高中生物人教版 (2019)选择性必修3胚胎工程技术及其应用教学设计

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3胚胎工程技术及其应用教学设计，共10页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。
一、教学目标
1.简述体外受精的主要操作步骤。
2.简述胚胎移植的生理学基础和基本流程，说出胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。
3.简述胚胎分割的概念、它涉及的操作和应用的价值。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）胚胎工程的主要技术及其原理。
（2）胚胎工程在生产实践中的应用。
2.教学难点
胚胎工程中胚胎移植的生理学基础和基本操作步骤。
三、教学过程
【本节聚焦】
1.胚胎工程技术主要包括哪些内容？它们的原理分别是什么？
2.胚胎工程在生产实践中有哪些应用？
【导入】你听说过试管牛、试管羊吗？（相关图片展示）
试管动物：是通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植的个体。
【胚胎工程技术】目前在医学和生产中，胚胎工程应用较多的是体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
【一、体外受精】
体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。
知识补充——精子的采集和获能
1.精子的采集：采集精子的方法主要有假阴道法、手握法和电刺激法等。对于个体较大的动物多采用假阴道法采精，而对于小型动物多采用电刺激法采精。
假阴道法采用仿生学的方法，模仿发情雌性动物阴道环境设计装置，该装置能够满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求，同时配有与供精动物相适应的活台畜或假台畜。使用假台畜时，要训练供精动物爬跨台畜，并将精液射人假阴道，以便收集。
手握法不需要任何设备，直接用手握住雄性动物的阴茎，给予适当的压力和刺激，就可引起射精。这种方法适于猪、犬等体形较小、易于控制的家畜。
刺激法是将动物麻醉后，把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。这种方法多用于野生动物或某些经济动物。
2.精子的获能：精子在进行体外受精前需要进行获能处理。精子获能的方法有体内获能和体外获能两种。体内获能可利用自然交配法，交配后从雌性生殖道冲取精子用于受精。由于雌性生殖道获能没有种属特异性，因而还可以从屠宰场取任何动物的子宫或在实验室内取小型动物的子宫给所需动物的精子获能。通常采用的体外获能的方法有培养法和化学诱导法两种：对于啮齿动物、家兔和猪等动物的精子，一般采用培养法，即将取自附睾的精子，放人人工配制的获能液中，培养一段时间后，精子就可获能；对于牛、羊等家畜的精子常采用化学诱导法，即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。
知识补充——卵母细胞的采集：
（1）输卵管采卵(冲取卵子)：利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。适合实验动物(兔、鼠)以及家畜猪、羊等。
（2）屠宰动物的卵巢采卵：从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。适合大型动物或大家畜，如：牛、马等。
（3）活体采卵(卵巢中)：借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞。适合大型动物或大家畜，如：牛、马等。
注意说明：
①精子获能前应离心处理：精液由精子和精浆两部分组成。精浆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。精子获能前进行离心处理，目的是除去精浆以利于精子获能。
②一般情况下，可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于获能溶液或专用的受精溶液中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。
体外受精的意义：提高动物繁殖能力，为胚胎移植提供可用胚胎。
【二、胚胎移植】
1.概念：将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的体内，使之继续发育为新个体的技术。
供体：提供胚胎的个体
受体：接受胚胎的个体
2.胚胎移植的步骤（以牛为例）
供体、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→胚胎的收集→胚胎的检查培养或保存→胚胎的移植→移植后的检查
注意：
①同期发情：一般用激素处理使供体和受体同期发情，以便使受体适时处于可以接受外源胚胎的生理状态。
②超数排卵：应用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
③收集胚胎：用配制的溶液将胚胎从子宫或输卵管中冲洗出来。
{思考·讨论}胚胎移植的生理学基础
结合图示，思考与讨论以下问题：
1．将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理？
提示：不能，检验合格的胚胎需要移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内。对受体进行同期发情处理。
2．受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？
提示：基本上不会发生免疫排斥反应。
3．胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性与供体还是受体保持一致？为什么？
提示：与供体保持一致。
4．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？
提示：正确。
胚胎移植的实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
3.意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；缩短供体繁殖周期，增加一生繁殖后代数量。胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
【三、胚胎分割】
胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份，经移植获得同卵双胞胎或多胎的技术。
胚胎分割需要体视显微镜和显微操作仪。
应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，在盛有操作液的培养皿中进行胚胎分割。选择囊胚进行分割时要注意把内细胞团均等分割。
基本操作程序
①选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中；
②在显微镜下用分割针或分割刀片对胚胎进行分割；
③分割后的胚胎可直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。
还可用分割针分割滋养层，做DNA分析，鉴定性别。
{胚胎分割动态演示}：见课件
【课堂小结】
【练习与应用】
一、概念检测
1. 体外受精和胚胎移植都是在医学和农业 生产上应用较多的胚胎工程技术。判断下列相关 表述是否正确。
(1) 采集来的卵母细胞和精子可以直接用于体外受精。（ × ）
(2) 经胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体保持一致。（ × ）
(3) 进行胚胎移植前，要对供体和受体进行免疫检査，以防止发生免疫排斥反应。
（ × ）
2. 杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点， 成为受广大消费者喜欢的绵羊品种。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示。
(1) 请将图中括号内的内容补充完整。
提示：体外胚胎培养 ； 胚胎移植。
(2) 为了获得数量较多的卵母细胞，可以对雌性杜泊羊进行怎样的处理？
提示：可以对雌性杜泊羊进行超数排卵处理。
(3) 在进行体外受精操作之前，还要对获得的卵母细胞和精子进行怎样的处理？
提示：要对采集到的卵母细胞进行成熟培养，对采集到的精子进行获能处理。
二、拓展应用
北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地, 但由于猖獗的盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛去世，该物种仅剩下两头雌性。在此之前，研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。请回答下列问题。
(1) 我们可以使用哪些现代生物技术来人工繁育北方白犀牛？运用这些技术一定能繁育成功吗？请说出你的理由。
提示：可以使用人工授精、体外受精、胚胎移植、体细胞核移植等技术来人工繁育北方白犀牛。运用这些技术不一定能成功繁育北方白犀牛，因为任何一项技术都不能保证百分之百的成功率，何况现存的北方白犀牛数量极少。
(2) 如果繁育成功，这样人工繁育的种群与 野生种群相比，有什么区别？
提示：这样人工繁育的种群与野生种群相比，遗传多样性会降低，野外生存能力也会下降。
(3) 如果繁育不成功，这一物种将永远从地球上消失，从中我们能得到怎样的教训？
提示：提示：多种多样的生物是生态系统的重要成员，是一个个独特的基因库。任何一个物种的灭绝都可能产生多米诺效应，使其他相关物种受到影响，进而威胁到生态系统的平衡与稳定。保护濒危的野生动物，保护生物多样性刻不容缓。
【评析】
本案例主要具有以下特点。
1.任务驱动学习过程
本案例的教学紧紧围绕“快速、大量繁殖纯种荷斯坦奶牛”的任务展开。首先，布置任务；然后，引导学生回顾所学知识，提出用体外受精技术解决问题的初步思路，并学习技术相关的内容；接着，再通过追问体外受精技术获得的受精卵是否可以在培养液中直接发有成犊牛，引出胚胎移植相关的学习内容；进一步还让学生思考挖掘良种奶牛繁殖潜力的其他方法，从而引出胚胎分割技术的学习内容。教师层层设问，教学环节环环相扣，学生在任务的驱动下逐一学习胚胎工程的技术，并且技术内容的学习也变得不再枯燥，学生仿佛身临其境，更加积极地思考、主动探索。
2.充分利用教材资源
学生很难亲身体验体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术的操作，若教学内容拓展过深过难，不仅学生不易掌握，还容易出现“满堂灌”的情况。教材中的过程示意图直观形象，降低了学习的难度，“思考.讨论”栏目中的问题指向技术的本质，教师充分利用了这些资源，将它们有机融人教学中，既把握了教学内容的深度，又让教学全面覆盖了知识要点。
3.构建合作学习小组
胚胎移植是胚胎工程的重要技术，移植过程涉及的一些生理学基础知识是本节学习的难点。在本案例中教师采用了小组合作学习的方式，让学生共同探讨供体和受体生理状态的同步性、后代的遗传特性等方面的问题，在此基础上再介绍胚胎移植的过程。这种小组合作学习、交流、探讨的方式，提高了学生的参与度和互动性，培养了他们有效沟通的能力和团队合作的意识，使教学在轻松愉快的氛围中进行，值得借鉴。