高中生物第三章胚胎工程第12课时胚胎干细胞的研究及其应用学案苏教版选修3.doc

第12课时 胚胎干细胞的研究及其应用学习目标1.理解干细胞的概念与分类。2.掌握胚胎干细胞的来源、特点及分离途径与方法。3.举例说明胚胎干细胞的应用。4.了解胚胎干细胞的研究进展及其所面临的各种挑战。一、胚胎干细胞及其研究进展1什么是干细胞？答案动物(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，干细胞基本上可分为专能干细胞、多能干细胞、全能干细胞。3上皮组织基底层中的干细胞属于什么干细胞？这类干细胞有何特点？答案专能干细胞。只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞。4造血干细胞属于什么干细胞？这类干细胞有何特点？答案多能干细胞。具有分化成多种细胞或组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力。5胚胎干细胞属于什么干细胞？这类干细胞有何特点？答案全能干细胞。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。6如何获得胚胎干细胞？答案(1)从早期的胚胎中未分化的细胞中获得。(2)从胎儿的原始性腺中分离出来。7囊胚包括内细胞团和滋养层两部分。它们有何功能？是否是全能细胞？答案内细胞团在囊胚阶段才出现，它将来发育成胎儿的各种组织，属于胚胎干细胞，具有全能性。滋养层细胞将来发育成胚胎的支持组织，如胎盘等，不是全能细胞。8胚胎干细胞有何特点？答案(1)具有体积小、细胞核大、核仁明显等形态特征，具有发育的全能性。(2)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。(3)易于进行基因改造操作。二、胚胎干细胞的应用及面临的难题1胚胎干细胞是研究细胞分化和细胞凋亡的重要材料，为什么？答案胚胎干细胞在功能上类似于早期的胚胎细胞，有可能被用于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。将胚胎干细胞培养在加入牛黄酸、丁酰环腺苷酸等分化诱导因子的培养液中时，它们会分化成不同的组织细胞。2总结胚胎干细胞的主要用途。答案胚胎干细胞的主要用途是：(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，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实验中，胚胎干细胞为其在细胞水平上的研究提供了材料，大大减少了新药研究所需动物的数量，从而降低了研究成本。(3)胚胎干细胞的研究为细胞或组织移植提供无免疫原性的材料，用于疾病治疗。3为什么捐出一部分骨髓救治他人，不会给捐献者的身体健康造成损伤？答案(1)所谓捐献骨髓，实际上医生只是从捐献者的骨髓中分离出一部分造血干细胞供移植。(2)干细胞的一个重要特点是自我更新能力很强，被分离走的那部分造血干细胞，很快就会被“补齐”。因此捐献骨髓不会影响捐献者的身体健康。(3)医生只是在医学公认的安全条件下，分离出捐献者有限数量的造血干细胞，而且整个抽取、分离过程，都是在设备良好的大医院中进行的，一般不会对捐献者造成意外伤害。4简述胚胎干细胞的研究目前面临哪些挑战。答案(1)自从胚胎干细胞被分离出来后，各国政府和科学家就胚胎干细胞的研究和应用展开了一场激烈的争论，它给法律、伦理、国家和社会安定等方面带来的冲击是空前的。(2)因为器官移植是一个非常复杂的过程，所以胚胎干细胞真正用于器官克隆和移植还需要技术上的突破。(3)胚胎干细胞的应用给伦理、法律、宗教等带来了新的研究课题。一、有关干细胞的理解1干细胞的特点具有自我复制和多向分化潜能。在体外培养时，只增殖不分化。2各类干细胞的比较名称全能干细胞多能干细胞专能干细胞特点可以分化为全身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。(5)从原始性腺中分离。4干细胞与癌细胞的比较名称遗传物质增殖分化来源干细胞不变能增殖，能正常分化早期胚胎或原始性腺细胞癌细胞改变能增殖，不能分化基因突变二、胚胎干细胞的应用美、日两国曾在科学和细胞两份顶级学术期刊上发表研究成果：将人体皮肤细胞改造成可以分化为多种细胞的“万能细胞”。如图是“万能细胞”的诞生过程，图中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干细胞中能高度表达并决定其“全能性”的四个基因，将改造后的“万能细胞”植入小鼠身体上，植入的细胞长成了“肿瘤”，“肿瘤”中出现了神经、骨髓、肌肉等各种类型的细胞。请据图回答下列问题：(1)胚胎干细胞又称ES细胞，是由_中分离出来的一类细胞，如果胚胎发育到囊胚期，这时的_细胞就是ES细胞。(2)胚胎干细胞在功能上具有发育的_。(3)图中逆转录病毒的作用是_，过程利用了逆转录病毒的_特性。(4)万能干细胞经体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，这样培育的特殊细胞或器官移回病人体内与异体器官移植相比，最大的优点是_。答案(1)早期胚胎或原始性腺内细胞团(2)全能性(3)作为基因工程的载体感染(宿主细胞)(4)不会产生免疫排斥反应解析(1)结合动物的个体发育过程可得出胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，囊胚期的内细胞团还没有高度分化。(2)胚胎干细胞能发育成个体，体现了细胞的全能性。(3)能携带“目的基因”的逆转录病毒在基因工程中是作为载体的，利用其感染宿主细胞的能力把目的基因导入受体细胞。(4)器官移植最大的问题是发生异体免疫排斥反应，如果是自身细胞发育来的器官就不会发生这种情况。1下列对于干细胞具有的能力的描述，正确的是()具有自我更新能力能进行新陈代谢具有分化发育潜能能进行细胞呼吸ABCD答案D解析干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。2正常人体内的造血干细胞能分裂产生各种血细胞，在体外，在某些因素的诱导下，却可以分化为神经细胞和肝细胞。其根本原因是这些造血干细胞()A有旺盛的分裂能力B还没有分化C能合成神经细胞和肝细胞需要的蛋白质D具有与受精卵相同的全套遗传基因答案D解析造血干细胞来自受精卵的有丝分裂，含有与受精卵相同的基因。它是一种分化程度较低的细胞，因而在一定的条件下，可以增殖分化成不同种类的细胞。3某人因大面积烧伤需要皮肤移植，下列哪种来源的皮肤最容易移植成功()A将父母的胚胎干细胞定向诱导分化成的皮肤B将兄弟或姐妹的胚胎干细胞定向诱导分化成的皮肤C将子女的胚胎干细胞定向诱导分化成的皮肤D自己的皮肤细胞经细胞培养技术培育成的皮肤答案D解析进行器官移植时，需慎重选择供体器官，以免出现免疫排斥现象。用自体细胞培养形成的器官进行移植，可以解决这个问题。4下列对“人类胚胎干细胞”这一概念的理解，正确的是()A人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平细胞和囊胚腔内侧的内细胞团细胞B人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚腔内侧的内细胞团细胞C人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞D人类胚胎干细胞体积较小、细胞核小、核仁明显答案B解析人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期，囊胚中尚未分化的细胞。囊胚外表是一层扁平细胞，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等；中心的腔称为囊胚腔，腔内侧有内细胞团。内细胞团在形成内、中、外三胚层时开始分化，内胚层分化形成肝、肺、肠等，中胚层分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚层分化形成皮肤、眼睛和神经系统等。由于内细胞团细胞能发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。人类胚胎干细胞体积小、细胞核大、核仁明显。5下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是()A卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加B胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割C胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点D胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取答案D解析A选项中卵裂期细胞不断分裂但胚胎总体积不变，故细胞数目增多，有机物逐渐消耗而减少；B选项中内细胞团是囊胚时期的，不是原肠胚时期的；C选项胚胎干细胞具有细胞核大、核仁明显的特点；D选项，胚胎干细胞是全能干细胞，是未分化细胞。基础再现1下列关于干细胞的说法，错误的是()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造血干细胞属于专能干细胞C全能干细胞在一定条件下可以发育成一个完整的个体D多能干细胞具有分化成多种细胞或组织的潜能答案B解析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，而造血干细胞能分化成多种细胞，属于多能干细胞。2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而导致的。若用胚胎干细胞移植治疗病人，应该()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，移植替换到病变部位。3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胚胎干细胞分化成肝脏细胞的过程体现了细胞的全能性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答案B解析细胞分化的实质是基因的选择性表达，A正确；胚胎干细胞分化成肝脏细胞的过程是细胞分化，细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能，B错误；细胞分化的过程是不可逆的，C正确；已经分化的细胞没有细胞周期，D正确。4美国人马里奥卡佩奇、奥利弗史密斯和英国人马丁伊文思因干细胞研究赢得2007年诺贝尔生理学或医学奖。下面图中最能完整体现正常机体内干细胞基本特征的是()答案D解析胚胎干细胞和成体干细胞均具有进一步分化的潜能，它们的后代细胞，一部分仍然保留有亲代细胞的分裂、分化潜能，一部分通过细胞分化形成了各种功能的细胞类型。5下列不属于胚胎干细胞的用途的是()A阐明细胞分化中各调节因子的作用机制B在试管中改良并创造动物新品种C生产有价值的药物D培育超级小鼠答案D解析干细胞研究在生物科学基础研究中具有极其重要的作用，如细胞分化是发育生物学的核心问题之一，利用干细胞就可以将复杂的问题简单化，有利于阐明细胞分化中各调节因子的作用机制；利用胚胎干细胞，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可以培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种以及生产有价值的药物等；超级小鼠是基因工程的产物。能力提升6骨髓移植是治疗白血病常用的有效方法之一，最主要的原因是移植骨髓中的造血干细胞可在患者体内()A正常生长B增殖并分化成多种细胞C分泌抗体D杀死各种病原菌答案B解析移植骨髓中的造血干细胞到患者体内是为了治病，所以A错误；分泌抗体是浆细胞的功能，所以C错误；杀死各种病原菌是抗体、杀菌物质和吞噬细胞的功能，所以D错误；骨髓移植的目的是产生正常的白细胞，干细胞具有全能性，可增殖分化成多种细胞，所以B符合题意。7下列关于胚胎干细胞的特点的叙述中，不正确的是()A当受精卵发育到囊胚时，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，具有发育的全能性，在适当的条件下，胚胎干细胞可以分化为各种细胞和组织，培育出人造组织器官C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D胚胎干细胞可以探究组织原位再生修复的作用机制答案A解析囊胚的内细胞团细胞是胚胎干细胞，而滋养层细胞不属于胚胎干细胞，因为它将来分化成胚胎的支持组织。8美国华盛顿大学的一个研究小组首次提取了人类肝脏干细胞。这种干细胞表现出分化多能性，并在动物模型实验中成功修复了实验鼠的部分肝脏组织。科学家认为，它拥有治疗多种肝病的潜力。下列说法正确的是()A肝脏干细胞可分化出人体所有细胞B肝脏干细胞的细胞核具有发育成完整个体的潜能C肝脏干细胞能够分泌胆汁D肝脏干细胞可治疗肝炎答案B解析肝脏干细胞能够发育成肝细胞，属于专能干细胞，不具有分化出人体所有细胞的功能；动物的细胞核具有发育成完整个体的潜能；肝细胞具有分泌胆汁的功能属于细胞分化产生的特殊功能，而肝脏干细胞不具有分泌胆汁的功能；肝脏干细胞能够治疗一些因遗传或者免疫出现的问题，不能用于治疗肝炎。9干细胞是一种尚未充分分化的未成熟细胞，它具有再生成组织、器官的潜能，医学家们正尝试利用干细胞治疗一些顽疾，用骨髓移植法能有效治疗白血病便是成功的例证。下列说法中正确的是()A造血干细胞和白细胞的细胞核中基因的种类和数量有差异B造血干细胞和白细胞的细胞中RNA种类相同，数量也相同C若编码血红蛋白基因的一个碱基对发生改变，则血红蛋白中的氨基酸序列一定发生改变D造血干细胞分化成红细胞的过程是在细胞形态结构和生理功能上逐渐发生稳定性差异的过程答案D解析白细胞是由造血干细胞经过有丝分裂产生的，因此细胞核中基因的种类和数量没有差别；白细胞已经发生分化，因此白细胞中的RNA种类与造血干细胞不相同；由于密码子的简并性，所以编码血红蛋白基因的一个碱基对发生改变，血红蛋白中的氨基酸序列不一定发生改变。10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研究细胞分化机制答案C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；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。11下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答下列问题：(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中的_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、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体细胞的是_，其原因是_。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)红细胞成熟的红细胞中无细胞核解析胚胎干细胞是早期的胚胎(受精后56天)中未分化的细胞或从原始性腺中分离出来的一类细胞。胚胎干细胞是一种高度未分化的细胞，它具有发育的全能性，可分化出成体动物的所有组织和器官。细胞分化的实质是基因选择性表达的结果。骨髓中的造血干细胞，通过骨髓移植可以治疗白血病。通过细胞增殖可以大量地克隆细胞，哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，不能进行增殖。12供体器官的短缺和排斥反应是制约器官移植的两个重要问题。而治疗性克隆能最终解决这些问题。如图是治疗性克隆的过程图解：(1)正常情况下，去核的卵母细胞取自女性卵巢排卵后在输卵管中的_的卵母细胞。(2)重组细胞发育的过程中，细胞开始分化发生在_期。(3)治疗性克隆所用到的技术名称是_，要想获得基因型完全相同的两个胚胎，可采用_技术。(4)我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆的研究，请你谈谈为什么要反对克隆人？(至少写出两条理由)_。(5)请你运用上述知识举一例说明干细胞在临床治疗上的应用。_。答案(1)减数第二次分裂中期(2)囊胚(3)细胞核移植技术胚胎分割(4)严重违反了人类伦理道德；冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；是在人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人；克隆技术尚不成