对受体母

牛进行是否妊娠的检查。

2．胚胎移植的繁殖方式一定是有性繁殖吗？为什么？

提示：不一定。胚胎移植的繁殖方式取决于胚胎是由受精卵形成的，还是由

核移植技术形成重组细胞发育而成的。若由受精卵形成的，则为有性繁殖，否则

为无性繁殖。

二．胚胎分割 (1)概念：

对象 方法 目的 特点 实质

(2)操作过程：

早期胚胎 机械方法 获得同卵双胎或多胎 来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质 胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一

三．胚胎干细胞

(1)来源：由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。 (2)特点：①形态上：体积小、细胞核大、核仁明显。

②功能上：具有发育的全能性。

③体外培养条件下，可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可进行遗传改造。

(3)应用：①可以用于治疗人类的某些顽症。②可以培育出人造组织器官，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。③是研究体外细胞分化的理想材料。④可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。

【思考与讨论】：

请同学们分组讨论，回答下列问题：

1．胚胎分割有什么意义？为什么要在桑椹胚或囊胚期进行分割？

提示：胚胎分割的意义是提高胚胎利用率。处理的时期是桑椹胚期或囊胚期，

因为此时还未出现细胞的分化(具有全能性)。

2．阅读教材P78胚胎分割的发展简史，想一想早期胚胎能不能无限分割。

提示：不能。实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性有限，目

前以二分胚的分割和移植成功率最高。

3．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，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，它是发育成胚胎本身的基础细胞，

其他细胞为滋养层细胞，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，则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

四、本节小结：

(1)过程：

? ↓

?在显微镜下切割胚胎或采用酶处理桑椹胚的细胞

↓?

分割胚胎或细胞移植给受体或体外培养到囊胚阶段? ↓

?移植到受体内，着床发育产仔

2．胚胎干细胞的培养过程

将发育良好的胚胎移入含操作液的培养皿中

3．胚胎干细胞的种类

(1)胚胎发育过程中不同干细胞的发育分化过程：

受精卵→全能干细胞→多能干细胞→专能干细胞 (2)三种干细胞的比较： 名称 全能干细胞 具有形成机体的任何组织特点 或器官直至形成完整个体的潜能 举例 应用 胚胎干细胞 用于病人的器官移植等 多能干细胞 具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体 造血干细胞 造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液专能干细胞 只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞 神经干细胞 通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症 病等的有效手段 五、当堂检测： 牛胚胎移植的基本程序如下图，请据图回答：

(1)图中a、b、c过程分别是指________、________、________。

(2)在胚胎移植过程中，供、受体母牛选择好后，要用动物激素进行同期发情处理，这样处理的原因是________________，以保证移植的胚胎能够继续正常发育。

(3)为了提高牛胚胎的利用率，常采取的方法是________；处理的时期是________________________________________________________________________。

(4)下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是( )

A．胚胎移植可以定向改造动物遗传性状，③需移植到发情的母牛子宫内发育 B．A细胞不一定是受精卵细胞 C．①②两个胚胎具有不同遗传物质

D．图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段

六、教学反思：

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