2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第三章 胚胎工程 第3節(jié) 胚胎工程的新進展學案 中圖版選修3

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1、 第三節(jié)　胚胎工程的新進展 1．說出胚胎細胞核移植的概念、特點和應用。(重點) 2．簡述嵌合體的含義和應用。(難點) 3．舉例說明轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)的用途。 　　 胚 胎 細 胞 核 移 植 1．概念 把早期胚胎細胞的核取出后注入到去核的卵細胞中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成早期胚胎甚至成熟個體的技術(shù)。由此得到的早期胚胎稱為重組胚，發(fā)育成的動物個體稱為核移植個體。 2．特點 (1)因供體核來源于同一個胚胎，所以所有的核移植個體在遺傳性狀上是完全相同的。 (2)通過連續(xù)胚胎細胞核移植的方式培育出的動物，完全保留了親代的遺傳性狀。 (3)可無限度地獲得遺傳性狀完全相同的

2、后代。 3．應用 對擴大優(yōu)良家畜的繁殖以及拯救瀕危野生動物具有重大意義。 探討：結(jié)合動物細胞核移植的過程，分析為什么體細胞核移植較胚胎細胞核移植更困難？ 提示：動物體細胞比胚胎細胞分化程度高，分裂能力弱，實現(xiàn)細胞核的全能性更困難。 探討：下圖為某哺乳動物生殖過程示意圖(b為卵細胞)，據(jù)圖思考相關(guān)問題： (1)動物個體①②的產(chǎn)生分別屬于什么生殖方式？ 提示：有性生殖和無性生殖。 (2)圖中a、b、c三種細胞產(chǎn)生的方式一樣嗎？ 提示：不一樣，a、b為減數(shù)分裂，c為有絲分裂。 (3)動物個體②的產(chǎn)生表明了什么？ 提示：動物個體②的產(chǎn)生表明高度分化的動物細胞核也具有發(fā)

3、育成完整個體的潛在能力。 1．胚胎細胞核移植與體細胞核移植技術(shù)的比較 (1)不同點 來源不同，胚胎細胞核移植的細胞核來自早期胚胎細胞，而體細胞核移植的細胞核來自已分化了的體細胞。 (2)相同點 都是將細胞核注入到去核卵細胞中，都是利用了細胞核的全能性，都屬于克隆技術(shù)。 2．細胞核移植技術(shù)的幾個易錯點 (1)細胞核移植技術(shù)中，注入去核卵母細胞中的也可以是整個細胞。 (2)核移植技術(shù)的供體細胞不能選擇生殖細胞的細胞核，因為生殖細胞與正常體細胞相比，遺傳物質(zhì)是減半的。 (3)哺乳動物細胞核移植可分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植。胚胎細胞核移植較易成功，體細胞核移植較難成功。

4、(4)該技術(shù)形成重組細胞發(fā)育成一個新個體，體現(xiàn)了細胞核的全能性而非動物細胞的全能性。 (5)克隆屬于無性繁殖，產(chǎn)生新個體的性別、絕大多數(shù)性狀與供核親本一致。 1．進行哺乳動物克隆，細胞核供體細胞不能是(　　) A．乳腺細胞　　　　　　　　 B．卵細胞 C．胃腺細胞 D．胚胎細胞 【解析】　細胞核移植的供體細胞可以是胚胎細胞或體細胞，但不能是生殖細胞。 【答案】　B 2．我國科學家2001年在山東萊陽農(nóng)學院培養(yǎng)出克隆?！翱悼怠焙汀半p雙”的過程如下圖，請分析回答： (1)a、b所指細胞工程的名稱分別是________和________。 (2)“康康”和“雙雙”之間能

5、否進行器官移植？_____________________。 為什么？_______________________________________________________。 (3)實施細胞工程時，所需的受體細胞大多采用動物卵細胞的原因是___________________________________________________________________。 【答案】　(1)核移植　胚胎移植 (2)能　它們具有幾乎完全相同的遺傳物質(zhì)，移植后不會發(fā)生免疫排斥反應 (3)卵細胞體積大，易于操作；卵細胞含有使細胞核的全能性表現(xiàn)出來的物質(zhì) 嵌 合 體 與 轉(zhuǎn) 基

6、因 動 物 1．嵌合體 (1)含義 將不同品種甚至不同種的受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起，體外培養(yǎng)至囊胚，再通過“代孕媽媽”最終培育出具有不同遺傳性狀的完整個體。 (2)應用 ①建立實驗動物遺傳病的模型，研究治療方案和篩選藥物。 ②在家畜改良方面，由于嵌合體動物可集不同品種動物的基因于一體，就有可能把親代動物的優(yōu)良遺傳性狀集中表現(xiàn)出來，從而形成具有高度雜種優(yōu)勢的雜合個體。 2．轉(zhuǎn)基因動物 (1)動物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 科學家將大鼠的生長激素基因?qū)胄∈笫芫阎校賹⑹芫岩浦驳酱心甘篌w內(nèi)發(fā)育，結(jié)果得到了帶有大鼠生長激素基因的轉(zhuǎn)基因小鼠。這種鼠成年體重是正常小鼠的兩倍，被稱為“超級小

7、鼠”。 (2)動物“生物反應器” 將藥用蛋白的外源基因?qū)氪菩约倚蟮捏w內(nèi)，并使之在家畜的乳腺中特異性表達出相應的產(chǎn)物。 探討：嵌合體身上具有不同遺傳性狀的原因是什么？ 提示：嵌合體可集不同品種動物的基因于一體。 探討：分析用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物的過程，思考以下問題： ①就藥物基因而言，最理想的表達場所是哪里？ ②乳腺生物反應器有哪些優(yōu)點？ ③討論用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應器操作過程是怎樣的？ 提示：①轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。 ②產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取。 ③a.獲取目的基因；b.構(gòu)建基因表達載體；c.顯微注射導入哺乳動物受精卵中；d.將受精卵送入母體內(nèi)發(fā)育成

8、轉(zhuǎn)基因動物。 探討：分析用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體時，應采取什么措施？ 提示：抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因。 1．嵌合體與植物體細胞雜交技術(shù)的比較 (1)植物體細胞雜交，又稱植物細胞融合，是指將植物不同種、屬甚至科間的原生質(zhì)體通過人工方法誘導融合，然后進行離體培養(yǎng)，使其成為雜種植物的技術(shù)。該雜種植物的細胞中含兩種植物的遺傳物質(zhì)。 (2)嵌合體是遺傳學上用以指不同遺傳性狀嵌合或混雜表現(xiàn)的個體?？梢杂貌煌N的受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起，經(jīng)體外培養(yǎng)、胚胎移植，最終培育出具有不同遺傳性狀的完整個體。 2．用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物 (1)轉(zhuǎn)基因生物：科學家將藥用蛋白基因

9、與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。 (2)乳腺生物反應器或乳房生物反應器：優(yōu)點是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取。操作過程：獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)→構(gòu)建基因表達載體(在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子)→顯微注射導入哺乳動物受精卵中→形成胚胎→將胚胎移入母體動物→發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物(只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達)。 1．嵌合體動物之所以能表現(xiàn)出不同動物的性狀，原因是(　　) A．它的每個體細胞中含有不同動物的遺傳信息 B．它的不同體細胞中可能含有不同的遺

10、傳信息 C．它的每個體細胞中都含有相同的遺傳信息 D．它的不同體細胞中都含有相同的遺傳信息 【解析】　假若某嵌合體動物是由兩種受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起培養(yǎng)而成的，這個動物體就是由兩種不同遺傳信息的細胞組成的，即此動物能表現(xiàn)出兩種動物的遺傳特性。鑲嵌在一起的這兩種動物細胞增殖和分化為各種組織細胞，形成了嵌合體動物。嵌合體培育過程中存在著細胞間的嵌合，但不存在細胞融合。 【答案】　B 2．繼哺乳動物乳腺生物反應器研發(fā)成功后，膀胱生物反應器的研究也取得了一定進展。最近，科學家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答： (1)將人的生長激素基因?qū)?/p>

11、小鼠受體細胞，常用方法是________________。 (2)進行基因轉(zhuǎn)移時，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入________中，原因是__________________________________________________________________。 (3)通常采用________技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組。 (4)在研制膀胱生物反應器時，應使外源基因在小鼠的________細胞中特異表達。 【解析】　在基因工程中，若受體細胞是動物細胞，常采用顯微注射的方法導入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮細胞合成人的生長激素，在進行基因轉(zhuǎn)移時，當作受體細胞的通常是受精卵，其原因

12、是受精卵具有全能性，可使外源基因在相應組織細胞中得以表達。檢測目的基因是否插入到受體細胞的基因組，通常采用的是DNA分子雜交技術(shù)。 【答案】　(1)顯微注射法　(2)受精卵(或早期胚胎)　受精卵(或早期胚胎細胞)具有全能性，可使外源基因在相應組織細胞中得以表達　(3)DNA分子雜交(DNA分子探針)　(4)膀胱上皮 1．胚胎細胞核移植與胚胎移植的最大區(qū)別是(　　) A．將早期胚胎植入受體母畜體內(nèi) B．將胚胎細胞核取出后注入去核卵細胞中 C．胚胎培養(yǎng) D．可用于培育優(yōu)良家畜 【解析】　胚胎細胞核移植的主要內(nèi)容是將供體的細胞核注入去核卵細胞中，而胚胎移植是將早期胚胎植入合適的“代

13、孕媽媽”的子宮中。這兩個過程中都需要胚胎培養(yǎng)技術(shù)，都可以用于優(yōu)良家畜的繁殖。 【答案】　B 2．1982年，美國科學家運用基因工程技術(shù)得到體型巨大的“超級小鼠”，其運用的方法是(　　) A．把植物的生長素基因和細胞分裂素基因分別注入到小白鼠的受精卵中 B．把牛的生長激素基因和大象的生長激素基因分別注入到小白鼠的卵細胞中 C．把人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注入到小白鼠的受精卵中 D．把人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注入到小白鼠的卵細胞中 【解析】　人的生長激素基因和牛的生長激素基因是在小白鼠的受精卵中得到表達的。 【答案】　C 3．長期以來優(yōu)良種畜的繁殖速度始

14、終是限制畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸，近年來發(fā)展起來的細胞工程技術(shù)和胚胎工程技術(shù)為優(yōu)良種畜的快速繁殖帶來了無限生機。下面是科學家快速繁殖良種奶牛的兩種方法，請據(jù)圖回答： (1)在試管牛E和克隆牛G的培育過程中都必須用到的兩項技術(shù)是____________和____________。 (2)________作用激活次級卵母細胞完成減數(shù)第二次分裂。 (3)科學家將人的α-抗胰蛋白酶基因轉(zhuǎn)入上圖的重構(gòu)卵中，發(fā)現(xiàn)克隆牛G的乳汁中含人的α-抗胰蛋白酶，說明________________________得到表達。 (4)培育中要對母牛D注射__________激素，其目的是_____________

15、_，以便將胚胎移至母牛D的子宮內(nèi)。 【解析】　(1)在試管牛E是采用體外授精、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術(shù)形成的；克隆牛G是采用核移植、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術(shù)形成的，所以它們培育過程中都必須用到的生物技術(shù)有早期胚胎培養(yǎng)(動物細胞培養(yǎng))和胚胎移植。 (2)受精作用激活次級卵母細胞完成減數(shù)第二次分裂。 (3)克隆牛G的乳汁中含人的α-抗胰蛋白酶，說明人的α-抗胰蛋白酶基因得到表達。 (4)培育中要對母牛D注射孕激素，使其同期發(fā)情，以便將胚胎移至母牛D的子宮內(nèi)。 【答案】　(1)動物細胞培養(yǎng)　胚胎移植 (2)受精 (3)人的α-抗胰蛋白酶基因 (4)孕　使其同期發(fā)情 4．原有

16、基因通過DNA重組技術(shù)得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物?，F(xiàn)在這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，人類控制蛋白質(zhì)合成的基因可以替代羊染色體上的相似基因，下圖表示這一技術(shù)的基本過程。請回答： (1)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊染色體內(nèi)，原因是____________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (2)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是________。將

17、人體蛋白質(zhì)基因“插入”羊體細胞染色體中的酶是________。 (3)舉出兩例說明轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應用：________________________________ ________________________。 【解析】　(1)人體蛋白質(zhì)基因要能夠“插入”到羊染色體內(nèi)，要求人的DNA分子和羊染色體的DNA分子必須具有相同的空間結(jié)構(gòu)和化學組成。(2)基因的“剪刀”是限制性內(nèi)切酶，基因的“針線”是DNA連接酶。(3)實際的例子還有：培育抗蟲棉、基因治療、在動物的乳腺細胞中培育人類需要的激素、抗體、酶等。 【答案】　(1)人和羊DNA分子的空間結(jié)構(gòu)、化學組成相同　(2)限制性內(nèi)切酶　D

18、NA連接酶　(3)①培育抗蟲棉；②提供器官移植的來源(其他合理答案亦可) 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡構(gòu)建 核心回扣 1.胚胎細胞核移植是指借助顯微操作技術(shù)，把早期胚胎的核取出，將其注入到預先去核的卵細胞中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成早期胚胎甚至成熟個體。 2.胚胎細胞核移植技術(shù)對擴大優(yōu)良家畜的繁殖，以及拯救瀕危野生動物具有重大意義。 3.嵌合體是指利用胚胎工程的方法，將不同種的受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起，體外培養(yǎng)至囊胚，再將其移植到一個“代孕媽媽”體內(nèi)，最終培育出具有不同遺傳性狀的完整個體。 4.由于早期胚胎細胞具有發(fā)育的全能性，利用這一特性，使之為人類服務。人們可以結(jié)合基因工程、細胞工程等手段，對哺乳動物的胚胎進行某種人為的工程技術(shù)操作，定向改造動物的性狀。 7