苏教版生物选修3第3章第2节第2课时.docx

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苏教版生物选修3第3章第2节第2课时

第2课时　胚胎干细胞的研究及其应用

1．理解干细胞的概念、分类、来源、特点及分离途径与方法。

（重、难点）

2．举例说明胚胎干细胞的应用并了解胚胎干细胞的研究进展及其所面临的各种挑战。

干细胞及其分类

1．干细胞

（1）含义：

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）作用：

是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。

（3）分类：

专能干细胞、多能干细胞和全能干细胞。

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，但失去了发育成完整个体的能力，如造血干细胞。

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。

（4）研究进展

①干细胞研究开始于胚胎干细胞。

②在干细胞研究中，成果比较显著的是美国和日本两个国家。

2．胚胎干细胞

（1）含义：

指在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。

（2）特点：

具有增殖能力并保持未分化状态，在一定条件下可分化为各种组织和器官。

a．形态上：

体积小、核大、核仁明显。

b．功能上：

具有发育的全能性。

当前的生物和医学领域正在研究“干细胞治疗”，所谓“干细胞治疗”是把健康的干细胞移植到病人体内，以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。

干细胞疗法就像给机体注入新的活力，是从根本上治疗许多疾病的有效方法。

探讨：

干细胞的增殖方式和分化的实质分别是什么？

提示：

干细胞的增殖方式为有丝分裂，分化实质是细胞内基因的选择性表达。

探讨：

试分析干细胞与癌细胞主要有什么区别？

提示：

（1）干细胞与癌细胞不同，干细胞的遗传物质没有发生基因突变。

（2）干细胞不仅能增殖，而且增殖的细胞还能正常分化。

而癌细胞只能增殖，不能分化。

1．干细胞作用

具有重建、修复病损或衰老组织、器官的功能。

2．干细胞分类

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

3.获得干细胞的主要途径

（1）从体外培养的胚胎中获得。

（2）从早期流产的胎儿中获得。

（3）从克隆的胚胎中获得。

（4）从成体中获得。

4．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。

1.胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞，可以进一步分裂、分化成各种组织干细胞，再进一步分化成各种不同的组织。

下列叙述不正确的是（　　）

A．各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果

B．胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞分化形成的神经细胞没有细胞周期

C．造血干细胞分化形成红细胞、白细胞的过程是不可逆的

D．肝脏干细胞分化成肝脏细胞的过程表现了细胞的全能性

【解析】　肝脏干细胞分化成肝脏细胞的原理是细胞增殖和细胞分化，没有得到完整的动物个体，故不能体现细胞的全能性。

【答案】　D

2．如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。

【导学号：

10210076】

（1）胚胎干细胞是从动物胚胎发育至__________期的内细胞团中分离得到的一类细胞。

（2）图中分化程度最低的干细胞是____________。

在体外培养条件下，培养液中加入______________因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。

（3）在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因______________的结果。

（4）某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的，骨髓移植的实质是将上图的______细胞移植到患者体内。

（5）若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、神经细胞中不能选用作为供体细胞的是成熟的______，其原因是_______________________________________________。

【解析】　

（1）胚胎干细胞是由早期胚胎中分离出来的一类细胞，囊胚阶段细胞开始分化为内细胞团和滋养层细胞。

（2）题图中分化程度最低的干细胞是胚胎干细胞，全能性最高，在体外培养条件下，该种干细胞可诱导分化形成不同类型的组织细胞，培养液中需加入分化诱导因子。

（3）细胞分化是细胞中基因选择性表达的结果。

（4）骨髓是人体的造血组织，存在造血干细胞，骨髓移植的实质是将图中的造血干细胞移植到患者体内。

（5）克隆某种哺乳动物需要供体提供细胞核，而成熟的红细胞没有细胞核，所以不能作为供体。

【答案】　

（1）囊胚

（2）胚胎干细胞　分化诱导　（3）选择性表达

（4）造血干　（5）红细胞　细胞中无细胞核

　胚胎干细胞的应用及面临挑战

1．胚胎干细胞的应用

（1）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。

（2）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，进而揭示人与动物的发育机制及影响其发育的因素。

2．胚胎干细胞研究面临的挑战

（1）用于治疗性克隆

治疗性克隆的过程：

受精卵置于培养基中→受精卵分裂→形成胚胎→取出胚胎干细胞→诱导生成各种细胞→用于治疗性克隆。

（2）面临的挑战

①安全性问题。

②培养条件的优化。

③对胚胎干细胞向不同组织细胞“定向分化”的条件还不清楚。

④创造一种“万能供者”细胞，需要破坏或改变细胞中的许多基因，其可行性仍不清楚。

下面是胚胎干细胞来源途径示意图，请据图回答问题：

探讨：

胚胎干细胞的来源有哪些？

为什么可分化为动物体内任何一种组织？

提示：

①来源：

从早期胚胎或原始性腺中分离出来。

②原因：

胚胎干细胞具有发育的全能性。

探讨：

胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？

提示：

胚胎干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。

探讨：

胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？

提示：

通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足。

另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。

1．胚胎干细胞的应用

（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，使人们深刻认识数十年来困扰着胚胎学家的一些基本问题，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试验中，胚胎干细胞可以为其在细胞水平上的研究提供试验材料，并且被用来揭示那些会干扰胎儿发育和引起出生缺陷的药物的致病机理。

（3）胚胎干细胞的研究和应用，能使人们更加深入地了解人的发育过程，还将给人类带来全新的医疗手段。

从理论上说，任何涉及丧失正常细胞功能的疾病，都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异细胞或组织来治疗。

①治疗性克隆的基本方法和过程

人工授精获取的受精卵置于培养基中→受精卵分裂→继续分裂形成胚胎→取出胚胎干细胞→干细胞被诱导生成各种细胞、组织、器官→用于治疗性克隆。

②优点

a．通过自身干细胞诱导分化形成的组织、器官无免疫原性，移植后不发生免疫排斥反应。

b．可以解决目前临床上存在的供体器官严重不足的问题。

c．可以产生人体内具有特殊生理功能的稀有蛋白质。

（4）结合基因工程等还可以在试管中改良并创造动物新品种，培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种等。

2．胚胎干细胞的研究主要面临的挑战

（1）胚胎的安全性问题。

获得胚胎干细胞通常要损毁早期胚胎，而受精卵是生物发育的起点，胚胎是生命的开端，以牺牲一个生命的代价去挽救另一个生命是否值得？

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。

虽然在体外培养条件下防止干细胞分化方面已取得重大进展，但仍需进一步优化研究。

（3）对胚胎干细胞向不同组织细胞“定向分化”的条件还不清楚。

理论上讲，胚胎干细胞可以分化成各种组织细胞，形成各种器官，但该“定向分化”的条件、机制目前还不清楚，从而限制了胚胎干细胞的临床应用。

（4）分化细胞的增殖是一个瓶颈问题。

（5）创造一种“万能供者”细胞，需要破坏或改变细胞中的许多基因，其可行性仍不清楚。

1．胚胎干细胞研究在医学上有重大应用价值。

通过移植胚胎干细胞期望可以治疗下列哪一组疾病？

（　　）

①糖尿病　②高血压　③唐氏综合征（21三体综合征）　④老年痴呆症　⑤白化病　⑥肝衰竭

A．①②⑤　B．②③⑥

C．①④⑥D．③④⑤

【解析】　通过移植胚胎干细胞期望可以治疗糖尿病、老年痴呆症、肝衰竭等。

高血压属于多基因遗传病，唐氏综合征（21三体综合征）属于染色体异常病，白化病属于单基因遗传病，这些病都无法通过胚胎干细胞治疗。

【答案】　C

2．下图表示利用胚胎干细胞（ES细胞）所作的一系列研究，请据图分析回答：

【导学号：

10210077】

（1）上图中的胚胎干细胞（ES细胞）可以从________和________中分离获取。

（2）过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上，并加入动物血清、抗生素等物质，维持细胞不分化的状态。

在此过程中，饲养层提供干细胞增殖所需的________，加入抗生素是为了____________。

该过程对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义。

（3）过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有________的特点。

在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是________。

（4）过程Ⅲ是培育转基因小鼠，将获得的目的基因导入胚胎干细胞之前需构建基因表达载体，目的是_______________________________________________

_______________________________________________。

将构建好的表达载体导入胚胎干细胞最常用的方法是________。

（5）过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官。

实验时，必须去除小鼠的胸腺，使其存在免疫缺陷，其目的是_______________________________________________

_______________________________________________

_______________________________________________，

该过程研究的意义在于解决_______________________________________________

_______________________________________________问题。

【解析】　

（1）胚胎干细胞（ES细胞）可以从早期胚胎和原始性腺中分离获取。

（2）胚胎干细胞培养时所用的饲养层细胞可以供给干细胞增殖所需的营养物质，加入抗生素是为了防止杂菌污染。

（3）胚胎干细胞具有发育的全能性，通过组织化学染