1、第第 2 课时课时 胚胎工程的应用胚胎工程的应用 学习导航 1.结合教材 P8687，举例说出胚胎工程在畜牧业生产上的应用。2.理解干细胞的 概念、分类、来源、特点及分离途径与方法。3.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。 重难点击 1.利用胚胎工程繁殖良种家畜的过程。2.胚胎干细胞来源、特点及分离途径与方 法。 方式一 牛的繁殖率非常低，一头牛一年只能繁殖一头犊牛，现有一雄一雌两头良种奶牛以 及数头本地奶牛，试问采用何种措施可在一年内繁殖数头良种奶牛？请结合已学过的现代生 物技术思考。 方式二 美国研究人员表示，实验首次证明，使用人类胚胎干细胞研制出的
2、血小板可修复实 验鼠的受损组织，人类未来有望源源不断地制造出起作用的血小板，捐血有可能成为历史。 此外，研究人员还认为，用这种方式制造出的血小板并不包含任何遗传物质，这消除了癌症 肿瘤可能进入受体体内的风险， 因而不会给病人健康带来危害， 可以在临床治疗上大展拳脚。 一、胚胎工程在畜牧业生产上的应用一、胚胎工程在畜牧业生产上的应用 1大量繁育家畜良种 (1)图中是超数排卵，一般采用注射促性腺激素的方法进行。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)是受精，是胚胎冷冻保存，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
3、动物。 2控制家畜后代的性别比例：家畜的性别是由性染色体决定的。通过分离 X 精子和 Y 精子 以及鉴别胚胎性别的方法，可以控制家畜的性别比例。 1胚胎移植的生理学基础 (1)为什么同种动物之间进行胚胎移植易于成功？ 答案 这里的“同种”是指“同物种”，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。 (2)为什么应对供体和受体母畜进行同期发情处理？ 答案 同期发情处理使供、受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎提供相同的生理环境。 (3)胚胎移植的后代具有供体和受体共同的遗传性状吗？ 答案 不具有，后代的遗传性状是由供体决定的，受体只是提供了胚胎发育的场所，不影响 后代的遗传特性。 2胚胎移植的基本程
4、序 (1)胚胎移植过程中，对供、受体的选择有哪些要求？ 供体：遗传性能和生产性能优秀。 受体：有健康的体质和正常繁殖能力。 (2)胚胎移植中胚胎来源有哪些？ 答案 转基因、核移植、体外受精、体内受精、胚胎分割等。 3控制家畜后代的性别比例 (1)分离精子的方法比较 方法 原理 操作及结果 电泳法 精子表面的电荷不同 阳极一侧多为 X 精子；阴极一侧多为 Y 精子 沉淀法 X 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对精子 进行分离，分离液上层主要为 Y 精子； 下层主要为 X 精子。 控制 pH 法 Y 精子嗜碱性；X 精子嗜酸性 改变阴道的 pH，选择性地
5、利用精子 (2)图中过程通常采用体外受精技术。在这个过程中，获能的精子与发育到减数第二次分裂 中期的卵子相遇时，会发生顶体反应，释放出有关的酶溶解卵子外围的放射冠及透明带。 (3)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，请简要写出一 种对早期胚胎进行性别鉴定的方法。 答案 DNA 分子杂交技术(利用基因探针鉴定或分析胚胎细胞的染色体组型)。 特别提醒 (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)产下的犊牛性状取决于供体公、母牛，性别取决于公牛提供了何种类型的精子，二者与受 体牛没有关系。 1培
6、育“试管山羊”的基本过程如下图所示，若要培育成功，下列叙述正确的是( ) A甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵 B乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟 C丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液 D丙过程中的细胞分裂方式为有丝分裂，从原肠胚阶段开始出现细胞分化 答案 A 解析 甲过程的目的是采集卵母细胞并培养成熟，可通过注射促性腺激素促进母山羊超数排 卵；乙过程的目的是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用；受精是在获能溶液或专用的受 精溶液中进行的，而早期胚胎培养是在发育培养液中进行的；胚胎发育过程中的细胞分裂方 式均为有丝分裂，从囊胚阶段开始出现细胞分化。 2下列关于胚胎工程的
7、应用说法不正确的是( ) A胚胎工程技术包括胚胎移植、胚胎分割、体外受精等技术 B试管牛的培育过程属于克隆过程 C提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体叫“受体” D胚胎移植实际上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 答案 B 解析 试管牛的培育过程属于有性生殖过程，而克隆是无性生殖。 二、胚胎工程在医学及科学研究上的应用二、胚胎工程在医学及科学研究上的应用 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)按照分化潜能的大小，可分为以下三类：专能干细胞、多能干细胞、全能干细胞。 2胚胎干细胞 (1)来源：由早期的胚胎中未分化的
8、细胞或从原始性腺中分离出来的一类细胞。 (2)特点 形态：体积小、核大、核仁明显。 功能：具有发育的全能性。 (3)对人体胚胎干细胞的研究的主要用途 揭示人与动物的发育机制及影响其发育的因素。 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。 为细胞或组织移植提供无免疫原性的材料。 用胚胎干细胞诱导分化出来的组织细胞治疗顽症。 目前胚胎干细胞是胚胎工程的前沿课题之一，也是当今生命科学研究的热门课题之一。结合 下图思考下列问题： 1胚胎干细胞的来源与特点 (1)受精卵是最原始的细胞，随着胚胎发育的进行，囊胚时期开始出现分化，出现内细胞团和 滋养层。 (2)内细胞
9、团将来发育成胎儿的各种组织和器官，是全能干细胞的来源，滋养层将来发育成胚 胎的支持组织，如胎盘等。 (3)胚胎干细胞在体外培养的条件下，可以只增殖，不分化。因此，胚胎干细胞未分化或未完 全分化，一旦生理需要，它们可以按照一定的途径通过分裂分化产生机体所需要的细胞。 2胚胎干细胞的主要用途 (1)胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 答案 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。 (2)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？ 答案 通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，从而解决
10、供体器官不足问 题，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。 (3)目前如何实现胚胎干细胞在体外培养条件下维持不分化状态和定向分化？ 答案 胚胎干细胞在饲养层细胞上， 或在添加抑制因子的培养液中， 能够维持不分化的状态。 在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸、丁酰环腺苷酸等化学物质时，就可以诱导胚胎干 细胞向不同类型的组织细胞分化。 3 胚胎干细胞是从哺乳动物或人的早期胚胎或原始性腺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， 请问图中属于胚胎干细胞的是( ) A囊胚 B内细胞团 C血液组织干细胞 D
11、各种血细胞 答案 B 一题多变 根据上题示意图填空： (1)细胞在分化过程中往往由于高度分化而完全失去_的能力，最终_。但机体 在发展适应过程中，保留了一部分未分化的原始细胞，称为_。 一旦需要，这些_就会按照发育途径通过分裂、分化而产生所需细胞，以保证局部损 伤组织的修复。 (2)个体发育过程中最原始的细胞是_。 (3)干细胞在临床上应用的最大优点是移植器官和患者无_反应。 答案 (1)再分裂 衰老死亡 干细胞 干细胞 (2)受精卵 (3)免疫排斥 拓展提升 辨别滋养层细胞与饲养层细胞 (1)滋养层细胞：囊胚时期沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞，滋养层细胞最终发 育成胎膜和胎盘。 (
12、2)饲养层细胞：一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为提供干细胞分裂、增殖的 营养细胞。 1进行动物胚胎移植时，必须考虑的事项是( ) A供体动物与受体动物生理状态的一致性 B受体动物对供体胚胎的免疫排斥反应 C受体动物的子宫与供体胚胎建立组织上和生理上的联系 D早期胚胎能否从供体子宫内完整地分离出来 答案 A 解析 早期胚胎与供体子宫不会建立组织上的联系。受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发 生免疫排斥反应，并能建立组织上和生理上的联系，是动物胚胎发育和胚胎移植时的固有属 性，因此在进行胚胎移植时不是必须考虑的。 2下列对于优良种畜胚胎移植的说法，不正确的是( ) A供体母牛必须是同一物
13、种的良种 B受体母牛必须是同一物种的良种 C供体公牛必须是同一物种的良种 D受体母牛可以是同物种的一般健康牛 答案 B 解析 胚胎移植是繁殖优良种畜的最后一步，提供精子和卵子的供体必须是同物种的良种， 而受体母牛只要求是同物种的健康牛即可。 3帕金森氏综合征是由于大脑某个部位的脑细胞受损，而使其相应的功能丧失导致的。若用 胚胎干细胞移植治疗该症病人，应该是( ) A将胚胎干细胞直接植入病变部位 B将胚胎干细胞通过血液输送到病变部位 C将胚胎干细胞定向诱导为相应的神经元来替代受损的脑细胞 D将胚胎干细胞定向诱导为脑细胞，通过血液输送到受损部位 答案 C 解析 胚胎干细胞具有多向分化的潜能，可以分
14、化为各种细胞、组织，甚至器官。用胚胎干 细胞治疗疾病应将胚胎干细胞定向诱导为相应的细胞或组织，移植替换病变部位的细胞或组 织。 4牛胚胎移植的基本程序如下图，请据图回答： (1)图中 a、b、c 过程分别是指_、_、_。 (2) 供 体 牛 的 主 要 职 能 是 _ ， 受 体 牛 必 须 和 供 体 牛 属 于 _。 (3)在胚胎移植过程中，供、受体母牛选择好后，要用动物激素进行同期发情处理，这样处理 的目的是_，以保证移植的胚胎能够继续正常 发育。 (4)你认为胚胎移植技术在生产实践中的主要意义有哪些？ _。 答案 (1)超数排卵处理 胚胎的收集 胚胎移植 (2)产生具有优良遗传特性的胚胎 同一物种 (3)使供、受体母牛处于相同的生理状态 (4)胚胎移植技术可以加快优良种畜的繁殖速度，迅速推广新品种 解析 (1)图示 a、b、c 过程依次为对供体母牛进行超数排卵处理、配种后胚胎的收集和向受 体母牛的胚胎移植。(2)供体牛主要是提供具有优良遗传特性的胚胎，受体牛必须和供体牛属 于同一物种。(3)为使受体接受胚胎应对供受体进行同期发情处理。(4)胚胎移植技术可以充分 发挥雌性优良个体的繁殖潜力，加快优良种畜的繁殖速度，迅速推广新品种。