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体外受精和早期胚胎培养


课时课题:专题三 3.2 体外受精和早期胚胎培养 课型:新授课 教 学 目 标 能力目标 情感态度和价 值观目标 3.认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。 能够使用通俗语言介绍体外受精和早期胚胎培养技术。 结合“体内受精和胚胎发育”的已有知识储备,合理的推理和设计体 外与胚胎培养的流程,发现理论与实践的结合点与差异,体会科学探 索的差异和艰巨性,掌握科学探究的一般方法。 重 点 1.体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。 2.哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。 难 点 1.卵母细胞的采集和培养。 2.精子的采集和获能。 知 识 点 1.哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。 2.哺乳动物胚胎的早期培养方法。 考 试 点 1.卵母细胞的采集和培养。 2.精子的采集和获能。 能 力 点 自主探究点 易错易混点 收集处理信息的能力 试管婴儿与普通婴儿的区别 1.试管牛与克隆牛的区别。 2.早期胚胎培养和动物细胞培养的比较。 训 练 点 拓 展 点 教 法 与 学 法 教 学 模 式 教 具 哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤 体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义 讲述法、比较法、讨论法和探究学习法 “学导结合、五步教学”模式 学案、课本 教 教学环节 教师活动 学 流 程 学生活动 设计意图 知识目标 课时:1 课时 1.简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。 2.简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。

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目标展示:

阅读导学案,展示本节课的知识目标、能力目 标和情感态度和价值观目标。

阅读教学目标, 了 解本节课的学习 内容。

展示教学目 标,让学生了 解本节课的 教学内容。 创设问题情 境,激发学习

设置情景, 导入新课:

展示幻灯片,设置问题情境: 问题 1、有一对夫妇,妻子因病切除了子宫,但 他们一直想有一个亲生的(携带他们遗传信息 的)孩子,你能从理论上想个办法帮他们完成 这个愿望吗? 问题 2、 试管婴儿是不是在试管中长出一个婴儿 呢?你知道人类第一个试管婴儿吗? 讲述:试管婴儿并不是在试管中长出一个婴 儿,而是采用人工方法让卵细胞和精子在体外 受精,并进行早期胚胎发育,然后移植到母体 子宫内发育而诞生的婴儿,所以试管婴儿只是 受精和早期胚胎发育在试管中,最终还是在母 体子宫内发育成胎儿。1978 年 7 月 26 日,世界 上第一个试管婴儿路易斯-布朗在英国出生,至 今,全世界已有约三百多万个试管婴儿出生。 试管婴儿是通过试管动物技术培育出来的,什 么是试管动物技术呢? 学生思考、讨论

欲望。

学导结合: 一、试管动 物技术

组织学生阅读课本 P69,并完成导学案。 一、试管动物技术 试管动物技术是指:通过人工操作_使卵子和精 子在体外条件下 成熟和受精,并通过培养发育 为_早期胚胎后,再经 移植 产生后代的技术。 过渡:发展这种技术有什么意义呢? 【资料分析】 资料 1:国产奶牛年平均产奶量约 3000 公斤, 国际良种奶牛年平均产奶量约 10000 公斤,而 引种一头良种成年奶牛需要 3-5 万元。 资料 2:牛的生育率很低,一头牛一胎只产一头 犊牛,一生只能生育四五次;但是母牛体内的 卵母细胞却相当多,其卵巢中的卵母细胞数要 比一生中实际排卵数多 1000 倍,公牛产生的精 子数目就更多了。 思考:你能想出既减少成本,又能最大限度得 到较多良种奶牛的好办法吗? 学生思考讨论回 阅读资料 培养学生分 析资料,获取 知识的能力。 学生自主学习, 了 解什么是试管动 物技术。 培养学生自 主学习、获取 知识的能力。

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讲述:分别采集良种牛的精子和卵母细胞, 答: 可借助于试管 让它们在体外完成受精并且发育成一个个小胚 胎,再将这些胚胎移植到本地牛体内发育,就 可实现良种牛的快速大量繁殖。 引导学生思考讨论导学案上的问题。 思考 1: 哺乳动物体内胚胎的形成需要经过哪些 过程? 提示:精子和卵子的发生、受精、胚胎的发育 等过程。 思考 2: 哺乳动物体外胚胎的发育需要完成哪些 环节? 提示:获得精子和卵子、体外受精、体外胚胎 的培养等过程。 讲述:胚胎工程专家就是根据这几个环节来研 究哺乳动物体外受精和早期胚胎培养方法的, 今天请大家扮演胚胎工程专家共同模拟研究 “试管牛”工厂化生产的技术流程。 引导学生分组研究、讨论并设计出流程草稿。 各小组分别在黑板上绘制流程图。 师生共同绘出流程图 总结: 1.卵母细胞的采集和培养; 2.精子的采集和获能; 3.受精; 4.胚胎的早期培养。 明确上述四项为本节课所学的主要内容,其中 前三项为体外受精的主要步骤和内容。 学导结合: 二、体外受 精: 二、体外受精 引导学生阅读课本,填写导学案上的内容 1.哺乳动物的体外受精主要包括 卵母细胞的 采集 、 精子的获取 和 受精 等几个主要步 骤。 2.卵母细胞的采集和培养 (1)对于实验动物如小鼠、兔、猪、羊,常采用 促性腺激素 处理,使其排出更多的 卵子 ,然 后从 输卵管 中冲取卵子。 (2)对于大型动物或大家畜,如牛,采用的主要 方法是:一般从已屠宰母畜的 卵巢 中采集卵
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动物技术

思考、讨论

通过思考试 分组探究 管动物技术 中所蕴含的 科学原理绘 制流程图

学生自主学习, 了 解体外受精的相 关知识。

培养学生自 主学习、获取 知识的能力。

母细胞,也可以借助于 超声波探测仪 、 内窥 镜 或 腹腔镜 等工具,直接从活体动物的 卵 巢 中吸取卵母细胞。 (3)从 输卵管 中冲取的卵子,可直接与获能的 精子在体外受精;从 卵巢中 采取的卵母细胞, 需要在体外经人工培养成熟后才能与获能的精 子受精。 思考 1: 第一种采集方法中为什么用促性腺激素 处理呢? 提示:促性腺激素处理可以使卵巢一次排出更 多的卵母细胞,称为“超速排卵” ,如果这些卵 母细胞都完成受精,就会得到比正常数目更多 的胚胎。 思考 2: 什么时期的卵母细胞才具备受精能力? 提示:减数第二次分裂中期的次级卵母细胞才 具备受精能力。 思考 3:卵巢中的卵母细胞有没有处于该时期 的? 提示:没有。 思考 4: 直接从卵巢中采集的卵母细胞是否可以 立即受精? 提示:直接从卵巢中采集的卵母细胞不可以立 即受精。 展示图片牛活体采卵示意图、卵母细胞成熟培 养的二氧化碳培养箱图。 讲述:直接从卵巢中采集的卵母细胞,先要进 行检查筛选,然后在体外人工培养成熟后,才 能与精子结合完成受精。 归纳总结:引导学生用简要语言总结卵母细胞 的采集和培养。 总结:方法一:对实验动物小鼠、兔和小家畜 猪、羊等卵母细胞采集时,可先用促性腺激素 处理,使其排出更多的卵子,然后在适当的时 间从输卵管冲取卵子,并使其直接与获能的精 子在体外受精。 方法二:从刚屠宰的雌性动物体内摘取卵巢, 再从卵巢中采集卵母细胞。 方法三:直接从活体动物的卵巢中采集卵母细 胞,叫活体采卵。需借助超声波探测仪、内窥
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学生以小组为单 位, 进行思考、 讨 论。

通过小组讨 论,培养学生 的参与意识 和培养学生 合作、探索的 精神。

学生总结归纳。

通过对知识 及时总结归 纳,提高学习 效率,加深对 卵母细胞的 采集和培养 的理解和掌 握。

镜或腹腔镜,直接从活的动物卵巢中吸取卵母 细胞。后两种方法适用于大家畜和大动物。 注意:后两种方法采集的卵母细胞需在体外培 养成熟后才能与获能的精子受精。 过渡:卵母细胞准备好了,那么精子怎么获得 呢?请同学们阅读教材 70-71 页,找到精子的 采集和获能方法。 3.精子的采集和获能 (1)收集精子的方法 ① 假阴道法 :大家畜或大型动物。 ②_手握法:体型较小,易于控制的动物。 ③_电刺激法 :野生动物或经济动物。 思考 1: 上述方法得到的精子能直接用于体外受 精吗?为什么? 提示:不能。精子要在雌性动物生殖道内经历 一个获能过程才能具备受精能力。 思考 2:体外条件下,如何让精子获能呢? 引导学生自学课本,填写导学案上的内容。 (2)精子体外获能的方法 ①培养法:对于__啮齿动物 、家兔及猪等动物 的精子,采用将精子放入人工配制的获能液中 使其获能。 ②化学诱导法:对于_牛、羊等家畜的精子,可 采用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。 讲述:人工模拟体内环境,包括营养、温度、 pH 等,使精子获能。 过渡:有了准备好的精子和卵母细胞,体外 受精就可以真正开始了。 思考:体外受精过程是不是把经过上述处理 过的精子和卵母细胞放置在一个容器中,受精 过程就能高效的完成呢? 明确:受精需要在获能溶液或专用的受精溶 液中完成。精子和卵子一般要放在培养液小滴 内共同培养一段时间才能完成受精。 引导学生分析课本上的图 3-14 哺乳动物体外 受精过程示意图。 例 1. 下列关于体外受精技术的说法中, 错误的 是( ) 分析示意图 学生阅读课本, 自 主学习精子的采 集和获能的相关 知识。 培养学生自 主学习的能 力,提高学生 发现问题、分 析问题和解 决问题的能 力。

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A.体外受精技术需要的温度大约为 37℃ B.体外受精是从初级卵母细胞和初级精母细 胞开始的 C.体外受精技术已成为一项常规的动物繁殖 生物技术 D.体外受精技术可用于研究动物生殖细胞的 发生机制 提问学生分析选项,由其他学生评价。 通过例题,巩 固体外受精 的相关知识, 培养学生用 所学知识,解 决问题的能 力。

深化拓展:

探究 1、试管牛与克隆牛有什么不同? 提示:试管牛是有性生殖得到的,而克隆牛是 无性生殖过程得到的。列表比较 试管牛 生殖方式 技术手段 有性生殖 体外受精 胚胎移植 遗传物质 来自两个 个体 遗传规律 遵循 克隆牛 无性生殖 核移植技术 胚胎移植 主要来自核 供体 不遵循

学生思考讨论

通过列表加 深学生对试 管牛的理解。

探究 2、试管婴儿与普通婴儿有什么区别? 提示:试管婴儿和普通婴儿的相同之处是都是 通过有性生殖产生,在母体子宫内形成胎儿; 不同之处是试管婴儿受精作用在体外,并在体 外发育成早期胚胎后再把早期胚胎移植到母体 内发育成胎儿,而普通婴儿则是体内受精形成 受精卵后一直在母体内发育成胎儿。 学导结合: 三、早期胚 胎培养 讲述:通过体外受精得到的只是受精卵,要 得到真正的试管动物个体,还需要让它经历胚 胎在体外的早期培养过程。 三、早期胚胎培养: 组织学生阅读课本 P72, 了解早期胚胎培养的相 关知识,并完成导学案。 1.哺乳动物胚胎的培养液成分:一般包括无机 学生阅读课本, 自 主学习早期胚胎 培养学生自 主学习、发现 问题、分析问

盐类、有机盐类、 维生素 、激素、氨基酸、 培养的相关知识
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核苷酸等营养成分,以及__血清__等物质。 2.胚胎早期培养的目的 (1)精子和卵细胞在体外受精后,应将受精卵移 入发育培养液中继续培养,以检查 __受精状况 __和__受精卵的发育能力_。 (2)当胚胎发育到适宜的阶段进行 _胚胎移植或 冷冻保存_。 3.胚胎移植的时间 (1)牛、羊一般在_桑椹胚_或_囊胚进行移植。 (2) 小鼠和家兔等实验动物可在更早的阶段移 植; (3)人的体外受精胚胎,即试管胚胎, _8-16 个细胞_阶段移植。 思考 1: 哺乳动物的胚胎培养液有哪些成分?为 什么要加维生素,激素、氨基酸、核甘酸等物 质? 提示:哺乳动物的胚胎培养液为发育培养液可 概括为: 盐类:无机盐和有机盐(两盐); 营养物质:氨基酸、核苷酸(两酸) ; 调节物质:维生素、激素(两素) ; 特有物质:血清。 维生素是提供营养物质,激素是起调节作用, 氨基酸是合成蛋白质的原料,核苷酸是合成 DNA 和 RNA 的原料,与动物细胞培养的培养 液成分基本相同。 引导学生联想动物细胞培养的培养液成分。 [强调]胚胎培养发育到适宜阶段时,可将其取 出向受体移植或冷冻保存。 思考 2:为什么不同的动物胚胎移植的时间不 同? 提示:胚胎工程的体外操作是对动物自然受精 和早期胚胎发育条件进行的模拟操作,所以胚 胎移植的时间应该与该动物体内受精卵发育及 进入子宫的时间基本相同,而不同动物的胚胎 进入子宫的时间不同,引导学生分析课本 P67 表 3-1 各种动物受精卵发育及进入子宫的时间。 思考 3:能用原肠胚阶段的胚胎进行移植吗? 提示:胚胎移植一般不用原肠胚阶段的胚胎进 行移植,一般用原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚 至更早的阶段。几乎所有动物不能到原肠胚阶 段移植,因为此时分化程度高,移植成功率很 低。 基因工程获得的含义目的基因的受精卵,动物
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题和解决问 题的能力。

学生思考、讨论、 激发学生思 回答。 维,培养学生 分析问题、解 决问题的能 力。

培养学生利 用已学知识, 探究新知识 的能力。

细胞工程方法获得的重组细胞都是在体外培养 发育成早期胚胎后,通过胚胎移植转移到母体 子宫内发育成动物个体。 讲述:体外受精技术经过 20 多年的研究, 已经取得很大进展,效率也不断提高,体外受 精技术水平最高的动物为牛。引导学生分析课 本上的图 3-15 牛体外受精胚胎工厂化生产流程 图。 例 2: 下列各组物质组成不 全部属于哺乳动物胚 . 胎的培养液成分的是 ( ) A.氨基酸、核苷酸、无机盐、激素 B.有机盐、维生素、氨基酸、生长素 C.核苷酸、维生素、血清、无机盐 D. 血清、激素、维生素、有机盐 提问学生分析选项,由其他学生评价。 深化拓展: 探究 1、动物细胞培养和早期胚胎培养的不同。 提示: 1.所属的生物工程 动物细胞培养技术属于细胞工程中的动物细胞 工程;早期胚胎培养技术属于胚胎工程。 2.培养的目的 动物细胞培养技术主要是为了大规模培养组织 细胞来获得大量细胞产物(如干扰素、单克隆 抗体等)或者获取细胞本身(用于检测有毒物 质,生理、病理、药理等研究) ;早期胚胎培养 技术是为了得到早期胚胎。 3. 细胞的来源 动物细胞培养的细胞大多取自动物胚胎或出生 不久的动物组织或器官,还需用胰蛋白酶将动 物组织分散成单个细胞进行培养;早期胚胎培 养的细胞一般是受精卵或核移植、转基因得到 的单个的重组细胞,将受精卵或重组细胞培养 成早期胚胎以便于移植。 4. 培养液 动物细胞培养所需的营养物质与体内基本相 同,需要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、 微量元素,以及血清、血浆等天然成分;早期 胚胎培养的培养液成分一般都比较复杂,除了 一些无机盐和有机盐类外,还需添加维生素、 激素、氨基酸、核苷酸以及血清等。两种技术
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通过例题,巩 固所学,培养 学生用所学 知识,解决问 题的能力。 通过分析、比 较、归纳,加 理解、掌握 深对早期胚 胎培养的理 解。

所用的培养液从成分种类上没有太大区别,但 是哺乳动物早期胚胎发育对环境条件要求极为 严格。而且各种动物胚胎所需的营养条件又有 所不同,因此无法制定胚胎培养液的通用配方。 5 .原理 动物细胞培养技术应用了细胞增殖的原理;早 期胚胎培养技术应用了细胞增殖和分化的原 理。 6 .培养过程 动物细胞培养过程中会出现接触抑制,故需要 用胰蛋白酶分散细胞进行传代培养。早期胚胎 培养过程中只要培养条件适宜一般不会出现接 触抑制,但往往也需要更换培养液来适应不同 发育时期的早期胚胎的营养等条件。 探究 2、 以牛为例, 从屠宰场收集卵巢中的卵母 细胞进行体外受精的应用效果如何? 提示:目前,从屠宰场废弃的卵巢中,每个卵 巢平均可采集 10 枚左右可用的卵母细胞,经体 外培养成熟和受精后约可获 4 枚可用的胚胎, 经过移植给受体母牛, 最终可得到 1~2 头犊牛。 牛的体外受精胚胎的工厂化生产已在一些发达 国家开展。 梯度训练 留学生 5 分钟,做导学案习题。其中 1~6 为必 做题,7 为选做题,可以课下完成。 跟进反思 本节课主要采用学案导学,理解记忆为主结 合讨论的方法。层层深入的问题情境,激发学 生探知欲望,提高学生的思维能力,让学生在 活跃的气氛中参与思考、讨论,主动构建地获 得知识。 梯度训练: ☆ 必做题 1.超数排卵的做法正确的是 A.口服促性腺激素 C.口服或注射促性腺激素 是 ( ) ( ) B.注射促性腺激素 D.以上方法均不正确 学生反思本节课 做导学案习题 习题巩固所 学 进行教学反 不断寻求进 步。

思考、讨论

所学,查缺补漏。 思,在反思中

2.采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后,才能与获能的精子受精,以下原因不正确的 A.卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程 B.动物排出的卵子成熟程度不同
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C.体外人工培养至减数第二次分裂中期时,才算成熟 D.冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大 3.从活体动物的卵巢中直接采卵时,不正确的方法是( )

A. 超声波探测仪 B. 内窥镜 C. 腹腔镜 D. 阴道镜 4.体外受精的场所是( ) A.在水溶液中 B.在盐溶液中 C. 在获能溶液或专用的受精溶液中 D.在酒精溶液中 5.关于试管动物技术的概念叙述正确的是( ) A. 通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并通过培养发育为早期胚胎后,再 经过移植产生后代的技术 B .通过人工操作使卵子和精子在体内成熟,在体外受精,并通过培养发育为早期胚胎后,再 经过移植产生后代的技术 C. 通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并将受精卵移植产生后代的技术 D. 通过人工操作使卵子和精子在体内成熟,在体外受精,并将受精卵移植产生后代的技术 6.发展试管动物技术具有重要意义,下列关于这方面叙述错误的( ) A.试管动物技术可解决动物生育率低的问题 B.试管动物技术可以更多、更有效地利用动物卵细胞 C.试管动物技术可以通过普通家畜繁育良种家畜 D.试管动物技术不能实现家畜的快速繁殖 ☆ 选做题 7.下图是“试管牛”工厂化生产的技术流程图,据图回答问题:

(1)根据___________(填标号)判断,此种繁殖方式是____________生殖,此技术的意义在 于____________________________________________________________________。 (2) ①过程中通常每个卵巢平均可采集 ____________ 枚可用的卵母细胞,最终可能产下 ________头犊牛。 (3)②过程通常采用____________法。 (4)④过程一般要经历哪几个时期:________________________________________。 答案:(1) ③ 有性 快速大量繁殖良种牛,提高经济效益 (2)10 板书设计: 3.2 体外受精和早期胚胎培养
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(3)化学诱导

(4)受精卵、卵裂期、桑椹胚期、囊胚期

一、试管动物技术 二、体外受精 1.卵母细胞的采集和培养 2.精子细胞的采集和获能 3.体外受精过程 三、胚胎的早期培养 1.培养液成分 教学反思: 本节教材是在哺乳动物体内受精和胚胎发育的理论基础上,着重简述哺乳动物体外受精和 胚胎早期培养的技术方法。主要采用探究式的学习方法,以“试管牛”为例,创设出一种新的学 习情景,让学生以胚胎工程学家的身份出现,亲历其境地去思考和探究“体外受精和早期胚胎培 养”的过程,领悟其探究的方法,以达到激发兴趣、培养能力、获取知识的目的。教学设计上, 课堂活动形式多样,如分组讨论、回答问题和绘制表格等,使得每个学生都能参与到课堂中来, 体现了面向全体学生的新课程理念。 2.目的 3.胚胎移植的时间

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