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高中生物选修3全套教案

发布时间：2018-03-19   来源：文档文库   
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1 《现代生物科技专题》（人教版选修3）

专题一 基因工程 第一节 基因工程的简介
教学目标：
1．知识方面
（1）了解基因工程的基本概念。
（2）基因操作的工具和基本操作程序。
（3）举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。 2．态度价值观方面
（1）通过学习基因工程的概念，使学生认识到科学研究需要的严谨，激发为祖国而奋斗的精神。
（2）通过学习基因操作的工具和基本程序及应用，使学生树立结构与功能相统一的辩证唯物主义观念。 3．能力方面
（1）通过对图片、动画等的观察，让学生学会科学的观察方法，培养观察能力。
（2）通过利用课本以外的资料和网络信息解决学习中发现的问题，培养学生的自主学习的能力。
（3）通过多媒体课件对基本概念、基本原理的学习，引导学生主动参与教学过程的探究活动，培养学生的获取新知的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。
教学重点：基因操作的工具和基本程序及应用。 教学难点：
1．限制酶和运载体的作用。
2．提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径。 3．基因工程的应用。
教学方法：以探究法、谈话法、材料教学法相结合。 具体方法：
1．以具体事例讲述，学生制作模型，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。
2．搜集资料，采用思考、分析、想像、推断和辩论等方法，明确基因工程的应用。 教学课时：3课时 教学过程：
[第一课时]：DNA重组技术的基本工具
一．复习导入新课
教师活动：投影幻灯片，引导学生思考、分析讨论。 1．遗传的物质基础是什么？
2．生物体遗传的基本单位是什么？
3．为什么生物界的各种生物间的性状有如此大的差别呢？ 4．生物的性状是怎样表达的？
5．各种生物的性状都是基因特异性表达的结果，那么，人类能不能改造基因呢？使原来本身没有某一性状的生物而具有某个特定的性状呢？ 6．各种生物间的性状千差万别，这是为什么呢？
引导学生回答：生物体的不同性状是基因特异性表达的结果。 教师举例：

2 1．青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素 2．豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气 3．人的胰岛B细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度
教师提问：以上几种生物各有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果。但是人类能不能改造基因呢？
在引导学生思考、探究的同时引出本节课题。 二、讲授新课
1．基因工程的概念：
课前布置学生自学教材上的知识内容，让学生理解基因工程的概念，并引导学生回答表中内容。 基因工程的别名 基因拼接技术或DNA管理费用技术 操作环境 生物体外 操作对象 基因 操作水平 DNA分子水平 基本过程 剪切——拼接——导入——表达 结果 人类需要的基因产物

教师活动：投影问题引导学生讨论，引出基因操作的工具。
基因工程的操作水平是在DNA分子水平进行的，所以用普通的操作工具能够在如此微观的条件下操作吗？ 2．基因操作的工具
教师活动：投影基因工程抗虫棉的简要过程。（见下表） 基因工程培育抗虫棉的简要过程

普通棉花（无抗虫特性）
苏云金芽孢杆菌（有抗虫特性）提取

与运载体DNA 抗虫基因 棉花细胞（含抗虫基因） 拼接、导入

棉花植株（有抗虫特性）

学习探究1：在基因工程培育抗虫棉的过程中，关键步骤或难点是什么？ 学生活动：分析、讨论，学生与教师共同对基因工程关键归纳总结。 关键步骤一：抗虫棉从苏云金孢杆菌细胞内提取。 关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA拼接。 关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞。 学习探究2：怎样才能在苏云金芽孢杆菌DNA分子中的众多基因中找到所需抗虫基因呢？又怎样将它从DNA长链中提取出来？又如何将提取出的抗虫基因与棉花细胞的DNA结合在一起呢？
引导学生探究、分析、总结：
（1）“分子手术刀”又叫基因剪刀——限制性内切酶
① 分布：主要在微生物中
② 作用特点：特异性，即识别特定的核苷酸序列，切割特定的切点。 ③ 结果：产生黏性末端（碱基互补配对）。

3 播放投影幻灯片的实例。
G A A T T C
︱ ︱ ︱ ︱ ︱ ︱

C T T A A G

A A T T C G 黏性末端 ︱
| G C T T A
A
限制酶切割DNA分子示意图

（2）“分子缝合针”又叫基因针线——DNA连接酶
① 连接部位：磷酸二酯键。
② 结果：两个相同的黏性末端的连接。

G A A T T C
︱ ︱ ︱ ︱ ︱ ︱

C T T A A G

DNA连接酶作用示意图

学习探究3：用DNA连接酶连接两个相同的黏性末端要连接几个磷酸二酯键？用限制性内切酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？
（3）“分子运输车”又叫基因的运输工具——基因进入受体细胞的载体
① 作用：将外源基因送入受体细胞。
② 具备的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点；具有某些标记基因。
③ 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。 ④ 质粒的特点： 质粒是基因工程中最常用的运载体； 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒； 是细胞染色体外能自我复制的小型环 状DNA分子；
质粒的大小只有普通细菌染色体的1% 左右；
存在于许多细菌及酵母菌等微生物中； 质粒的存在对宿主细胞生存没有决定 性的作用；
质粒的复制只能在宿主细胞内完成。 （自身细胞中也可）

学习探究4：
1、质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？

4 2、要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几DNA连接酶处理？ 课堂小结：基因工程的概念和的基本操作工具。

课后记：
本节课主要学习基因工程的基本概念和基因工程的基本操作工具，学生能充分利用自己查找和老师提供的教学资料进行学习探究，效果较好。但学生在质粒的认识上还有待进一步提高。下节课应重新启发学生复习有关知识，提高学生的认知能力。


[第二课时]基因工程的基本操作程序

一、复习巩固，引出课题
教师活动：以谈话的方式提出下列问题 1、什么是基因工程？
2、基因工程的工具酶有几种？分别是什么？ 3、基因的剪刀是什么？其主要作用是什么？ 4、基因的针线是什么？其主要作用是什么？ 5、基因的运输工具是什么？
6、运载体必须具备的条件是什么？最常用的运载体是什么？ 7、质粒的结构是什么？
学习探究1：有了基因操作的工具后，对基因是如何进行操作的呢？ 二、讲授新课
引导学生按幻灯片中提供的问题进行阅读课文提供的材料，并讨论、分析有关基因工程操作的基本程序。
① 举例说明什么是目的基因？
② 从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么？
③ 人工合成基因的方法有几种？其操作过程分别是怎样的？
④ 将目的基因与用限制内切酶处理后的运载体混合并用DNA连接酶处理后会出现几种结果？
⑤
将目的基因的重组质粒导入细胞受体细胞的过程常用哪种化学试剂？其目的是什么？
⑥ 在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？
通过观看材料，思考问题，引起师生在相关知识点上的共鸣。 （1）目的基因的提取：
① 途径：从供体细胞的DNA基因文库中直接提取目的基因（一般用于原核生物）；人工合成目的基因（一般用于真核生物）。
“鸟枪法”——优点：操作简单。缺点：操作量大，盲目性大 ③ 方法： 逆转录法：
直接合成法——PCR技术 基本操作方法见下图：



限制
单链DNA 许多DNA片合 载入
双链DNA 运载体 （目的基因）
导入

根据已知氨基酸序列合成DNA的
受体细胞 过程
蛋白质的氨基酸序列 外源DNA扩 推测 产生特定性mRNA的核苷酸序分离 推测

结构基因的核苷酸序目的基因

化学合成

目的基
因

质粒 DNA分（2）目的基因与运载体结合：
同一种限制酶
两个切口的 一个切口的 获得目的基两个黏性末端

DNA连接酶

重组DNA分子（重组质粒）

学习探究：目的基因与运载体的结合的结果可能有向种情况？ 引导学生探究，归纳总结出相关内容。 受体细胞：细（3）将目的基因导入受体细胞： 氯化钙 导入方法：借鉴细菌或病毒侵入细胞的途径。
细胞壁的通透性增导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌。
重组质粒进入受体细

目的基因随受体细胞的繁殖而
复制 （4）目的基因的检测和表达：
引导学生生教材的有关内容，使学生明确检测与表达的区别，并可按以下形式归纳。 检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。 表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。

教学小结：引导学生复述。
课后记：本节教学重点、难点是理清目的基因导入受体细胞及是否已导入、导入后是否得到了表达。通过学习探讨，学生基本上能掌握本节的知识内容。但还未能熟练掌握本节的知识要领，这将运用练习来进一步加以巩固。
鸟枪法的过程 供体细胞中DNA
逆转录法的过程 目的基因的mRNA 逆转录5
6
[第三课时] 基因工程的应用

复习基因工程的操作的基本程序和重要工具。 检查课前收集到的有关基因工程应用的实例。（以学生汇报形式展示各自收集到的资料） 通过资料、教学图片展示，引出课题。
1982年，帕尔蒂曼和布林斯坦等人构建了大鼠金属硫蛋白和人的生长激素融合基因，生产出生长速度比正常小鼠快一倍的超级小白鼠。此后，许多实验室用人、猪、羊和牛的生长激素基因生产转基因小鼠时，都获得了类似结果。1988年，西曼克等人用猪的生长激素和大鼠MT融合基因，生产出生长快、瘦肉率高和表现正常的转基因猪。
印发基因工程研究的现状资料（另见材料），引导学生阅读。 学习探究：
1．人类在基因工程领域取得了哪些成就呢？ 2．基因工程在环境保护过程中有何作用？ 通过学生汇报，讨论、分析、概括如下： 一、基因工程与医药卫生：
1．生产基因工程药品：胰岛素、干扰素等。 2．用于基因诊断与基因治疗：概念见课件。 二、基因工程与农业、食品工业： 1．农业上的应用：
（1） 培育高产、稳质和具有优良品质的农作物。
（2） 用基因工程的方法培养出具有各种抗逆性的作物新品种。 2．畜牧业上的应用：
（1）培育人们所需要的各种优良品质的转基因动物。 （2）利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达。 3．食品工业上的应用：为人类开辟新的食物来源。 三、基因工程与环境保护：
1． 环境监测：运动DNA分子杂交的方法进行检测。
特点：快速、灵敏、精确、高效。 2． 环境净化。

课堂小结：让学生交流对基因工程学习的体会，明确基因工程的前景和安全性。
课后记：本节课通过学生汇报、交流各自的材料收集，共同探讨知识的相关内容，课堂气氛活跃，从争辩中获取相关知识要点。但有极个别的学生对资料的收集不够，仍需进一步引导。


7 第二节 蛋白质工程的崛起
教学目标
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 教学重点和难点 1.教学重点
（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？ （2）蛋白质工程的原理。
2.教学难点：蛋白质工程的原理。 教学方法：探究法、导读法、分析交流 具体做法：
1.建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。
2.建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。
既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要 制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质 工程的原理应该是中心法则的逆推。 教学课时：1课时 教学过程：
复习旧课，导出新课题： 学习探究：
1、基因工程的实质是什么？
2、基因工程的基本操作程序有哪些？
3、通过基因工程产生的蛋白质都是属于自然界的蛋白质，即各种生物经过漫长的进化过程中形成的。
随着人们生活的改变，自然界现在的蛋白质不一定能满足人
类生产和生活的需要，那么，有什么办法可以获得人类所需的蛋白质呢？ 4、什么是蛋白质工程？
引导学生认真阅读课文中的材料，引出课题。 一、蛋白质工程的概念：
根据蛋白质工程的概念，关注两方面的内容： 1、蛋白质工程的基础：基因工程。
2、蛋白质工程的实质：按意愿产生人们所需要的蛋白质。 学习探究：

8 1、对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过参基因的操作来实现呢？
2、蛋白质工程是怎样进行的呢？ 二、蛋白质工程的基本原理：
1、蛋白质工程的目标：按人们对蛋白质功能的特定要求，对蛋白质的结构进行分子改造和设计。
2、蛋白质合成的基本方法： 通过人工的方法，先确定所需蛋
白质的基本功能，再按逆向推出相关基因的基本组成，再进行转录和翻译得到所需蛋白质。
3、蛋白质工程的基本途径：
确定蛋白质功能→应有的蛋白质高级结构→应具备的折叠状态→推测氨基酸序列→找到或合成相应的碱基序列（基因）→改造的蛋白质
4、实施蛋白质工程的前提条件：了解蛋白质的结构和功能 三、蛋白质改造的方法：基因定点诱变技术、重组DNA技术 1、制造出自然界中不存在的全新蛋白质——大改
根据氨基酸性质和特点来改造，使之具有特定氨基酸序列、空间结构和预期功能。 2、在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构——中改 3、改造蛋白质分子中的几个氨基酸的残基——小改
通过基因工程的定点诱变技术，有目的改造，以改善蛋白质的性质和功能。
引导学生阅读课文材料，探讨蛋白质工程在人类生活中的实际应用及进展情况。最后经分析讨论，得出相关结论。 四、蛋白质质工程的应用：
1、提高蛋白质的热稳定性：主要是改造酶的结构，提高酶的热稳定性
主要用于工业化生产
（1）替换酶的部分氨基酸； （2）引入二硫键 2、改变蛋白质的活性
3、合成嵌合抗体，用于临床治疗 五、蛋白质工程的进展和前景：

课堂小结：蛋白质工程的基本原理 课后记：
本节内容少，且在已有知识的基础上较易掌握。关键在明确所需蛋白质的功能，找出相关的基因结构即可。

辅助材料：
蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。
在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课
9 题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。
下面举一个如何通过蛋白质工程来提高重组β-干扰素专一活性和稳定性的例子。干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β-干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，β-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸（第17位、31位和141位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干扰素的贮存稳定性高很多。
在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。


10 专题二 细胞工程 第一节 植物细胞工程
教学目标
1．知识方面：
（1） 细胞的全能性。
（2） 植物细胞工程的主要技术——植物组织培养和植物体细胞杂交。 2．态度观念方面：
（1）
通过介绍植物组织培养技术的发展史、植物体细胞杂交技术所取得的进展和尚未解决的问题，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣，通过学习使学生达到用发展的眼光看问题、分析问题，勇于开拓、推陈出新。
（2）
在植物细胞工程两在技术的学习中，渗透科学态度、科学方法和科学精神的养成教育，培养学生形成正确的的唯物主义世界观和人生观。
3．能力方面：
（1）
合理利用录像、软件等多媒体课件，培养学生的观察能力、分析应用能力和整合信息的综合能力。
（2） 创设问题，在质疑、探究中培养学生独立思考、推理判断和创造性思维能力。 （3） 通过联系生产生活实际，培养学生理论联系实际的能力。 教学重点：
1．植物组织培养的原理和过程。 2．植物体细胞杂交的原理。 3．植物细胞工程应用的实例。 教学难点：植物体细胞杂交
教学方法：探究法、谈话法、讲授法相结合。 具体教学思路： 1．课前布置预习；
2．温故知新，复习细胞全能性理论。
3．充分利用学生已有知识，借助多媒体教学手段，提供更多的资料供学生阅读，让学生探究知识的奥秘。
4．智能训练，实现知识的正向迁移。 教学课时：2课时 教学过程：
教师活动：课堂课件展示，提出问题，导入新课。
1．结合基因工程成果与展望的有关知识，简述“超级细菌”的培育过程。 2．如果将三种假单孢杆菌与第四种假单孢杆菌融合或将其内的细胞器移入第 四种假单孢杆菌体内，使之具有分解四种烃类化合物的功能。这样的生物技术应属于何种生物工程？
学生活动：分析、讨论，归纳总结。（见课件） 学生预习中出现的问题（见课件） 一．细胞的全能性：
1． 概念： 2． 实例：
3． 形成原因：细胞内含有本物种的整套遗传物质。 二．植物组织培养：

11 在学生充分复习、认真预习的基础上，教师通过教学设问以谈话方式引导学生总结出植物组织培养的过程。 相关问题：
1． 植物细胞表现出全能性的必要条件是什么？
2． 离休的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？ 3． 决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？
4． 在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ 通过教师启发，学生讨论，共同归纳、总结。（见图）

植物组织培养的应用方面：生产药物、食品添
加剂、香料和杀虫剂。
小结：在生物体内，由于基因的选择性表达，细
胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的 组织、器官。当已分化的植物细胞、组织或 器官脱离母体后（即脱分化），在一定的营养 物质、激素等外界条件作用下，脱分化形成 愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），再 在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达 出全能性，发育成完整的植株。 问题情境：
1．在生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫 剂时进行的过程属于植物组织培养吗？（前者 为植物细胞培养，即培养到愈伤组织即可；后 者需诱导产生完整的植物体。）
2．20世纪60年代，有的科学家提出了这样一个设想：让番茄和马铃薯杂交，培育出一种地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。
如果要实现这一设想，你认为可以采用哪些方法？ 引导学生阅读课文资料，回答下列问题：
（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？ （2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？
（3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？
（4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？
组织学生分小组讨论、分析，得出相关结论。 三．植物体细胞杂交：
1．概念：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的方法。
2．杂交的时间：植物细胞杂交是从细胞融合开始，到培育成的新植物体结束。 3．过程： 纤维素酶
原生质体制备： 用酶解法去除细胞壁。
果胶酶 膜融合 ：高钙、高PH诱导膜融合 原生质体融合： 核融合 ：杂种细胞第一次有丝分裂时融合 过程 物理方法
：离心、振动、电刺方法： ：聚乙二醇（PEG） 化学方法
激杂种细胞的筛选和培养： 机械法、生理法、遗传法
杂种植株的再生与鉴定：由愈伤组织再培养出杂种植株的过程。


12

4.优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，扩大杂交亲本范围，培养新品种。 课堂小结：细胞全能性是植物组织培养的理论基础，而植物组织培养又是植物体细胞杂交的技术环节之一。
智能训练：课本的《思考与探究》 课后记：
通过学习本节知识，使学生了解了植物组织培养和植物体细胞杂交的进展情况和前景，也巩固了旧知识，掌握了新知。本节课学生的阅读能力得到了增大的提高。

[第二课时]植物细胞工程的实际应用
学习探讨：印发课堂阅读资料。
1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。 2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。
诱导植物愈伤组织→体细胞胚的诱导→体细胞胚的成熟→体细胞胚的机械化包裹→贮藏或种植
3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。
花药花粉细胞培养愈伤组织分化出小植物单倍体植株正常植株
4．人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？ 5．人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪些优点？
6．人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？
7．高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”呢？ 四、植物细胞工程的实际应用 1、开辟植物繁殖的新途径： （1） 植物微型繁殖； （2） 培养无毒植株； （3） 制作人工种子。 2、改良作物：
（1） 单倍体育种： （2） 突变体的利用。
3、细胞产物的工厂化生产：生产人参皂甙干粉、生产红杉醇等。 课堂小结：略 随堂练习：见资料 课后记：略 [知识拓展]
1.什么是细胞全能性?
13 细胞全能性（cell totipotency）比较权威的定义是1984年国际组织培养协会做出的：“细胞全能性为细胞的某种特征，有这种能力的细胞保留形成有机体所有细胞类型的能力”。这个定义比一般所说的概念“一个细胞中包含着这种生物的全部遗传信息（基因），在适当的条件下可以发育成一个完整的生物体”更基本和全面。它不但包含了培养细胞再生成植株的情况（分化成各种类型的细胞，并以一定形式构建成植物），同时也包含了培养细胞生产次生代谢物的情况（不分化或只分化成某种类型细胞，但仍留着分化为其他细胞类型的能力）。前者成为组织培养和转基因植物需要进行植株再生的理论基础，后者成为像微生物发酵一样培养细胞，生产人们所需要的次生代谢产物的理论基础，如通过红豆杉的细胞培养生产紫杉醇。
2.植物组织培养技术是如何发展起来的？
技术和理论是一对孪生兄弟，相辅相成，技术手段的发明会促进理论的创新，理论的创新又会指导技术的实践活动。植物组织培养也是如此。
早在1902年，哈伯兰特（Haberlandt）提出高等植物的器官和组织可以不断地分割，直至单个细胞的观点，预言植物体细胞在适宜的条件下，有发育成完整植株的潜力，提出了植物细胞全能性的设想，并且用植物细胞组织进行了培养实验。他虽然未能获得再生植株，却是植物组织培养的开创者。1902年他发表了著名论文《植物细胞离体培养实验》，论文中提出的植物细胞全能性的理论是植物组织培养的理论基础。
从哈伯兰特提出植物细胞全能性的理论，到1958年斯图尔德（F.C.Steward）等人第一次用胡萝卜根的韧皮部细胞证实了植物细胞的全能性，用了整整56年。56年中许多科学家做的事情归纳起来都是在探索哈伯兰特提出的“植物细胞在适宜条件下，有发育成完整植株的潜力”中的适宜条件。
20世纪60年代以后，植物组织培养进入了迅速发展阶段，并逐步走向生产应用，如快繁脱毒、单倍体育种、种质资源保存、生产次生代谢产物等，也为人工种子、细胞融合、转基因植物等奠定了基础。
3.怎样制备胡萝卜培养基（供参考）？ （1）诱导胡萝卜愈伤组织
在MS培养基［注］中加入质量分数为0.5 mg/L的6-BA和质量分数为0.5 mg/L的NAA （2）诱导胡萝卜丛芽
在MS培养基中加入质量分数为2mg/L的KT和质量分数为0.2mg/L的NAA （3）诱导胡萝卜生根：在1/2MS培养基中加入质量分数为0.1 mg/L的NAA ［注］：MS培养基的配制方法见《选修1附录3中八》。 4.植物组织培养中的愈伤组织是如何形成及再分化的？
植物组织培养中使用的外植体一般是高度分化了的细胞，在植物体中是不会 再分裂繁殖的，只是执行某种功能直至死亡。这些细胞在培养基上培养时会由原来的分化状态，变成分生状态的细胞，分裂产生愈伤组织，这个过程称为脱分化（dedifferentiation）过程。这种转变在细胞的形态结构和生理生化上都会产生一系列变化。组织培养的研究结果表明分化细胞的脱分化需要两个条件，即创伤和外源激素。
目前人们对于脱分化过程的本质还不清楚。分化细胞在细胞周期中是处于一
种相对静止状态的细胞（G0期细胞），脱分化是要打破这种状态，使细胞进入细胞周期中的G1期，并沿着G1期→S期→G2期→M期的循环进行细胞分裂，形成愈伤组织。现在发现细胞周期受基因调控，一种称为编码细胞周期依赖性激酶CDK（cycilin dependent kinase）的基因和一种细胞周期蛋白（cyclin）可能与植物细胞脱分化的第一次分裂启动有关。那么，什么因素诱导细胞周期调控基因的作用，培养实践证明与外源激素有关。至于激素如何诱导
14 以及诱导作用的过程目前仍不清楚，有待深入研究。分化细胞脱分化后细胞结构有两点明显的变化：一是在细胞内出现液泡蛋白；二是叶绿体转变成原质体。
当细胞脱分化形成愈伤细胞后，经过一段时期的分裂，细胞群体变成不是一
种细胞类型的均一群，又会产生分化，形成分生细胞或分生细胞团，由此再生成植株有两条途径：一是形成体细胞胚（功能类似于受精过程产生的胚），通过体细胞胚形成再生植株。二是走器官发生的途径再生植株，分生细胞在一定的诱导条件下重建芽的分生组织，分化出芽后再生根，成为完整的植株。
5.为什么要在避光条件下培养愈伤组织？
对于植物组织培养来说，光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。 但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。 6.什么是人工种子？
人工种子（artificial seed）是指通过植物组织培养的方法获得的具有正
常发育能力的材料，外面包被着特定的物质，在适宜的条件下可以发芽成苗的植物幼体。人工种子的概念中包含的“具有正常发育能力的材料”通常是指胚状体（目前国外有使用不定芽、顶芽和腋芽的），它可以由三种途径产生：
（1）由已脱分化的外植体直接产生； （2）由愈伤组织产生； （3）由悬浮细胞培养产生。
对胚状体的基本要求是：①播种后能快速出苗；②根和芽几乎同时生长，不 产生愈伤组织；③同步化程度高；④活力强；⑤形成的幼苗的形态与生长要正常。
“外面包被着特定的物质”是指人工种皮，制作人工种皮的材料有海藻酸
钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。对人工种皮的要求是：能保持胚状体的活力，有利于贮藏运输和萌发。选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害，含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害。
人工种子目前还存在不少问题。例如，现有重要经济价值的植物产生胚状体
能力弱，难以形成同步化的有强活力的胚状体；成本较高；运输贮藏以及机械化播种问题也未解决。因此，现在很少有人以生产为目的进行人工种子的研制。 7.植物微型繁殖技术高效快速的实例有哪些？
植物脱毒（virus-free）和离体快繁（in vitro propagation）是目前植物
组织培养应用最多、最有效的方面。生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种的严重退化、减产和降低品质。利用植物分生组织进行培养可以使新长成的植株脱去病毒。利用这种方法生产无病毒苗的农作物有马铃薯、甘薯、大蒜、草莓、苹果、香蕉等，并已大规模应用于生产。离体快繁技术可以使一些植物的扩增速度比常规方法快数万倍乃至百万倍，而且产生的幼苗遗传背景均一，重复性好，不受季节和地区限制。目前世界上已建成很多年产百万苗木的组培工厂，成为一种新兴产业。离体快繁技术在观赏植物、园艺植物、经济林木和无性繁殖作物上已得到广泛应用。 8.植物体细胞杂交的过程是怎样的？
体细胞杂交是克服植物有性杂交不亲和性、打破物种之间的生殖隔离、扩大
遗传重组范围的一种手段。操作过程包括：原生质体制备、原生质体融合、杂种细胞筛选、杂种细胞培养、杂种植株再生以及杂种植株鉴定等步骤。
原生质体制备是用纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶将植物细胞壁分解掉，只

15 留下细胞膜（质膜）包裹着细胞内含物。原生质体融合是指两个原生质体的质膜 重新组合排列形成一个质膜，其中含有两个细胞核。在细胞工程中一般是诱导融合，形成的融合细胞中所含有的两个细胞核是来自不同的物种，称之为异核体（heterokaryon）。诱导融合的手段有化学诱导和物理诱导。在诱导因素的作用下形成的融合细胞进一步产生核融合，进行第一次有丝分裂。杂种细胞的筛选方法有：①细胞系互补的选择方法，包括叶绿素缺失互补、营养缺陷互补和抗性互补等；②利用物理特异性差异的选择方法：这是利用两个原生质体物理特异性差异的一种选择，包括原生质体的大小、颜色、浮密度等的不同来选择；③利用生长特异性差异的选择方法。需要注意的是上述选择方法只适合部分杂交细胞的情况，有时无法选择，就不加选择地进行培养和再生成植株，然后对再生植株的杂种性状进行鉴定。杂种细胞培养方法与原生质体的培养方法相似。体细胞杂种的鉴定方法有：①形态学鉴定。利用杂种植株与双亲在表现型上的差异进行比较分析，如叶片大小与形状，花的形状与颜色、叶脉、叶柄、花梗及表皮毛有无等；②细胞学鉴定。杂种植株细胞中的染色体数目是否比任何一方亲本细胞中的染色体数目增多？理论上讲如果染色体不丢失，杂种细胞中染色体数目应为双亲染色体数目之和。也可以用基因组原位杂交的分子细胞学方法进行鉴定；③同功酶鉴定。同功酶是功能相同的酶的多重分子形态，它们是特异基因的产物。杂种细胞中的同功酶谱一般是双亲酶谱之和，但有时也会出现双亲没有的新带；④分子生物学鉴定。常用的方法有限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态性（RAPD）和扩增片段长度多态性（AFLP）等。
值得注意的是体细胞杂交尚存在一些问题：①亲缘关系越远，染色体排斥丢
失的现象就越严重；②由于是两个物种的全部遗传物质的合并，各种基因都在其中，选择符合需要的个体难度大；③有时缺乏选择杂种细胞的有效方法。因此目前整体对称融合的工作比较少，而是采用非对称融合，即一方亲本包括了全部遗传物质，另一方亲本只取一部分遗传物质，如用不具有核的原生质体与之进行融合。
9.物理和化学方法诱导原生质体融合的基本原理是什么？
化学融合的机制：常用化学融合方法有高pH—高Ca2+法和聚乙二醇（PEG）
法。高pH—高Ca2+法诱导原生质体融合的基本原理是中和原生质体表面所带的电荷，使原生质体的质膜紧密接触，从而有利于质膜的接触融合。PEG处理原生质体可以使原生质体聚集促进融合，但PEG诱导融合的真正机制目前并不清楚。
物理融合的机制：常用方法为电融合法。此法是先将两种原生质体以适当的
比例混合成悬浮液，将其滴入电融合小室中，给小室两极以交变电流，使原生质体沿电场方向排列成串珠状，接着给以瞬间高强度的电脉冲，使原生质体膜产生局部破损而导致融合。 10.工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么？
第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找 到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。
第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培 养，增加细胞数量。
第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。


16 第二节 动物细胞工程
教学目标
1．知识方面：
（1） 动物细胞培养和核移植技术。
（2） 简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。 （3） 简述动物细胞融合和单克隆抗体的制备及应用。 2．态度观念方面：
（1） 初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。
（2）
通过向学生介绍几种动物细胞工程技术的发展动态及一些新的研究成果，使学生明确对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入，形成终身学习的意识。
3．能力方面：
（1）
学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。
（2） 由植物体细胞杂交技术导出动物细胞融合过程，培养学生的知识迁移能力思维能力。 （3）
让学生尝试设计单克隆抗体的制备过程，使学生了解生物科学的认识模式，以发展学生的创造性能力。
教学重点和难点： 1.教学重点
（1）动物细胞培养的过程及条件。
（2）用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 （3）单克隆抗体的制备和应用。 2.教学难点
（1） 用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 （2） 单克隆抗体的制备过程。
教学方法：采用自学——指导、启发探究、师生交流等教学相结合。利用课件、资料等手段进行教学。
教学课时：3课时（含巩固练习及讲评） 教学过程： [第一课时] 教师活动：播放课件，引导学生自学课本材料并回答相关提出问题。 1．植物细胞工程常用的技术手段有哪些？ 2．动物细胞工程常用的技术手段有哪些？
3．动物细胞培养液的主要成分是什么？较植物组织培养基有何独特之处？ 4．为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？ 5．为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？ 6．为什么选用胰蛋白酶做上述处理？ 7．培养的细胞为何贴壁生长？
8．如何界定原代培养和传代培养以及细胞株和细胞系？
学生活动：通过阅读课文，观察课本中图片和教师提供的动画，进行小组分析讨论，在学生回答的基础上引出动物细胞工程常用的技术。 知识要点：

动物胚胎或幼 剪碎 加培养液 原代培养 单细胞群 细胞悬浮液 细胞株 龄的器官组织 胰蛋白酶 传代培养

遗传物质改变
传代培养
细胞系 （培养条件下无限传代）
动物细胞培养的过程

17 细胞株 细胞系

10代细胞 50代细胞 细胞悬浮液
原代培养 传代培养
细胞株和细胞系的界定

一、动物细胞的培养
1．动物细胞培养液的成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。 2．动物细胞培养液的特点：液体培养基、含动物血清 3．动物细胞培养的条件： （1） 无菌、无毒的环境； （2） 营养物质； （3） 温度和PH； （4） 气体环境等。
4．动物细胞培养技术的应用：
学习探讨：如何解决为烧伤病人植皮问题？ 引导学生讨论、分析得出结论：利用动物细胞培养技术中的细胞贴壁生长和接触抑制的特点，可用烧伤病人自己的健康皮肤细胞培养出大量的自身薄层皮肤细胞，以供植皮所需。

二．动物体细胞核移植技术和克隆动物 课堂提供阅读资料，供学生分析讨论：
材料一：核移植技术发展简史（见人教版P51） 材料二：细胞核移植技术中能用作受体细胞的通常有MII期卵母细胞和受精卵（合子）。早期核移植技术中常用受精卵，后来基本上用MII期卵母细胞取代了受精卵，主要因为两者的细胞质环境不同。有人认为重组需要的因子存在于MII期卵母细胞的胞质中，而在原核形成时这些因子已被降解或用光，因此，原核扩张后受精卵去核可引起胞质中重组因子缺乏。成熟促进因子（MPF）是卵母细胞细胞质中重要的胞质影响因子，MPF的活性在卵母细胞减数分裂的MI期和MII期达到最高，受精或激活后，MPF迅速灭活，因此，MII期卵母细胞中MPF活性高，而受精卵中MPF活性低。MPF水平的高低可影响供体核染色质的状态和复制。MII期卵母细胞细胞核、细胞质已成熟，而MI卵母细胞细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育，因此，尽管MI期卵母细胞MPF活性也高，但不能用作受体卵母细胞。
也有人认为用去核合子做受体时，可能由于合子去核时一些早期发育必需的因子随原核的去除而被去掉了，而使去核受精卵缺乏发育能力。 因此，目前广泛采用MII期卵母细胞做受体。 材料三：提供鲤、鲫鱼核移植资料（见复印件） 材料四：提供克隆“多莉”羊资料（见复印件）. 在学生阅读材料的基础上，教师引导学生分析、讨论，共同概括、总结：
1．动物核移植的概念：将一种生物的细胞核移植到另一种去核或不去核生物的细胞质中，发育成杂合新个体的方式。
2．特点：主要是指不同种的细胞的拆合，新个体具备双亲的遗传特性。

18 3．过程： 细胞核
鲫鱼卵细胞

无核细胞
组装细胞
细胞核

鲤鱼囊胚细胞
无核细胞

4．克隆：主要指同种细胞的拆合过程。 5．动物体细胞核移植技术的应用： （1） 畜牧生产方面：培育良种动物。 （2） 保护濒危特种。
（3） 医药卫生方面：生产医用蛋白、器官和组织移植等。 课堂小结：根据已呢知识，完成下表
比较项目 植物细胞培养 动物细胞培养
原理

培养基

结果

鲤鲫鱼
培养目的


课后记：
本节课的要点在于动物细胞培养技术的应用，解决人类生活所需。通过学生自学和有关材料的查找、分析、讨论，能较大程度掌握和运用。

[第二课时]动物细胞融合与单克隆抗体
教学过程：
复习旧课，导入新课：
复习两种细胞工程常用的技术手段，引出动物细胞工程的其他技术。 三．动物细胞融合：
教师活动：启发学生回忆植物体细胞杂交过程，并引导学生大胆推测：动物细胞融合与植物体细胞杂交过程有何不同？动物细胞融合相当于植物体细胞杂交过程的哪一步？ 学生活动：分析、讨论并得出结论：动物细胞融合相当于植物体细胞杂交的原生质融合过程。 引导学生阅读资料后，师生共同总结：
动物细胞融合与植物体细胞杂交的原生质融合的基本原理相同，就边诱导融合的方法也基本类似，只是除物理法、化学法外，还用到生物方法——即灭活的仙台病毒。 1．理论基础：细胞的全能性； 2．原理：细胞膜的流动性；
3．诱导方法：物理法、化学法、生物法（灭活的仙台病毒）

丧失感染活性（不感染细胞） 紫外线
仙台病毒
保留融合活性（诱导细胞融合）

课件展示动物细胞融合的过程。 教师活动：
1．动物细胞之间或动物与人细胞之间都可以进行融合，产生的融合细胞有多少种？ 2．动物细胞融合技术主要用途是什么？
引导学生回忆：何谓抗体？其由何种细胞产生？主要分布在哪？ 创设问题情境：
1．长期以来，人们为了获得抗体，采用的方法是什么？

19 2．能否用动物细胞融合的方法，使体内的效应B细胞产生成千上万的单一抗体呢？ 教师活动：如果能用体内的效应B细胞产生成千上万的单一抗体，那么，怎样才能制备呢？请设计相关的方案。
让学生设计和汇报制备单克隆抗体的方案，并根据提纲阅读课文： 1．为什么选用小鼠骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合呢？ （参考：细胞同源性越近，融合的杂种细胞越易成活。）
2．骨髓瘤细胞是癌细胞吗？（参考：有无限增殖能力即失去凋亡机制和接触抑制等的细胞为肿瘤细胞；而具有转移能力的肿瘤细胞为癌细胞。）
3．整个制备过程为何要经过两次筛选？（参考：第一次筛选可得到多种杂交瘤细胞，第二次筛选才能得到单一杂交瘤细胞。）
4．杂交瘤细胞在小鼠腹腔内培养与体外培养有何区别？（参考：能不断产生抗体） 5．杂交瘤细胞在小鼠腹腔内增殖，会造成小鼠死亡吗？单克隆抗体能用于人体疾病治疗吗？ 在教师引导学生自学基础上，分析、讨论并总结归纳出知识要点。 四．单克隆抗体：
1．概念：由单个B淋巴细胞进行无性繁殖形成的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体。
2．特点：化学性质单一，特异性强，灵敏度高。 3．单克隆抗体的制备：（展示课件） ① 将抗原注入小鼠体内获得效应B细胞

（1）获得杂交瘤细胞 ② 效应B细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合


③ 用特定培养基筛选出杂交瘤细胞

① 筛选能够产生所需抗体细胞群

（2）动物细胞培养

② 再生培养液或小鼠腹腔中培养
（3）提取单克隆抗体 ：从培养液或小鼠腹水中提取 4.单克隆抗体的应用：
（1）诊断疾病：诊断病毒引起的疾病和用癌细胞抗原制备的单克隆抗体定位诊断。 （2）药物导向治疗：运用药物与单克隆抗体连接在一起制成“生物导弹” （3）分离和纯化抗原分子。

教学小结：应抓住三个一，即“一种诱导细胞融合的新方法——灭活的病毒；一种新细胞——杂交瘤细胞；一种优势——单克隆抗体的特异性强、灵敏度高的抗体）。 课后记：
本节重点要学生理解单克隆抗体的应用前景。通过学习，学生对单克隆抗体的形成原理和应用有较深刻的认识，掌握了设计单克隆抗体制备的一般方法，拓宽了视野，提高了学生的综合应用能力。但对杂交瘤细胞的筛选，还有点不很明确。下节课前以复习形成展示附件来补充。

附件：
杂交瘤细胞分离的基本原理
骨髓瘤细胞缺少次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转化酶（HGPRT酶）和胸腺嘧啶激酶（TK酶），运用培养液中加入次黄嘌呤、氨基蝶呤、胸腺嘧啶制成选择培养基。

20 核酸的合成有两条途径：主要途径和补偿途径。
1、当氨基蝶呤存在时，主要途径将被阻断，就由补偿途径合成核酸。
2、由于骨髓瘤细胞中缺少HGPRT酶和TK酶，因此不能合成核酸而死亡；虽然淋巴B细胞中有这两种酶，但基寿命短，培养几天后也死亡。
3、只有杂交瘤细胞具有寿命长又能经补偿途径合成核酸而繁殖。

次黄嘌呤

氨 HGPRT 基RNA
补偿途径 主要的生 蝶 物合成途径

DNA 呤 TK酶

胸腺嘧啶 核酸生物合成的主要途径与补偿途径


21 专题三 胚胎工程
第一节 体内受精和早期胚胎发育
教学目标
1．知识目标：
（1）简述哺乳动物的精子和卵子的发生及受精过程。 （2）简述哺乳动物的胚胎发育过程及其主要特点。 （3）认同胚胎工程建立及发展的意义。 2．态度观念方面：
（1）初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。
（2）通过向学生介绍动物精卵细胞的形成和受精作用，使学生明确对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入，形成终身学习的意识。 3．能力方面：
（1）
学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。
（2）
通过学习精卵形成和受精过程，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力。
教学重点、难点： 1.教学重点
（1）哺乳动物精子和卵子的发生。 （2）哺乳动物的受精过程。 （3）哺乳动物的胚胎发育。 2.教学难点
（1）哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用的概念和生理功能。
（2）哺乳动物胚胎发育各阶段的主要特点。
教学方法：以探究法、谈话法和讲授法相结合进行教学。 教学课时：2课时 教学过程：
以提纲的方式引导学生学习“科技探索之路”并组织学生分组探讨，从中领悟科学的发展就是不断“发现问题——提出问题——设计实验——进行实验——得出结论”的探究过程。。
（1）胚胎工程的建立可大致分为几个阶段？在每一个阶段中，胚胎工程技术有什么重大突破？这些重大突破对推动生产力的发展有什么作用？
（2）为什么说胚胎移植技术的成功和应用带动和加速了体外受精技术的研究？
（3）美籍华人科学家张明觉在动物生殖生理学上有什么重大发现？这个发现对促进胚胎工程实现产业化有何意义？
（4）通过胚胎工程的建立过程，你如何认识科学、技术、社会三者之间的关系？
通过学生交流，教师总结，引出课题（展示课题：第一节 体内受精和早期胚胎发育）。
教学中，教师引导学生利用已有知识，指导学生根据提纲阅读资料。 教学提纲：
1．高等生物的个体发育的起点是什么？（参考：受精卵）
2．一个受精卵是怎样发育成一个完整的生物个体？（参考：通过细胞分裂、细胞分化、组织器官的形成，最终成为一个完整的生物个体。）

22 3．通常一只母羊只能生1~2只羊羔，远不能满足人们的生活需要。那么，有什么方法可以一般的繁殖方式，可使牛羊等动物快速繁殖呢？（参考：胚胎工程）
从学生的交流、探讨中提出：什么是胚胎工程？动物的早期胚胎是怎样进行的？ 一．精子和卵子的发生：
在教师指导学生阅读资料的基础上回答如下问题： 1.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？
提示：不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的1个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。
2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？
提示：细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和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分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。 1．精子的形成：
（1） 场所：睾丸的曲细精管（示图） （2） 时期：从初性期到生殖机能衰退。
（3） 过程：（引导学生阅读资料，得出结论）见下图 1个 1个 多个
有丝分裂 染色体复制 精原细胞 精原细胞 初级精母细胞
2N、2V 2N、4V 2N、2V
第一阶段

减数第一次 变形 2个次级精母细胞 减数第二次 4个精子细胞 4个精子 分裂 分裂
每个为N、V 每个为N、2V
第二阶段 第三阶段

教师引导学生阅读相关的资料，进行分组讨论，最后归纳总结： 1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
答：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。 2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？ 答：是指卵子从卵泡中排出。
3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？ 答：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数 分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数 分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子 是在输卵管内与精子受精的。 2．卵子的发生：

23 （1） 场所：卵巢 （2） 过程：

卵原细

有丝分裂 胎儿期

2初级卵母细

初级卵母细胞生
长


初级卵母细胞 2

减Ⅰ分裂(M
初情期
后 次级卵母细胞
N 第一极体

减Ⅱ分裂(MⅡ



N

（3）时间：减数第一次分裂在雌性动物排卵前完成；减数第二次分裂是在精、卵结合过程中完成。
引导学生回顾必修2有关受精作用的过程和阅读教材所给资料，讨论、分析归纳总结出受精的知识要点。 二．受精：
1．概念：指精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。 2．场所：输卵管
3．受精前的准备阶段：
（1）精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道中发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。
（2）卵子的准备：卵子在输卵管中发育到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。 4．受精阶段：
（1） 精子穿越放射冠和透明带； （2） 精子进入卵黄膜； （3） 雄、雌原核形成；
（4） 雄、雌原核的融合，产生受精卵。 5．生理意义：
（1）维持各种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定； （2）对于生物的遗传变异和生物进化是十分重要的。







24 受精卵
哺乳动物受精卵的发育 胎儿形成

引导学生阅读教材中的资料分析、讨论，归纳总结出相关结论并引入课题。
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
答：比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。 2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
答：马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在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，在实践中通常用发育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？请结合本节内容举例说明。
提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，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，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。 教师引导学生回顾青蛙个体发育的过程和放动画观察，引出新课题。 三．胚胎发育：（见下图）

在输卵管内进行有丝分裂

在透明带内进行有丝分裂，

细胞数目增加，但总体积 不变 由具全能性的细胞构成；

细胞数约32个，排列紧密。


内细胞团：

滋养层细胞：


出现原肠腔和三个胚层，

细胞开始分化，形成组织、

器官、系统

囊胚腔
原滋养层 囊胚
内细胞团 桑椹胚
受精卵
卵裂期
8细胞
桑椹胚 囊胚
4细胞

具囊胚腔
2细胞
原肠胚

25

小结：本节知识点的关键在于明确精卵的形成和受精过程的特点。 课后记：
本节的知识在学生已有的必修2精、卵形成的减数分裂过程、受精作用及青蛙的胚胎发育过程基础上进行学习，学生较易掌握，也很快理解相关的知识点。但对青蛙的受精卵的发育过程的观察，因条件限制未能进行实际观察，只能以动画形式播放了。

第二节 体外受精和早期胚胎培养
教学目标： 1．知识目标：
（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。
（3） 认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。 2．态度观念目标：
（1）初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。
（2）通过向学生介绍试管动物的基本操作过程和早期胚胎的培养，使学生明确对生命的意义，树立正确的世界观和人生观。 3．能力目标：
（1）学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。
（2）通过学习体外受精和早期胚胎培养及其基本操作方法，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力。 教学重难点： 1.教学重点
（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。 2.教学难点
（1）卵母细胞的采集和培养。 （2）精子的采集和获能。
教学方法：教师通过引导学生自学、讨论、分析和探究方法、谈话法等结合进行教学。 教学课时：1课时 教学过程：
教师活动：提供相关材料
材料一：牛刚出生时，每侧卵巢大约含有15万个卵泡，每个卵泡内都有一个初级卵母细胞。出生后能够发育成熟排卵的卵泡只有200个左右，一生产下犊牛4~5头。可见哺乳动物一生中卵母细胞的有效利用率很低。
材料二：我国目前每头奶牛年平均产奶量为3000kg左右，而国际上良种奶牛年平均产奶量可达10000kg，而每头良种成年奶牛需要3万~5万元，如此高昂的价格使我们不能大量引进。
根据上述材料，你有何办法既可提高牛卵母细胞的利用率，又可让引进的良 种奶牛快速地大量繁殖呢？

26 根据上述材料，让学生进行分析、探讨并引出教学课题。 一．试管动物技术：概念（略） 教师引导学生回顾上节课内容：
（1）哺乳动物体内胚胎的形成需要经过哪些过程？（参考：精子和卵子的发生—受精—胚胎的发育）
（2）哺乳动物体外胚胎的发育需要完成哪些环节？（参考：获得精子和卵子—体外受精—体外胚胎培养）。在学生讨论出结果的基础上，教师告诉学生，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胚胎早期培养方法的。今天请大家来扮演胚胎工程专家，共同模拟研究“试管牛”工厂化生产的技术流程。
引导学生阅读教材资料和图片，让学生自己制作“试管牛”的操作流程和拟 出关于操作流程的研究项目：
（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；
（5）画出“试管牛”工厂化生产的技术流程图解（见下图）

具体教学板书： 二．体外受精： 1．概念：
2．原理：人工模拟体内环境（包括营养、温度、PH等），使初级卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。 3．主要操作步骤： （1）卵母细胞的采集： 方法一：对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后直接从输卵管中冲取卵子直接与获能的精子在体外受精。

27 方法二：对大型动物一般采用从活体的卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能的精子在体外受精。 （2）精子的采集和获能：
采集方法：假阴道法、手握法和电刺激法等 获能方法：培养法和诱导法
（3）受精：获能精子和成熟卵子在共同培养一段时间后便可受精。 三．胚胎的早期培养：
1．培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。
2．培养液的成分：水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等。 3．移植方式： （1） 冷冻保存；
（2） 移植到受体动物子宫内培养。

教学小结：让学生简述体外受精中精子、卵子的采集和精子的获能以及胚胎早期的培养方法。 教学后记：
通过上节知识的学习，学生对这节内容的掌握程度较好，能很快理解和应用 相关知识解答一些知识性问题。如有机会，应带学生参观光明农场的奶牛场。

第三节 胚胎的应用及前景

教学目标： 1．知识目标：
（1）举例说出胚胎移植和胚胎分割。
（2）认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。 （3）关注胚胎工程的研究进展和应用价值。 2．态度观念目标：
（1）引导学生了解胚胎工程的发展前景和现实生产实践中的应用，激发学生养成勇于探索和不断创新的精神。
（2）通过向学生介绍胚胎工程的应用及前景，激起学生为社会建设而努力奋斗的决心，同时激励学生树立远大的理想。 3．能力目标：
（1）学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、综合分析问题和实际应用的能力。
（2）通过学习胚胎工程的基本操作方法，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力和创新能力。 教学重难点： 1.教学重点
（1）胚胎移植的生理学基础、基本程序和应用。 （2）胚胎分割的应用意义。 （3）胚胎干细胞研究的意义。 2.教学难点
（1）胚胎移植的生理学基础。
（2）胚胎干细胞的概念和分离途径。
教学方法：探究法、谈话法、讲授法及引导学生阅读材料、分析、讨论相结合

28 教学课时：2课时 教学过程：
教师提供资料，让学生阅读、分析、讨论、归纳。
中国首例体细胞克隆牛胚胎移植后代今晨降生
（中新网2003年10月8日电）据胶东在线报道，今天凌晨3时18分，中国首例体细胞克隆牛的胚胎移植后代克隆牛“蓓蓓”在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心实验场呱呱坠地。克隆牛“蓓蓓”是采用最新的玻璃化超快速冷冻技术和超数排卵技术繁殖的新型克隆牛。
今天凌晨，记者和科研人员一起，焦急地等待“蓓蓓”的降生。3时18分，在科研人员的努力下，克隆牛“蓓蓓”终于来到了这个世界。母亲黑白花奶牛“梨花”舐犊情深，忽然发起牛威，不许众人靠近，并用舌头舔干“蓓蓓”湿湿的黑色毛皮。“蓓蓓”开始睁开眼睛，怯生生地看着四周关心它的人们。凌晨4时左右，在母亲的帮助和周围人们的鼓励下，“蓓蓓”终于颤悠悠地站了起来，并在母亲的帮助下开始行走。科研人员费了好大的劲才遏制住了母亲的牛劲，开始对刚降生的“蓓蓓”进行科学测量。经测量，“蓓蓓”体长66 cm，身高78 cm，胸围81 cm，心律188次/min，体温39 ℃，体重33 kg，各项生理指标正常。
克隆牛“蓓蓓”是我国成功繁殖的首例和第二例胎儿皮肤上皮细胞克隆牛“康康”和“双双”的后代。2001年，我国研究人员对“康康”和“双双”进行了超数排卵处理，于2003年1月2日，从“双双”体内采集到13枚符合国际胚胎移植标准的可用胚胎（这是国际上首次对体细胞克隆牛进行超数排卵处理试验并获得可用胚胎）。研究人员将这些标准胚胎经过玻璃化超快速冷冻处理后，移植到中国黑白花奶牛“梨花”的子宫内，结果获得妊娠。
采用超数排卵技术和玻璃化超快速冷冻技术的“蓓蓓”的降生证明，体细胞克隆牛“康康”和“双双”与正常繁殖母牛一样对外来激素具有较好的应答能力；体细胞克隆牛经超数排卵获得的胚胎移植后，具有正常的发育成胎儿的能力；“蓓蓓”的降生，证明了我国体细胞克隆技术已达到世界前列。采用超数排卵技术会给畜牧业带来巨大的变革，会促使良种克隆牛快速繁育得到实现，这一切将大大地带动畜牧业产业化的发展。 附件：名词解释
玻璃化超快速冷冻技术：它是最简洁、最快速的胚胎冷冻保存技术，冷冻过程不超过1 min，不需要昂贵的程控冷冻仪器，是促进胚胎移植产业化的关键技术之一。该项目采用玻璃化冷冻体细胞克隆牛胚胎移植产犊，在世界上尚属首例。
超数排卵：也简称“超排”，是指将供体母牛经激素处理，使其发情，并能排出数量较多的发育成熟的卵子，经合理的人工授精方法，可以获得数量较多的可移植胚胎。
在学生阅读后，教师指导学生分组讨论：什么是胚胎工程技术？什么是胚胎移植？ 一．胚胎工程技术： 1．概念：
2．类型：胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养、早期胚胎培养（即体外胚胎生产）等技术。 二．胚胎移植：
1．概念：将雌性动物的早期胚胎，或者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体内，使之继续发育为新个体的技术。 也就是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。 2、胚胎移植的生理学基础（条件）： （1）供体和受体具有相同的生理环境；
（2）早期胚胎处于游离状态,为胚胎的收集提供了可能； （3）受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥

29 （4）供体胚胎与受体子宫建立正常的生理和组织联系,且移入受体的胚胎的遗传物质不会改变。 学习探究：
（1）在胚胎移植操作中，怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？供体胚胎移入受体子宫的位置，应与供体内的位置相同或相似吗？ 提示：同种哺乳动物在发情排卵后的生理环境是一致的。
（2）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：胚胎移植的成功率的高低与供体、受体的生理环境条件的一致性密切相关。只有供、受体生理环境高度一致，移入的胚胎才能被接受，才能继续发育。 （3）胚胎移植的基本操作程序是怎样的呢？ 引导学生分组讨论、总结得出课题。
良种供体母牛 受体母牛
3．胚胎移植的基本程序：（见下图）
……同期发情处理…… （1）供体与受体的选择和处理
（雌激素）
（2）配种或人工受精
（3）胚胎的收集、检查、培养或保存 超数排卵 （2）大量节省购买种畜的费用
同种良
（4）胚胎胚胎移植及移植后检查 配种
种公牛
4．胚胎移植的意义
（1）加速育种工作和品种改良 冲卵 （3）一胎多产
（4）保存品种资源和濒危物种
胚胎移植 （5）充分发挥优良个体的繁殖潜能 质量检查、培养
分娩 妊娠检查 （胚胎移植的犊牛） 学习探究材料：
通过体外受精、早期胚胎的培养及胚胎移植技术，可以大幅度提高哺乳动物的繁殖能力，但对胚胎的利用率还是相对较低，那么，有什么办法可以进一步提高胚胎的利用率呢？ 引导学生阅读材料和教材内容，引出课题。 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：细胞的全能性
3．物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质 4．特点：每个后代具有相同的遗传特性。克隆
5．胚胎的选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚 6．基本操作程序：
（1）将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿中，在显微操作下用分割针或分割刀片将胚胎分割，或采用胰蛋白酶处理等方式将卵裂中的细胞分散；
（2）将分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚期再移植给受体，着床发育产仔。 思考与讨论：

30 （1）有人说：胚胎分割的份数越多，产生的后代数量就越多。这种说法正确吗？为什么胚胎分割的份数越多，移植的成功率也越低？
提示：早期胚胎体积小，细胞数目少，显微操作难度大；分割份数越多，每份细胞数目少而不均，囊胚期胚胎内细胞团的影响大。因此，分割份数越多，技术难度越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。 （2）有什么办法可以克隆更多生物个体？
由引导学生思考讨论上述问题，引出胚胎干细胞技术。 四．胚胎干细胞
1．概念：是指来自人或动物的早期胚胎，具有自我复制、自我更新、高度增殖和多向分化潜能的原始细胞。 2．特点：
（1）形态：体积小，细胞核大，核仁明显。
（2）功能：具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。体外培养可增殖不分化。
（3）在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。
3．理论基础：细胞的全能性 4．干细胞的类型：（见课件） 5、主要用途：
（1）治疗人类的某些顽症：如脑病（如帕金森症）、治疗脑瘤（癌）、血癌（白血病）等一些顽症。
（2）培育出人造组织器官，用于器官移植：成功用干细胞分化出肝细胞、用鸡胚胎干细胞制作心肌片、对自身免疫疾病的治疗（如类风湿病、红斑狼疮等） （3）是研究体外细胞分化的理想材料。

课堂小结：引导学生阅读P82“拓展视野”
课后记：本节内容着重在于拓宽学生视野，激发求知欲。教学中学生能积极参与讨论，了解到胚胎工程在生产实际中应用及前景。课后也布置了相关的网页资料查找的范围。


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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/d16e9359a22d7375a417866fb84ae45c3b35c2ef.html

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