高中生物人教版 (2019)选择性必修3胚胎工程的理论基础教学设计

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3胚胎工程的理论基础教学设计，共12页。
1.概述胚胎形成经过的过程（生命观念）。
2.说出受精的含义及受精过程（生命观念）。
3.简述早期胚胎发育的基本过程（生命观念）。
二、教学重难点
【教学重点】1.受精的基本过程。2.胚胎早期发育的基本过程。
【教学难点】1.受精过程中精子和卵子的生理变化。
三、教学过程
【导入新课】
PPT展示：从社会中来.
我国对奶类的总需求量很大，但与奶业发达的国家相比，我国奶牛的单产水平还存在一定差距。奶牛品种是影响产奶量的主要因素之一，而引进一头成年奶牛往往需要数万元，高昂的价格使得靠大量引进优良品种来提高产量不太可行。能不能让引进的优良奶牛快速、大量繁殖呢？遗憾的是，牛的生育率很低，一头母牛一胎一般只产一头犊牛，一生约生育四五次。如何解决这个难题呢？
学生：观看图片和资料，结合刚学过的动物细胞工程相关知识，思考问题，解决问题。
提示：可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
创设情境，让学生利用所学知识，提出解决问题方法，引导学生思考，激发他们的社会责任感。
教师：组织学生阅读教材，引导学生从从操作对象、技术种类、实质和理论基础等方面分析及概括胚胎工程概念。
胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
1.操作对象：生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞。
2.技术种类：体外受精、胚胎移植、胚胎分割。
3.工程实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
4.理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。
进而引出本节所学内容——胚胎工程的理论基础
【新课学习】
（一）受精
阅读课本中受精前的两个准备阶段，思考受精的场所在哪里？精子和卵子分别需要做怎样的准备？
教师：组织学生自主学习，简述受精的概念、场所及基本过程。
学生：自主学习，归纳、总结，进行展示。
1.概念：指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。
2.场所：输卵管
3.过程
探究一：受精作用（小组合作，问题探讨）
请回答有关受精过程的相关问题：
（1）受精过程中卵子的哪些结构发生生理反应可以防止多精入卵？这有什么意义？
提示：透明带和卵细胞膜。防止多个精子进入卵子，导致胚胎染色体数目变异，从而引起发育异常等现象。
（2）在动物体内卵细胞与精子结合发生的场所在哪？受精后将会一直在这里发育吗？
提示：输卵管。受精卵发育到一定阶段，就会移入子宫内继续发育。
（3）受精卵中的遗传物质父母双方各占一半，对吗？
不对。受精卵中染色体中的遗传物质双亲各占一半，但受精卵细胞质中的遗传物质来自母方。故受精卵中的遗传物质来自母方的要多于父方。
（4）精母细胞在变成精子的过程中，很多结构会消失，而细胞核与线粒体都保留了下来，请尝试用你所了解的哺乳动物受精的相关知识来解释这一现象。
提示：细胞核和线粒体都是精子结构中的重要组成部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，参与精卵结合，是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产生能量的主要场所，精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘，可以为精子的运动提供能量，使其能够到达卵子处完成受精。
知识梳理：受精的基本过程
受精是精子和卵细胞结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段。在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。
1.准备阶段1——精子获能
（1）概念：刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，即精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获得受精能力的现象。这一生理现象称为“精子获能”。
①使精子获能的方法有直接利用雌性动物生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。
②获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。
③精子的变形过程
（2）研究精子获能机制的意义：通过对精子获能机制的研究，科学家找到了使精子在体外获能的方法，为体外受精技术的建立奠定了重要基础。
不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体型大小无关。
展示成熟精子和几种主要家畜的精子示意图：
2.准备阶段2——卵子的准备
展示卵子的形成过程示意图：
（1）卵子一般在排出2～3 h后才能被精子穿入。
（2）动物排出的卵子成熟程度不同：有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等。
（3）卵子成熟的场所：排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟。
（4）卵子具备与精子受精能力的时期：MⅡ期。
3.受精阶段
展示哺乳动物受精过程示意图：
（1）精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带，释放出多种酶，以溶解这些结构）
获能后的精子和卵子相遇时，首先它释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助自身的运动接触卵细胞膜。在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。
（2）精子接触卵细胞膜，进入卵细胞
（透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带）
精子触及卵细胞膜的瞬间，发生透明带反应，阻止多精入卵。精子与卵细胞膜接触时，立即被微绒毛抱合，精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。
（3）精子入卵后形成雌雄原核
精子入卵（卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内）
形成雄原核、雌原核，释放第二极体（精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。与此同时，被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核）
（4）雌雄原核融合形成受精卵（雌、雄原核靠近，核膜消失，形成受精卵）
雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。
注意说明：
受精的标志：透明带和卵细胞膜之间有两个极体。
多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体，观察到的两个极体为一个第一极体和一个第二极体。
受精完成的标志：雌雄原核形成合子。
（二）胚胎早期发育
1.胚胎早期发育的场所：输卵管和子宫
2.胚胎早期发育的过程
展示哺乳动物胚胎的早期发育示意图：
教师：组织学生自主学习，简述胚胎早期发育的基本过程。
学生：自主学习，归纳、总结，进行展示。
探究二：胚胎早期发育（小组合作，问题探讨）
请思考回答有关胚胎早期发育的问题：
（1）哺乳动物个体发育的起点是什么？其胚胎发育的整个过程发生的场所是在哪里？
哺乳动物个体发育的起点是受精卵。胚胎发育的整个过程发生的场所是在输卵管和子宫。
（2）卵裂中“卵”与“裂”分别指什么？在哪个部位进行，有哪些变化？
卵裂中“卵”指受精卵，“裂”指有丝分裂。卵裂在透明带中进行。细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加。
（3）胚胎发育过程中开始出现细胞分化的阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪些时期？细胞分化的原因是什么？
开始出现细胞分化的阶段是囊胚期。细胞分化最显著的阶段是原肠胚的三个胚层分化形成各种组织、器官。细胞分化的原因是细胞内基因的选择性表达。
（4）内细胞团出现于什么时期？内细胞团是否具有全能性？
内细胞团出现于囊胚期。内细胞团还具有全能性。
（5）胚胎发育卵裂期细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么？
有机物：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而胚胎一直呼吸消耗，有机物总量减少。
细胞中DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。细胞数目和体积：胚胎总体积并不增加，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
知识梳理：胚胎早期发育的过程
1.卵裂
（1）概念：受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
（2）场所：透明带内。
（3）分裂方式：有丝分裂。
（4）特点：细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加。每个细胞体积不断变小，DNA总数目不断增加，每个细胞的核DNA数目不变，有机物总量减少，有机物种类增加。
根据胚胎形态的变化，可将早期发育的胚胎分为以下几个阶段。
2.桑椹胚
（1）概念：当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。
（2）特点：细胞数目达到32个，排列紧密，形似桑椹。这一阶段及之前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。
3.囊胚
（1）概念：胚胎进一步发育，细胞逐渐分化，形成内细胞团（将来发育成胎儿的各种组织）、滋养层细胞（将来发育成胎膜和胎盘）；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔——囊胚腔，这个时期的胚胎叫做囊胚。
（2）孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。
4.原肠胚
囊胚孵化后，将发育形成原肠胚。原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层。随着发育的进行，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层。这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。
思考讨论：不同动物受精卵发育的比较
不同动物受精卵发育及其进入子宫的时间有明显的差异。请分析下表，讨论相关问题。
几种动物受精卵发育及其进入子宫的时间表。
讨论：
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
提示：比较而言马的际脸进入于官时，发育程度最高，它处于囊胚阶段。
2.将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
提示：小鼠应选择至少发育到桑找胚阶段的胚胎进行移植。牛在自然情况下，胚胎虽然一平可在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，在实践中通常用发有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？请结合所学习的内容举例说明。
提示：胚胎工程的许多技术都是在了解了哺乳动物在自然条件下受精和胚胎早期发育规律的基础上实现的。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，才使郭母细胞能在体外成熟，精子能在体外完成获能，获能的精子和培养成熟的卵子能在试管内完成受精，获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育等。
四、板书设计
2.3.1 胚胎工程的理论基础