高中生物 第3章 基因工程 第2节 基因工程的应用第2课时学案 苏教版选修3.docx

1、高中生物 第3章 基因工程 第2节 基因工程的应用第2课时学案 苏教版选修3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。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。多能干细胞：具有分化成多种细胞或组织的潜能

2、，但失去了发育成完整个体的能力，如造血干细胞。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)研究进展干细胞研究开始于胚胎干细胞。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

3、。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

4、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

5、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】D2如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。 (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

6、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。(

7、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)

8、面临的挑战安全性问题。培养条件的优化。对胚胎干细胞向不同组织细胞“定向分化”的条件还不清楚。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：从早期胚胎或原始性腺中分离出来。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

9、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

10、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。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。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

11、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

12、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？()糖尿病高血压唐氏综合征(21三体综合征)老年痴呆症白化病肝衰竭A BC D【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】C2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： (1)上图中的胚胎干

13、细胞(ES细胞)可以从_和_中分离获取。(2)过程将胚胎干细胞置于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

14、干细胞最常用的方法是_。(5)过程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，通过组织化学染色，可用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响因素。在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是原肠胚。(4)基因工程中，构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并

15、且可以传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。将基因表达载体导入动物细胞最常用的方法是显微注射法。(5)去除小鼠的胸腺，小鼠不能形成T细胞，不发生细胞免疫，使移植组织细胞不会被排斥。过程研究对于解决临床上供体器官不足或器官移植后免疫排斥等问题有重要意义。【答案】(1)早期胚胎原始性腺(2)营养物质防止杂菌污染(3)发育全能性原肠胚(4)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用显微注射法(5)使移植组织细胞不会被排斥临床上供体器官不足或器官移植后免疫排斥等1下列有关胚胎干细胞的功能特性的叙述中，不正确的是()A具有发育的全能性B体外培养可以分化

16、成各种组织、器官C可以冷冻保存，也可以进行遗传改造D不可以进行增殖【解析】胚胎干细胞功能特性主要有：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。在体外培养的条件下，胚胎干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。【答案】D2下列关于哺乳动物的胚胎干细胞的应用，不正确的是()A利用胚胎干细胞可诱导分化形成新的组织细胞的特性，修复坏死或退化的细胞B随组织工程技术的发展，将来可利用胚胎干细胞培育出人造器官C目前人类已能利用胚胎干细胞治疗帕金森综合症、老年痴呆症等顽症D胚胎干细胞是研究体外细胞分化的理想材料【解析】胚胎干细胞用于治疗人类某些顽症，目前在动物实验方面

17、，已成功的治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑难病症，但是还没有用于人类顽症的治疗。【答案】C3胚胎干细胞的应用价值不包括()A可用于治疗人类的肝衰竭、少年糖尿病等B可以培育出人造组织、器官C可作为研究体外细胞分化的理想材料D可以治疗人类的阑尾炎、过敏反应等【解析】胚胎干细胞在体外培养，可以定向分化为各种专能干细胞或组织细胞，也可以发育成生物器官甚至于完整的个体。阑尾炎是细菌感染引起的疾病，不能用干细胞移植来治疗。细胞分化的机制目前还不十分明了，胚胎干细胞这一原始细胞的体外培养是研究细胞分化的理想材料。【答案】D4按照细胞分化潜能由大到小的排列顺序正确的是()A全能干细胞专能干细胞多能干细

18、胞B多能干细胞胚胎干细胞专能干细胞C胚胎干细胞骨髓造血干细胞髓系祖细胞D胚胎干细胞多能干细胞造血干细胞【解析】全能干细胞(如胚胎干细胞)的分化潜能最大，多能干细胞(如骨髓造血干细胞)的分化潜能次之，专能干细胞(如髓系祖细胞)的分化潜能最小。【答案】C5下列关于ES细胞(胚胎干细胞)的叙述，不正确的是()A形态上体积小，细胞核明显B体外培养可以增殖而不分化CES细胞可以用来培育人造组织器官DES细胞是指来自于原肠胚以后的细胞【解析】ES细胞是指来自于早期胚胎或原始性腺中未分化的细胞，而早期胚胎不包括原肠胚阶段，可以是囊胚或囊胚以前的发育阶段。【答案】D课堂小结：网络构建核心回扣1.干细胞是具有自

19、我复制和多向分化潜能的原始细胞。2.干细胞的功能是重建、修复病损或衰老的组织、器官。3.各类干细胞的发育分化过程是：受精卵全能干细胞多能干细胞专能干细胞。4.从囊胚的内细胞团可分离获得胚胎干细胞。5.胚胎干细胞可诱导分化形成多种功能细胞、组织和器官，用于移植。学业分层测评(十一)(建议用时：45分钟)学业达标1下列关于胚胎干细胞的叙述，不正确的是()A动物胚胎的每一个细胞都是胚胎干细胞B胚胎干细胞具有分化为动物各种组织的潜能C胚胎干细胞的核遗传物质在质和量上与受精卵相同D胚胎干细胞在体外可诱导分化为不同的组织类型【解析】胚胎干细胞主要来源于囊胚期的内细胞团细胞或原始性腺细胞；由于其具有发育的全

20、能性，可在体外培养时诱导分化为不同的机体组织；其核遗传物质与受精卵相同。【答案】A2老年痴呆症患者的脑血管中有一种特殊的淀粉样蛋白体，它的逐渐积累可能导致神经元损伤和免疫功能下降，某些基因的突变会导致淀粉样蛋白体的产生和积累。下列技术不可用于老年痴呆症治疗的是()A胚胎移植技术 B胚胎干细胞技术C单克隆抗体技术 D基因治疗技术【解析】采用胚胎干细胞技术可以产生新的神经元细胞；单克隆抗体技术能定向改善免疫能力；基因治疗技术可以从基因水平对老年痴呆进行治疗；而胚胎移植技术则不能治疗老年痴呆。【答案】A3下列不属于胚胎干细胞用途的是()A阐明细胞分化中各调节因子的作用机制B在试管中改良创造动物新品种

21、C生产有价值的药物D培育超级小鼠【解析】干细胞研究在生物学基础研究中具有极其重要的作用。例如，细胞分化是发育生物学的核心内容之一，利用干细胞就可以将复杂问题简单化，有利于阐明细胞分化中各调节因子的作用机制。通过胚胎干细胞，我们可以在试管中改良并创造动物新品种，再结合基因工程等技术培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种，生产有价值的药物等。超级小鼠是基因工程的产物。【答案】D4胚胎干细胞是从哺乳动物或人的早期胚胎中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性，它可进一步分化发育成各种不同的组织细胞。如图所示为人体干细胞的培养过程，请问图中哪一段的细胞是胚胎干细胞()A囊胚 B内细胞团C血液组织干细胞 D

22、各种血细胞【解析】图中从囊胚内分离出的内细胞团细胞可称为胚胎干细胞，经诱导分化可形成多种细胞。【答案】B5下列关于胚胎干细胞特点的叙述中不正确的是()A当受精卵发育成囊胚时，所有的细胞都是胚胎干细胞B胚胎干细胞是一种未分化的细胞，具有发育全能性C在适当的条件下，胚胎干细胞可以分化为多种细胞和组织D培养胚胎干细胞的关键是需要一种培养体系，必须能促进干细胞的生长同时还要抑制干细胞的分化【解析】当受精卵发育成早期胚胎(囊胚)时，内细胞团的细胞是胚胎干细胞，具有发育的全能性。培养胚胎干细胞时需一种培养体系，必须既能促进干细胞的生长，同时，还要抑制干细胞的分化。【答案】A6干细胞是一种尚未充分分化的未成

23、熟的细胞，它具有再生各种组织、器官的潜能，医学家们正尝试利用干细胞治疗一些顽疾，用骨髓移植法有效治疗白血病便是成功的例证。下列说法中不正确的是()A利用干细胞治疗某些顽疾，是因为干细胞具有再生各种组织、器官的潜能B骨髓分为红骨髓和黄骨髓，其中，只有红骨髓具有造血功能C用骨髓移植法治疗白血病的优点之一是不发生排斥(异)反应D异体骨髓移植成功后，康复者的血型有可能发生改变【解析】骨髓移植成功后，康复者的血型有可能发生改变，因而需要选择配型相合或相近的供体方，以减弱或消除移植免疫，保证成活。【答案】C7下列各项中，不属于胚胎干细胞技术应用的是()A为新药的研究和开发提供材料B为细胞和组织移植提供无免

24、疫原性的材料C有目的地促进某种生物的进化D可以治疗糖尿病、肝衰竭、心衰竭等疾病【解析】有目的地促进某种生物的进化不属于胚胎干细胞技术的应用。【答案】C8胚胎干细胞是全能干细胞，可定向诱导分化为各种细胞、组织、器官甚至于个体。胚胎干细胞研究的目的不包括()A为烧伤病人植皮B为肾病患者进行肾移植C为不孕者培育婴儿D研究细胞分化机制【解析】胚胎干细胞在体外培养，可以定向分化为各种专能干细胞或组织细胞，也可以发育成生物器官甚至完整的个体，但人们研究胚胎干细胞不是用于人类的生殖，而是用于病人的细胞移植或器官移植。细胞分化的机制目前还不十分明了，胚胎干细胞这一原始细胞的体外培养是研究细胞分化的理想材料。【

25、答案】C9通过特定方法，科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述，正确的是()A类胚胎干细胞能够分化成多种细胞B分化的体细胞丢失了某些基因C二者功能有差异，但形态没有差异D二者基因组相同，且表达的基因相同【解析】此题考查胚胎干细胞的相关知识。胚胎干细胞可以分化成多种细胞，其细胞形态和功能都与其他体细胞不同，结构与功能是相适应的。但是遗传物质都是一样的，之所以形态结构不同是因为基因选择性表达的结果。在分化过程中，基因不会丢失。【答案】A10研究和利用胚胎干细胞(ES细胞)是当前生物工程领域的核心问题之一。请回答下列有关问题：(1)胚胎干细胞是

26、从动物_或原始性腺中分离出来的一类细胞，在形态上表现为_。(2)获得干细胞后，通常将之保存在_条件下，干细胞定向分化成特定细胞的根本原因是细胞内_。(3)有学者认为，癌细胞是一类异常的干细胞，这是因为二者都具有_能力。【解析】(1)胚胎干细胞是从动物早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，胚胎干细胞体积小、细胞核大、核仁明显。(2)胚胎干细胞是在超低温冷冻条件下保存。干细胞分化成为各种特定功能细胞的原因是基因的选择性表达。(3)癌细胞和干细胞都具有连续分裂的能力。【答案】(1)早期胚胎体积小、细胞核大、核仁明显(2)超低温液氮(冷冻)基因的选择性表达(3)连续分裂能力提升11人体骨髓中的造血干

27、细胞在体内环境下能分裂、分化形成红细胞、白细胞和血小板。现代科学研究发现，在体外一定条件下培养造血干细胞，它可以分裂、分化形成神经细胞。下列有关的叙述，不正确的是()A三种血细胞的分化形成是基因选择性表达的结果B只有造血干细胞具有控制神经细胞性状的基因C只有离体培养的细胞才能表现出全能性D在生物体内细胞分化的过程一般是不可逆转的【解析】细胞分化是基因的选择性表达的结果，细胞分化过程中基因并不发生改变。体外条件下培养造血干细胞形成神经细胞的事实不能说明只有造血干细胞具有控制神经细胞性状的基因。全能性的表达只有在离体环境下才能实现，因为在生物体内细胞分化是不可逆转的过程。【答案】B12下列有关胚胎

28、工程的说法中，正确的是()A不考虑基因突变和染色体变异情况下，培育试管苗、试管牛能保持母本全部性状B体外培养胚胎干细胞时在培养体系中加入饲养层，能培育出供移植的组织器官C胚胎干细胞核移植结合基因工程等技术可得到具有新性状的克隆动物D在囊胚期植入一个带有染料标记的胚胎干细胞，不可能在幼体的体表出现标记。【解析】试管牛为体外受精，经早期胚胎培养后移植入母体后形成的继承双亲性状的生物；饲养层细胞抑制细胞分化，不能培育出供移植的组织器官；胚胎干细胞全能性较高，分化形成的幼体体表会出现标记。【答案】C13一个婴儿出生后，医院为他保留了脐带血，在他生长发育过程中如果出现了某种难治疗的疾病，就可以通过脐带血中的干细胞来为其治病，关于这个实例说法正确的是() A用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，需要激发细胞的所有全能性B用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病C如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用到细胞培养技术D如果要移植用他的干细胞培育出的器官，应该要长期给他使用免疫抑制药物【解析】脐带血干细胞最大的优点就是自体移植不会有排斥反应，因而不需要