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(jìn)展學(xué)案 中圖版選修3

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1、 第三節(jié)　胚胎工程的新進(jìn)展 1．說出胚胎細(xì)胞核移植的概念、特點(diǎn)和應(yīng)用。(重點(diǎn)) 2．簡述嵌合體的含義和應(yīng)用。(難點(diǎn)) 3．舉例說明轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)的用途。 　　 胚 胎 細(xì) 胞 核 移 植 1．概念 把早期胚胎細(xì)胞的核取出后注入到去核的卵細(xì)胞中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成早期胚胎甚至成熟個(gè)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(gè)體稱為核移植個(gè)體。 2．特點(diǎn) (1)因供體核來源于同一個(gè)胚胎，所以所有的核移植個(gè)體在遺傳性狀上是完全相同的。 (2)通過連續(xù)胚胎細(xì)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(yīng)用 對擴(kuò)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(xì)胞核移植的過程，分析為什么體細(xì)胞核移植較胚胎細(xì)胞核移植更困難？ 提示：動物體細(xì)胞比胚胎細(xì)胞分化程度高，分裂能力弱，實(shí)現(xiàn)細(xì)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(xì)胞)，據(jù)圖思考相關(guān)問題： (1)動物個(gè)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(xì)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(gè)體②的產(chǎn)生表明了什么？ 提示：動物個(gè)體②的產(chǎn)生表明高度分化的動物細(xì)胞核也具有發(fā)

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

4、(4)該技術(shù)形成重組細(xì)胞發(fā)育成一個(gè)新個(gè)體，體現(xiàn)了細(xì)胞核的全能性而非動物細(xì)胞的全能性。 (5)克隆屬于無性繁殖，產(chǎn)生新個(gè)體的性別、絕大多數(shù)性狀與供核親本一致。 1．進(jìn)行哺乳動物克隆，細(xì)胞核供體細(xì)胞不能是(　　) A．乳腺細(xì)胞　　　　　　　　 B．卵細(xì)胞 C．胃腺細(xì)胞 D．胚胎細(xì)胞 【解析】　細(xì)胞核移植的供體細(xì)胞可以是胚胎細(xì)胞或體細(xì)胞，但不能是生殖細(xì)胞。 【答案】　B 2．我國科學(xué)家2001年在山東萊陽農(nóng)學(xué)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(xì)胞工程的名稱分別是________和________。 (2)“康康”和“雙雙”之間能

5、否進(jìn)行器官移植？_____________________。 為什么？_______________________________________________________。 (3)實(shí)施細(xì)胞工程時(shí)，所需的受體細(xì)胞大多采用動物卵細(xì)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(yīng) (3)卵細(xì)胞體積大，易于操作；卵細(xì)胞含有使細(xì)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(gè)體。 (2)應(yīng)用 ①建立實(shí)驗(yàn)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(gè)體。 2．轉(zhuǎn)基因動物 (1)動物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 科學(xué)家將大鼠的生長激素基因?qū)胄∈笫芫阎?，再將受精卵移植到代孕母鼠體內(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(yīng)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(dá)出相應(yīng)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(dá)場所是哪里？ ②乳腺生物反應(yīng)器有哪些優(yōu)點(diǎn)？ ③討論用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)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(dá)載體；c.顯微注射導(dǎo)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(shí)，應(yīng)采取什么措施？ 提示：抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因。 1．嵌合體與植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的比較 (1)植物體細(xì)胞雜交，又稱植物細(xì)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(dǎo)融合，然后進(jìn)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(xì)胞中含兩種植物的遺傳物質(zhì)。 (2)嵌合體是遺傳學(xué)上用以指不同遺傳性狀嵌合或混雜表現(xiàn)的個(gè)體。可以用不同種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(gè)體。 2．用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物 (1)轉(zhuǎn)基因生物：科學(xué)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(dǎo)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(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器：優(yōu)點(diǎn)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(dá)載體(在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子)→顯微注射導(dǎo)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(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá))。 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(gè)體細(xì)胞中含有不同動物的遺傳信息 B．它的不同體細(xì)胞中可能含有不同的遺

10、傳信息 C．它的每個(gè)體細(xì)胞中都含有相同的遺傳信息 D．它的不同體細(xì)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(gè)動物體就是由兩種不同遺傳信息的細(xì)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(xì)胞增殖和分化為各種組織細(xì)胞，形成了嵌合體動物。嵌合體培育過程中存在著細(xì)胞間的嵌合，但不存在細(xì)胞融合。 【答案】　B 2．繼哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)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(xì)胞，常用方法是________________。 (2)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，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(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠的________細(xì)胞中特異表達(dá)。 【解析】　在基因工程中，若受體細(xì)胞是動物細(xì)胞，常采用顯微注射的方法導(dǎo)入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮細(xì)胞合成人的生長激素，在進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，當(dāng)作受體細(xì)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(yīng)組織細(xì)胞中得以表達(dá)。檢測目的基因是否插入到受體細(xì)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(xì)胞)具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中得以表達(dá)　(3)DNA分子雜交(DNA分子探針)　(4)膀胱上皮 1．胚胎細(xì)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(xì)胞核取出后注入去核卵細(xì)胞中 C．胚胎培養(yǎng) D．可用于培育優(yōu)良家畜 【解析】　胚胎細(xì)胞核移植的主要內(nèi)容是將供體的細(xì)胞核注入去核卵細(xì)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(gè)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(xué)家運(yùn)用基因工程技術(shù)得到體型巨大的“超級小鼠”，其運(yùn)用的方法是(　　) A．把植物的生長素基因和細(xì)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(xì)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(xì)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(dá)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(xì)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(jī)。下面是科學(xué)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(xiàng)技術(shù)是____________和____________。 (2)________作用激活次級卵母細(xì)胞完成減數(shù)第二次分裂。 (3)科學(xué)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(dá)。 (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(xì)胞培養(yǎng))和胚胎移植。 (2)受精作用激活次級卵母細(xì)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(dá)。 (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(xì)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(xì)胞染色體中的酶是________。 (3)舉出兩例說明轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)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(xué)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(shí)際的例子還有：培育抗蟲棉、基因治療、在動物的乳腺細(xì)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(xué)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(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.胚胎細(xì)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(yù)先去核的卵細(xì)胞中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成早期胚胎甚至成熟個(gè)體。 2.胚胎細(xì)胞核移植技術(shù)對擴(kuò)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(gè)“代孕媽媽”體內(nèi)，最終培育出具有不同遺傳性狀的完整個(gè)體。 4.由于早期胚胎細(xì)胞具有發(fā)育的全能性，利用這一特性，使之為人類服務(wù)。人們可以結(jié)合基因工程、細(xì)胞工程等手段，對哺乳動物的胚胎進(jìn)行某種人為的工程技術(shù)操作，定向改造動物的性狀。 7