2019-2020学年高中生物 第三章 胚胎工程 第二节 胚胎工程及其应用 第2课时 胚胎工程的应用

第2课时胚胎工程的应用学习导航明目标、知重点难点举例说出胚胎工程的应用。简述胚胎干细胞及其研究进展。(重点)胚胎干细胞的研究及其应用。(重、难点)一、阅读教材P86～87完成胚胎工程在畜牧业生产上应用的问题1．大量繁育家畜良种综合利用体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎冷冻保存和动物性别控制等技术，加快家畜良种的繁育与推广。2．控制家畜后代的性别比例通过分离X精子与Y精子以及鉴别胚胎性别的方法，有效地控制家畜后代的性别比例。二、阅读教材P87～90分析胚胎工程在医学及科学研究上应用的问题1．干细胞(1)概念：是动物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。(2)分类：按照分化潜能的大小，干细胞基本上可以分为专能干细胞、多能干细胞和全能干细胞三类。①专能干细胞：只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞，如上皮组织基底层中的干细胞。②多能干细胞：具有分化成多种细胞或组织的潜能，如造血干细胞等。③全能干细胞：可以分化为全身200多种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官，如胚胎干细胞。2．胚胎干细胞：是早期的胚胎中未分化的细胞或从原始性腺中分离出来的一类细胞。具有体积小、核大、核仁明显等形态特征，具有发育的全能性。3．胚胎干细胞的研究意义(1)对人胚胎干细胞的研究，可以帮助人们理解复杂的人体发育过程，并促进对人胚胎发育细节的基础研究，从而揭示人与动物的发育机制及影响其发育的因素。(2)在研究新药对各种细胞的药理和毒理实验中，胚胎干细胞为细胞水平上的研究提供了材料，大大减少了新药研究所需动物的数量，从而降低了成本。(3)胚胎干细胞研究为细胞或组织移植提供无免疫原性的材料，用于疾病治疗等。(4)胚胎干细胞的应用有广阔的前景，也面临一些难题。判一判(1)所有干细胞都具有全能性。(×)(2)造血干细胞属于专能干细胞。(×)(3)胚胎干细胞可从囊胚的内细胞团中获取。(√)(4)干细胞分化为各种功能细胞的原因是细胞内基因发生了重组。(×)连一连胚胎工程在畜牧业生产上的应用[学生用书P49]利用胚胎移植技术可加快家畜良种的繁育与推广，也可结合克隆技术等拯救濒危动物。若通过分离X、Y精子以及鉴别胚胎性别是有效控制其后代性别比例的方法。结合教材P86～87第一段内容完成以下探究。探究1完善下图并回答下列问题，分析胚胎工程技术应用(1)图中①是超数排卵，一般采用注射促性腺激素的方法进行。②是同期发情处理，目的是让受体和供体处于相同的生理状态。(2)③是受精，④是胚胎冷冻保存，⑤中包含胚胎移植技术、胚胎分割、移植技术。(3)该过程大大提高了良种家畜的繁殖能力，也可以用于拯救濒危动物。探究2结合下面材料，分析控制家畜后代的性别材料：牛的X精子(含X染色体的精子)的DNA含量比Y精子的高，质量和体积也大，利用具有一定黏稠度的分离液可对精子进行沉淀分离。根据以上信息选育出下图甲、乙两种牛：(1)奶牛场为了增加牛奶产量应选择分离液下层(填“上层”或“下层”)的精子，以获得乙牛犊，而肉牛场为了增加牛肉产量应选择分离液上层(填“上层”或“下层”)的精子，以获得甲牛犊。(2)为了确保得到所需性别的试管牛，往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定，常对早期胚胎进行性别鉴定的方法是取样滋养层细胞(填“滋养层细胞”或“内细胞团细胞”)。举例说明鉴别胚胎性别的意义？提示：(1)防止与性别有关的遗传病胎儿的出生。(2)可以按照生产需要控制动物的性别以提高动物生产的经济价值。1．在牛的胚胎移植过程中，对受、供体进行同期发情处理，最常用的激素为孕激素，供体的超数排卵用促性腺激素处理。2．动物的性别控制通过人为干预，使动物按照人们的愿望繁衍所需性别的后代。对X精子与Y精子分离的原理及方法：X精子Y精子分离或选择方法体积和质量大小沉淀分离耐酸碱性嗜酸性嗜碱性用化学试剂预先改变阴道的pH膜电荷负电荷正电荷电泳法突破1胚胎移植1．下列流程图是培育“试管山羊”的基本过程。下列相关叙述正确的是()A．该培养过程和绵羊“多莉”的培养过程比较，原理基本相同B．甲过程中可通过给母山羊注射激素促使其超数排卵C．乙过程在母山羊的输卵管中进行D．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液解析：选B。该培养过程是有性生殖，而绵羊“多莉”的培养过程是无性生殖；产生更多卵细胞一般要用促性腺激素处理；乙过程体外受精必须在获能液中完成，丙过程中要有充足的营养保证其发育需求，其培养液成分与乙过程中采用的培养液成分不完全相同。突破2控制家畜后代的性别2．控制哺乳动物的性别对于畜牧生产有着十分重要的意义。目前，分离精子技术是有效的性别控制方法。例如：牛的含X染色体的精子的DNA含量比含Y染色体的精子的DNA含量高出4%左右，利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛。据图回答下列相关问题：(1)试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下________和受精，并通过培养发育成早期胚胎后，再经胚胎移植产生后代的技术。(2)图中①中采集精子时，常采用________法，获得的精子经________方法处理后才能进行受精过程。(3)图中过程③通常采用________技术。在这个过程中________的精子与卵子相遇时，首先发生________反应释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质。防止多精入卵的生理反应有________________________________________________________________________。解析：试管动物的产生过程是通过人工操作获取精子和卵子，并使它们在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育成早期胚胎后，经胚胎移植而产生后代，试管动物可以有选择性地获得所需性别，需对早期胚胎进行检测。答案：(1)成熟(2)假阴道化学药物(一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液)诱导(3)体外受精获能顶体透明带反应和卵细胞膜反应胚胎干细胞及其研究进展[学生用书P50]动物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。利用胚胎工程在医学及科学研究上得到应用。结合教材P87最后一段～P89第一段内容完成以下探究。探究1完善下图，分析胚胎干细胞分化(1)胚胎干细胞的特点：①具有自我复制和多向分化潜能；②具有体积小、核大、核仁明显等形态特征，具有发育的全能性。(2)胚胎发育过程中干细胞的发育分化过程：受精卵→全能干细胞→多能干细胞→专能干细胞。探究2完成下图，理解胚胎干细胞在治疗性克隆中的应用(1)图中取出的胚胎干细胞经过诱导生成各种细胞的原因是细胞具有全能性。(2)利用自身干细胞诱导分化形成的组织、器官进行移植后不会发生免疫排斥反应。胚胎干细胞的研究主要面临的挑战(1)胚胎的安全性问题一些人认为，人早期胚胎是神圣不可侵犯的生命，不应该毁灭它；并且，人早期胚胎的研究，可能导致克隆人(即生殖性克隆)的出现。这些都给法律、伦理、国家和社会安全等方面带来规模空前的冲击。(2)对胚胎干细胞的体外培养条件的优化仍需进一步研究胚胎干细胞无论是在体内还是体外都具有自我分化的潜能，极易分化为其他细胞。因为器官移植是一个非常复杂的过程，所以胚胎干细胞真正用于器官克隆和移植还需技术上的突破。胚胎干细胞简称ES细胞，从胚胎中提取干细胞这项技术备受伦理争议，但重组成体细胞却不涉及制造或摧毁胚胎，通过细胞培养、诱导可以克隆器官。下图是克隆器官的技术路线图，请回答下列有关问题：(1)哺乳动物的ES细胞是从________________中分离出来的一类细胞；体外培养能不断增殖、自我更新，在功能上，具有发育的________性。(2)运用________技术可以形成图中的重组细胞，对重组细胞的培养，其培养基与植物细胞培养的培养基主要不同点是含有________等物质。(3)利用重组细胞培养出的干细胞，也可以形成特定器官组织，这是________的结果，其根本原因是____________________________________________________________。(4)克隆动物与图中克隆器官的技术相比，通常还需运用________和________等胚胎工程技术。解析：(1)胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或原始性腺，在功能上具有发育的全能性。(2)运用核移植技术可以形成重组细胞。对重组细胞的培养，其培养液中除了含有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等营养成分外，还需加入血清、血浆等天然物质。(3)利用重组细胞培养出的干细胞，再诱导干细胞分化形成特定器官组织，实质是基因的选择性表达。(4)克隆动物时，需要获得多个个体常进行胚胎分割，最后需要将胚胎移植到母体中发育。答案：(1)早期胚胎或原始性腺全能(2)核移植血清(3)细胞分化基因选择性表达(4)胚胎分割胚胎移植干细胞分类、特点及应用名称全能干细胞多能干细胞专能干细胞特点具有形成机体的任何组织或器官，直至形成完整个体的潜能具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞举例受精卵、胚胎干细胞造血干细胞神经干细胞应用用于病人的器官移植等造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症核心知识小结[网络构建][关键语句]1.胚胎工程可以综合利用体外受精动物、胚胎移植、胚胎分割．．．．、胚胎冷冻保存和动物性别控制等技术，加快家畜良种的繁育与推广。2.干细胞是动物胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞．．．．，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。3.干细胞可分为专能干细胞、多能干细胞．．．．．和全能干细胞．．．．．三类。4.如果科学家最终能够成功诱导和调控胚胎干细胞的分化与增殖．．．．．，将会给胚胎干细胞的基础研究和临床应用带来积极的影响。5.胚胎干细胞无论是在体内还是在体外都具有自我分化的潜能．．，极易分化为其他细胞。[随堂检测]知识点一胚胎工程的应用1．印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物。通过胚胎工程技术，可以让家猫代孕而繁育，主要步骤如图所示。下列相关叙述正确的是()A．步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割B．诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞C．受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液D．步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同解析：选B。图中步骤甲是指体外受精，步骤乙是指胚胎移植，A项错误；诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素，促性腺激素只能作用于性腺，B项正确；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于受精卵中的细胞质，C项错误；体外受精可以在获能溶液或专用的受精溶液中进行，与早期胚胎培养液成分并非基本相同，D项错误。2．图示为通过体外受精和胚胎移植培育牛的过程。下列叙述正确的是()A．采集的精子不经处理就可以进行体外受精B．②过程需要精子与卵细胞接触，完成信息传递C．桑椹胚的形成是细胞分化的结果D．④过程属于胚胎移植，图中的母体为供体解析：选B。采集的精子在体外受精前，需要对精子进行获能处理，通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法两种，A项错误；②过程为体外受精作用，需要精子与卵细胞接触，完成信息传递，B项正确；由受精卵到桑椹胚的过程，细胞只是通过有丝分裂的方式增加数量，没有发生分化，C项错误；胚胎移植过程中，提供胚胎的个体为供体，接受胚胎的个体为受体，D项错误。知识点二胚胎干细胞及其研究进展3．美国华盛顿大学的一个研究小组首次提取了人类肝脏干细胞。这种干细胞表现出分化多能性，并在动物模拟实验中成功地修复了实验鼠的部分肝脏组织。科学家认为，它拥有治疗多种肝病的潜力。下列说法正确的是()A．肝脏干细胞可分化出人体所有细胞B．肝脏干细胞的细胞核具有发育成个体的潜能C．肝脏干细胞能够分泌胆汁D．诱导肝脏干细胞形成肝组织说明动物细胞具有全能性解析：选B。肝脏干细胞能够发育成肝细胞，属于专能干细胞，不具有分化出人体所有细胞的功能。动物的细胞核具有发育成完整个体的潜能。肝细胞具有分泌