胚胎工程-電子教案

1、專題3 胚胎工程教材學情分析；在普通高中生物課程標準的內(nèi)容標準中，“胚胎工程”是選修3“現(xiàn)代生物技術(shù)專題”模塊的第3個專題。該專題涉及胚胎工程的理論基礎(chǔ)，胚胎工程的基本技術(shù)及原理。胚胎工程的應用與前景，以及胚胎干細胞的研究和應用對生命基礎(chǔ)科學研究的重大作用等內(nèi)容。本專題的主線是從胚胎工程的理論基礎(chǔ)到技術(shù)基礎(chǔ)，再到應用及發(fā)展，因此哺乳動物精子和卵子的發(fā)生、受精過程及胚胎發(fā)育、哺乳動物體外受精技術(shù)的主要操作步驟、胚胎移植的生理學基礎(chǔ)及基本程序和應用、胚胎分割的實踐意義、胚胎干細胞研究的意義是教學的重點；哺乳動物受精過程中精子的獲能與頂體反應及兩道屏障的概念及特點、哺乳動物胚胎發(fā)育各階段的主要特點、

2、胚胎移植的生理學基礎(chǔ)與基本程序、胚胎干細胞的培養(yǎng)方法與分離途徑是教學的難點。盡管在必修部分學習了細胞器的結(jié)構(gòu)與功能、減數(shù)分裂等內(nèi)容，但是要對精卵發(fā)生中精子的變形、卵泡的形成及排卵、卵子成熟的兩次減數(shù)分裂場所及時間等有關(guān)內(nèi)容進行全面深入的介紹及拓展，還是有一定難度的，特別是有些內(nèi)容與必修部分不一致，如卵細胞形成中的減數(shù)第二次分裂是在受精過程中完成的，并且有些哺乳動物減數(shù)分裂中極體的數(shù)量是兩個而不是三個，因為有些哺乳動物的第一極體不進行減數(shù)第二次分裂形成兩個第二極體，這些內(nèi)容既是重點也是難點。學情分析；學生在必修二的學習中已經(jīng)學到了相關(guān)減數(shù)分裂合生殖細胞的形成以及受精作用等內(nèi)容，所以學生對于這個專

3、題的學習有一定的基礎(chǔ)。能從胚胎工程的整個格局來分析問題，也就是學習這一節(jié)的目的是為后面學習其它技術(shù)打基礎(chǔ)，體外受精做好準備的，如自然受精體外受精，受精卵發(fā)育及進入子宮胚胎移植。就是有一個總體觀，不象以往就是為了上課而上課，將其分開來。另外也能帶著學生一同來分享整個過程。第一節(jié) 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育第一課時教學目標1知識與技能：（1）簡述哺乳動物的精子和卵子的發(fā)生過程2過程與方法：（1） 學生通過閱讀、自學、質(zhì)疑、討論、訓練和總結(jié)等環(huán)節(jié)，逐步提高獨立獲取知識的能力、邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力。（2） 通過學習精卵形成和受精過程，使學生聯(lián)系已有知識，培養(yǎng)學生的知識遷移能力，思維能力。

4、3情感態(tài)度與價值觀：（1）初步培養(yǎng)學生勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神和合作精神。（2）通過向?qū)W生介紹動物精卵細胞的形成，使學生明確對生命奧秘的揭示愈加廣泛和深入，形成終身學習的意識。教學重點、難點：1.教學重點（1）哺乳動物精子和卵子的發(fā)生。2.教學難點（1）哺乳動物精子合卵細胞的發(fā)生過程教學方法：以探究法、談話法和講授法相結(jié)合進行教學。教學課時：1課時教學過程：以提綱的方式引導學生學習“科技探索之路”并組織學生分組探討，從中領(lǐng)悟科學的發(fā)展就是不斷“發(fā)現(xiàn)問題提出問題設計實驗進行實驗得出結(jié)論”的探究過程。（1）胚胎工程的建立可大致分為幾個階段？在每一個階段中，胚胎工程技術(shù)有什么重大突破？這些重大突破對

5、推動生產(chǎn)力的發(fā)展有什么作用？（2）為什么說胚胎移植技術(shù)的成功和應用帶動和加速了體外受精技術(shù)的研究？（3）美籍華人科學家張明覺在動物生殖生理學上有什么重大發(fā)現(xiàn)？這個發(fā)現(xiàn)對促進胚胎工程實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化有何意義？（4）通過胚胎工程的建立過程，你如何認識科學、技術(shù)、社會三者之間的關(guān)系？通過學生交流，教師總結(jié)，引出課題（展示課題：第一節(jié) 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育）。教學中，教師引導學生利用已有知識，指導學生根據(jù)提綱閱讀資料。教學提綱：1高等生物的個體發(fā)育的起點是什么？（參考：受精卵）2一個受精卵是怎樣發(fā)育成一個完整的生物個體？（參考：通過細胞分裂、細胞分化、組織器官的形成，最終成為一個完整的生物個體。）3通常一

6、只母羊只能生12只羊羔，遠不能滿足人們的生活需要。那么，有什么方法可以一般的繁殖方式，可使牛羊等動物快速繁殖呢？（參考：胚胎工程）從學生的交流、探討中提出：什么是胚胎工程？動物的早期胚胎是怎樣進行的？一精子和卵子的發(fā)生：在教師指導學生閱讀資料的基礎(chǔ)上回答如下問題：1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結(jié)合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？提示：不是。可以從兩方面說明這一問題：其一，在自然繁殖的條件下，為了使母畜排出的1個或幾個卵子完成受精，公畜一次射出幾億到幾十億的精子到發(fā)情母畜的生殖道內(nèi)，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機制；其二，在自然條件下

7、，精子從射精部位運行到受精部位，在通過母畜生殖道的過程中，復雜的組織結(jié)構(gòu)和生理環(huán)境將對精子進行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。2.精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結(jié)構(gòu)會消失，而細胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？提示：細胞核和線粒體都是精子結(jié)構(gòu)中的重要部分。其中，細胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復制的場所，也是參與精、卵結(jié)合和后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是精子進行有氧呼吸分解營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生運動能量的場所。精子的線粒體在精子形成過程中

8、，集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機”。1精子的形成：（1） 場所：睪丸的曲細精管（示圖）（2） 時期：從初性期到生殖機能衰退。（3） 過程：（引導學生閱讀資料，得出結(jié)論）見下圖1個2N、2V多個2N、2V精原細胞精原細胞有絲分裂初級精母細胞1個染色體復制2N、4V第一階段2個次級精母細胞減數(shù)第一次分裂每個為N、2V4個精子細胞減數(shù)第二次分裂每個為N、V第二階段4個精子變形第三階段教師引導學生閱讀相關(guān)的資料，進行分組討論，最后歸納總結(jié)：1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？答：正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。2.排卵是指卵子從卵泡中排出，還

9、是指卵泡從卵巢中排出？答：是指卵子從卵泡中排出。3.剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？答：剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成第一次減數(shù)分裂，需要在輸卵管內(nèi)進一步成熟，直到第二次減數(shù)分裂的中期才能與精子結(jié)合完成受精過程。排出的卵子是在輸卵管內(nèi)與精子受精的。2卵子的發(fā)生：（1） 場所：卵巢（2） 過程：胎兒期卵原細胞有絲分裂2N初級卵母細胞初情期后或青春期初級卵母細胞生長透明帶形成2N初級卵母細胞減分裂(M)N次級卵母細胞第一極體減分裂(M) N3）時間：減數(shù)第一次分裂在雌性動物排卵前完成；減數(shù)第二次分裂是在精、卵結(jié)合過程中完成。引導學生回顧必修2有關(guān)受精作用的過程和閱讀教材所

10、給資料，討論、分析歸納總結(jié)出受精的知識要點。第二課時教學目標1知識與技能：（1）簡述哺乳動物的受精過程。（2）簡述哺乳動物的胚胎發(fā)育過程及其主要特點。（3）認同胚胎工程建立及發(fā)展的意義。2 過程與方法：1.學生通過閱讀、自學、質(zhì)疑、討論、訓練和總結(jié)等環(huán)節(jié)，逐步提高獨立獲取知識的能力、邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力。2.通過學習精卵形成和受精過程，使學生聯(lián)系已有知識，培養(yǎng)學生的知識遷移能力，思維能力。3情感態(tài)度與價值觀：（1）初步培養(yǎng)學生勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神和合作精神。（2）通過向?qū)W生介紹動物精卵細胞的形成和受精作用，使學生明確對生命奧秘的揭示愈加廣泛和深入，形成終身學習的意識。教學

11、重點、難點：1.教學重點（1）哺乳動物的受精過程。（2）哺乳動物的胚胎發(fā)育。2.教學難點（1）哺乳動物受精過程中精子的獲能、頂體反應、透明帶反應、卵黃膜封閉作用的概念和生理功能。（2）哺乳動物胚胎發(fā)育各階段的主要特點。教學方法：以探究法、談話法和講授法相結(jié)合進行教學。教學課時：1課時教學過程：以復習方式導入新課二受精：1概念：指精子與卵子結(jié)合形成合子（即受精卵）的過程。2場所：輸卵管3受精前的準備階段：（1）精子獲能：精子必須在雌性動物的生殖道中發(fā)生相應的生理變化后，才能獲得受精能力。（2）卵子的準備：卵子在輸卵管中發(fā)育到減數(shù)第二次分裂中期，才具備與精子受精的能力。4受精階段：（1） 精子穿越

12、放射冠和透明帶；（2） 精子進入卵黃膜；（3） 雄、雌原核形成；（4） 雄、雌原核的融合，產(chǎn)生受精卵。5生理意義：（1）維持各種生物前后代體細胞中染色體數(shù)目的恒定；（2）對于生物的遺傳變異和生物進化是十分重要的。引導學生閱讀教材中的資料分析、討論，歸納總結(jié)出相關(guān)結(jié)論并引入課題。1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高？答：比較而言，馬的胚胎進入子宮時發(fā)育程度最高，其次為小鼠。2.將體外培養(yǎng)的馬胚胎移植到母馬子宮時，應選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？答：馬應選擇囊胚階段的胚胎。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在816細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中

13、通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植。3.為什么說關(guān)于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)？請結(jié)合本節(jié)內(nèi)容舉例說明。提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解哺乳動物自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。本節(jié)涉及的哺乳動物體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育都是在自然條件下的特點和規(guī)律，人們正是在認識了這些自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟；精子能在體外完成獲能；獲能精子和成熟卵母細胞能在試管內(nèi)完成受精；體外受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等，這些都有賴于體內(nèi)自然條件下的基礎(chǔ)研究成果。教師引導學生回顧青蛙個體發(fā)育的過程和放動畫觀察，引出新課題。三胚胎發(fā)育：（見下圖）

14、受精卵2細胞4細胞8細胞桑椹胚內(nèi)細胞團滋養(yǎng)層囊胚透明帶 哺乳動物受精卵的發(fā)育 囊胚腔原腸胚受精卵在輸卵管內(nèi)進行有絲分裂卵裂期在透明帶內(nèi)進行有絲分裂，細胞數(shù)目增加，但總體積不變桑椹胚由具全能性的細胞構(gòu)成；細胞數(shù)約32個，排列緊密。囊胚內(nèi)細胞團：滋養(yǎng)層細胞：原腸胚出現(xiàn)原腸腔和三個胚層，細胞開始分化，形成組織、器官、系統(tǒng)胎兒形成小結(jié)： 作業(yè)； 板書 第二節(jié) 體外受精和早期胚胎培養(yǎng)教學目標：1知識目標：（1）簡述哺乳動物體外受精技術(shù)的主要操作步驟。（2）簡述哺乳動物胚胎的早期培養(yǎng)方法。（3） 認同體外受精在家畜快速繁殖中的重要意義。2態(tài)度觀念目標：（1）初步培養(yǎng)學生勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神和合作精神。

15、（2）通過向?qū)W生介紹試管動物的基本操作過程和早期胚胎的培養(yǎng)，使學生明確對生命的意義，樹立正確的世界觀和人生觀。3能力目標：（1）學生通過閱讀、自學、質(zhì)疑、討論、訓練和總結(jié)等環(huán)節(jié)，逐步提高獨立獲取知識的能力、邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力。（2）通過學習體外受精和早期胚胎培養(yǎng)及其基本操作方法，使學生聯(lián)系已有知識，培養(yǎng)學生的知識遷移能力，思維能力。教學重難點：1.教學重點（1）體外受精在家畜快速繁殖中的重要意義。（2）哺乳動物體外受精技術(shù)的主要操作步驟。2.教學難點（1）卵母細胞的采集和培養(yǎng)。（2）精子的采集和獲能。教學方法：教師通過引導學生自學、討論、分析和探究方法、談話法等結(jié)合進行教學

16、。教學課時：1課時教學過程：教師活動：提供相關(guān)材料材料一：我國目前每頭奶牛年平均產(chǎn)奶量為3000kg左右，而國際上良種奶牛年平均產(chǎn)奶量達10000kg，而每頭良種成年奶牛需要3萬5萬元，如此高昂的價格使我們不能大量引進。根據(jù)上述材料，你有何辦法既可提高牛卵母細胞的利用率，又可讓引進的良種奶?？焖俚卮罅糠敝衬?？根據(jù)上述材料，讓學生進行分析、探討并引出教學課題。一試管動物技術(shù)：概念（略）教師引導學生回顧上節(jié)課內(nèi)容：（1）哺乳動物體內(nèi)胚胎的形成需要經(jīng)過哪些過程？（參考：精子和卵子的發(fā)生受精胚胎的發(fā)育）（2）哺乳動物體外胚胎的發(fā)育需要完成哪些環(huán)節(jié)？（參考：獲得精子和卵子體外受精體外胚胎培養(yǎng)）。在學生討

17、論出結(jié)果的基礎(chǔ)上，教師告訴學生，胚胎工程專家就是根據(jù)這幾個環(huán)節(jié)來研究哺乳動物體外受精和胚胎早期培養(yǎng)方法的。今天請大家來扮演胚胎工程專家，共同模擬研究“試管?！惫S化生產(chǎn)的技術(shù)流程。引導學生閱讀教材資料和圖片，讓學生自己制作“試管牛”的操作流程和擬出關(guān)于操作流程的研究項目：（1）卵母細胞的采集和培養(yǎng)；（2）精子的采集和獲能；（3）受精；（4）胚胎的早期培養(yǎng)；（5）畫出“試管?！惫S化生產(chǎn)的技術(shù)流程圖解（見下圖）具體教學板書：二體外受精：1概念：2原理：人工模擬體內(nèi)環(huán)境（包括營養(yǎng)、溫度、PH等），使初級卵母細胞成熟和精子獲能，最終完成受精和胚胎保存。3主要操作步驟：（1）卵母細胞的采集：方法一：對

18、小型動物一般采用促性腺激素處理，排卵后直接從輸卵管中沖取卵子直接與獲能的精子在體外受精。方法二：對大型動物一般采用從活體的卵巢中吸取卵母細胞，經(jīng)體外人工培養(yǎng)成熟后與獲能的精子在體外受精。（2）精子的采集和獲能：采集方法：假陰道法、手握法和電刺激法等獲能方法：培養(yǎng)法和誘導法（3）受精：獲能精子和成熟卵子在共同培養(yǎng)一段時間后便可受精。三胚胎的早期培養(yǎng)：1培養(yǎng)的目的：檢測受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。2培養(yǎng)液的成分：水、無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸以及動物血清等。3移植方式：（1） 冷凍保存；（2） 移植到受體動物子宮內(nèi)培養(yǎng)。教學小結(jié)：讓學生簡述體外受精中精子、卵子的采集和精子的獲能以

19、及胚胎早期的培養(yǎng)方法。教學后記：通過上節(jié)知識的學習，學生對這節(jié)內(nèi)容的掌握程度較好，能很快理解和應用相關(guān)知識解答一些知識性問題。如有機會，應帶學生參觀光明農(nóng)場的奶牛場。作業(yè)； 板書；第三節(jié) 胚胎的應用及前景教學目標：1知識目標：（1）舉例說出胚胎移植和胚胎分割。（2）認同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。（3）關(guān)注胚胎工程的研究進展和應用價值。2態(tài)度觀念目標：（1）引導學生了解胚胎工程的發(fā)展前景和現(xiàn)實生產(chǎn)實踐中的應用，激發(fā)學生養(yǎng)成勇于探索和不斷創(chuàng)新的精神。（2）通過向?qū)W生介紹胚胎工程的應用及前景，激起學生為社會建設而努力奮斗的決心，同時激勵學生樹立遠大的理想。3能力目標：（1）學生通過閱讀、自學

20、、質(zhì)疑、討論、訓練和總結(jié)等環(huán)節(jié)，逐步提高獨立獲取知識的能力、邏輯思維能力、綜合分析問題和實際應用的能力。（2）通過學習胚胎工程的基本操作方法，使學生聯(lián)系已有知識，培養(yǎng)學生的知識遷移能力，思維能力和創(chuàng)新能力。教學重難點：1.教學重點（1）胚胎移植的生理學基礎(chǔ)、基本程序和應用。（2）胚胎分割的應用意義。（3）胚胎干細胞研究的意義。2.教學難點（1）胚胎移植的生理學基礎(chǔ)。（2）胚胎干細胞的概念和分離途徑。教學方法：探究法、談話法、講授法及引導學生閱讀材料、分析、討論相結(jié)合教學課時：2課時教學過程：教師讓學生閱讀教材上的資料、分析、討論、歸納。在學生閱讀后，教師指導學生分組討論：什么是胚胎工程技術(shù)？什

21、么是胚胎移植？一胚胎工程技術(shù)：1概念：2類型：胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)、早期胚胎培養(yǎng)（即體外胚胎生產(chǎn)）等技術(shù)。二胚胎移植：1概念：將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。也就是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程。2、胚胎移植的生理學基礎(chǔ)（條件）：（1）供體和受體具有相同的生理環(huán)境；（2）早期胚胎處于游離狀態(tài),為胚胎的收集提供了可能； （3）受體對移入子宮的胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥（4）供體胚胎與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系,且移入受體的胚胎的遺傳物質(zhì)不會改變。學習

22、探究：（1）在胚胎移植操作中，怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環(huán)境保持一致？供體胚胎移入受體子宮的位置，應與供體內(nèi)的位置相同或相似嗎？提示：同種哺乳動物在發(fā)情排卵后的生理環(huán)境是一致的。（2）胚胎移植實質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。你認為這樣的概括正確嗎？良種供體母牛受體母牛同期發(fā)情處理（雌激素）超數(shù)排卵同種良種公牛配種沖卵質(zhì)量檢查、培養(yǎng)胚胎移植妊娠檢查分娩（胚胎移植的犢牛）提示：胚胎移植的成功率的高低與供體、受體的生理環(huán)境條件的一致性密切相關(guān)。只有供、受體生理環(huán)境高度一致，移入的胚胎才能被接受，才能繼續(xù)發(fā)育。（3）胚胎移植的基本操作程序是怎樣的呢？引導學生分組討論、總結(jié)得

23、出課題。3胚胎移植的基本程序：（見下圖）（1）供體與受體的選擇和處理（2）配種或人工受精（3）胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存（2）大量節(jié)省購買種畜的費用（4）胚胎胚胎移植及移植后檢查4胚胎移植的意義（1）加速育種工作和品種改良（3）一胎多產(chǎn)（4）保存品種資源和瀕危物種（5）充分發(fā)揮優(yōu)良個體的繁殖潛能學習探究材料：通過體外受精、早期胚胎的培養(yǎng)及胚胎移植技術(shù)，可以大幅度提高哺乳動物的繁殖能力，但對胚胎的利用率還是相對較低，那么，有什么辦法可以進一步提高胚胎的利用率呢？引導學生閱讀材料和教材內(nèi)容，引出課題。三胚胎分割：1概念：采用機械方法將早期胚胎切割成2等份,4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。2理論基礎(chǔ)：細胞的全能性3物質(zhì)基礎(chǔ)：每個細胞核內(nèi)具有相同的遺傳物質(zhì)4特點：每個后代具有相同的遺傳特性?？寺?胚胎的選擇：發(fā)