2.3.2胚胎工程技术及其应用（教学设计）生物人教版选择性必修3

2.3.2胚胎工程技术及其应用 年级 高二年级 授课时间 1课时 课题 2.3.2胚胎工程技术及其应用 教材分析 本节第二课时《胚胎工程技术及其应用》，是在第一课时早期胚胎发育理论基础上的实践延伸，也是胚胎工程知识体系的核心内容。教材按照 “技术原理 — 操作流程 — 实践应用” 的逻辑展开，依次介绍体外受精、胚胎移植、胚胎分割等关键技术，结构清晰、层层递进，符合学生从理论到应用的认知规律。 教材注重与前后知识的衔接，将胚胎发育规律与技术操作紧密结合，帮助学生理解技术设计的生物学依据，强化结构与功能相适应的生命观念。同时通过流程图、问题讨论和生产实例，引导学生分析各技术的原理、操作要点及应用价值，突出科学思维与社会责任的培养。 本课时重点为胚胎移植的生理学基础和基本程序、胚胎分割的原理与操作；难点是理解胚胎移植成功的内在机制、区分不同胚胎工程技术的生殖方式，以及各技术在良种繁育、医学研究等方面的综合应用。教材内容既立足基础，又贴近生产生活实际，为学生构建完整的胚胎工程知识框架、形成科学的技术应用观奠定重要基础。 教学目标 【知识目标】 1. 理解体外受精、胚胎移植、胚胎分割的核心原理，掌握各技术的关键操作流程。 2. 掌握胚胎移植的生理学基础，明确胚胎移植在胚胎工程中的核心地位。 3. 了解胚胎工程技术在良种繁育、动物保护、辅助生殖等领域的具体应用，认识技术的实践价值。 4. 区分不同胚胎工程技术的生殖方式（有性生殖、无性生殖），梳理各技术间的内在关联。 5. 【素养目标】 6. 生命观念：结合胚胎发育规律，理解胚胎工程技术的生物学依据，深化 “结构与功能相适应”“生命活动有序调控” 的生命观念。 7. 科学思维：通过分析各胚胎工程技术的流程的逻辑关系，培养逻辑推理、系统分析能力；能辨析不同技术的异同，建立完整的胚胎工程知识网络。 8. 科学探究：能结合技术流程，分析体外受精中精子获能、卵母细胞培养的关键条件；能解释胚胎分割时均等分割内细胞团的原因，提升科学探究能力。 社会责任：了解胚胎工程技术对农业生产、人类健康的重要意义，理性看待技术应用中的伦理问题，形成科学、合理利用生物技术的态度。 教学重、难点 【教学重点】 1.掌握胚胎工程的主要技术体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养的基本原理与操作流程。 2.理解同期发情、胚胎收集、存活与发育的生理基础，掌握胚胎移植的基本程序。 3.理解胚胎分割可增加胚胎数量，实现同卵多胎，属于无性繁殖。 【教学难点】 1.理解为何受体子宫能接受外来胚胎、为何胚胎遗传性状不受受体影响。 2.理解胚胎分割的时期选择与操作要点为什么要选桑椹胚或囊胚，囊胚分割时为何要均等分割内细胞团。 3.理解体外受精与体内受精的区别与联系卵母细胞采集、精子获能处理等操作的原理与目的。 4.区分胚胎工程相关技术的生殖方式体外受精属于有性生殖，胚胎分割、核移植属于无性生殖。 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 教师播放视频，结合素材，提出问题，激起学生的学习兴趣。 1978年7月25日世界上第一个“试管婴儿”路易丝·布朗出生，她是英国产科医生帕特里克·斯特普托和生理学家罗伯特·爱德华兹合作研究成功。“试管婴儿”一诞生就引起了世界科学界的轰动，甚至被称为人类生殖技术的一大创举，也为治疗不孕不育症开辟了新的途径。罗伯特·爱德华兹因此获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。 思考1：“试管婴儿”是在试管中长大的吗？ 不是 思考2：目前世界上除了试管婴儿，还有试管牛、试管羊，它们统称为试管动物，那么什么是试管动物呢？ 试管动物 【知识讲解】 1.概念 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，再进行移植产生的个体。 2.涉及的技术 3.试管动物的生殖方式 有性生殖 克隆动物的生殖方式 无性生殖 学生根据教师播放的视频，思考问题，尝试回答相应问题。 新知探究 一、体外受精 一、体外受精 【知识讲解】 教师根据学生回答，展示体外受精的PPT，适当一边引导学生思考，一边讲解，让学生充分理解体外受精相应知识点。 1.过程 包括卵母细胞的采集 精子的获取和受精等步骤 2.意义 ①是提高动物繁殖能力的有效措施 ②为胚胎移植提供可用的胚胎 注意：通过体外受精获得的受精卵不能直接植入受体子宫，必须通过体外早期胚胎培养培养到早期胚胎才能进行胚胎移植。 学生认真聆听并做笔记，学生充分理解体外受精相应知识点。 二、胚胎移植 【知识讲解】 教师根据学生回答，展示胚胎移植的PPT，适当一边引导学生思考，一边讲解，让学生充分理解胚胎移植相应知识点。 1.概念 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。 ①供体：提供胚胎的个体 ②受体：接受胚胎的个体 2.实质 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 “借一般动物之腹 怀优秀个体之胎” 3.步骤 3.步骤 1.什么是同期发情处理？ 利用某些激素人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。 2.同期发情处理的目的是什么？ 使他们处于相同的生理环境，这样供体的胚胎移入受体后不会发生免疫排斥反应。 3.如何进行超数排卵？ 注射外源促性腺激素 4.超数排卵的目的是什么？ 诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 5.冲卵的目的是什么？ 排出早期胚胎 【归纳小结】 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（孕激素或雌激素）； 第二次用于供体的超数排卵（促性腺激素）。 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。 胚胎移植成功与否要有两个条件： ①一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。 【思考•讨论】 胚胎移植的生理学基础 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？ 不一定；一般需要移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内。 在胚胎移植前要对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器官的生理变化同步,为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。 2.受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？ 受体对来自供体的胚胎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，遗传特性与供体还是受体保持一致？为什么？ 与供体保持一致。因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系。其遗传物质在孕育过程中不会发生任何变化。 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?为什么? 正确。 胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境的一致性密切相关，只有供体、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。所以，我们可以把胚胎移植简单概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 【拓展延伸】 4.意义 ① 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 ② 大幅缩短了供体本身的繁殖周期。 ③ 对供体施行超数排卵处理后，增加供体一生繁殖后代的数量。 5.地位 胚胎移植是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。 学生认真聆听并做笔记。充分理解胚胎移植相应知识点。 习题巩固 教师展示PPT上的试题并引导、督促学生认真答题，根据学生的答题情况，及时得到反馈，针对性补充讲解相关知识。 1.（2024·甘肃·高考真题）甘加藏羊是甘肃高寒牧区的优良品种，是季节性发情动物，每年产羔一次，每胎一羔，繁殖率较低。为促进畜牧业发展，研究人员通过体外受精、胚胎移植等胚胎工程技术提高藏羊的繁殖率，流程如下图。下列叙述错误的是（    ） A．藏羊甲需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发育和超数排卵 B．藏羊乙的获能精子能与刚采集到的藏羊甲的卵母细胞受精 C．受体藏羊丙需和藏羊甲进行同期发情处理 D．后代丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊乙 2.（2025·江苏·高考真题）梅花鹿和马鹿杂交后代生命力强、茸质好，但自然杂交很难完成，人工授精能解决此难题。胚胎工程技术的应用，可提高繁殖率，增加鹿场经济效益。下列相关叙述合理的是（    ） A．采集的精液无需固定、稀释，即可用血细胞计数板检测精子密度 B．人工授精时，采集的精液经获能处理后才能输入雌性生殖道 C．超数排卵处理时，常用含促性腺激素的促排卵剂 D．母体子宫对胚胎的免疫耐受性低下是胚胎移植的生理学基础 3.（2026·河北保定·一模）为解决部分不孕问题，体外受精、胚胎移植技术被广泛应用。某医院对一对夫妇的助孕流程如图所示。下列关于该流程的叙述，错误的是（　　） A．超数排卵处理时可通过注射促性腺激素使多枚卵子从多个卵泡中排出 B．采集的卵母细胞需在体外培养至 MⅡ期才具备受精能力 C．采集到的精子需要经过获能处理后才能参与受精 D．可选用原肠胚进行胚胎移植，以提高胚胎着床能力 答案：1.B 2.C 3.D 学生根据教师的引导，完成对应练习，及时的查缺补漏。 三、胚胎分割 教师根据学生回答，展示胚胎分割的PPT，适当一边引导学生思考，一边讲解，让学生充分理解胚胎分割相应知识点。 三、胚胎分割 1.概念 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。 2.理论基础 早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。 3.特点 来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此，胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。 4.主要仪器设备 体视显微镜和显微操作仪 5.适合分割的胚胎 发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。 桑葚胚或囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性。 6.过程 【讨论】 做性别鉴定时选取滋养层细胞进行DNA分析,为什么不选内细胞团的细胞呢？ 因为内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，如果取了内细胞团细胞，可能会影响胎儿以后的发育。而滋养层细胞将来发育成胎儿的胎盘和胎膜，只为胚胎提供营养不会对胎儿产生影响；同时滋养层细胞和内细胞团细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂和细胞分化形成，具有相同的遗传物质。 7.胚胎分割的意义 ①促进优良动物品种的繁殖。 ②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料； ③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、动物繁育健康后代具有重要意义。 8.胚胎分割的局限性 ①采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。 ②存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。 学生认真聆听并做笔记。充分理解胚胎分割相应知识点。 习题巩固 教师展示PPT上的试题并引导、督促学生认真答题，根据学生的答题情况，及时得到反馈，针对性补充讲解相关知识。 1.如图表示胚胎分割的过程，下列有关胚胎分割的说法，正确的是（　　） A．胚胎分割可以看作动物无性繁殖的方法之一 B．为了获得良种后代，可以取少量内细胞团细胞进行DNA分析 C．为了获得更多的胚胎，分割胚胎时产生的份数越多越好 D．对胚胎进行分割后得到的个体性别不同 2.（2026·福建·模拟预测）动物细胞工程和胚胎工程是打破自然繁殖限制、实现良种快速扩大繁殖和遗传改良的关键技术，是现代畜牧业发展的核心驱动力。下列叙述错误的是（　　） A．克隆动物与试管婴儿都会涉及胚胎移植 B．为获得多个卵母细胞，需对母体注射促性腺激素 C．可取滋养层细胞做DNA分析和性别鉴定 D．选择胚胎发育到原肠胚期进行胚胎分割 答案：1.A 2.D 学生思考回答问题，及时查缺补漏，同时，加深对胚胎分割的理论相关知识的理解。 课堂小结 学生根据教师的引导，回应互动，认真聆听并适当补充笔记。 . 趣味交互活动 学生思考回答问题，加深对胚胎分割的应用相关知识的理解。 练习与应用 教师展示PPT上的试题，引导学生认真完成习题，及时巩固。 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查，以防止发生免疫排斥反应。（ ） 答案：× × × 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。 （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? 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? 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 1.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。 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？ 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？ 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。 2.（2025·陕晋青宁卷·高考真题）科研人员通过对绵羊受精卵进行基因编辑和胚胎移植等操作，获得了羊毛长度显著长于对照组的优良品系。下列叙述错误的是（    ） A．为获取足够的卵子，需对供体绵羊注射促性腺激素进行超数排卵处理 B．为确保受体绵羊与供体绵羊生理状态一致，需进行同期发情处理 C．受精卵发育至桑葚胚阶段，细胞数量和胚胎总体积均增加 D．对照组绵羊的选择需考虑年龄、性别等无关变量的影响 3.（2026·辽宁·一模）2018年3月，最后一头雄性北方白犀牛去世，至此世界上仅剩两头雌性个体。科研团队拟采用提前保存的北方白犀牛冷冻精子借助核移植、体外受精等技术，以南方白犀牛作为代孕母畜人工繁育北方白犀牛。下列相关叙述正确的是（　　） A．需注射免疫抑制剂以减弱代孕母牛对植入胚胎的免疫排斥反应 B．冷冻保存的精子需在体外进行成熟培养才能用于体外受精 C．用物理或化学方法（如电刺激、Ca2+载体、乙醇等）激活重构胚 D．重构胚激活后可在体外培养至囊胚或原肠胚阶段再进行移植 答案：2.C 3.C 若下图表示细胞工程操作中的某些过程，请回答下列问题。 (1)如果A、B分别是白菜和甘蓝的原生质体，则C细胞再生出细胞壁后需要通过什么技术才能发育成杂种植株“白菜-甘蓝”？若白菜和甘蓝杂交产生了子代，该子代是否可育？为什么？ 植物组织培养技术; 白菜和甘蓝杂交产生的子代没有同源染色体，进行减数分裂时联会发生紊乱，不能形成正常的配子，所以该子代一般不可育。 (2)若该图表示抗丙肝病毒的单克隆抗体制备过程中的一环，A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞表示什么？符合要求的C细胞应具有哪些特点？ B淋巴细胞; 能大量增殖并能产生抗丙肝病毒的抗体。 (3)如果A、B分别是取自优良奶牛的卵细胞和精子，在进行体外受精时，一般要把A细胞培养到什么时期? B细胞则要经过什么处理才能与A细胞结合为受精卵? 减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期); 获能处理。 2.2015年10月，我国科学家屠呦呦因发现青蒿素可以有效降低疟疾患者的死亡率而获得了诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素类药物的市场需求很大，请你根据所学内容及以下信息，提出一条提高青蒿素类药物产量的研究思路。 （1）青蒿素的衍生物——双氢青蒿素也是很好的抗疟疾药物，并且它的药物活性比青蒿素的高很多； 用基因工程技术将青蒿素基因或双氢青蒿素基因导入微生物，利用微生物合成青蒿素。 （2）青蒿素是从黄花蒿中提取的，在黄花蒿产生青蒿素的代谢过程中，某些酶（如FPS酶）起决定性作用； （3）野生黄花蒿在生长过程中，处于花蕾期时体内青蒿素含量最高； （4）研究人员在对黄花蒿进行组织培养时，发现它的愈伤组织中没有青蒿素，但是由愈伤组织再分化形成的芽和苗中均有青蒿素； 用植物组织培养技术，将外植体脱分化形成愈伤组织，再诱导愈伤组织再分化成胚状体，获取青蒿素。 （5）四倍体黄花蒿体内青蒿素的含量比二倍体高38%，但四倍体植株比二倍体植株矮小很多。 用秋水仙素处理黄花蒿种子或幼苗使之成为四倍体，获取青蒿素。或采用其他合理方法。 3.在章首页中介绍的体细胞克隆猴的培育过程中，我国科学家经过多年的反复实验，可以在10s之内对卵母细胞进行去核操作，在15s之内将体细胞注入去核的卵母细胞里。有评论者认为：该研究的研究者利用“聪明的化学方法和操作技巧”，攻克了多年来导致体细胞克隆猴失败的障碍。培育克隆猴的流程如下图所示，请结合图回答问题。 (1)研究人员在将胎猴的体细胞注入去核的卵母细胞前，用灭活的仙台病毒进行了短暂处理。在此过程中，灭活的仙台病毒所起的作用是什么？ 诱导细胞融合。 (2)为了调节相关基因的表达，提高胚胎的发育率和妊娠率，研究人员将组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理了它。这两种物质发挥作用的机制是什么？ 这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达。组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的甲基化水平；组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。 (3)评论者所说的培育过程中用到的“聪明的化学方法和操作技巧”，你认为具体体现在什么地方？ “聪明的化学方法”是指对重构胚的处理用了TSA以及将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，这可以促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率。 “操作技巧”是指科学家经过大量的训练，能在10s内完成对卵母细胞的去核操作，能在15s内将体细胞注入去核的卵母细胞，这样迅速的操作减少了对卵母细胞的损伤。 (4)你认为体细胞克隆猴的成功培育有什么意义？ 在医学研究中通常需要用到遗传背景相似或相同的实验动物，这样实验组和对照组的比较才更具有说服力。 小鼠因其能快速地进行近亲繁殖，产生大量遗传背景相似的后代，而被广泛用作实验动物。但是小鼠与人的亲缘关系太远，很多在小鼠体内有效的候选药物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠体内存在的致病机制也不一定存在于人体内。由于猴与人的亲缘关系极近，培育大批具有相同遗传背景的克隆猴，对人类疾病致病机制的研究和新药的研发等具有重要意义。 特别是在脑研究方面，克隆猴的培育将大大促进人类脑疾病的研究和治疗。例如，我们可以培育一批“模型猴”标记它们的某一类神经元，追踪其神经连接，由于这些猴的遗传背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差异造成的大脑结构形状不一的问题。克隆猴的成功培育标志着我国在非人灵长类疾病动物模型研究方面处于国际领先水平。 学生思考回答问题，加深对本章胚胎工程相关概念的理解。 板书设计 胚胎工程技术及其应用 1. 一、核心技术（重点） 1. 体外受精：卵母细胞（MⅡ 期）+ 精子（获能）→ 受精 2. 胚胎移植：核心技术（同期发情、无排斥） 3. 胚胎分割：桑葚胚 / 囊胚（均等分割内细胞团） 4. 干细胞培养：来源（囊胚内细胞团） 二、应用场景 1. 良种繁育、辅助生殖、珍稀动物保护 2. 三、核心总结 2. 有性生殖：体外受精 2. 无性生殖：胚胎分割、核移植 0. 分化：三胚层进一步分化为不同组织器官 教学反思 本节课围绕 “胚胎工程技术及其应用” 展开，核心是帮助学生掌握体外受精、胚胎移植等核心技术，理解技术应用逻辑，落实核心素养目标。结合课堂实际教学情况，反思如下： 本节课亮点的是，紧扣 “技术应用” 核心，结合学生已有知识基础，通过动画演示、案例分析等方式，将抽象的技术流程具象化，降低了学生理解难度；同时注重知识衔接，将胚胎发育规律与技术操作结合，让学生明确技术设计的生物学依据，有效落实了知识目标与素养目标。课堂互动中，通过小组讨论、问题引导，调动了学生参与积极性，帮助学生梳理技术逻辑，构建完整的知识框架。 但教学中也存在明显不足：一是对 “胚胎移植的生理学基础”“不同技术的生殖方式差异” 讲解不够细致，部分学生对受体不排斥外来胚胎、胚胎遗传独立性等核心知识点理解模糊，导致应用分析时出现偏差；二是案例讲解不够具体，对技术在实际生产中的应用场景拓展不足，学生难以充分理解技术的实用价值；三是时间分配不够合理，胚胎分割和胚胎干细胞相关内容讲解仓促，学生未能充分消化；四是对不同层次学生的关注不足，部分基础薄弱学生对技术流程的逻辑关系掌握不扎实。 后续改进方向：优化时间分配，重点细化胚胎移植、胚胎分割的核心要点及原理，结合具体案例拆解难点；增加分层提问，兼顾不同层次学生的学习需求；补充更多实际应用案例，让学生直观感受技术价值；同时强化知识衔接，帮助学生理清技术间的内在关联，确保核心素养目标落地，提升课堂教学效率。 / 学科网（北京）股份有限公司 $