2.3.2胚胎工程技术及其应用教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

优秀教案系列 第3节　胚胎工程 二　胚胎工程技术及其应用 教学分析 · 教学目标 1.简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用。 2.运用胚胎工程的基本概念和原理,对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。 · 评价目标 1.生命观念:理解胚胎工程的基本原理、操作步骤,认同在胚胎工程技术的应用中体现了科学、技术和社会的互动关系。 2.科学思维:运用胚胎工程的原理,对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。 3.社会责任:胚胎工程技术应用于畜牧业、农业、医学等方面,使学生认识到社会的进步离不开科学技术的发展,从而激发他们学习科学技术的热情,培养运用科学技术造福人类的社会责任感和使命感。 · 教学重难点 重点:1.胚胎工程的主要技术及原理。 2.胚胎工程在生产实践中的应用。 难点:胚胎工程中胚胎移植的原理和基本操作步骤。 · 教学方法 1.采取多媒体辅助教学,用多媒体课件展示胚胎工程技术的基本概念、原理以及应用。 2.直观教学法、讲述法、启示法、讨论法等。 · 课时安排 1课时 · 教学准备 白板,学案,PPT等。 教学设计 导入新课 利用良种荷斯坦奶牛进行胚胎分割和蒙古黄牛繁殖良种荷斯坦奶牛的实例,引入胚胎工程。 讲授新课 一、胚胎工程技术 【师】胚胎工程技术包括哪些技术?研究它的意义是什么? 【生】胚胎工程技术的种类有体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 意义:挖掘动物的繁殖潜力。 二、体外受精 【师】根据上节课所学的受精过程,阅读教材,小组讨论,依据下面的图示,完成与体外受精技术的步骤有关的问题。 (1)过程A为　　　　　,从卵巢中获取后需要培养到①　　　　期才能具有受精的能力。  (2)精子的获取过程中,采集的精液先进行②　　　　处理,然后再进行B　　　　后才具有受精的能力。精子获能模拟的场所是雌性生殖道,精子离心处理的目的是去除精液中抑制获能的物质。  (3)获能的精子和成熟的卵子置于适当的　　　　中共同培养,进行过程C　　　　,体外受精模拟的场所是输卵管。  答案 (1)卵母细胞的采集　MⅡ (2)离心　精子获能 (3)培养液　体外受精 【师】从上面可以看出,体外受精的主要步骤有哪些?有何意义? 【生】体外受精技术的主要步骤:卵母细胞的采集、精子的获取和受精。其意义是能够有效提高动物繁殖能力,还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。 【师】体外受精与自然受精有何区别? 项目 自然受精 体外受精 不同点 过程不同 雌雄动物交配完成 人工获取精子、卵母细胞,在体外培养液中完成受精过程 场所不同 雌性动物输卵管中 体外培养液中 相同点 ①精子获能、卵子成熟后完成受精过程;②都是有性生殖 三、胚胎移植 【师】什么是胚胎移植? 【生】胚胎移植是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内,使之继续发育为新个体的技术。 【师】除了体外受精获得胚胎,还有什么方式能得到胚胎? 如:转基因、核移植、胚胎分割、配种或人工授精等方式也可以获得胚胎。 【师】胚胎移植的生理基础有哪些? 胚胎移入的基础 哺乳动物发情排卵后一段时间内,同种动物的供、受体的生理状态是相同的 移入胚胎存活的基础 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 保留遗传特性的基础 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响 【师】以牛胚胎移植为例,需要注意的问题有哪些? 【生】(1)该过程中两次使用激素:第一次对受、供体进行同期发情处理;第二次用于供体的超数排卵。 (2)该过程中的两次检查:第一次对收集的胚胎进行检查;第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。 (3)胚胎移植成功与否要有两个条件:①胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。②进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。 【师】胚胎移植有何意义? 【生】(1)胚胎移植可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。缩短供体本身的繁殖周期。使供体后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。 (2)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。 四、胚胎分割 【师】什么是胚胎分割技术?需要的仪器有哪些? 【生】胚胎分割: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。 所需主要仪器设备:体视显微镜和显微操作仪。 【师】胚胎分割技术的操作对象及要求有哪些? 【生】要选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割。若不能将内细胞团均等分割,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题。 【师】胚胎分割技术的意义有哪些? 【生】(1)促进优良动物品种的繁殖,产生遗传特性相同的后代用于遗传学研究。 (2)在胚胎移植前,进行性别鉴定、遗传病筛查等,对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义。 【师】胚胎移植与胚胎分割技术的比较。 项目 胚胎移植 胚胎分割 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、生理状态相同的雌性动物体内,使之继续发育为新个体的技术 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 移植前 的处理 雌性供体和受体进行同期发情处理,用促性腺激素对雌性供体进行超数排卵处理 选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚 生殖 方式 通过核移植技术获得的胚胎,属于无性生殖;通过体内、外受精获得的胚胎,属于有性生殖 分割后的胚胎具有相同的遗传物质,可看作是无性生殖 作用及意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,大大缩短了供体本身的繁殖周期,提高了繁殖率 评价反馈 学生能够概述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤,运用胚胎工程的基本概念和原理,对生产、生活中的相关问题进行分析与判断。 课堂小结 布置作业 完成学案中的核心素养专练。 教学反思 教材中提供的“牛胚胎移植示意图”是很好的素材,但是由于涉及的环节多,流程图比较复杂,学生很难一次就看懂。教师可以按照流程图的步骤逐步展开,分别针对供体和受体的同期发情处理、胚胎的获取与检查、移植与妊娠检查等环节进行讲解,并适当补充与这些环节有关的图片或视频资料,增加直观性,从而帮助学生理解技术流程。 板书设计 二　胚胎工程技术及其应用 一、胚胎工程技术 二、体外受精 三、胚胎移植 四、胚胎分割 备课资源 一、胚胎工程技术及其应用 1.胚胎的早期培养 精子与卵子在体外受精后,应将受精卵移入培养液中继续培养,以检查受精情况和受精卵的发育能力。合成培养液与共同培养体系被广泛用于早期胚胎的体外培养。 (1)合成培养液:哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂,培养液中除含有一些无机盐外,还需要有维生素、氨基酸、核苷酸、血清等物质。利用成分确定的基础培养液,通过添加血清、无机盐、维生素、氨基酸等物质,配制的成分确定的合成培养液,可用于研究胚胎发育过程中某一物质对胚胎的作用机制。目前利用合成培养液已成功培养了小鼠、大鼠、牛、猪和人的囊胚。 (2)共同培养体系:共同培养体系是将体细胞与受精卵在体外共同培养,利用体细胞分泌的未知的分泌物促进胚胎的发育。培养时,先用胰蛋白酶将体细胞消化成单个细胞,再在培养皿中将其铺成单层细胞,作为胚胎生长发育的滋养层。利用共同培养体系可以获得较高的囊胚发育率。目前用于共同培养的体细胞主要有输卵管上皮细胞、颗粒/卵丘细胞、子宫内膜细胞、成纤维细胞等。 2.试管动物和克隆动物的比较 项目 试管动物 克隆动物 发育起点 受精卵 重组细胞 生殖方式 有性生殖 无性生殖 技术手段 体外受精、胚胎移植 核移植技术、胚胎移植 遗传物质 来自2个亲代 主要来自核供体 遗传规律 遵循 不遵循 3.移植胚胎的来源及生殖方式 (1)核移植无性生殖; (2)体外受精有性生殖; (3)体内受精→冲卵→移植→有性生殖。 4.胚胎移植的生理学基础及意义 生理学基础 意义 哺乳动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的 为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境 哺乳动物的早期胚胎形成后,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 提供胚胎收集的基础 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 提供移入胚胎存活的基础 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响 提供保留遗传特性的基础 5.胚胎移植时两次激素的使用 (1)第一次用激素:对供、受体进行同期发情处理。 (2)第二次用激素:对供体进行超数排卵处理。 6.胚胎移植过程中的两次检查 (1)第一次检查:在收集胚胎后,对胚胎进行质量检查。 (2)第二次检查:在胚胎移植后,对受体母牛进行妊娠检查。 7.有关胚胎移植的两点提醒 (1)“移植的胚胎在受体内存活的基础条件”是指受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。 (2)雌性动物发情排卵后,不管是否妊娠,都会产生黄体,并维持一段时间,称为黄体期。在这段时间里,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。 8.有关胚胎分割的三点提醒 (1)分割要均等。分割囊胚的内细胞团时,一定要均等,若分割不均,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,含内细胞团少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育。 (2)分割份数不能过多。分割的份数越多,每一份中的细胞数会越少,不但难以做到均等分割,而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此,分割的份数越多,技术难度会越大,移植后恢复和发育的难度越大,移植成功率降低。 (3)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质,该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合,属于无性繁殖或克隆。 二、历年高考荟萃 1.W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路,制备一种膀胱生物反应器来获得W,基本过程如图所示。 (1)步骤④称为　　　　　　　　。  (2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的 　　　　　　　(答出2点即可)的限制。  (3)一般来说,在同一动物个体中,乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息　　　　　　　　(填相同或不同),原因是　  　　　。  (4)从上述流程可知,制备生物反应器涉及胚胎工程,胚胎工程中所用到的主要技术有　　　　　　　　　　　　　　　(答出2种即可)。  2.下列关于利用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述,正确的是(　　) A.采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理 B.体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植 C.使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应 D.利用胚胎分割技术,同卵多胎较同卵双胎成功率更高 3.下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述,错误的是(　　) A.精子在获能液中于37 ℃、5% CO2条件下培养的目的是使精子获能 B.小鼠在特定光控周期条件下饲养,注射相关激素有促进超数排卵的作用 C.分割的胚胎细胞有相同的遗传物质,因此发育成的个体没有形态学差异 D.注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育 4.下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述,正确的是(　　) A.乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养 B.细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行 C.采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的 D.培养早期胚胎的培养液中含维生素、激素等多种能源物质 5.某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题,引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。 (1)拟进行如下杂交: ♂A(具高产奶基因的纯种)×♀B(具适宜本地生长基因的纯种)→C 选择B作为母本,原因之一是胚胎能在母体内正常　　　　。若C中的母牛表现为适宜本地生长,但产奶量并未提高,说明高产奶是　　　　　性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛,根据现有类型,最佳杂交组合是　　　　,后代中出现这种母牛的概率是 　　　　(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。  (2)用以上最佳组合,按以下流程可加速获得优良个体。 精子要具有受精能力,需对其进行　　　　处理;卵子的成熟在过程　　　　中完成。在过程④的培养基中含有葡萄糖,其作用是　　　　。为筛选出具有优良性状的母牛,过程⑤前应鉴定胚胎的　　　　　　　　　　　　　　　　　。子代母牛的优良性状与过程　　　　的基因重组有关。  (3)为了提高已有胚胎的利用率,可采用　　　　技术。  6.杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点,被称为“钻石级”肉用绵羊。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,相关叙述正确的是(　　) A.为了获得更多的卵母细胞,需用雌激素对雌性杜泊羊进行超数排卵处理 B.从卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精 C.为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应,应注射免疫抑制剂 D.为了进一步扩大繁殖规模,可通过胚胎分割技术获得同卵双胎 7.人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白,可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。流程如下: (1)为获取更多的卵(母)细胞,要对供体母羊注射促性腺激素,使其　　　　。采集的精子需要经过　　　　,才具备受精能力。  (2)为了获得母羊,移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行　　　　。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体,这体现了早期胚胎细胞的　　　　。  8.Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图: (1)步骤①中,在核移植前应去除卵母细胞的　　　　。  (2)步骤②中,重组胚胎培养到　　　　期时,可从其内细胞团分离出ES细胞。  9.通过胚胎移植技术,可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是(　　) A.对供体和受体母牛都要用相同激素进行处理 B.受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行 C.对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植 D.胚胎分割移植实现同卵多胎的成活率较低 10.毛角蛋白Ⅱ型中间丝(KIF Ⅱ)基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIF Ⅱ基因的高绒质绒山羊的流程如图所示。 (1)在过程②中,用　　　　处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中,将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中,CO2的作用是　 。  (2)在过程③中,用　　　　处理以获取更多的卵(母)细胞。成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行　　　　处理。  (3)从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是　　　　　。在胚胎移植前,通过　　　　技术可获得较多胚胎。  参考答案 1.(1)胚胎移植　(2)性别、年龄　(3)相同　两种上皮细胞都是体细胞,且来源于同一个受精卵　(4)体外受精、胚胎移植 【解析】(1)由分析可知,步骤④为胚胎移植。(2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W,可从动物一出生就收集产物,不受动物的性别和年龄的限制。(3)在同一动物个体中,乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝分裂产生的体细胞,其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。(4)由分析可知,步骤③为体外培养,步骤④为胚胎移植,均属于胚胎工程。 2.A　【解析】用促性腺激素对良种奶牛进行注射处理,可促使其超数排卵,A项正确;进行移植的胚胎是桑葚胚或囊胚,B项错误;受体对移植的胚胎几乎不发生免疫排斥反应,因此无需使用免疫抑制剂,C项错误;利用胚胎分割技术,同卵双胎较同卵多胎成功率更高,D项错误。 3.C　【解析】精子在获能液中于37 ℃、5% CO2条件下培养,可使精子获能,A项正确;给小鼠注射促性腺激素可促进其超数排卵,B项正确;分割的胚胎细胞具有相同的遗传物质,但发育过程中受基因突变或环境等因素影响,最终发育成的个体可能会有形态学差异,C项错误;胚胎干细胞具有发育的全能性,能分化成各种组织器官,D项正确。 4.C　【解析】乳腺癌细胞的分裂能力比乳腺细胞强,所以乳腺癌细胞比乳腺细胞更容易进行离体培养,A项错误;细胞核移植发生在同种或异种生物的细胞之间,B项错误;由于胚胎分割形成的多胚中营养物质少,成功的可能性低,所以胚胎分割技术产生同卵多胚的数量有限,C项正确;培养早期胚胎的培养液中维生素、激素起调节作用,不是能源物质,D项错误。 5.(1)生长发育(或胚胎发育)　隐性　♂A×♀C　 (2)获能　③　供能　性别、高产奶和适应本地生长的基因 ②　(3)胚胎分割 【解析】(1)由于胚胎能在母体内进行正常的胚胎发育,所以可选择适宜当地生长的纯种牛做母本。用纯种高产奶牛作父本与适宜当地生长的纯种牛作母本杂交,获得了C牛,表现为适宜当地生长,但产奶量并未提高,这说明适宜当地生长对不适宜当地生长是显性,低产奶对高产奶是显性。控制奶牛的产奶量的基因和对本地的适应性的基因分别位于不同的常染色体上,说明这两对基因在遗传时遵循基因的自由组合定律。若控制奶牛的产奶量的等位基因为A和a,对本地的适应性的等位基因为B和b,可推知雄牛A的基因型为aabb,雌牛B的基因型为AABB,C牛基因型为AaBb,要获得产奶量高且适宜当地生长的母牛(aaB_),由基因重组原理可推知最佳的实验组合为♂A×♀C,此时后代出现所需牛(aaBb)的概率为。(2)精子需获能后才具备受精的能力;母牛排卵时排出的卵子为次级卵母细胞,由此可推知减数第二次分裂形成卵细胞是在受精过程中完成的,即卵子的成熟是在体外受精过程中完成;在胚胎培养过程中,培养基中的葡萄糖能为胚胎发育过程提供能量;为了筛选出具有优良性状的母牛,在胚胎移植之前需对胚胎的性别、高产奶和适宜本地生长的基因进行鉴定;母牛在减数分裂第一次过程中发生基因重组,产生具有优良性状基因的卵细胞,子代母牛的优良性状与此有关。(3)通过胚胎分割技术可产生遗传性状相同的多个胚胎,从而提高胚胎的利用率。 6.D　【解析】胚胎工程中用促性腺激素来促使雌性个体超数排卵,A项错误;从卵巢中采集的卵母细胞为初级卵母细胞,需要培养至减数第二次分裂中期才能与获能的精子进行体外受精,B项错误;胚胎工程中母体对外来胚胎几乎没有排斥反应,故不需要注射免疫抑制剂,C项错误;胚胎分割产生的胚胎遗传物质来源相同,分割产生的多个胚胎能用于扩大繁殖规模,如用胚胎分割技术获得同卵双胎,D项正确。 7.(1)超数排卵　获能(处理)　(2)性别鉴定　全能性 【解析】(1)胚胎工程中,对供体母羊通常注射促性腺激素以促使其超数排卵,从而获得更多的卵(母)细胞;采集的精子并不具备受精能力,需要在体外获能处理后,才具备该能力。(2)在胚胎移植前,需对胚胎进行性别鉴定以获得所需性别的子代个体。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体,体现了早期胚胎细胞的全能性。 8.(1)细胞核　(2)囊胚 【解析】(1)步骤①是核移植过程,是将上皮细胞移植到去核卵母细胞。(2)重组胚胎培养到囊胚期,可从其内细胞团分离出 ES 细胞。 9.D　【解析】胚胎移植中对供、受体母牛的同期发情处理用的是同种激素,但还需单独对供体母牛注射促性腺激素,达到超数排卵的目的,A项错误。胚胎移植中用的胚胎可能是在体外受精获得的,也可能是在体内受精获得的。从供体母牛体内冲出的胚胎如果处在可以移植的时期,则不必在体外另行培养,B项错误。冲卵获得的胚胎应该在桑葚胚或囊胚阶段,C项错误。就现有水平来讲,二分胚胎成活的概率较大,多分胚胎成活的概率较小,可能与所分割胚胎中细胞质的不断减少有关,D项正确。 10.(1)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)　维持培养基(或液)pH　(2)促性腺激素　去核　(3)(早期)胚胎培养技术　胚胎分割 　【解析】(1)过程②为动物细胞培养过程,首先用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理将皮肤组织块分散成单个细胞,培养液中需通入一定的CO2,主要作用是维持培养液的pH。(2)过程③常采用注射促性腺激素的方法,以便从母羊中获得更多的卵母细胞,成熟的卵母细胞在核移植前需要进行去核处理。(3)重组细胞到早期胚胎过程所运用的胚胎工程技术是(早期)胚胎培养技术,为获得更多的胚胎常采用胚胎分割技术。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$