第二节 胚胎干细胞的研究及其应用
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高二生物选修3 导学提纲13
第二节 胚胎干细胞的研究及其应用
【学习过程】
温故知新：
概念：指采用 方法将早期胚胎切割成2、4或8等份等，经移植获得 双胎或多胎的技术。
仪器设备： 和显微操作仪
操作程序 1）选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有 的培养皿
胚胎分割 2）用分割针或分割刀切开胚胎，吸出半个，注入空 或直接将 移植给受体。
分割囊胚时要将 均等分割。此时还可用分割针分割 ，做胚胎DNA分析 。
局限：刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹上存在差异， 的可能性有限。
答案：
机械 同卵 实体显微镜 操作液 透明带 裸半胚 内细胞团 滋养层 性别鉴定 同卵多胎
一、胚胎干细胞及其研究进展
1.干细胞的概念：是动物（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。是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。
2.干细胞类型：按照分化潜能的大小，干细胞基本上可分为专能干细胞（只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞）、多能干细胞（具有分化成多种细胞或组织的潜能却失去发育成完全个体能力的细胞）和全能干细胞（可以分化为全身各种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官）。
其中上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞属于专能干细胞，造血干细胞属于多能干细胞，胚胎干细胞属于全能干细胞。
干细胞来源：造血干细胞主要存在于骨髓、脐血和外周血中。胚胎干细胞是在人胚胎发育早期的囊胚中未分化细胞（即内细胞团细胞），或者也可以来自原始性腺中分离的细胞。也称为ES细胞或EK细胞。具有增殖能力并保持未分化状态、在一定的条件下可以向各种组织和器官分化、易于进行基因改造操作等特点。如内细胞团细胞（位于囊胚的囊胚腔一侧）.
特征：形态上体积 小 、细胞核 大 、核仁 明显 ；功能上具有发育的 全能 性，即可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
功能上：具有 发育的全能性 ，即可分化为成年动物体任何一种组织细胞；在体外胚胎干细胞可增殖而不发生 分化 ；可冷冻保存；可进行遗传改造。
4、 意义
1）移植ES细胞修复坏死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、 成骨不良 等病症
2）ES细胞体外诱导分化，可培育 人造组织器官
3）ES细胞在牛黄酸、丁酰环腺苷酸等诱导因子作用下可向不同类型组织细胞 分化
胚胎干细胞的应用
1、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实验中，胚胎干细胞为其在细胞水平上的研究提供材料。
3、使人们更加深刻地了解人的发育过程，将给人类带来全新的医疗手段。
（1）用于治疗人类某些顽症，例如用胚胎干细胞分化产生的神经细胞治疗帕金森综合征、亨氏顿舞蹈症、老年痴呆症等神经退行性疾病，用分化的胰岛细胞治疗糖尿病。
（2）通过ES细胞体外诱导分化，还可以培育出人造组织器官，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
（3）ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料。为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效地手段。
4、结合基因工程改良并创造动物新品种。
三、胚胎干细胞研究面临的挑战
在法律、伦理、国家和社会安全等方面带来冲击。
[课堂巩固]
14、胚胎干细胞的特点是（ ）
A.在形态上，表现为体积大，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性
B.在形态上，表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性
C.在形态上，表现为体积小，细胞核小，核仁不明显；在功能上不具有发育的全能性
D.在形态上，表现为体积大，细胞核小，核仁明显；在功能上具有发育的全能性
15．干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，它具有再生各种细胞、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
16、关于ES细胞的应用叙述错误的是（ ）
A.可以用于治疗由于细胞坏死，退化或功能异常引起的疾病
B.在体外诱导分化可培育出人造组织器官 C. 是研究体外细胞分化的理想材料
D.不能用于治疗糖尿病、肝衰竭等疾病
12、（多选）下列各项中，属于胚胎干细胞技术的应用的有（ ABD ）
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疫原性的材料
C．有目的地促进某种生物的进化 D．改良并创造动物新品种
13、（多选）利用克隆技术培育良种牛时，如果多个供体细胞来自同一头牛，培育出的多个牛犊个体在性状上也不完全相同，分析其原因，下列哪些叙述是正确的（ ABC ）
A．性状变异可由环境条件引起 B．基因可能会发生突变
C．受体细胞的细胞质基因不同 D．细胞核基因发生了重组
14、（多选）下列关于干细胞的说法正确的是（ ABCD ）
A．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
B．多能干细胞具有分化成多种组织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力
C．全能干细胞可以分化为全身200多种细胞类型，并进一步形成机体的所有组织、器官
D．胚胎干细胞是全能干细胞
15、（多选）下列各项成就中，对胚胎干细胞应用临床治疗具有重大意义的是（ ABCD ）
A. 2003年日本科学家用猴胚胎干细胞治疗猴帕金森氏综合征获得成功
B. 2001年美国科学家成功诱导猴的胚胎干细胞在体外形成神经细胞、心肌细胞等
C. 2004年美国科学家将“早期”的人胚胎干细胞植人因脊椎受伤而无法行走的鼠体内，瘫痪的鼠又能重新行走
D. 2002年英国科学家对鼠胚胎干细胞的免疫缺陷基因进行修复后，再将其植人鼠体内，结果修复了鼠的免疫系统缺陷
[课后练习]
1．一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能( )
A．有选择地繁殖某一性别的家畜 B．繁殖家畜中的优秀个体
C．用于保存物种 D．改变动物的基因型
2．细胞分化达到最大限度的时期是 （ ）
A．受精卵时期 B．胚胎时期 C．有丝分裂时期 D．细胞的增殖时期
3．用甲母羊的乳腺细胞的细胞核，与乙母羊的卵细胞的细胞质组成一个细胞，成功培育了多利羊，下列说法错误的是（ ）
A．高度分化的细胞具有全能性 B．这个乳腺细胞核内含有该物种所需要的全套遗传物质
C．多利羊的特征与乙母羊几乎相同 D．多利羊的特征与甲母羊几乎相同
4．胚胎移植技术目前主要用于（ ）
A．解决某些不孕症的生育问题 B．治疗某些遗传病
C．提高良种家畜的繁殖力 D．提高动物的抗病力
5．干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，它具有再生各种细胞、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
6．将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内。以下说法不正确的是( )
A．这里说的同“种”是指同一“物种”
B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，可以移植成功
C．同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功
D．不管是否妊娠，同种动物生殖器的生理变化都是一样的
7．在胚胎移植的整个过程中，与之有关的激素包括( )
①促性腺激素 ②雌激素 ③孕激素 ④雄激素
A．①② B．①②③ C．①③④ D．②③
8．关于胚胎干细胞的特点的描述正确的是( )
A．体积小，细胞核大，核仁明显 B．体积大，细胞核大，核仁明显
C．体积小，细胞核小，核仁小 D．体积大，细胞核小，核仁明显
9．以下对于胚胎分割的描述，正确的是( )
A．只能对囊胚期细胞进行分割
B．囊胚阶段的胚胎分割份数越多，产生相同基因型的后代个数越多
C．胚胎分割产生的后代个体表现型完全相同
D．内细胞团一般到囊胚才出现，胚胎分割时最好将其均等分割，移植成功率才高
10．世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如下图所示。请仔细看图后回答下列问题：
(1)写出图中a、b所指的细胞工程名称： a.__________；b.____________。
(2)实施细胞工程a时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是___________。
(3)“多利”面部的毛色是________，请根据遗传学原理说明判断根据：_________。
(4) 请举一例，说明克隆绵羊培育成功的实际意义：__________________。
【参考答案】 1－9、DBCAC DBAD
10：（1）细胞核移植 胚胎移植 （2）卵细胞体积大、易操作、通过发育可直接表现出状性来 （3）白色 “多利”的全部细胞核基因来自白母绵羊 （4）保存濒危物种，繁殖优良品种，医学上克隆器官……
三、创新应用：
1、根据下述材料，回答下列问题：
细胞在分化过程中往往由于高度分化而完全失去再分裂的能力，最终衰老死亡。但机体在生长发育过程中保留了一部分未分化的原始细胞，一旦需要，这些原始细胞能够按照发育途径通过分裂而产生分化细胞，以保证局部组织损伤的修复。
（1）根据分裂潜能，干细胞可分为全能干细胞（可发育成完整个体）、多能干细胞（可发育成多种组织和器官）和专能干细胞（发育成专门的组织和器官），则这种细胞在个体发育中的分化顺序是（ ）
A．全能→专能→多能 B. 全能→多能→专能
C．多能→全能→专能 D. 专能→全能→多能
（2）个体发育过程中最原始的细胞是____________________
（3）如果治疗性克隆研究获得成功，病人将可以轻易地获得与自己完全匹配的移植器官，不会产生_________反应。假设有一个人患有糖尿病、进行性老年痴呆、严重的心力衰竭或其他疾病，如果从他自己身上一定部位提取一些干细胞，通过技术，在体外培养发育成_________________，并在体外诱导它们形成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，再将这些细胞移植至发病部位，则能够修复病人的组织或器官，从而使病人免受病魔的煎熬。
（4）在胚胎干细胞用于治疗性克隆过程中，要把胚胎干细胞放在一定的条件下通过＿
________________和__________________ 形成不同的组织和器官，然后才能进行移植。
1.（1）B （2）胚胎干细胞 （3）免疫 ,早期胚胎 （4）离体培养，诱导分化
第二节 胚胎干细胞的研究及其应用
【学习过程】
温故知新：
概念：指采用 方法将早期胚胎切割成2、4或8等份等，经移植获得 双胎或多胎的技术。
仪器设备： 和显微操作仪
操作程序 1）选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有 的培养皿
胚胎分割 2）用分割针或分割刀切开胚胎，吸出半个，注入空 或直接将 移植给受体。
分割囊胚时要将 均等分割。此时还可用分割针分割 ，做胚胎DNA分析 。
局限：刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹上存在差异， 的可能性有限。
答案：
机械 同卵 实体显微镜 操作液 透明带 裸半胚 内细胞团 滋养层 性别鉴定 同卵多胎
一、胚胎干细胞及其研究进展
1.干细胞的概念：是动物（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。是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。
2.干细胞类型：按照分化潜能的大小，干细胞基本上可分为专能干细胞（只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞）、多能干细胞（具有分化成多种细胞或组织的潜能却失去发育成完全个体能力的细胞）和全能干细胞（可以分化为全身各种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官）。
其中上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞属于专能干细胞，造血干细胞属于多能干细胞，胚胎干细胞属于全能干细胞。
干细胞来源：造血干细胞主要存在于骨髓、脐血和外周血中。胚胎干细胞是在人胚胎发育早期的囊胚中未分化细胞（即内细胞团细胞），或者也可以来自原始性腺中分离的细胞。也称为ES细胞或EK细胞。具有增殖能力并保持未分化状态、在一定的条件下可以向各种组织和器官分化、易于进行基因改造操作等特点。如内细胞团细胞（位于囊胚的囊胚腔一侧）.
特征：形态上体积 小 、细胞核 大 、核仁 明显 ；功能上具有发育的 全能 性，即可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
功能上：具有 发育的全能性 ，即可分化为成年动物体任何一种组织细胞；在体外胚胎干细胞可增殖而不发生 分化 ；可冷冻保存；可进行遗传改造。
4、 意义
1）移植ES细胞修复坏死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、 成骨不良 等病症
2）ES细胞体外诱导分化，可培育 人造组织器官
3）ES细胞在牛黄酸、丁酰环腺苷酸等诱导因子作用下可向不同类型组织细胞 分化
胚胎干细胞的应用
1、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实验中，胚胎干细胞为其在细胞水平上的研究提供材料。
3、使人们更加深刻地了解人的发育过程，将给人类带来全新的医疗手段。
（1）用于治疗人类某些顽症，例如用胚胎干细胞分化产生的神经细胞治疗帕金森综合征、亨氏顿舞蹈症、老年痴呆症等神经退行性疾病，用分化的胰岛细胞治疗糖尿病。
（2）通过ES细胞体外诱导分化，还可以培育出人造组织器官，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
（3）ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料。为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效地手段。
4、结合基因工程改良并创造动物新品种。
三、胚胎干细胞研究面临的挑战
在法律、伦理、国家和社会安全等方面带来冲击。
[课堂巩固]
14、胚胎干细胞的特点是（ ）
A.在形态上，表现为体积大，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性
B.在形态上，表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性
C.在形态上，表现为体积小，细胞核小，核仁不明显；在功能上不具有发育的全能性
D.在形态上，表现为体积大，细胞核小，核仁明显；在功能上具有发育的全能性
15．干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，它具有再生各种细胞、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
16、关于ES细胞的应用叙述错误的是（ ）
A.可以用于治疗由于细胞坏死，退化或功能异常引起的疾病
B.在体外诱导分化可培育出人造组织器官 C. 是研究体外细胞分化的理想材料
D.不能用于治疗糖尿病、肝衰竭等疾病
12、（多选）下列各项中，属于胚胎干细胞技术的应用的有（ ABD ）
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疫原性的材料
C．有目的地促进某种生物的进化 D．改良并创造动物新品种
13、（多选）利用克隆技术培育良种牛时，如果多个供体细胞来自同一头牛，培育出的多个牛犊个体在性状上也不完全相同，分析其原因，下列哪些叙述是正确的（ ABC ）
A．性状变异可由环境条件引起 B．基因可能会发生突变
C．受体细胞的细胞质基因不同 D．细胞核基因发生了重组
14、（多选）下列关于干细胞的说法正确的是（ ABCD ）
A．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
B．多能干细胞具有分化成多种组织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力
C．全能干细胞可以分化为全身200多种细胞类型，并进一步形成机体的所有组织、器官
D．胚胎干细胞是全能干细胞
15、（多选）下列各项成就中，对胚胎干细胞应用临床治疗具有重大意义的是（ ABCD ）
A. 2003年日本科学家用猴胚胎干细胞治疗猴帕金森氏综合征获得成功
B. 2001年美国科学家成功诱导猴的胚胎干细胞在体外形成神经细胞、心肌细胞等
C. 2004年美国科学家将“早期”的人胚胎干细胞植人因脊椎受伤而无法行走的鼠体内，瘫痪的鼠又能重新行走
D. 2002年英国科学家对鼠胚胎干细胞的免疫缺陷基因进行修复后，再将其植人鼠体内，结果修复了鼠的免疫系统缺陷
[课后练习]
1．一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能( )
A．有选择地繁殖某一性别的家畜 B．繁殖家畜中的优秀个体
C．用于保存物种 D．改变动物的基因型
2．细胞分化达到最大限度的时期是 （ ）
A．受精卵时期 B．胚胎时期 C．有丝分裂时期 D．细胞的增殖时期
3．用甲母羊的乳腺细胞的细胞核，与乙母羊的卵细胞的细胞质组成一个细胞，成功培育了多利羊，下列说法错误的是（ ）
A．高度分化的细胞具有全能性 B．这个乳腺细胞核内含有该物种所需要的全套遗传物质
C．多利羊的特征与乙母羊几乎相同 D．多利羊的特征与甲母羊几乎相同
4．胚胎移植技术目前主要用于（ ）
A．解决某些不孕症的生育问题 B．治疗某些遗传病
C．提高良种家畜的繁殖力 D．提高动物的抗病力
5．干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，它具有再生各种细胞、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
6．将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内。以下说法不正确的是( )
A．这里说的同“种”是指同一“物种”
B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，可以移植成功
C．同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功
D．不管是否妊娠，同种动物生殖器的生理变化都是一样的
7．在胚胎移植的整个过程中，与之有关的激素包括( )
①促性腺激素 ②雌激素 ③孕激素 ④雄激素
A．①② B．①②③ C．①③④ D．②③
8．关于胚胎干细胞的特点的描述正确的是( )
A．体积小，细胞核大，核仁明显 B．体积大，细胞核大，核仁明显
C．体积小，细胞核小，核仁小 D．体积大，细胞核小，核仁明显
9．以下对于胚胎分割的描述，正确的是( )
A．只能对囊胚期细胞进行分割
B．囊胚阶段的胚胎分割份数越多，产生相同基因型的后代个数越多
C．胚胎分割产生的后代个体表现型完全相同
D．内细胞团一般到囊胚才出现，胚胎分割时最好将其均等分割，移植成功率才高
10．世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如下图所示。请仔细看图后回答下列问题：
(1)写出图中a、b所指的细胞工程名称： a.__________；b.____________。
(2)实施细胞工程a时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是___________。
(3)“多利”面部的毛色是________，请根据遗传学原理说明判断根据：_________。
(4) 请举一例，说明克隆绵羊培育成功的实际意义：__________________。
【参考答案】 1－9、DBCAC DBAD
10：（1）细胞核移植 胚胎移植 （2）卵细胞体积大、易操作、通过发育可直接表现出状性来 （3）白色 “多利”的全部细胞核基因来自白母绵羊 （4）保存濒危物种，繁殖优良品种，医学上克隆器官……
三、创新应用：
1、根据下述材料，回答下列问题：
细胞在分化过程中往往由于高度分化而完全失去再分裂的能力，最终衰老死亡。但机体在生长发育过程中保留了一部分未分化的原始细胞，一旦需要，这些原始细胞能够按照发育途径通过分裂而产生分化细胞，以保证局部组织损伤的修复。
（1）根据分裂潜能，干细胞可分为全能干细胞（可发育成完整个体）、多能干细胞（可发育成多种组织和器官）和专能干细胞（发育成专门的组织和器官），则这种细胞在个体发育中的分化顺序是（ ）
A．全能→专能→多能 B. 全能→多能→专能
C．多能→全能→专能 D. 专能→全能→多能
（2）个体发育过程中最原始的细胞是____________________
（3）如果治疗性克隆研究获得成功，病人将可以轻易地获得与自己完全匹配的移植器官，不会产生_________反应。假设有一个人患有糖尿病、进行性老年痴呆、严重的心力衰竭或其他疾病，如果从他自己身上一定部位提取一些干细胞，通过技术，在体外培养发育成_________________，并在体外诱导它们形成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，再将这些细胞移植至发病部位，则能够修复病人的组织或器官，从而使病人免受病魔的煎熬。
（4）在胚胎干细胞用于治疗性克隆过程中，要把胚胎干细胞放在一定的条件下通过＿
________________和__________________ 形成不同的组织和器官，然后才能进行移植。
1.（1）B （2）胚胎干细胞 （3）免疫 ,早期胚胎 （4）离体培养，诱导分化